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Über unterschiedlich lange Zeiträume mit unterschiedlicher Intensität als Schafrotationsweide genutzte ehemalige Mähwiesen wurden hinsichtlich
- physikalischer Bodenparameter als Indikatoren für Verdichtungsvorgänge,
- vegetationskundlicher Unterschiede in Folge der Schnitt- und Beweidungsregime sowie
- den Auswirkungen auf die Heuschrecken-, Laufkäfer- und Spinnengemeinschaften
untersucht.
Die allgemeine Beschreibung der Böden zeigt, daß sich die Flächen hinsichtlich ihrer Bodenbeschaffenheit und Nährstoffversorgung nur in engen Grenzen unterscheiden. Lediglich die Kontrollfläche hat einen deutlich erhöhten Feinsandanteil und weniger Ton als die Vergleichsflächen. Zusammenfassend werden die Böden als hydromorphe, allochthone Aueböden beschrieben. Porosität und Permeabilität korrelieren wesentlich stärker mit der Bodenart als - wie ursprünglich vermutet - mit der Intensität der Beweidung.
Bei der direkten Untersuchung einer bislang als Mähwiese genutzten Fläche vor und nach einer Weidesaison konnte eine erhöhte Verdichtung im Bereich der Mittelporen nachgewiesen werden, die Permeabilität wurde dadurch jedoch nicht nachweisbar beeinträchtigt. Frostlockerung und pedobiologische Aktivität außerhalb der Weidezeiten wirken diesem Prozeß entgegen, so daß sich über mehrere Jahre keine zunehmende Verdichtung auf den dauerhaft beweideten Flächen nachweisen läßt.
Allerdings führt die Beweidung zu speziellen Strukturen, wie sie auf reinen Mähwiesen nicht gefunden werden können. Aufgrund der räumlich differenzierten Nutzung der Fläche durch die Schafe entstehen Störstellen beispielsweise an derTränke oder dort, wo die Tiere Nacht für Nacht lagern. Diese Störstellen sind bald von Vegetation entblößt, stark durch den Kot und Urin der Tiere in ihrem Chemismus verändert und deutlich verdichtet.
Vegetationsaufnahmen nach BRAUN-BLJXNQUET und die Auswertung nach den ökologischen Zeigerwerten belegen die Nutzungsintensivierung durch die Schafrotationsweide. Die Wiesen verarmen an Kenn- und Differentialarten der Glatthafergesellschaften, dafür finden sich mehr Ruderalisierungszeiger. Die Artenzahl nimmt kontinuierlich ab, und es erfolgt eine Verschiebung des Artenspektrums zu lichthungrigen Düngezeigern mit hohem Regenerationsvermögen. Hinzu kommt die Ausbreitung von Weideunkräutern vor allem auf Flächen, die nicht regelmäßig ausgemäht werden. Die Fläche "F7" stellt ein Übergangsstadium von der Wiese zur intensiven Rotationsweide dar, auf der sich vorübergehend eine erhöhte Vielfalt aus Arten der Wiese und Weideunkräutern eingestellt hat.
Eine gleichgerichtete Vegetationsveränderung nach der Umnutzung einer vormaligen zweischürigen Mähwiese in eine Schafrotationsweide belegt die Annahme, daß die Unterschiede in der Vegetation auf "FK", "F1 ", "F4", "F7" und "F15" nicht standortbedingt, sondern nutzungsbedingt sind. Dies könnte mittels einer Frequenzprozentanalyse auf "F1 " vor und nach einer dreijährigen Schafbeweidung im Vergleich zu der Kontrollfläche "FK" belegt werden.
Die Heuschreckenfauna wurde mittels lsolationsquadratfängen untersucht, die Erfassung der Laufkäfer- und Spinnenfauna erfolgte mit Barberfallen.
Die höchste lndividuendichte der Heuschrecken fand sich auf "FK" gefolgt von "F7". Aussagen zu Diversität und Evenness sowie Arten- und Dominanzidentität sind aufgrund der eingeschränkten Artenzahlen zwischen drei und sechs pro Fläche nur unter Vorbehalten möglich. Durchweg geringe Diversitätswerte sind auf die Artenarmut zurückzuführen, da die Evenness aller Aufnahmen nahe bei 1 liegt. Für die Gemeinschaften von "FK" und "F1 " zeigt sich eine große Übereinstimmung hinsichtlich der Arten- und Dominanzidentität. Eine hohe Anzahl Subadulter in den Barbeffallen der Frühsommerfangperioden auf "F1 " findet keinen Niederschlag in entsprechenden Abundanzen adulter Heuschrecken. Die Beweidung führt demnach zu erhöhten Mortalitätsraten der Larvalstadien. Das Ähnlichkeitsdendrogramm bestätigt die große Ähnlichkeit der Dominanzidentitäten von "FK" und "F1 ", die Verschmelzungsniveaus für die übrigen Flächen liegen jedoch auch zwischen 55 und 70%.
Artenzahl und Aktivitätsdichte der Laufkäfergemeinschaften weisen die Kontrollfläche als die sowohl arten- als auch individuenärmste Fläche aus. Darüber hinaus werden dort 83% aller Individuen von einer Art (Poecilus versicoloi) gestellt. Die höchste Diversität findet sich auf "F4"; auf "F7" und "F15" sind die Diversitätswerte niedriger, dafür aber die Abundanzen wesentlich höher. Mit 30 Arten ist "F4" am artenreichsten, während die größte Aktivitätsdichte auf "F7" nachgewiesen werden konnte. Ähnlich den Heuschreckengemeinschaften zeigt sich eine hohe Übereinstimmung zwischen "FK" und "Fr, die Laufkäferzönosen der intensiver beweideten Flächen unterscheiden sich in Arten- und Dominanzidentität deutlich von den Zönosen dieser Flächen.
Die Auswertung der Spinnenfänge unterstützt mit leichten Abweichungen die Ergebnisse aus der Analyse der Laufkäferfänge. "F7" ist die mit Abstand arten- und individuenreichste Fläche. Erneut findet sich die niedrigste Aktivitätsdichte auf "FK", wenngleich sich diese nur minimal von der auf "F4" unterscheiden. Deutlich zeigt das Ähnlichkeitsdendrogramm zwei Gruppen von Spinnengemeinschaften: die der Mähwiesen und die der Weiden.
Während die Kontrollfläche "FK" und die seit einem Jahr beweidete Fläche "F1" durch arme Laufkäfer- und Spinnengesellschaften gekennzeichnet sind, auf denen wenige Arten extrem hohe Dominanzwerte erreichen, profitieren die genannten Gruppen offensichtlich von der Schafbeweidung. Der Vorteil wird auf den Flächen deutlicher, die nicht perfekt als Rotationsweide genutzt werden. Diverse Störstellen und Kleinstrukturen schaffen ökologische Nischen, die von zusätzlichen Arten besetzt werden. Lediglich die Heuschrecken werden durch diese Nutzungsform benachteiligt.
Die Dornbusch-Savannen Zentralnamibias unterliegen großen Veränderungen. Teilweise handelt es sich dabei um Degradationsprozesse, die zu einem Verlust an Artenvielfalt und auch ökonomischem Wert dieser überwiegend als Rinderweide genutzten Systeme führen. Die Degradation drückt sich in der Savannenlandschaft zum einen durch Verkahlung aus (Desertifikation), vor allem aber durch die massive Ausbreitung einzelner Dornbuscharten wie Acacia mellifera, die zur Umwandlung gemischter Savannenvegetation in artenarme Dominanzbestände führt (Verbuschung). Andere Veränderungen erfolgen spontan und stellen eine Reaktion der Vegetation auf aktuelle Niederschlagsereignisse dar. Diese phänologischen Änderungen sind in der Regel reversibel. Als typische Veränderungsmechanismen konnten nutzungsbedingter und natürlicher reversibler oder irreversibler Vegetationsverlust und die Wiederbesiedelung verkahlter Flächen identifiziert werden. Des Weiteren gibt es moderate Schwankungen der Vegetationsdichte, zu denen die Verbuschungsprozesse und die Buschsterbe gehören. Die Buschsterbe ist eine Pilzerkrankung, die zum flächenhaften Absterben von Akazienbüschen, vor allem von Ac. mellifera führt. Auch der Einfluss von Feuer kann eine Ursache für Veränderungen sein. Um insbesondere das Ausmaß der Degradationsprozesse in Zentralnamibia zu erfassen und zu quantifizieren, wurde in dieser Arbeit ein fernerkundliches Change-Detection-Verfahren auf der Basis von Landsat-TM und ETM-Daten entwickelt. Die methodische Basis hierfür stellten das Image-Differencing und die modifizierte selektive Hauptkomponentenanalyse (sPCA) dar. Um auch Formparameter der veränderten Flächen zur Unterscheidung von Veränderungstypen heranziehen zu können, wurden die Ergebnisse des Differencings segmentiert und das Maß der Kompaktheit(Compactness) der Segmente extrahiert. Die Klassifikation der charakteristischen Veränderungen erfolgte über Ratios und Schwellenwerte von Einzelkanälen dieser Change-Datendatensätze und der Compactness, die aus charakteristischen Veränderungssignaturen abgeleitet wurden. Diese wurden anhand von Referenzflächen ermittelt, die auf Felddaten basierten. Als Referenz zur Ableitung der Signaturen diente dabei der Veränderungsdatensatz aus dem Vergleich der Landsat- Szenen von Mai 2000 und April 2003. Diese bitemporale Change-Detection-Methode wurde für das Hauptuntersuchungsgebiet (A) in Zentralnamibia auf insgesamt 8 Kombinationen aus 7 Landsat-Szenen im Zeitraum von 1984 bis 2003 angewendet. Damit wurde die Übertragbarkeit der Methode auf verschiedene Zeitschnitte getestet. Zur Abschätzung der Übertragbarkeit auf andere Naturräume wurde die Methode zudem auch auf jeweils ein Szenenpaar in der ariden zwergstrauchdominierten Nama-Karoo in Südnamibia und in einem feuchteren Dornsavannen-Trockenwaldgebiet in der Kavango-Region Nordnamibias angewendet. Die Klassifikatoren zur Trennung der einzelnen Veränderungsklassen lieferten unterschiedlich gute Ergebnisse. Die Verkahlungs- und Wiederbesiedelungsprozesse wurden sehr zuverlässig detektiert, wobei allerdings die Unterscheidung von natürlicher und nutzungsbedingter Verkahlung anhand der Compactness-Werte den Anteil an anthropogen veränderten Flächen auffällig unterschätzte. Die Validierung anhand von Farmerauskünften bzw. vergleichenden Fotos zum Aufnahmezeitpunkt lieferte dabei in allen drei Untersuchungsgebieten ähnliche Ergebnisse. Moderate Veränderungen der Vegetationsdichte wurden in allen drei Untersuchungsgebieten überwiegend gut erkannt. Eine eindeutige Zuordnung auf Veränderungen des Busch- oder des Grasstratums war allerdings nicht immer möglich. Die Detektion von rezenten Brandflächen in Zentral- und Nordnamibia verlief zufrieden stellend. Mehrere Monate alte Brandflächen ließen sich mit dem dazu entwickelten Klassifikator jedoch nicht von anderen phänologisch und nutzungsbedingten Veränderungen trennen. Zur Analyse der Signifikanz der Change-Detektion-Ergebnisse wurden verschiedene Niederschlagsdaten und NDVI-Zeitreihen für den jeweiligen Beobachtungszeitraum hinzugezogen. Es zeigte sich, dass die Change-Detection-Ergebnisse stark mit den Niederschlagssummen korrelierten, die in der jeweiligen Regenzeit bis zum Aufnahmezeitpunkt der einzelnen Landsat-Szenen gefallen waren. War die Regenzeit zum ersten Vergleichszeitpunkt ergiebiger als zum zweiten, wurde überwiegend Vegetationsrückgang detektiert. War die zweite Regenzeit hingegen feuchter als die erste, wurde überwiegend Vegetationszunahme detektiert. Die Größe der Niederschlagsdifferenz zwischen beiden Zeitpunkten spiegelte sich zudem im Flächenanteil der einzelnen Veränderungsklassen wider. Durch diesen starken phänologischen, d.h. niederschlagsbedingten Veränderungsanteil wurden „echte“ Veränderungen z.T. verschleiert oder verstärkt. Dieses Ergebnis korrespondiert mit den Ergebnissen vieler anderer Change-Detection-Arbeiten im semiariden Raum. Als relevante Veränderungen wurden daher nur solche bewertet, die dem allgemeinen phänologischen Trend im Vergleichszeitraum entgegenstanden. So konnten z.B. Flächen, auf denen Vegetationszuwachs detektiert wurde, obwohl die Regenzeit zum zweiten Aufnahmezeitpunkt schwächer war als die erste, als tatsächlich verbuscht gelten. Unter Berücksichtigung dieser niederschlagsbedingten Einflüsse wurden im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia die Flächenanteile bestimmt, für die Degradation detektiert wurde. Demnach hat im Vergleich der Szenen von 1984 und 2003 auf etwa 681 km², entsprechend 2,8 % der Gesamtfläche des Untersuchungsgebietes, eine niederschlagsunabhängige Verdichtung der Vegetation, d.h. eine Verbuschung stattgefunden. Die Lage der betroffenen Gebiete korrespondiert mit der in der Literatur genannten Region (vgl. BESTER 1998/99). Des Weiteren wurde im Untersuchungszeitraum von 1984 bis 2003 auf ca. 0,53 km², entsprechend 0,002 % der Gesamtfläche des Untersuchungsgebietes irreversible Verkahlung, d.h. Desertifikation detektiert. Damit stellt in Zentralnamibia die Veränderung durch Verbuschung die flächenmäßig größte Bedrohung für Artenvielfalt und landwirtschaftliche Tragkraft der Savannen dar. Aufgrund der starken phänologischen Einflüsse konnten von der Buschsterbe betroffene Regionen im Untersuchungsgebiet nicht sicher erkannt und quantifiziert werden. Kleinräumig konnten im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia Farmen identifiziert werden, die in einem oder mehreren Ergebnisbildern durch besondere Veränderungsmuster auffielen. Zumeist handelte es sich um Degradationserscheinungen wie Verbuschung und Verkahlung, für die bei der Besichtigung während der Feldkampagne im Jahr 2004 oft ein Zusammenhang mit ungünstigen Landnutzungspraktiken, d.h. vor allem Überweidung hergestellt werden konnte. Des Weiteren wurden starke Veränderungen durch Entbuschungsmaßnahmen, kurzzeitige Weideeinflüsse und auch einzelne wiederhergestellte Bestände detektiert. Nutzungsbedingte Degradationserscheinungen treten im Untersuchungsgebiet in Zentralnamibia insgesamt nur kleinräumig auf einzelnen Farmen auf. Für das Untersuchungsgebiet in Südnamibia lagen zwei Landsat-Szenen für den kurzen Vergleichszeitraum von 2001 zu 2002 vor. Anhand dieser konnten unter Zuhilfenahme von Niederschlagsdaten stark degradierte Flächen identifiziert werden. Während auf den intakten Flächen aufgrund der besseren Regenzeit zum zweiten Aufnahmezeitpunkt wie erwartet Vegetationszuwachs detektiert wurde, führten ebendiese reichlichen Niederschläge im degradierten Gebiet zu einer großflächigen Erosion der Vegetationsdecke. Dies ist vermutlich auf die größere Geschwindigkeit des oberflächlich abfließenden Regenwassers in der spärlichen Vegetationsdecke der degradierten Fläche zurück zu führen. In den übrigen Gebieten reduzierte hingegen die dichtere Vegetation den Oberflächenabfluss, wodurch mehr Wasser versickerte und verstärktem Pflanzenwachstum zur Verfügung stand. Im Untersuchungsgebiet in Nordnamibia wurden zwei Landsat-Szenen von April 1991 und April 2000 verglichen. Die gravierendste Veränderung in diesem Zeitraum war nutzungsbedingte Verkahlung, die auf rund 4,4 % der Gesamtfläche, entsprechend 81 km² detektiert wurde. Ursache ist hier die Umwandlung von Dornbuschsavanne in Acker- oder Siedlungsraum. Demgegenüber wurde aber nur für 1,17 % der Gesamtfläche, entsprechend 21,76 km², Wiederbesiedelung detektiert. Dies sind zumeist Agrarflächen, die (kurzzeitig) aus der Nutzung genommen wurden. Das Ergebnis dokumentiert den zunehmenden Siedlungsdruck in der Kavango-Region. Die seit den 1970er Jahren verbesserte Infrastruktur ermöglicht hier immer mehr Menschen die Landnahme, Viehhaltung und Siedlung. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass mit der hier entwickelten Change-Detection-Methode unter Berücksichtigung der Niederschlagshistorie in den semiariden und ariden Testgebieten signifikante Veränderungen der Vegetation in verschiedenen Landschaftsräumen detektiert werden können. Weitere Anwendungen der Methodik auf andere Testgebiete im südlichen und westlichen Afrika am Rande dieser Arbeit zeigten ebenfalls gute Ergebnisse, die allerdings bislang aus Mangel an Referenzdaten nicht validiert werden konnten. Zur zukünftigen Operationalisierung der Methodik sollte vor allem eine verbesserte Trennbarkeit von nutzungsbedingten und natürlichen Verkahlungsprozessen angestrebt werden. Des Weiteren wird eine Anpassung der Klassifikatoren auf andere Sensoren wie z.B. ASTER angedacht, um auch nach dem Ausfall von Landsat 7 im Jahr 2003 aktuelle Daten vergleichen zu können. Um den phänologischen Einfluss von unterschiedlichen Niederschlagshistorien im Vorfeld der Eingangsdaten zu minimieren, wäre zudem die Implementierung eines Kalibrierungsfaktors denkbar, der auf Niederschlags- oder auch MODIS-NDVI-Daten der entsprechenden Zeit- und Untersuchungsräume basiert. Das Ergebnis wäre eine sichere Methode zur Detektion von regionalen Veränderungen im semiariden Raum. Die Identifizierung dieser Veränderungen, speziell von Degradationserscheinungen stellt die Basis dar, dort gezielt nach den Ursachen zu suchen und Handlungsempfehlungen zu entwickeln, um einer fortschreitenden Zerstörung von Lebensraum, Artenvielfalt und ökonomischem Potenzial der betroffenen Flächen entgegen zu wirken.