Forest diversity in fragmented landscapes of northern Ethiopia and implications for conservation [Elektronische Ressource] / Ermias Aynekulu Betemariam

Ermias Aynekulu Betemariam

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• Publié par: rheinische_friedrich-wilhelms-universitat_bonn
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 17
• Langue: English
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Extrait

Forest diversity in fragmented landscapes of northern Ethiopia and
implications for conservation.





Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades (Dr. rer. nat)
der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der
Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn




vorgelegt von
ERMIAS AYNEKULU BETEMARIAM
aus
ADDIS ABABA

Bonn 2011





































1. Referent: PD Dr. H.J. Boehmer
2. Referent: Prof. Dr. P.L.G. Vlek


Tag der Promotion: 30.09.2010

Erscheinungsjahr: 2011

Diese Dissertation ist auf dem Hochschulschriftenserver der ULB Bonn
http://hss.ulb.uni-bonn.de/diss_online elektronisch publiziert ABSTRACT


Deforestation and habitat fragmentation that arise largely due to the conversion of forests to
other agricultural land-use types and over-utilization of forest resources to satisfy the food and
energy requirements of the increasing population are major environmental concerns in northern
Ethiopia. Understanding plant species diversity and spatial distribution along environmental
gradients is crucial in the management of the remnant forest ecosystems. However, the ecology
of the forest remnants in northern Ethiopia is poorly studied. The purpose of this study is
therefore to (i) investigate plant species diversity and natural regeneration in relation to selected
environmental factors, (ii) quantify the elevation patterns of species diversity and community
composition, (iii) examine the extent and spatial distribution pattern of standing dead stems and
the effect of mass tree dieback on forest structure and diversity, and (iv) compare the
regeneration response of Juniperus procera and Olea europaea subsp. cuspidata in an open-
access forest area to a closed forest management system. The study was conducted in the Desa’a
and Hugumburda Afromontane forest remnants, which are the largest forest fragments in
northern Ethiopia and are national forest priority areas.
A total of 153 species belonging to 63 families was found in the study area; shrub and
herb species dominate (ca. 70 %). The vegetation is mainly a dry Afromontane forest type with
Juniperus and Olea as the dominant species; a riverine plant community in Hugumburda forest
represents a moist forest type. Elevation, slope, soil depth, distance to the nearest stream, soil
moisture, and forest disturbance are the main environmental factors influencing species
distribution and partitioned plant communities.
The diversity of species and the composition of plant communities in Desa’a forest
significantly respond to elevation. Species richness and diversity show a unimodal, hump-
shaped relationship with elevation that peaked at mid elevation (1900 – 2200 m). The beta
diversity values indicate medium species turnover along an elevational gradient. The
percentages of dead standing trees (snags) due to natural disturbance at Desa’a forest are high
for both J. procera (57  7 %) and O. europaea subsp. cuspidata (60  5 %), but show a
decreasing trend with increasing elevation suggesting that restoration is more urgent at the
lower elevations. Higher tree dieback at the lower elevation has pushed the tree species to the
higher elevation by about 500 m, and this can lead to a shift in the forest-shrubland ecotone to
higher elevations. Total stand density and basal area are reduced by 30 and 44 % when
excluding snags of the two species, respectively. Thus, mass tree dieback of the two key
species strongly influences the forest structure. High amounts of dead standing biomass are a
particular risk in a fire-prone semi-arid forest environment, and controlling snag densities is of
critical concern in the management of the remaining dry Afromontane forests in northern
Ethiopia.
The natural regeneration of native tree species in both forest remnants is low.
Exclosure was found to be an effective management option to improve the regeneration of O.
europaea, but it does not improve the regeneration of J. procera. Thus, a closed management
system in the open-access and degraded forests may not guarantee a successful regeneration of
native woody species. It rather favors grass and herbaceous species and can lead to a gradual
conversion of the forest land to wooded grassland. Most of the seedlings in forest remnants are
shrubs, while tree species are less diverse and abundant. The standing vegetation is only partly
represented in the seedling bank and many of the rare tree species, e.g. Afrocarpus falcatus,
show poor or no regeneration. A smaller number of saplings than mature individuals suggest
that locally some forest species are experiencing extinction. Thus, it is important to give
conservation priority to the last Afromontane forest remnants in northern Ethiopia to achieve
local, national and international biodiversity conservation goals.
KURZFASSUNG


Biodiversität in den Wäldern der fragmentierten Landchaften von
Nordäthiopien und die Folgerungen für ihren Schutz


Abholzung und die Fragmentierung der Lebensräume, hauptsächlich als Folge der
Umwandlung der Wälder in andere landwirtschaftliche Nutzungen sowie die
Ausbeutung der Waldressourcen, um den Nahrungsmittel- und Energiebedarf der
wachsenden Bevölkerung zu befriedigen, verursachen erhebliche Umweltprobleme in
Nordäthiopien. Kenntnisse der Pflanzenvielfalt und räumlichen Verteilung entlang
Umweltgradienten ist entscheidend bei der Bewirtschaftung der verbleibenden
Waldökosysteme. Jedoch ist die Ökologie der noch vorhandenen Waldfragmente in
Nordäthiopien nur wenig untersucht. Das Ziel dieser Studie ist daher (i) die Vielfalt der
Pflanzenarten und ihre natürliche Regeneration im Zusammenhang mit ausgewählten
Umweltfaktoren zu untersuchen, (ii) die höhenabhängige Verteilung der Artenvielfalt
und die Zusammensetzung der Pflanzengemeinschaften zu quantifizieren, (iii) das
Ausmaß und die räumliche Verteilung stehender toter Baumstämme sowie die
Auswirkungen eines Baumsterbens auf die Waldstruktur und -vielfalt zu untersuchen,
und (iv) den Einfluss eines geschlossenen Waldbewirtschaftungssystems mit dem eines
zugänglichen Waldes auf die Regeneration von Juniperus procera und Olea europaea
subsp. cuspidata zu vergleichen. Die Studie wurde in den afromontanen Wäldern
Desa’a und Hugumburda, die größten Waldfragmente in Nordäthiopien und mit
nationaler Schutzpriorität, durchgeführt.
Insgesamt 153 Arten aus 63 Familien kommen im Untersuchungsgebiet vor;
Strauch- und Kräuterarten dominieren (ca. 70 %). Die Vegetation ist hauptsächlich vom
trockenen afromontanen Waldtyp mit den dominierenden Arten Juniperus und Olea;
eine gewässernahe Pflanzengesellschaft im Hugumburda Wald ist vom Typ
Feuchtwald. Höhenlage, Hangneigung, Bodentiefe, Nähe zum nächsten Kleingewässer,
Bodenfeuchte und anthropogene Störungen sind die wichtigsten Umweltfaktoren, die
die Artenverteilung und die Zusammensetzung der Pflanzengesellschaften beeinflussen.
Die Artenvielfalt und die Zusammensetzung der Pflanzengesellschaften in
Desa’a Wald sind signifikant abhängig von der Höhenlage. Artenreichtum und
Diversität bilden eine unimodale Beziehung mit der Höhenlage; der höchste Wert ist bei
einer mittleren Höhenlage (1900 - 2200 m). Die Betadiversitätswerte deuten auf einen
mittleren Artenwechsel entlang eines Höhengradienten hin. Die Anteile stehender toter
Baumstämme als Folge natürlicher Störungen im Desa’a Wald sind hoch, sowohl für J.
procera (57  7 %) als auch für O. europaea subsp. cuspidata (60  5 %), zeigen jedoch
einen abnehmenden Trend mit zunehmender Höhenlage, was darauf hindeutet, dass
Rekultivierungsmaßnahmen in den unteren Höhenlagen dringender sind als in höheren.
Das stärkere Baumsterben in den unteren Höhenlagen hat dazu geführt, dass das
Vorkommen der betroffenen Baumarten sich um ca. 500 m nach oben verschoben hat.
Dies kann auch zu einer Verschiebung der Wald-Buschland-Vegetation in höhere Lagen
führen. Bestandsdichte bzw. Basalfläche sind um 30 bzw. 44 % reduziert wenn die
stehenden toten Individuen der beiden Arten nicht berücksichtigt werden; das
Absterben der beiden Hauptbaumarten beeinflusst also stark die Waldstruktur. Große
Mengen toter Baumbiomasse sind ein besonderes Waldbrandrisiko in einem semi-ariden Wald und die Kontrolle der Dichte des Totholzes ist von entscheidender
Bedeutung bei der Bewirtschaftung der noch verbleibenden trockenen afromontanen
Wälder in Nordäthiopien.
Die natürliche Regeneration der einheimischen Baumarten in den beiden
untersuchten Waldfragmenten ist niedrig. Es zeigt sich, dass eingezäunte Flächen eine
wirksame Bewirtschaftungsoption sind, um die Regeneration von O. europaea zu
begünstigen. Diese Maßnahme ble