Smallholder vanilla agroforestry in Madagascar: biodiversity, ecosystem services and yields in a land-use context

by Dominic A. Dr. Martin
Cumulative thesis
Date of Examination:2021-02-11
Date of issue:2021-03-18
Advisor:Prof. Dr. Holger Kreft
Referee:Prof. Dr. Holger Kreft
Referee:Prof. Dr. Dirk Hölscher
Referee:Prof. Dr. Jörg Ganzhorn
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8491

 

 

Files in this item

Name:Dissertation_Martin_eDiss.pdf
Size:8.67Mb
Format:PDF

The following license files are associated with this item:

Abstract

English

Land-use change threatens biodiversity and ecosystem services worldwide. Tropical areas are currently particularly affected: natural ecosystems are being transformed into large-scale monocultures or small-scale mosaic landscapes characterized by smallholder agriculture. In both cases, the conversion of natural ecosystems into agriculturally used areas can greatly increase yield, at least in the short term. A rapid change in land use is currently taking place in north-eastern Madagascar, driven by two main factors: the cultivation of rice through shifting cultivation and the conversion of forests and fallow land into vanilla agroforestry. The result of these processes is a small-scale and very heterogeneous agricultural landscape. This dissertation shows what this land-use change means for biodiversity and ecosystem services, how realized harvests and profitability influence land use decisions, and where there are opportunities for nature con-servation through targeted policy interventions in north-eastern Madagascar. Importantly, this is a greatly under-researched topic, given that research on the conservation value of converted lands in Madagascar is still in its infancy. Indeed, nearly nothing has been pub-lished on biodiversity, ecosystem services, and yields in vanilla agroforests. To compare different forms of land use, we selected 80 plots in 10 villages and in Marojejy National Park where we collected a large part of the biodiversity and ecosystem service data that underpins this dissertation. The seven land-use types were old-growth forest, forest fragment, forest-derived vanilla agroforestry, fallow-derived vanilla agroforestry, herba-ceous fallow, woody fallow, and rice paddy. To obtain more precise data on tree dynamics and harvests in vanilla agroforests, we additionally researched a chronosequence with 209 vanilla agroforests. Furthermore, this thesis also contains a review on the importance of considering land-use history for biodiversity and ecosystem services in agroforestry sys-tems (Chapter 2). There are three principal findings: firstly, species communities of birds (Chapters 3 & 4), reptiles and amphibians (Chapter 5) differ greatly between land-use types and that old-growth forest is irreplaceable for many species, especially the endemic ones. Secondly, vanilla agroforestry systems offer conservation opportunities, especially if established on fal-low land instead of inside forest (Chapters 3 - 9). Thirdly, vanilla harvests in agroforestry systems are independent of canopy cover, making vanilla cultivation in tree-rich agroforests feasible, thereby reaping the associated benefits for biodiversity and ecosystem ser-vices without yield costs (Chapters 7 & 8). This dissertation thus provides a major advancement of our understanding of biodiversity change and ecosystem services in the agricultural smallholder landscape of north-eastern Madagascar. It also sheds some first light on the complex interplay between land-use history, shade trees, and management practices in determining vanilla yields in vanilla agroforests. Lastly, this thesis also provides a conceptual advancement of the field, by identifying the importance of land-use history in determining biodiversity and ecosystem services in tropical agroforests.
Keywords: agroforestry; Madagascar; land system science; vanilla; biodiversity; shifting cultivation; ecosystem services; land use; tropical

German

Änderungen der Landnutzung bedrohen weltweit die Artenvielfalt und Ökosystemdienstleistungen. Tropische Regionen sind heute davon besonders betroffen: natürliche Ökosysteme werden zu großflächigen Monokulturen oder zu kleinräumigen Mosaiklandschaften, letztere geprägt von kleinbäuerlicher Landwirtschaft. In beiden Fällen lassen sich durch die Umwandlung natürlicher Ökosysteme in landwirtschaftlich genutzte Flächen die Erträge zumindest kurzfristig stark vergrößern. In Nordost-Madagaskar findet zurzeit ein rapider Landnutzungswandel statt, getrieben durch Anbau von Reis durch Brandrodung sowie die Umwandlung von Wäldern und Brachflächen in Vanille-Agroforste. Das Resultat dieser Prozesse ist eine kleinräumige, von Kleinbauern bewirtschaftete, sehr heterogene Kulturlandschaft. Diese Dissertation zeigt, was dieser Landnutzungswandel für die Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen bedeutet, wie Ernteerträge und Profitabilität Landnutzungsentscheidungen beeinflussen, und wo sich in Nordost-Madagaskar Chancen für den Naturschutz bieten. Damit ist die Arbeit ein Beitrag zum noch jungen Forschungsfeld der Landnutzungsforschung in Madagaskar. Dass dieses Thema noch wenig untersucht wurde, zeigt sich auch darin, dass bis anhin fast nichts über Artenvielfalt und Ökosystemdienstleistungen in Vanille-Agroforsten bekannt ist. Um die verschiedenen Formen der Landnutzung vergleichen zu können, haben wir 80 Flächen in zehn Dörfern und im Marojejy Nationalpark ausgewählt. Auf diesen Flächen haben wir den Großteil der Daten zu Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen gesammelt, die als Grundlage für diese Arbeit dienen. Im Fokus standen sieben Landnutzungstypen: Primärwald, Waldfragment, Vanille-Agroforst mit Waldursprung, Vanille-Agroforst mit Brachlandursprung, krautige Brache, holzige Brache, und Naßreis. Um genauere Daten über Baumdynamik und Ernten in Vanille-Agroforsten zu sammeln, habe wir zusätzlich eine Chronosequenz mit 209 Vanille-Agroforsten erforscht. Ferner enthält diese Dissertation ei-nen Review zur Landnutzungsgeschichte in Agroforstsystemen (Kapitel 2). Die Resultate zeigen unter anderem, dass sich Artengemeinschaften von Vögeln (Kapitel 3 & 4), Reptilien, und Amphibien (Kapitel 5) stark zwischen verschiedenen Landnutzungstypen unterscheiden und dass Primärwald unersetzlich für viele Arten ist, insbesondere die endemischen. Vanille-Agroforstsysteme bieten Chancen für den Naturschutz, insbesondere wenn diese auf Brachland und nicht im Wald etabliert werden (Kapitel 3 - 9). Zudem sind Vanilleernten in Agroforstsystemen unabhängig vom Beschattungsgrad. Der Anbau von Vanille in baumreichen Agroforsten ist demnach ohne Ernteverlust realisierbar (Kapitel 7 & 8) und hat Vorteile für Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen. Die vorliegende Dissertation führt zu einer wesentlichen Verbesserung unseres Verständnisses bezüglich des Wandels der Artenvielfalt und der Ökosystemleistungen in der kleinbäuerlich geprägten Agrarlandschaft des nordöstlichen Madagaskars. Sie gibt auch erste Einblicke in den Einfluss von Landnutzungsgeschichte, Schattenbäumen und Bewirtschaftungspraktiken auf Vanilleernten. Das Herausheben der Bedeutung der Landnutzungsgeschichte für Biodiversität und Ökosystemleistungen in tropischen Agroforstsystemen stellt zudem eine konzeptionelle Weiterentwicklung des Forschungsfeldes dar.
 
Statistik