Climate-grazing interactions in Mongolian rangeland vegetation

  • Rangelands are the most widespread land-use systems in drylands, where they often represent the only sustainable form of land-use due to the limited water availability. The intensity of the land-use of such rangeland ecosystems in drylands depends to a large extent on the climatic variability in time and space, as on the one hand it influences the growth of biomass and therefore the grazing intensity, but on the other hand it can also destroy entire herds through extreme climatic events. Rangeland systems are seriously threatened by climate change, because climate change will alternate the availability of water in time and space. This is dangerous in that we have not yet fully understood how grazing affects vegetation under different climatic conditions. Inadequate rangeland management can quickly lead to serious degradation of the grazing grounds. This dissertation therefore deals with the question which role climatic variability plays for the effects of grazing on vegetation in dry rangelands. The relatively intact steppes in central Mongolia were chosen as a model system. They are characterised by low precipitation and high climatic variability in the south (100 mm annual precipitation), and comparatively high precipitation and low climatic variability in the north (250 mm). The effects of grazing on vegetation on 15 grazing transects were investigated along the climatic gradient. The central elements were the plant species and their abundances on 10 m x 10 m areas, for which functional characteristics such as height, affiliation of functional groups or leaf nutrients were recorded. The main hypothesis of this dissertation is that grazing has a greater impact on vegetation communities with increasing rainfall. To test this hypothesis, three studies were carried out. In a first study, we found that the vegetation communities in the dry area differ strongly along the climatic gradient, while the plant communities in the wetter area differ more strongly along the grazing gradient. The results of the second study suggested that this difference can be explained by a functional environmental filter that becomes weaker from south to north as the niche spectrum increases. The third study has shown that this is likely a function of the higher availability of resources, which at the same time leads to higher grazing pressure, therewith stressing the vegetation especially in years with droughts. In summary, I conclude that the climate gradient also represents an environmental filter that filters species for certain characteristics, thus having a significant influence on the vegetation. Climatic variability influences the effect of grazing on vegetation, which is particularly problematic where the grazing intensity is high and the species are less adapted to strong climatic fluctuations. Future scenarios predict increasing productivity and therefore increasing livestock density. This may lead to an increase in floristic and functional diversity across the climate gradient, but also to increasing grazing effects and therefore threads for overgrazing. Increasing climatic variability is likely to intensify this thread, especially in the moister regions, whereas the dry rangelands are likely to be more resilient due to the adaptation of the plants to non-equilibrium dynamics. The fate of Mongolia’s rangeland systems therefore clearly lies in the hand of the rangeland managers. The sustainable use of Mongolia’s vast steppe ecosystems might depend on a flexible livestock management system which balances the grazing intensity with the available resources, while still considering climatic variability as a key for the management decisions. A potential link-up for future studies might arise from the shortcomings of the studies presented. This dissertation suggests that long-term observations are necessary to better understand the effects of climatic variability. In addition, grazing gradients must be selected more carefully in the future in order to be able to ensure better comparability, and functional analyses should have a stronger relationship to forage quality. With these points in mind, a comparative study of several rangeland ecosystems on a global level must be the ultimate goal. This could be an important step for the sustainable use of drylands in the context of global climate and land use change.
  • Weidesysteme sind die am weitest verbreiteten Landnutzungssysteme in Trockengebieten, da sie aufgrund der limitierten Wasserverfügbarkeit oft die einzige nachhaltige Form der Landnutzung darstellen. Die Intensität der Nutzung solche sogenannter Rangeland-Ökosysteme hängt in Trockengebieten erheblich von der klimatischen Variabilität in Zeit und Raum ab, da sie einerseits den Aufwuchs von Biomasse und daher die Beweidungsintensität beeinflusst, andererseits aber auch durch extreme Klimaevents ganze Herden vernichten kann. Rangelandsysteme sind erheblich durch den Klimawandel bedroht, weil er die Verfügbarkeit von Wasser in Zeit und Raum durcheinander bringt. Das ist insofern gefährlich, als dass wir noch nicht ganz verstanden haben wie sich Beweidung unter unterschiedlichen Klimabedingungen auf die Vegetation auswirkt. Unangepasstes Weidemanagement kann aber schnell zu ernsthafter Degradation des Weidelands führen. Diese Dissertation beschäftigt sich daher mit der Frage, welche Rolle klimatische Variabilität für die Effekte von Beweidung auf die Vegetation in trockenen Rangelands spielt. Als Modellsystem wurden die noch relativ intakten Steppen im Zentrum der Mongolei gewählt, die durch geringe Niederschläge und hohe klimatische Variabilität im Süden (100 mm Jahresniederschlag) und vergleichsweise hohe Niederschläge und geringe klimatische Variabilität im Norden (250 mm) des Landes gekennzeichnet sind. Entlang des Klimagradienten wurden die Effekte von Beweidung auf die Vegetation auf 15 Beweidungstransekten untersucht. Zentrales Element waren die Arten und ihre Abundanzen auf 10 m x 10 m großen Flächen, zu denen außerdem funktionelle Merkmale wie Höhe, Zugehörigkeit zu funktionellen Gruppen und Blattnährstoffstoffe erfasst wurden. Die Haupthypothese dieser Dissertation besagt, dass sich die Beweidung mit zunehmenden Niederschlägen stärker auf die Vegetationsgesellschaften auswirkt. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurden drei Studien durchgeführt. In einer ersten Studie wurde festgestellt, dass sich die Vegetationsgesellschaften im trockenen Bereich stärker entlang des Klimagradienten unterscheiden, während sich die Gesellschaften im feuchteren Bereich stärker entlang der Beweidungsgradienten unterscheiden. Die Ergebnisse der zweiten Studie ließen darauf schließen, dass sich dieser Unterschied mit einem funktionalen Umweltfilter erklären lässt, der von Süden nach Norden durch ein sich vergrößerndes Nischenspektrum schwächer wird. Die dritte Studie hat gezeigt, dass dies durch eine höhere Ressourcenverfügbarkeit ermöglicht wird, die aber dadurch gleichzeitig zu einem höheren Beweidungsdruck führt, was insbesondere in Jahren mit hoher Trockenheit zu Problemen für die Vegetation führen kann. Zusammenfassend lässt sich daher sagen, dass der Klimagradient zugleich einen Umweltfilter darstellt, der Arten nach ihrer bestimmten Charakteristika filtert und somit erheblichen Einfluss auf vorkommende Vegetation hat. Klimatische Variabilität beeinflusst zudem den Effekt der Beweidung auf die Vegetation, was insbesondere dort problematisch ist, wo die Beweidungsdichte hoch und die Arten weniger angepasst an starke klimatische Schwankungen sind. Zukunftsszenarien sagen eine steigende Produktivität und damit eine steigende Viehdichte voraus. Dies kann zu einer Zunahme der floristischen und funktionalen Vielfalt über den Klimagradienten hinweg führen, aber auch zu zunehmenden Beweidungseffekten und damit zu Überweidung. Zunehmende klimatische Variabilität wird diese Gefahr wahrscheinlich verstärken, insbesondere in den feuchteren Regionen, während die trockenen Weideländer aufgrund der Anpassung der Pflanzen an die klimatischen Bedingungen wahrscheinlich widerstandsfähiger sind. Das Schicksal der Weidelandsysteme der Mongolei liegt somit eindeutig in der Hand der Weidelandmanager. Die nachhaltige Nutzung der mongolischen Steppenökosysteme könnte von einem flexiblen Viehwirtschaftssystem abhängen, das die Beweidungsintensität mit den verfügbaren Ressourcen in Einklang bringt und gleichzeitig die Klimavariabilität als Schlüssel für die Managemententscheidungen berücksichtigt. Anschlusspunkte für zukünftige Studien mögen sich aus den Schwächen der vorgelegten Studie ergeben. So hat diese Dissertation auch gezeigt, dass Langzeitbeobachtungen nötig sind um die Effekte von klimatischer Variabilität besser verstehen zu können. Außerdem müssen Beweidungsgradienten in Zukunft noch sorgfältiger ausgewählt werden, um die Vergleichbarkeit besser gewährleisten zu können, und funktionale Analysen sollten einen stärkeren Bezug zu Futterqualität haben. Unter der Berücksichtigung dieser Punkte muss schließlich eine vergleichende Studie mehrerer Rangeland-Ökosysteme auf globaler Ebene das Ziel sein. Dies könnte ein wichtiger Schritt für die nachhaltige Nutzung von Trockengebieten unter den Vorzeichen des globalen Klima- und Landnutzungswandels sein.

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Metadaten
Author:Julian AhlbornORCiDGND
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus4-12599
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/1259
Title Additional (German):Klima-Beweidungs Interaktionen in mongolischer Steppenvegetation
Advisor:Henrik von Wehrden (Prof. Dr.)
Referee:Henrik von Wehrden (Prof. Dr.)ORCiDGND, Karsten Wesche (Prof. Dr.)ORCiDGND, Anja Linstädter (Prof. Dr.)ORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2022
Date of Publication (online):2022/09/30
Date of first Publication:2022/09/30
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2022/07/08
Contributing Corporation:Friedrich Schiller Universität Jena
Release Date:2022/09/30
Note:
Das Rahmenpapier der kumulativen Dissertation enthält drei Fachartikel
Note:
Gemeinsames Dissertationsvorhaben und DFG-Projekt von Leuphana Universität Lüneburg, Friedrich Schiller Universität Jena, Senckenberg Museum of Natural History, Görlitz und National University of Mongolia
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Ökologie (IE)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht