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Estimating grass productivity under different clipping frequencies and rainfall amount: implications for rangeland responses to climate change
(2017) Kawo, Samuel Tuffa; Treydte, Anna C.
Die Widerstandsfähigkeit und Nachhaltigkeit von Weideland hängt von dem Management vor und nach Degradierungen ab. Eine nachhaltige Nutzung von Weideland impliziert den langfristigen Erhalt der Produktivität. Beweidung und Dürren sind zwei der Haupt-Stressfaktoren, welche die Primärproduktion von Weideland reduzieren und damit sowohl zugehörige Ökosystemfunktionen und –dienstleistungen als auch die Tierproduktion beeinträchtigen. Semiaride Weideländer mit variierender Tragfähigkeit können zur Weidetierhaltung genutzt werden, indem die Herdengröße bei nachlassender Futterproduktion verringert wird. Eine Schädigung des Weidelandes kann so vermieden werden. Bereits degradierte Flächen können durch das Wiederaussäen geeigneter lokaler Arten wiederhergestellt werden um die Widerstandsfähigkeit des Weidelandes zu verbessern. Angesichts der Folgen des derzeitigen und vorhergesagten Klimawandels ist dies von besonderer Bedeutung um dem rasanten Verschwinden von Arten und Ökosystemdienstleistungen entgegen zu wirken. Dennoch ist unklar wie die derzeit zur Aussaat verwendeten Grasarten auf die kombinierten Effekte von Beweidung und Dürre reagieren und wie sich grasende Rinderherden unter der derzeitigen Dürre und den vorhergesagten zunehmenden Trockenheitsperioden verändern werden. Das Borana Weideland in Äthiopien war einst eine hoch produktive und bedeutende Futterquelle für Weidevieh. In Folge wiederkehrender Dürren, Landnutzungswandel, Überweidung und Verbuschung hat diese Produktivität jedoch stetig abgenommen. Das Wiederaussäen geeigneter lokaler Arten wurde als Managementmaßnahme dringend empfohlen, um das degradierte Weideland und dessen Ökosystemdienstleistungen wieder aufzuwerten. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, da angesichts des Bevölkerungswachstums eine zunehmende Nachfrage nach Fleisch als Proteinquelle erwartet wird und im Hinblick auf den Klimawandel schadensmindernde Maßnahmen ergriffen werden müssen um CO2 aus der Atmosphäre zu filtern. Weidelandrestaurierung durch Aussähen von schmackhaften Grasarten kann sowohl die strukturellen als auch die funktionalen Vegetationseigenschaften verbessern, was zudem zu einer Förderung der Ernährungssicherheit beiträgt. Zu den wichtigsten Ökosystemdienstleistungen von Weideland gehören unter anderem die Bereitstellung von Tierfutter (Biomasse und Nährstoffe) und die Kohlenstoffspeicherung (C) um CO2 aus der Atmosphäre zu filtern. Allerdings mangelt es an Wissen über die Verteilung der Biomasse in den Gräsern, sowie deren Nährstoff- und Kohlenstoffspeicherung unter dem Einfluss von Beweidung und Dürre nach der Aussaat. Hinzu kommt, dass die unterirdische Biomasse- und Kohlenstoffspeicherung von Gräsern bisher kaum untersucht wurde. In dieser Studie quantifizierten wir diese zwei Variablen unter den zwei Haupt-Stressfaktoren für Gräser, Schnitt und Bewässerung (entsprechend eines simulierten Beweidungsund Niederschlagsregimes). Ziel dieser Dissertation war es, die Wissenslücken im Vor- und Nachbehandlungsmanagement von Aussaaten auf Weideflächen zu schließen und Entscheidungsträger darüber zu informieren wie angemessene Strategien für eine nachhaltige Nutzung von Weideland entwickelt werden können. Die Reaktionen auf simulierte Beweidungs- und Niederschlagsintensitäten von zwei dominanten mehrjährigen Grasarten (Cenchrus ciliaris und Chloris gayana), welche oftmals bei den Aussaaten verwendet werden, wurden an jungen Gräsern in Topf- und Feldversuchen untersucht. Zudem analysierten wir, wie sich die Beweidung unter natürlichen Niederschlagsbedingungen auf die Verteilung von Biomasse, Nährwerten und Kohlenstoffspeicherungen in ausgewachsenen Grasbüscheln dieser zwei einheimischen Grasarten auswirkt. Die Ergebnisse zeigten gegensätzliche Reaktionen der Biomasse- und Kohlenstoffspeicherung, abhängig von Alterskategorie und Grasart. Generell löste der Schnitt bzw. die Beweidung eine starke Umverteilung auf die unterirdische Biomasse aus und förderte die Kohlenstoffspeicherung von C. ciliaris Büscheln, während C. gayana Büschel nur geringfügige Abweichungen zeigte. Bei beiden ausgewachsenen Gräsern reduzierte der Schnitt jedoch die überirdische Biomasse und Kohlenstoffspeicherung stark. Im Gegensatz dazu förderte ein moderater und leichter Schnitt bei jungen Gräsern erneutes Wachstum und damit auch die Biomasse- und Kohlenstoffspeicherung sowohl in über- als auch unterirdischen Pflanzenteilen. Derweil zeigte eine reduzierte Bewässerung den gleichen Effekt auf die Biomasseverteilung und Kohlenstoffspeicherung in beiden untersuchten Grasarten. Geringere Bewässerung reduzierte die Biomasse und den Kohlenstoff in unter- und oberirdischen Pflanzenteilen stark. Die in dieser Dissertation präsentierten Ergebnisse unterstreichen, dass sowohl die Effekte von Beweidung und variablem Niederschlag als auch das Grasalter im Management von Weideflächen berücksichtigt werden sollte. Unsere Experimente sind der erste Nachweis der interaktiven Effekte von Beweidung und Niederschlag auf die Verteilung von Biomasse und auf die Kohlenstoffspeicherung in alten und jungen Gräsern der semiariden Borana Weideflächen in Äthiopien. Das Wissen um diese interagierenden Faktoren gilt als essentiell für Entscheidungsträger, um ausgewogene Managementstrategien für Weideländer zu entwickeln. So kann das Potenzial zur Kohlenstoffspeicherung in degradierten Weideflächen in Zeiten des Klimawandels verbessert und damit auch schadensmindernde Maßnahmen und Anpassungsstrategien durch verbessertes Nachbehandlungsmanagement von degradierten Flächen unterstützt werden. Weiterhin modellierten wir die Dynamik von Rinderpopulationen unter variierenden Tragfähigkeits-Kapazitäten und unter stochastischen Umweltbedingungen. Das Modellieren von Dynamiken der Rinderpopulationen wurde noch nie zuvor für das semiaride Borana Weideland durchgeführt, ist jedoch essenziell um Änderungen von Populationsreaktionen auf den Klimawandel in einer variablen sozialen und ökologischen Umwelt über ein größeres Zeitfenster hinweg registrieren zu können. Wir entwickelten und evaluierten ein neuartiges Boran Rinderpopulationen-Kurvenmodell unter verschiedenen Dürrefrequenz-Vorkommnissen, für welches wir sowohl unterschiedliche Geburten- und Sterberaten innerhalb der Alters- und Geschlechtsklassen als auch variierende Tragfähigkeits-Kapazitäten verwendeten. Die Stochastik wurde berücksichtigt, indem Dürreereignisse zufällig in das Modell eingebunden wurden. Verwendet wurde dafür die Berkeley Madonna Software. Dabei charakterisierten verschiedene langfristige durchschnittliche Dürrefrequenzen die vier individuellen Modellszenarien. Das Ergebnis des Modells deutet darauf hin, dass eine Reduzierung des Niederschlags, zum Beispiel bei zunehmender Dürrefrequenz wie für Borana vorhergesagt, zu einem großen Verlust innerhalb der Rinderpopulationen führt. Die gesamte Populationsgröße reagierte hochsensibel auf den Verkauf sowohl von Jungtieren als auch von erwachsenen weiblichen Rindern, wenn ein Dürreereignis im System stattfand. Das stochastische Populationsmodell mit verschiedenen Tragfähigkeits-Kapazitäten weist angesichts zunehmender Dürreszenarien auf die zukünftigen Herausforderungen für die Lebensgrundlage der auf die Weidewirtschaft angewiesenen Gemeinschaften hin. Rinderherden müssen rechtzeitig verkleinert werden und die Grasproduktivität angesichts des Klimawandels auf nachhaltige Weise gefördert werden. Aus diesem Grund konzentrierte sich diese Dissertation auf Vorschläge zum Vor- und Nachbehandlungsmanagement von degradierten Weideflächen durch Modellierung von Rinderpopulationen und der Durchführung von Grasexperimenten. Das Management sollte sich darauf konzentrieren, dem Kollaps von Rinderherden vorzubeugen, indem der Verkauf von ausgewachsenen Stieren gesteigert wird. Dadurch werden Futterressourcen für die weiblichen Tiere während Dürrejahren in den Borana Weideländern frei. Gleichzeitig muss die Widerstandsfähigkeit der Weideflächen verbessert werden, indem gesunde Bedingungen beibehalten und degradierte Gebiete restauriert werden. Weiterhin müssen Frühwarnsysteme für Dürren und Marktinformationen gefördert werden, damit im Voraus geplante Verkäufe der Tierressourcen auf faire und nachhaltige Weise realisiert werden können. Dieser Ansatz würde zudem den Viehhaltern Vorteile durch den Verkauf der Tiere bringen, da ein großer Verlust von Rindern in Folge von Dürren vermieden werden könnte.