Loading…
Thumbnail Image

Land-use effects on plant biodiversity and carbon cycling in seasonally dry tropical forests in north-eastern Brazil

Schulz, Katharina

FG Ökosystemkunde / Pflanzenökologie

One of the most threatened ecosystems of Brazil is the so-called ‘Caatinga’. It is the seasonally dry tropical forest located in north-eastern Brazil. Due to the semi-arid climate, livestock husbandry (mainly goats) is the main economic sector. However, besides high stocking densities free roaming animals aggravate the degradation of this ecosystem. In areas near the Itaparica Reservoir, irrigation farming is conducted with perennial plants such as coconut, banana, guava, and mango and annual crops such as onion and melon being the most common crop species. Here, typical problems such as a high usage of agrochemicals and an improper irrigation, often leading to salinisation of the soils, occur. The present thesis analyses the effect of different land-use practices and intensities on the plant diversity and organic carbon stocks in an area of Caatinga seasonally dry tropical forest. The data assessment was carried out on 45 permanent study plots in the Caatinga dry forests (Itacuruba and Floresta) and on 21 agricultural areas in the irrigation schemes Apolônio Sales and Icó-Mandantes (Petrolândia). In the dry forests, the grazing intensity was quantified for each plot. The diversity of perennial plant species was recorded on a 20 m × 20 m plot (abundance). Herbaceous species were assessed on four subplots (each 2 m × 2 m) using the Braun-Blanquet cover-abundance scale. Further, the aboveground carbon stocks of woody plants (subplot, 10 m × 10 m) and herbaceous species (two subplots, each 2 m × 2 m) were assessed. For analysing soil organic carbon stocks, three samples of the topsoil and samples of two soil profiles were taken in each Caatinga plot. On the agricultural fields, two study plots (each 5 m × 5 m) were established. On these plots, vegetation relevés of weed species were carried out (cover-abundance scale according to Braun-Blanquet). Further, crop plants were measured to estimate the biomass per crop plant. Soil organic carbon stocks were determined by analysing two samples of the topsoil per study plot. The study results reveal that the present land use has detrimental effects on the plant diversity and organic carbon stocks of the Caatinga dry forests. In total, 140 plant taxa (including morphospecies) were found within the dry forest study plots. The species richness and the Shannon and Simpson indices of the woody vegetation were significantly higher on plots with no/low grazing intensity compared to the heavily grazed plots. The number of herbaceous species was also significantly higher on plots with no/low grazing. Aboveground carbon stocks were generally low (about 16 Mg ha-1) and the aboveground carbon stocks of herbaceous species were significantly reduced by grazing. Further, the recruitment of tree and shrub species (excluding the most abundant tree species) was significantly negatively affected by grazing. Moreover, high grazing pressure significantly reduced soil organic carbon stocks in the topsoil (7.02 Mg ha-1 vs. 3.39 Mg ha 1). The arable land showed a greater potential to sequester carbon (20.79 Mg ha-1) and a high weed diversity (77 species). Yet, the species assemblage showed only few similarities with the Caatinga dry forest plots. However, the data on crop yield imply a mostly significant positive relationship between crop yield and weed diversity. The present study presents the first comprehensive overview on the impact of the current land use on the vegetation and carbon stocks in an area of Caatinga in north-eastern Brazil. These novel insights are of crucial importance for the development of sustainable land management options. Based on the findings of this study, a set of recommendations was developed and incorporated into a guidance manual.
Eines der gefährdetsten Ökosysteme Brasiliens ist die „Caatinga“. Es handelt sich hierbei um die Trockenwaldgebiete im semi-ariden Nordosten Brasiliens. Die Caatinga ist überwiegend ländlich geprägt. Aufgrund des semi-ariden Klimas ist die Haltung von Ziegen der Hauptwirtschaftszweig. Ein zu hoher Viehbesatz sowie freilaufende Tiere führen jedoch vielerorts zu einer fortschreitenden Degradation des Ökosystems. In den Gebieten im Bereich des Itaparica-Stausees wird zudem Bewässerungslandbau betrieben. Kokosnuss, Banane, Guave und Mango sowie Zwiebel und Melone sind die häufigsten Feldfrüchte. Ein hoher Einsatz von Agrochemikalien sowie eine Versalzung der Böden aufgrund unsachgemäßer Bewässerung sind typisch für diese Gebiete. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss verschiedener Landnutzungsformen und -intensitäten auf die Pflanzendiversität sowie die organische Kohlenstoffspeicherung in einem Caatinga-Trockenwaldgebiet untersucht. Die Datenerhebung erfolgte auf 45 Daueruntersuchungsflächen in Trockenwaldgebieten (Itacuruba und Floresta) sowie auf 21 landwirtschaftlich genutzten Flächen in den Bewässerungsgebieten Apolônio Sales und Icó-Mandantes (Petrolândia). In den Trockenwaldgebieten wurde für jede Fläche die Beweidungsintensität bestimmt. Die Diversität der holzigen Pflanzen erfolgte innerhalb einer 20 m × 20 m Fläche (Häufigkeit). Die Diversität der krautigen Pflanzen wurde auf jeweils vier Teilflächen (je 2 m × 2 m) nach der Methode von Braun-Blanquet (Artmächtigkeitsskala) bestimmt. Auf Teilflächen wurde jeweils die oberirdische Biomasse der holzigen (10 m × 10 m) und der krautigen Pflanzen (2 Teilflächen, je 2 m × 2 m) erhoben. Zur Bestimmung der Kohlenstoffvorräte im Boden wurden jeweils drei Proben des Oberbodens sowie Proben von zwei Bodenprofilen je Untersuchungsfläche untersucht. Auf den ackerbaulich genutzten Flächen wurden jeweils zwei Untersuchungsflächen (5 m × 5 m) eingerichtet. Auf diesen Flächen wurden Vegetationsaufnahmen der Ackerunkräuter durchgeführt (Artmächtigkeitsskala nach Braun-Blanquet) sowie die Kulturpflanzen für die Bestimmung der Biomasse vermessen. Zur Bestimmung der Kohlenstoffvorräte im Boden wurden jeweils zwei Proben des Oberbodens genommen und analysiert. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass sich die derzeitige Landnutzung signifikant nachteilig auf die Pflanzendiversität und die organischen Kohlenstoffvorräte der Caatinga-Trockenwaldgebiete auswirkt. Auf den Trockenwaldflächen wurden insgesamt 140 Pflanzentaxa (inklusive Morphospezien) gefunden. Die Artenzahl sowie der Shannon- und Simpson-Index der holzigen Vegetation war auf den Flächen mit keiner/geringer Beweidung signifikant höher als auf den Flächen mit starker Beweidung. Die Anzahl krautiger Pflanzen war ebenfalls auf den Flächen mit keiner/geringer Beweidung signifikant größer. Die oberirdischen Kohlenstoffvorräte waren insgesamt gering (ca. 16 Mg ha 1), wobei die oberirdischen Kohlenstoffvorräte der krautigen Pflanzen durch Beweidung signifikant verringert wurden. Auch die Anzahl von Jungpflanzen (ohne die häufigsten Baumarten) wurde signifikant durch Beweidung verringert. Darüber hinaus wurden die organischen Kohlenstoffvorräte im Oberboden signifikant durch starke Beweidung reduziert (7,02 Mg ha-1 vs. 3,39 Mg ha 1). Die Ackerflächen wiesen zwar ein großes Potenzial für die oberirdische Speicherung von Kohlenstoff (20,79 Mg ha-1) sowie eine artenreiche Beikrautflora (77 Arten) auf, die Artzusammensetzung zeigte jedoch nur wenige Gemeinsamkeiten mit den untersuchten Trockenwaldgebieten. Weiterhin deuten die Daten einen positiven Zusammenhang zwischen der Diversität der Ackerunkräuter und dem Ertrag an. In der vorliegenden Arbeit wird zum ersten Mal ein umfassender Überblick über die Auswirkungen der aktuellen Landnutzung auf die Vegetation sowie die Kohlenstoffvorräte in einem Caatinga-Gebiet im Nordosten Brasiliens gegeben. Diese neuen Erkenntnisse sind für die Entwicklung von Handlungsempfehlungen für eine nachhaltige Landnutzung von zentraler Bedeutung. Entsprechende Anpassungsvorschlägen wurden bereits erarbeitet und in einem Handbuch zusammengefasst.