Assessing trends in land use change in the Borana rangeland Ethiopia as one cause of greenhouse gas emissions and carbon sequestration variations
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften | |
| dc.contributor.referee | Hensel, Oliver (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Becker, Mathias (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2016-07-06T09:12:49Z | |
| dc.date.available | 2016-07-06T09:12:49Z | |
| dc.date.examination | 2016-06-09 | |
| dc.date.issued | 2016 | |
| dc.description.sponsorship | Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD), and Ministry of Education and Vocational Training (MOEVT),Tanzania and Das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) | ger |
| dc.identifier.isbn | 978-3-945266-03-8 | |
| dc.identifier.issn | 0933-4513 | |
| dc.identifier.uri | urn:nbn:de:hebis:34-2016070650577 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/2016070650577 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.publisher | Deutsches Institut für Tropische und Subtropische Landwirtschaft, Witzenhausen | ger |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | Ethiopia | eng |
| dc.subject | Land use | eng |
| dc.subject | Land cover change | eng |
| dc.subject | Greenhouse gases | eng |
| dc.subject | Remote sensing | eng |
| dc.subject | GIS | eng |
| dc.subject.ddc | 630 | |
| dc.subject.swd | Äthiopien | ger |
| dc.subject.swd | Landnutzung | ger |
| dc.subject.swd | Treibhausgas | ger |
| dc.subject.swd | Fernerkundung | ger |
| dc.subject.swd | Geoinformationssystem | ger |
| dc.title | Assessing trends in land use change in the Borana rangeland Ethiopia as one cause of greenhouse gas emissions and carbon sequestration variations | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Landnutzungsänderungen sind eine wesentliche Ursache von Treibhausgasemissionen. Die Umwandlung von Ökosystemen mit permanenter natürlicher Vegetation hin zu Ackerbau mit zeitweise vegetationslosem Boden (z.B. nach der Bodenbearbeitung vor der Aussaat) führt häufig zu gesteigerten Treibhausgasemissionen und verminderter Kohlenstoffbindung. Weltweit dehnt sich Ackerbau sowohl in kleinbäuerlichen als auch in agro-industriellen Systemen aus, häufig in benachbarte semiaride bis subhumide Rangeland Ökosysteme. Die vorliegende Arbeit untersucht Trends der Landnutzungsänderung im Borana Rangeland Südäthiopiens. Bevölkerungswachstum, Landprivatisierung und damit einhergehende Einzäunung, veränderte Landnutzungspolitik und zunehmende Klimavariabilität führen zu raschen Veränderungen der traditionell auf Tierhaltung basierten, pastoralen Systeme. Mittels einer Literaturanalyse von Fallstudien in ostafrikanischen Rangelands wurde im Rahmen dieser Studie ein schematisches Modell der Zusammenhänge von Landnutzung, Treibhausgasemissionen und Kohlenstofffixierung entwickelt. Anhand von Satellitendaten und Daten aus Haushaltsbefragungen wurden Art und Umfang von Landnutzungsänderungen und Vegetationsveränderungen an fünf Untersuchungsstandorten (Darito/Yabelo Distrikt, Soda, Samaro, Haralo, Did Mega/alle Dire Distrikt) zwischen 1985 und 2011 analysiert. In Darito dehnte sich die Ackerbaufläche um 12% aus, überwiegend auf Kosten von Buschland. An den übrigen Standorten blieb die Ackerbaufläche relativ konstant, jedoch nahm Graslandvegetation um zwischen 16 und 28% zu, während Buschland um zwischen 23 und 31% abnahm. Lediglich am Standort Haralo nahm auch „bare land“, vegetationslose Flächen, um 13% zu. Faktoren, die zur Ausdehnung des Ackerbaus führen, wurden am Standort Darito detaillierter untersucht. GPS Daten und anbaugeschichtlichen Daten von 108 Feldern auf 54 Betrieben wurden in einem Geographischen Informationssystem (GIS) mit thematischen Boden-, Niederschlags-, und Hangneigungskarten sowie einem Digitales Höhenmodell überlagert. Multiple lineare Regression ermittelte Hangneigung und geographische Höhe als signifikante Erklärungsvariablen für die Ausdehnung von Ackerbau in niedrigere Lagen. Bodenart, Entfernung zum saisonalen Flusslauf und Niederschlag waren hingegen nicht signifikant. Das niedrige Bestimmtheitsmaß (R²=0,154) weist darauf hin, dass es weitere, hier nicht erfasste Erklärungsvariablen für die Richtung der räumlichen Ausweitung von Ackerland gibt. Streudiagramme zu Ackergröße und Anbaujahren in Relation zu geographischer Höhe zeigen seit dem Jahr 2000 eine Ausdehnung des Ackerbaus in Lagen unter 1620 müNN und eine Zunahme der Schlaggröße (>3ha). Die Analyse der phänologischen Entwicklung von Feldfrüchten im Jahresverlauf in Kombination mit Niederschlagsdaten und normalized difference vegetation index (NDVI) Zeitreihendaten dienten dazu, Zeitpunkte besonders hoher (Begrünung vor der Ernte) oder niedriger (nach der Bodenbearbeitung) Pflanzenbiomasse auf Ackerland zu identifizieren, um Ackerland und seine Ausdehnung von anderen Vegetationsformen fernerkundlich unterscheiden zu können. Anhand der NDVI Spektralprofile konnte Ackerland gut Wald, jedoch weniger gut von Gras- und Buschland unterschieden werden. Die geringe Auflösung (250m) der Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) NDVI Daten führte zu einem Mixed Pixel Effect, d.h. die Fläche eines Pixels beinhaltete häufig verschiedene Vegetationsformen in unterschiedlichen Anteilen, was deren Unterscheidung beeinträchtigte. Für die Entwicklung eines Echtzeit Monitoring Systems für die Ausdehnung des Ackerbaus wären höher auflösende NDVI Daten (z.B. Multispektralband, Hyperion EO-1 Sensor) notwendig, um kleinräumig eine bessere Differenzierung von Ackerland und natürlicher Rangeland-Vegetation zu erhalten. Die Entwicklung und der Einsatz solcher Methoden als Entscheidungshilfen für Land- und Ressourcennutzungsplanung könnte dazu beitragen, Produktions- und Entwicklungsziele der Borana Landnutzer mit nationalen Anstrengungen zur Eindämmung des Klimawandels durch Steigerung der Kohlenstofffixierung in Rangelands in Einklang zu bringen. | ger |
| dcterms.abstract | Land use change is one major driver of greenhouse gas (GHG) emissions. When land use changes from ecosystems with permanent natural vegetation to arable farming with the soil lying bare for periods of the year, GHG emissions tend to increase while carbon storage capacity tends to decrease. Crop farming is expanding globally in both smallholder and agro-industrial systems, often onto neighbouring semi-arid to sub-humid rangeland ecosystems. The present study analysed trends in land use change in the Borana rangeland of southern Ethiopia. Increasing population, the emergence of private enclosures, changing land use policies, and increasing climate variability lead to rapid changes in the traditional livestock based pastoral land management system. Based on a literature review on case studies from the East African rangelands, the present study devised a schematic model of land use, greenhouse gas emission and carbon sequestration pathways. Satellite data combined with field survey information were used to analyse the nature and extent of land use and land cover change from 1985 to 2011 in five study areas (Darito/Yabelo District and Soda, Samaro, Haralo, Did Mega/all Dire District). A 12% increase of cultivated area occurred at Darito, mainly at the expense of bushland, while at the other sites cultivation did not expand but grassland increased (+16 to 28%) mainly at the expense of bushland (-23 to 31%). A marked increase in bare land was only observed at the Haralo site (+13%). Factors inducing agricultural expansion were examined in more detail at Darito. GPS measurements and cropping histories of 108 fields of 54 farmers were overlaid in a geographical information system (GIS) with map layers of soil, rainfall, elevation and slope. Multiple linear regression showed that slope and elevation were significant variables for cultivation expansion onto low-lying areas, while soil type, distance from dry-river, and rainfall were not. The model had a low R² (0.154), the explanatory power was low and other variables are likely to explain more of this expansion. Scatterplots of field size and years under cultivation against altitude indicate a recent (since 2000) trend of cultivation toward lower altitudes (below 1620 masl) and larger field sizes (>3ha). Seasonal vegetation changes were analyzed using phenological observations of crops, rainfall, and time series of normalized difference vegetation index (NDVI) data. Phenology records served to identify points in time when the biomass cover of cultivated land was high (greening up phase, pre-harvest) or low (land preparation for planting/seeding). Cropland could be distinguished, best from woodland, not so well from bushland and grassland, using NDVI time series spectral profiles. However, the 250m pixel resolution of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) NDVI data resulted in a mixed pixel effect, i.e. single pixels comprised different types of vegetation, so that the differentiation was less pronounced than expected. If a land-use change monitoring tool for regular observation (fortnightly, monthly) were to be set up, it would require NDVI data of higher spatial resolution, multispectral bands, or data from the Hyperion instrument of the EO-1 (Earth Observing-1). This would permit a sharper distinction between cropland areas and natural rangeland. The study considers such methodologies suitable and recommendable for land managers and planers to devise land and resource management plans in order to reconcile development and production needs of the Borana land users with national efforts to mitigate climate change by enhancing carbon sequestration in rangelands. | eng |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Mgalula, Michael Elias | |
| dcterms.isPartOf | Topics in Applied Resource Management in the Tropics ;; 5 | ger |
| dcterms.source.series | Topics in Applied Resource Management in the Tropics | ger |
| dcterms.source.volume | 5 | ger |