Biodiversity response to a protection gradient in Tanzania

Reaktionen der Biodiversität auf einen Schutzgradienten in Tansania

  • Biodiversity is quickly diminishing across the planet, primarily owing to human pressures. Protected areas are an essential tool for conserving biodiversity in response to increasing human pressures. However, their ecological effectiveness is contested and their capacity to resist human pressures differ. This dissertation aimed to assess the ecological effectiveness of different protection levels (from strict to less strictly protected: national park, game reserve, forest reserve, game-controlled area, and unprotected areas) in biodiversity (both mega diverse butterflies and mammals), maintaining habitat connectivity, and reducing anthropogenic threats at the wider landscape in the Katavi-Rukwa Ecosystem of southwestern Tanzania. To achieve this overarching goal, I employed an interdisciplinary approach. First, I analyzed butterfly diversity and community composition patterns across protection levels in the Katavi-Rukwa Ecosystem. I found that species richness and abundance were highest in the game reserves and game-controlled areas, intermediate in the forest reserves, national park and unprotected areas. Species composition differed significantly among protection levels. Landscape heterogeneity, forest cover, and primary productivity influenced species composition. Land-use, burned areas, forest cover, and primary productivity explained the richness of species and functional traits. Game reserves hosted most indicator species. Second, I modelled the spatial distribution of six large mammal target species (buffalo Syncerus caffer, elephant Loxodonta africana, giraffe Giraffa camelopardalis, hartebeest Alcelaphus buselaphus, topi Damaliscus korrigum, and zebra Equus burchellii) across environmental and protection gradients in the Katavi-Rukwa Ecosystem. Based on species-specific density surface models, I found relatively consistent effects of protection level and land-use variables on the spatial distribution of the target mammal species: relative densities were highest in the national park and game reserves, intermediate in forest reserves and game-controlled areas and lowest in un-protected areas. Beyond species-specific environmental predictors for relative densities, our results highlight consistent negative associations between relative densities of the target species and distance to cropland and avoidance of areas in proximity to houses. Third, I examined temporal changes in land-use, population densities and distribution of six large mammal target species across protection levels between 1991 and 2018. During the surveyed period, cropland increased from 3.4 % to 9.6 % on unprotected land and from ≤0.05 % to <1 % on protected land. Wildlife densities of most, but not all target species declined across the entire landscape, yet the onset of the observed wildlife declines occurred several years before the onset of cropland expansion. Across protection levels, wildlife densities occurred at much greater densities in the national park and game reserves and lowest in the forest reserves, game-controlled areas and unprotected areas. Based on logistic regression models, target species preferred the national park over less strictly protection levels and areas distant to cropland. Because these analyses do not support a direct relationship between the timing of land-use change and wildlife population dynamics, other factors may account for the apparent ecosystem-wide decline in wildlife. Fourth, I quantified land-use changes, modelled habitat suitability and connectivity of elephant over time across a large protected area network in southwestern Tanzania. Based on analyses of remotely-sensed data, cropland increased from 7% in 2000 to 13% in 2019, with an average expansion of 634 km2 per year. Based on ensemble models, distance from cropland influenced survey-specific habitat suitability for elephant the most. Despite cropland expansion, the locations of the modelled elephant corridors (n=10) remained similar throughout the survey period. According to ecological knowledge, nine of the modelled corridors were active, whereas one modelled corridor had been inactive since the 1970s. Based on circuit theory, I prioritize three corridors for protected area connectivity. Key indicators of corridor quality varied over time, whereas elephant movement through some corridors appears to have increased over time. Overall, this dissertation underpins differences in ecological effectiveness of protected areas within one ecosystem. It highlights the need to utilize a landscape conservation approach to guide effective conservation across the entire protection gradient. It also suggests the need to enforcing land use plans and having alternative and sustainable forms for generating income from the land without impairing wildlife habitat.
  • Die biologische Vielfalt nimmt auf der ganzen Welt rapide ab, was in erster Linie auf den Druck des Menschen / menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist. Schutzgebiete sind ein wichtiges Instrument zur Erhaltung der biologischen Vielfalt als Reaktion auf den zunehmenden Druck des Menschen. Ihre ökologische Wirksamkeit ist jedoch umstritten und ihre Fähigkeit, dem Druck des Menschen zu widerstehen, ist unterschiedlich. Ziel dieser Dissertation ist es, die ökologische Wirksamkeit verschiedener Schutzniveaus (von streng bis weniger streng geschützt: Nationalpark, Wildreservat, Waldreservat, Wildschutzgebiet und ungeschützte Gebiete) in Bezug auf die biologische Vielfalt (beispielhaft für Schmetterlinge und Säugetiere), die Aufrechterhaltung des Lebensraumverbundes und die Verringerung der anthropogenen Bedrohungen im Katavi-Rukwa-Ökosystem im Südwesten Tansanias zu bewerten. Um dieses übergreifende Ziel zu erreichen, habe ich einen interdisziplinären Ansatz gewählt. Zunächst habe ich die Schmetterlingsvielfalt und die Zusammensetzung dererLebensgemeinschaften in den verschiedenen Schutzgebieten des Katavi-Rukwa-Ökosystems analysiert. Dabei habe ich festgestellt, dass deren Artenreichtum und Abundanz in den Wildreservaten und den von Wildtieren kontrollierten Gebieten am höchsten waren, während sie in den Waldreservaten, den Nationalparks und den ungeschützten Gebieten dazwischen lagen. Die Artenzusammensetzung unterschied sich erheblich zwischen den einzelnen Schutzstufen. Heterogenität der Landschaft, Waldbedeckung und Primärproduktivität beeinflussten die Artenzusammensetzung. Landnutzung, verbrannte Flächen, Waldbedeckung und Primärproduktivität erklärten den Reichtum an Arten und funktionale Merkmale. In Wildschutzgebiete wurden die meisten Indikatorarten gefunden. Zweitens habe ich die räumliche Verteilung von sechs großen Säugetierarten (Büffel Syncerus caffer, Elefant Loxodonta africana, Giraffe Giraffa camelopardalis, Kuhantilope Alcelaphus buselaphus, Topi Damaliscus korrigum und Zebra Equus burchellii) über Umwelt- und Schutzgradienten im Katavi-Rukwa Ökosystem modelliert. Auf der Grundlage artspezifischer Dichteflächenmodelle habe ich relativ konsistente Auswirkungen des Schutzniveaus und der Landnutzungsvariablen auf die räumliche Verteilung der Zielsäugetierarten entdeckt: Die relative Dichte war im Nationalpark und in Wildreservaten am höchsten, in Waldreservaten und Wildschutzgebieten mittelhoch und in ungeschützten Gebieten am niedrigsten. Abgesehen von den artspezifischen Umweltprädiktoren für die relative Dichte zeigen unsere Ergebnisse einen konsistenten negativen Zusammenhang zwischen der relativen Dichte der untersuchten Arten und der Entfernung zu Ackerland sowie der Vermeidung von bewohnten Gebieten. Drittens untersuchte ich die zeitlichen Veränderungen der Landnutzung, der Populationsdichte und der Verbreitung der sechs Säugetierarten in den verschiedenen Schutzstufen zwischen 1991 und 2018. Während des untersuchten Zeitraums stieg die Anbaufläche von 3,4 % auf 9,6 % auf ungeschütztem Land und von ≤0,05 % auf <1 % auf geschütztem Land. Die Wildtierdichte der meisten, aber nicht aller Zielarten ging im Untersuchungsgebiet zurück, wobei der Beginn des beobachteten Rückgangs der Wildtiere mehrere Jahre vor dem Beginn der Ausweitung der Anbauflächen lag. Über alle Schutzstufen hinweg war die Dichte der Wildtiere in Nationalparks und Wildreservaten wesentlich höher und in Waldreservaten, Wildschutzgebieten und ungeschützten Gebieten am geringsten. Logistische Regressionsmodelle ergaben, dass die Zieltierarten den Nationalpark gegenüber weniger strengen Schutzniveaus und den von den Anbauflächen entfernten Gebieten bevorzugten. Da diese Analysen keinen direkten Zusammenhang zwischen dem Zeitpunkt der Landnutzungsänderung und der Populationsdynamik der Wildtiere belegen, könnten andere Faktoren für den offensichtlichen Rückgang der Wildtiere im gesamten Ökosystem verantwortlich sein. Viertens habe ich Landnutzungsänderungen quantifiziert, die Lebensraumeignung und die Konnektivität von Elefanten in einem großen Schutzgebietsnetz im Südwesten Tansanias modelliert. Auf der Grundlage von Analysen von Fernerkundungsdaten stieg die Anbaufläche von 7 % im Jahr 2000 auf 13 % im Jahr 2019, mit einer durchschnittlichen Ausdehnung von 634 km2 pro Jahr. Auf der Grundlage von Ensemble-Modellen beeinflusste die Entfernung zu Ackerflächen die untersuchungsspezifische Lebensraumeignung für Elefanten am stärksten. Trotz der Ausweitung der Anbauflächen blieben die Standorte der modellierten Elefantenkorridore (n=10) während des gesamten Erhebungszeitraums ähnlich. Nach den ökologischen Erkenntnissen waren neun der modellierten Korridore aktiv, während ein modellierter Korridor seit den 1970er Jahren inaktiv war. Auf der Grundlage der Schaltkreistheorie habe ich drei Korridore für die Anbindung von Schutzgebieten als vorrangig eingestuft. Die Schlüsselindikatoren für die Qualität der Korridore schwankten im Laufe der Zeit, während die Elefantenbewegungen durch einige Korridore im Laufe der Zeit zugenommen zu haben scheinen. Insgesamt untermauert diese Dissertation die Unterschiede in der ökologischen Wirksamkeit von Schutzgebieten innerhalb eines Ökosystems. Sie unterstreicht die Notwendigkeit, einen landschaftsbezogenen Schutzansatz zu verwenden, um einen wirksamen Schutz über den gesamten Schutzgradienten hinweg zu gewährleisten. Sie weist auch auf die Notwendigkeit hin, Landnutzungspläne durchzusetzen und alternative und nachhaltige Formen der Einkommensgenerierung aus dem Land zu finden, ohne den Lebensraum von Wildtieren zu beeinträchtigen.

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Metadaten
Author:Richard Alphonce GilibaORCiDGND
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus4-12875
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/1287
Advisor:Jacqueline Loos (Prof. Dr.)
Referee:Jacqueline Loos (Prof. Dr.)ORCiDGND, Stephen Syampungani (Prof. Dr.)ORCiD, Matthias Waltert (Prof. Dr.)ORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2023
Date of Publication (online):2023/01/12
Date of first Publication:2023/01/12
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2022/12/12
Release Date:2023/01/12
Note:
Das Rahmenpapier der kumulativen Dissertation enthält 5 Beiträge
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Ökologie (IE)
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 577 Ökologie
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