The long-term effects of fire, climate, and human impact in the highland and lowland ecosystems of Sumatra Indonesia

by Hoai Chung Nguyen
Doctoral thesis
Date of Examination:2024-09-02
Date of issue:2025-01-09
Advisor:Prof. Dr. Hermann Behling
Referee:Prof. Dr. Holger Kreft
Referee:Prof. Dr. Erwin Bergmeier
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10847

 

 

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Description:Nguyen Chung_PhD Thesis

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Abstract

English

Sumatra, Indonesia is one of the outstanding biodiversity hotspots of the world. Over the past few decades, the primary forests of this island, from the highlands to the lowlands, have experienced a remarkable transformation into arable lands and settlements. Especially pronounced deforestation can be seen in Jambi province. Forest recovery in the future is essential, with regards to both climate change and sustainable development. In order to support management strategies (e.g. recovery time, reforestation with native species, conservation plans), it is important to understand vegetation development and dynamics, the impacts of climate change, sea level changes and the effects of past human activities on forests, in particular in Sumatra. To achieve this, palaeoecological studies were conducted in the Jambi province of Sumatra, on three different sediment environmental archives, using multiproxy analyses including pollen, non-pollen palynomorphs and macro-charcoal analysis, combined with radiocarbon dating, geochemical and percent carbon analyses. The main aims were to enhance our understanding of the vegetation dynamics and the impact of human activities, climate change and sea level changes on different ecosystems. The study site in Danau Kecil revealed that the submontane forest has been disturbed by humans in the last 2000 years, reflected by the dominance of pioneering plants such as Mallotus/Macaranga and Trema. From AD 500 to 1760, a period of regrowth of primary forests can be seen in the strong development of Lithocarpus/Castanopsis, and especially by the presence of Arenga, indicating that agroforestry, in which humans relied on forest resources, also involved agricultural practices such as Arenga cultivation. Later, from AD 1760, there was a decrease in pollen composition, indicating that forests have been exploited for timber production or agriculture, as seen in recent decades. On the other hand, climate change (high precipitation) also plays an important role in developing submontane forests. In the lowlands of Sumatra, the study site in the Harapan riparian forest shows that human activities have strongly influenced the riparian ecosystem since AD 1000. The presence of cereal pollen indicates that agriculture has been conducted in the Harapan riparian forest, possibly involving rice cultivation by the indigenous people, along with timber exploitation. Agricultural practice was interrupted when rainfall increased after AD 1400. Flooding and inundation have generated suitable conditions for freshwater swamp development whilst subduing the development of rice cultivation. Since AD 1870, upland forests have dominated the Harapan riparian forest. Furthermore, the presence of palm oil trees, high charcoal concentrations and decreases in swampy vegetation indicate that some swampy forests have been exploited for timber production and intensive agricultural practices. The presence of fire in the riparian Harapan forest is also related to ENSO, which may cause fires in the forest through its climatic effects. For the coastal peatland of Sumatra, a study of the Bram Itam Peatland Protection area shows that peatlands have developed from mangrove forests over the interval from 2800 BC due to raised sea levels. Since AD 700, an initial phase of peatland formed, represented by Ficus, Macaranga/Mallotus, and Elaeocarpaceae, while Rhizophora was replaced by Oncosperma and Nypa fruticans, confirming a relative regression of sea level. Since AD 1450, a mature peatland was formed, and the sea levels reached present levels around this time. Overall, the results show that human activities are the most important factor driving the changes in submontane forests in the highlands. In contrast, climate and sea level changes have apparently been the most important factors impacting forest dynamics in the lowland and coastal Sumatran ecosystems over the last 2000 years. However, humans have played the most important role in shaping both the submontane forest and lowland and coastal forests in Sumatra over the past few decades. To facilitate the natural recovery of submontane forests, as well as the development of peatlands, it is necessary that forest restoration concession licenses should be extended, and mangrove forests should be protected.
Keywords: Ecology, Tropical forest, Peatland, Paleoecology, Palynology, Mountain, Humans

German

Sumatra, Indonesien, ist eines der herausragenden Biodiversitäts-Hotspots der Welt. In den letzten Jahrzehnten haben die Primärwälder dieser Insel, von den Hochlandregionen bis zu den Tiefländern, eine bemerkenswerte Umwandlung in Ackerland und Siedlungsgebiete erlebt. Besonders ausgeprägte Entwaldung ist in der Provinz Jambi zu beobachten. Eine Wiederherstellung der Wälder in der Zukunft ist notwendig im Hinblick auf den Klimawandel und die nachhaltige Entwicklung. Um Managementstrategien zu unterstützen (z.B. Erholungszeit, Aufforstung mit einheimischen Arten, Schutzpläne), ist es wichtig, die Entwicklung und Dynamik der Vegetation, die Auswirkungen des Klimawandels, des Meeresspiegelanstiegs und der vergangenen menschlichen Aktivitäten auf die Wälder, insbesondere in Sumatra, zu verstehen. Um dies zu erreichen, wurden paläoökologische Studien in der Provinz Jambi in Sumatra an drei verschiedenen Umwelt-Sedimentarchiven durchgeführt, wobei Multiproxy-Analysen wie Pollen, Nicht-Pollen-Palynomorphe und Makrokohleanalysen, kombiniert mit Radiokarbondatierungen, geochemischen und prozentualen Kohlenstoffanalysen, verwendet wurden. Die Hauptziele waren, unser Verständnis der Vegetationsdynamik und der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten, des Klimawandels und des Meeresspiegels auf verschiedene Ökosysteme zu verbessern. Der Studienstandort in Danau Kecil hat gezeigt, dass der submontane Wald in den letzten 2000 Jahren durch den Menschen gestört wurde, was sich in der Dominanz von Pionierpflanzen wie Mallotus/Macaranga und Trema widerspiegelt. Von 500 n. Chr. bis 1760 ist eine Phase des Wachstums von Primärwäldern zu erkennen, die sich durch die starke Entwicklung von Lithocarpus/Castanopsis und besonders durch das Vorhandensein von Arenga auszeichnet, was darauf hinweist, dass Agroforstwirtschaft, bei der Menschen auf Waldressourcen angewiesen waren, auch landwirtschaftliche Praktiken wie Arenga-Kultivierung umfasste. Später, ab 1760 n. Chr., gab es einen Rückgang der Pollenzusammensetzung, was darauf hinweist, dass Wälder für die Holzproduktion oder Landwirtschaft ausgebeutet wurden, wie es heute zu sehen ist. Andererseits spielt der Klimawandel (hohe Niederschläge) auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der submontanen Wälder. In den Tiefländern von Sumatra zeigt der Studienstandort im Harapan-Auwald, dass menschliche Aktivitäten das Auwald-Ökosystem seit 1000 n. Chr. stark beeinflusst haben. Das Vorhandensein von Getreidepollen deutet darauf hin, dass im Harapan-Auwald Landwirtschaft betrieben wurde, möglicherweise Reisbau durch die einheimische Bevölkerung, zusammen mit Holzausbeutung. Die landwirtschaftliche Praxis wurde unterbrochen, als nach 1400 n. Chr. die Niederschläge zunahmen. Überschwemmungen und Überflutungen haben geeignete Bedingungen für die Entwicklung von Süßwassersümpfen geschaffen und gleichzeitig die Entwicklung des Reisanbaus unterdrückt. Seit 1870 n. Chr. dominieren Hochlandwälder den Harapan-Auwald. Darüber hinaus deutet das Vorhandensein von Ölpalmen, hohe Kohlenstoffkonzentrationen und der Rückgang von sumpfiger Vegetation darauf hin, dass einige Sumpfwälder für die Holzproduktion und intensive landwirtschaftliche Praxis ausgebeutet wurden. Das Vorhandensein von Feuer im Harapan-Auwald steht ebenfalls im Zusammenhang mit ENSO, das durch seine klimatischen Auswirkungen Feuer im Wald verursachen kann. In den Küstenmooren von Sumatra zeigt eine Studie des Bram Itam-Moorschutzgebiets, dass sich Moore seit 2800 v. Chr. aus Mangrovenwäldern aufgrund des hohen Meeresspiegels entwickelt haben. Seit 700 n. Chr. bildete sich die initiale Phase des Moores, dargestellt durch Ficus, Macaranga/Mallotus und Elaeocarpaceae, während Rhizophora durch Oncosperma und Nypa fruticans ersetzt wurde, was eine relative Regression des Meeresspiegels bestätigt. Seit 1450 n. Chr. bildete sich ein reifes Moor, und der Meeresspiegel erreichte um diese Zeit das heutige Niveau. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass menschliche Aktivitäten der wichtigste Faktor für die Veränderungen der submontanen Wälder in den Hochländern sind. Im Gegensatz dazu waren Klima- und Meeresspiegeländerungen offenbar die wichtigsten Faktoren, die die Walddynamik in den Tiefland- und Küstenökosystemen Sumatras in den letzten 2000 Jahren beeinflussten. Dennoch haben Menschen in den letzten Jahrzehnten die wichtigste Rolle bei der Gestaltung sowohl der submontanen Wälder als auch der Tiefland- und Küstenwälder in Sumatra gespielt. Um die natürliche Erholung der submontanen Wälder sowie die Entwicklung der Moore zu erleichtern, ist es notwendig, dass Konzessionen für die Wiederherstellung von Wäldern verlängert und Mangrovenwälder geschützt werden.

Other Languages

Sumatera, Indonesia merupakan salah satu pusat keanekaragaman hayati di dunia. Selama beberapa dekade terakhir, hutan-hutan primer di pulau ini telah mengalami transformasi yang kuat menjadi lahan pertanian dan pemukiman dari dataran tinggi ke dataran rendah. Deforestasi yang sangat parah dapat dilihat dengan jelas di provinsi Jambi. Pemulihan hutan di masa depan sangat diperlukan terkait dengan perubahan iklim dan pembangunan berkelanjutan. Untuk mendukung strategi pengelolaan (misalnya waktu pemulihan, reboisasi dengan spesies asli, rencana konservasi), penting untuk memahami perkembangan dan dinamika vegetasi, dampak perubahan iklim, perubahan permukaan air laut, dan aktivitas manusia di masa lalu pada hutan khususnya di Sumatera. Untuk mencapai hal tersebut, studi palaeoekologi telah dilakukan di provinsi Jambi, Sumatera, pada tiga arsip sedimen lingkungan yang berbeda dengan menggunakan analisis multi-proksi yaitu serbuk sari (polen), palinomorf non serbuk sari (NPPs), dan analisis arang makro, yang dikombinasikan dengan penanggalan radiokarbon, geokimia dan analisis karbon. Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan pemahaman kita mengenai dinamika vegetasi dan dampak dari aktivitas manusia, perubahan iklim, dan permukaan air laut pada ekosistem yang berbeda. Lokasi penelitian di Danau Kecil menunjukkan bahwa hutan submontana telah terganggu oleh manusia selama 2000 tahun terakhir, yang tercermin dari dominasi tanaman perintis seperti Mallotus/Macaranga dan Trema. Dari tahun 500 M hingga 1760 M, merupakan periode pertumbuhan kembali hutan primer yang dapat dilihat dari perkembangan signifikan dari Lithocarpus/Castanopsis, terutama kehadiran Aren, yang menunjukkan bahwa wanatani (agroforestri) terbentuk di mana manusia mengandalkan sumber daya hutan dan juga melakukan praktik pertanian seperti budidaya Aren. Kemudian, sejak tahun 1760 Masehi, terjadi penurunan komposisi serbuk sari yang mengindikasikan bahwa hutan telah dieksploitasi untuk produksi kayu atau pertanian seperti yang terlihat saat ini. Di sisi lain, perubahan iklim (curah hujan yang tinggi) juga memainkan peran penting dalam pengembangan hutan submontana. Di dataran rendah Sumatera, pada lokasi penelitian di hutan riparian Harapan menunjukkan bahwa aktivitas manusia sangat mempengaruhi ekosistem riparian sejak tahun 1000 Masehi. Keberadaan serbuk sari serealia mengindikasikan bahwa pertanian telah dilakukan di hutan riparian Harapan, yang kemungkinan adalah penanaman padi oleh masyarakat adat lokal, bersamaan dengan eksploitasi kayu. Praktik pertanian ini terhenti ketika curah hujan meningkat sejak tahun 1400 Masehi. Banjir dan genangan air menghasilkan kondisi yang cocok untuk pembentukan rawa air tawar sekaligus menghentikan perkembangan budidaya padi. Sejak tahun 1870 Masehi, hutan dataran tinggi telah mendominasi hutan riparian Harapan. Selain itu, keberadaan kelapa sawit, konsentrasi arang yang tinggi, dan berkurangnya vegetasi rawa mengindikasikan bahwa hutan rawa telah dieksplorasi untuk produksi kayu dan praktik pertanian yang intensif. Peristiwa kebakaran di hutan riparian Harapan juga terkait dengan ENSO yang dapat menyebabkan kebakaran hutan. Di lahan gambut pesisir Sumatera, studi di kawasan lindung Gambut Bram Itam menunjukkan bahwa lahan gambut ini berkembang dari hutan bakau sejak 2800 SM karena tingginya permukaan air laut. Sejak tahun 700 Masehi, fase awal lahan gambut terbentuk, yang ditandai dengan kemunculan tumbuhan Ficus, Macaranga/Mallotus, dan Elaeocarpaceae, sementara Rhizophora digantikan oleh Oncosperma dan Nypa fruticans, yang mengkonfirmasi terjadinya penurunan muka air laut. Sejak tahun 1450 Masehi, lahan gambut yang matang terbentuk dan permukaan air laut mencapai ketinggiannya yang sama dengan saat ini pada masa itu. Secara keseluruhan, hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas manusia merupakan faktor terpenting yang mendorong perubahan hutan submontana di dataran tinggi. Di sisi lain, perubahan iklim dan permukaan air laut merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi dinamika hutan di dataran rendah dan pesisir Sumatera selama 2000 tahun terakhir. Namun, manusia telah memainkan peran paling penting dalam membentuk hutan submontana dan hutan dataran rendah serta hutan pesisir di Sumatera selama beberapa dekade terakhir. Untuk memfasilitasi pemulihan alami hutan submontana, serta pengelolaan lahan gambut, izin konsesi restorasi hutan perlu diperpanjang, dan hutan bakau perlu dilindungi.
 
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