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Land Use Change in Papua, Indonesia – Assessing Deforestation Patterns and Predicting Future Hotspots of Habitat Loss to Inform Spatial Conservation Planning

Land Use Change in Papua, Indonesia – Assessing Deforestation Patterns and Predicting Future Hotspots of Habitat Loss to Inform Spatial Conservation Planning

by Christoph Parsch née Parsch
Doctoral thesis
Date of Examination:2025-01-10
Date of issue:2025-05-08
Advisor:
Referee:Prof. Dr. Holger Kreft
Referee:Prof. Dr. Matthias Waltert
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11221

 

 

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Name:Dissertation_CParsch_2025.04.17_ediss.pdf
Size:6.62Mb
Format:PDF
Description:Dissertation Christoph Parsch
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Abstract

English

New Guinea, the world’s largest tropical island, harbors some of the most biologically diverse and unique ecosystems. Despite its global ecological significance and endemic biodiversity, the region remains one of the most understudied environments. While land-use change and associated deforestation have extensively impacted tropical regions worldwide, New Guinea has thus far been spared from widespread agricultural conversion, leaving vast tracts of its pristine forests undisturbed. As the region has recently been described as a new frontier for development, New Guinea has reached a crossroads between accelerating environmental degradation and sustainable development policies entailing landscape-scale conservation targets, pledged in the Manokwari Declaration in Indonesian New Guinea and the Papua New Guinea Protected Areas Act. This political momentum on both sides of the politically divided island has prompted a critical need to investigate these developments by evaluating recent environmental policies, modeling future deforestation trajectories, and identifying key conservation priorities across New Guinea. The feasibility of the landscape-scale conservation targets pledged in the 2018 Manokwari Declaration is still uncertain. As the provincial governments of Papua and West Papua aim to protect 70% of Indonesian New Guinea’s land area, largely through the Indonesian social forestry program, critical questions regarding bureaucratic procedures, the extent of local participation, socioeconomic implications, and environmental impacts remain unresolved. The Papua New Guinea Protected Areas Act seeks to engage customary landowners in making their land available for government designation as protected areas through benefit transfers. However, challenges persist due to reservations about local support and sustainable financing for this initiative. Thus, one of the major challenges for New Guinea will lie in integrating bottom-up conservation initiatives with top-down policy and planning to align local aspirations for sustainable development with broader conservation goals for both people and nature. To forecast deforestation trajectories across New Guinea, I integrated machine learning and cellular automata to associate four deforestation scenarios (4.8–28% between 2020 and 2040) with their potential loss of ecosystem carbon. Areas of high deforestation risk were consistently forecasted in lowland regions across the four deforestation scenarios. In Indonesian New Guinea, 75% of deforestation was forecasted below ~380ma.s.l. but ranged higher in PNG (<750ma.s.l.). Land change-induced carbon loss varied largely across the four scenarios and ranged between 156–918 Mt in Indonesian New Guinea and 223–1082 Mt in PNG. Whether land change trajectories in New Guinea will follow those of other major tropical islands such as Sumatra or Borneo is uncertain and depends not only on local and regional governance but also on global demands for resources and agricultural products such as palm oil. Beyond the practical implications of these predictions, my analysis validates the potential for integrating random forests and cellular automata models to forecast high-resolution deforestation over large spatial extents. Building on the compiled deforestation trajectories, I identified spatial conservation priorities across eight biodiversity surrogates, assessed their congruence, and outlined conflicts with projected deforestation. The conducted systematic conservation planning exercise indicated that conservation priorities of the species composition of terrestrial vertebrates, as well as threatened, endemic, and gap species, species at risk from projected deforestation, functional and evolutionary distinctiveness, and ecoregions are largely incongruent. This incongruence reflects the complex distribution of New Guinea’s highly range-restricted biota. Achieving adequate representation of all vertebrate species within protected areas would thus require protecting at least two-thirds of the island of New Guinea. Therefore, short-term conservation efforts should focus on irreplaceable priorities at risk of deforestation. Proactive planning should aim to retain large continuous forest landscapes while balancing benefits for both people and nature. A better understanding of the region’s biogeography, alongside studies on global change scenarios and their impact on species distributions and priorities, would greatly benefit biodiversity conservation in New Guinea. This work may thus serve as a foundation for short-term policy advancement and as a primer toward more comprehensive systematic conservation approaches for the region. As deforestation increasingly threatens the future of New Guinea's pristine lowland forests and unique endemic biodiversity, expanding environmental and biodiversity research becomes essential for understanding the existing biodiversity, assessing potential losses, and identifying effective conservation strategies.
Keywords: Conservation; Land-use change; Indonesia; New Guinea; Deforestation; Conservation planning; Conservation priorities

German

Neuguinea, die größte tropische Insel der Welt, beherbergt ein Mosaik an einzigartigen Ökosystemen. Trotz ihrer globalen ökologischen Bedeutung und zahlreichen endemischen Arten bleibt die Region eines der am wenigsten erforschten Gebiete der Erde. Während der Landnutzungswandel und die damit verbundene Abholzung tropische Regenwälder weltweit stark in Mitleidenschaft gezogen haben, blieben Neuguineas Wälder bisher weitgehend von großflächigen Rodungen verschont. Da die Region jedoch jüngst als neue Fokusregion für die Entwicklung zukünftiger industrieller Palmölplantagen angesehen wird, steht Neuguinea nun an einem Scheideweg zwischen voranschreitender Umweltzerstörung und nachhaltigen Entwicklungsperspektiven. Um dem voranschreitenden Landnutzungswandel hier etwas entgegenzusetzen, wurden weitreichende Naturschutzvorhaben in der Manokwari-Erklärung für den indonesischen Teil Neuguineas und einem neuen Gesetz zu Schutzgebieten in Papua-Neuguinea postuliert. Diese politischen Initiativen auf beiden Seiten der Insel erfordern eine kritische Auseinandersetzung mit den Entwicklungen, indem Umweltpolitiken evaluiert, zukünftige Abholzungsentwicklungen modelliert und räumliche Naturschutzprioritäten für Neuguinea identifiziert werden. Zur Prognose von Abholzungsentwicklungen in Neuguinea habe ich maschinelles Lernen und Cellular-Automata-Modelle kombiniert und vier Szenarien (4,8% bis 28% zwischen 2020 und 2040) mit deren potenziellen Treibhausgas-Emissionen verknüpft. In allen vier Szenarien zeigten sich Gebiete mit hoher Bedrohung durch Abholzung vor allem in Tieflandregionen. Im indonesischen Teil Neuguineas wurden 75% der Abholzungen unter ~380 m ü. M. prognostiziert, während in Papua-Neuguinea (<750 m ü. M.) höhere Lagen betroffen sind. Die durch Landnutzungswandel bedingten Emissionen variierten mit 156 bis 918 Mt im indonesischen Teil Neuguineas stark zwischen den Szenarien und reichten von 223 bis 1082 Mt in Papua-Neuguinea. Über die praktischen Implikationen dieser Ergebnisse hinaus bestätigt meine Analyse das Potenzial, Random-Forest- und Cellular-Automata-Modelle zur Prognose von hochauflösenden Entwicklungsszenarien auf großen räumlichen Skalen zu integrieren. Basierend auf den ermittelten Szenarien habe ich räumliche Naturschutzprioritäten für acht verschiedene Facetten von Biodiversität identifiziert, ihre Übereinstimmungen ermittelt und Konflikte mit den modellierten Hotspots der Waldzerstörung herausgearbeitet. Die systematische Naturschutzplanung zeigte auf, dass die räumlichen Prioritäten in Bezug auf die untersuchten Facetten der Biodiversität weitgehend inkongruent sind. Diese fehlende Kongruenz spiegelt die komplexen Verbreitungsmuster und die oft räumlich begrenzten Verbreitungsgebiete endemischer Tierarten in Neuguinea wider. Um alle terrestrischen Wirbeltierarten adäquat in Schutzgebieten zu erfassen, müsste mindestens zwei Drittel Neuguineas unter Schutz gestellt werden. Kurzfristige Naturschutzinterventionen sollten sich daher auf die identifizierten, unersetzlichen Prioritäten konzentrieren, die durch Abholzung bedroht sind. Proaktive Planungen sollten darauf abzielen, große zusammenhängende Waldgebiete zu erhalten. Ein besseres Verständnis der Biogeographie der Region sowie Studien zu Auswirkungen des globalen Wandels auf Artenverbreitungsgebiete und Prioritäten würden den Biodiversitätsschutz in Neuguinea erheblich fördern. Diese Arbeit kann derweil als Entscheidungshilfe für zeitnahe Regionalplanungsverfahren dienen und einen Beitrag zu umfassenderen systematischen Naturschutzansätzen in der Region leisten. Ob sich die Landnutzungsentwicklungen in Neuguinea denen anderer großer tropischer Inseln wie Sumatra oder Borneo nachfolgen, bleibt ungewiss und hängt nicht nur von der lokalen und regionalen Regierungshandlung ab, sondern auch von der globalen Nachfrage nach Ressourcen und landwirtschaftlichen Erzeugnissen, wie Palmöl. Da diese Entwicklungen die Zukunft der unberührten Tieflandwälder Neuguineas und seiner einzigartigen endemischen Biodiversität bedrohen, ist eine Ausweitung der Umwelt- und Biodiversitätsforschung unerlässlich, um die bestehende Biodiversität zu verstehen, das potenzielle Ausmaß des Verlustes zu erfassen und detailliertere Strategien zum Schutz zu entwickeln.
 

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