Biodiversity and ecosystem services under different future land-use change scenarios in southwestern Ethiopia

Biodiversität und Ökosystemleistungen unter verschiedenen zukünftigen Landnutzungsscenarien im Südwesten Äthiopiens

  • Tropical ecosystems are critical for biodiversity conservation and local people’s livelihood sustenance. However, these ecosystems are under high pressure from land-use and land cover (LULC) change, which is further projected to intensify and increase rapidly, thereby affecting biodiversity and the provisioning of vital ecosystem services (ES). It is thus important to understand how LULC might change in the future and how such changes could affect biodiversity and ES provisioning in a given landscape of tropical ecosystems. Scenario planning has become an increasingly popular tool and technique to produce narrative scenarios of the future landscape change. Thus, quantifying changes under different land-use scenarios could be a means to elucidate the synergies and trade-offs within the scenarios. In this dissertation, I examine the future of biodiversity and ES provisioning for different plausible land-use scenarios in southwestern Ethiopia. First, I translated four future plausible narrative social-ecological land-use scenarios (namely, ‘Gain over grain’, ‘Coffee and conservation’, ‘Mining green gold’ and ‘Food first’) developed for southwestern Ethiopia by participatory scenario planning into spatially explicit LULC scenario maps. Results showed distinct LULC changes under each scenario. For instance, forest cover under the ‘Gain over grain’ and ‘Coffee and conservation’ scenarios remained similar to the current landscape covering about half of the landscape, in contrast it decreased by 27% and by about 18% under ‘Mining green gold’ and ‘Food first’ scenarios, respectively. Coffee plantation and arable land for cereal crop production covered about half of the landscape under ‘Mining green gold’ and ‘Food first’ scenarios, respectively. Second, I investigated the impact of these land-use scenarios on biodiversity by specifically modelling woody plant species richness in farmland and forest. Both indicators of human disturbance and environmental conditions were used. The results indicated that the ‘Mining green gold’ and ‘Food first’ scenarios would result in strong losses of biodiversity, whereas the ‘Gain over grain’ scenario largely maintained biodiversity relative to the baseline. Only the ‘Coffee and conservation’ scenario showed positive changes for biodiversity that are likely viable in the long run. Third, I also investigated the effect of these land-use scenarios on woody plant-based ES provisioning by combining woody plant species with household surveys on how woody plants were used by the local community. I modelled and predicted the current and future availability of woody plant-based ES under the four scenarios of landscape change. The results showed that land-use scenarios with intensified food or cash crop cultivation would lead to the contraction of woody-plant based ES from farmland to forest patches, implying increased pressure on remaining forest patches. In such a context, attempts to ‘spare’ forest patches from local people will likely be ineffective or alternatively, will have serious negative consequences for local livelihoods. I further modelled and mapped the spatial distribution of six ES: two regulating services (erosion control and carbon storage), three provisioning services (coffee production, crop production and livestock feed) and a supporting service (woody plant richness) for the current landscape and the four land-use scenarios. Results showed smallholder farmers specializing on cash crops (‘Gain over grain’ scenario) would likely cause little change to ES generation, but major losses in ES would result from intensification scenarios (‘Mining green gold’ and ‘Food first’). Finally, the ‘Coffee and conservation’ scenario appears to be the most sustainable scenario because it would secure diverse ES in the long run. This study provides methodological and empirical contributions to the developing fields of scenario planning, social-ecological systems analysis, conservation and landscape change sciences. In addition, it has practical implications for local stakeholders and decision-makers, who can draw on findings for a better-informed land-use management. Overall, the findings of this dissertation showed the importance of integrating future land-use mapping with participatory, narrative-based scenarios to assess the social-ecological outcomes of alternative futures. The spatially explicit maps of LULC change, biodiversity and ES (at different scales) could be used as a valuable input to support stakeholders and decision-makers to weigh the advantages and disadvantages of different development trajectories on ecosystems and human well-being and to avoid or minimize future undesirable consequences. To this end, apart from the benefits of coffee production under ‘Mining green gold’ and crop production under ‘Food first’ scenarios, the findings under these scenarios of large-scale agricultural intensification point to a potentially high loss of biodiversity and ES. These two scenarios could have a negative long-term impact on ecosystems and human well-being. Finally, the ‘Coffee and conservation’ scenario, which involves the creation of a new biosphere reserve, appears to be the most sustainable scenario. This scenario could result in a sustainably managed, diversified landscape which could make major contributions to biodiversity conservation and human well-being in the region and beyond.
  • Tropische Ökosysteme sind von entscheidender Bedeutung für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und die Sicherung des Lebensunterhalts der lokalen Bevölkerung. Diese Ökosysteme stehen jedoch unter starkem Druck durch Veränderungen der Landnutzung und der Bodenbedeckung (LULC), die sich den Prognosen zufolge weiter intensivieren und rasch zunehmen werden, wodurch die biologische Vielfalt und die Bereitstellung lebenswichtiger Ökosystemleistungen (ES) beeinträchtigt werden. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie sich die LULC in Zukunft verändern könnte und wie sich diese Veränderungen auf die biologische Vielfalt und die Bereitstellung von ES in einer bestimmten Landschaft mit tropischen Ökosystemen auswirken könnten. Die Szenarioplanung ist zu einem immer beliebteren Instrument und Verfahren geworden, um narrative Szenarien des zukünftigen Landschaftswandels zu erstellen. Die Quantifizierung von Veränderungen unter verschiedenen Landnutzungsszenarien könnte daher ein Mittel sein, um die Synergien und Kompromisse innerhalb der Szenarien zu verdeutlichen. In dieser Dissertation untersuche ich die Zukunft der biologischen Vielfalt und der Bereitstellung von ES für verschiedene plausible Landnutzungsszenarien im Südwesten Äthiopiens. Zunächst übersetzte ich vier plausible sozial-ökologische Landnutzungsszenarien (nämlich "Gewinn vor Getreide", "Kaffee und Naturschutz", "Grünes Gold abbauen" und "Nahrung zuerst"), die für den Südwesten Äthiopiens im Rahmen einer partizipativen Szenarienplanung entwickelt wurden, in räumlich explizite LULC-Szenarienkarten. Die Ergebnisse zeigten deutliche LULC-Veränderungen unter jedem Szenario. So blieb beispielsweise die Waldbedeckung bei den Szenarien "Gewinn vor Getreide" und "Kaffee und Naturschutz" ähnlich wie bei der derzeitigen Landschaft und nahm etwa die Hälfte der Landschaft ein, während sie bei den Szenarien "Grünes Gold für den Bergbau" und "Nahrungsmittel zuerst" um 27 % bzw. 18 % zurückging. Kaffeeplantagen und Ackerland für den Getreideanbau nahmen unter den Szenarien "Bergbau, grünes Gold" und "Nahrungsmittel zuerst" jeweils etwa die Hälfte der Landschaft ein. Zweitens untersuchte ich die Auswirkungen dieser Landnutzungsszenarien auf die biologische Vielfalt, indem ich speziell den Artenreichtum von Gehölzen in Ackerland und Wäldern modellierte. Dabei wurden sowohl Indikatoren für menschliche Störungen als auch für die Umweltbedingungen verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Szenarien "Bergbau - grünes Gold" und "Nahrungsmittel zuerst" zu starken Verlusten der biologischen Vielfalt führen würden, während das Szenario "Gewinn über Getreide" die biologische Vielfalt im Vergleich zur Ausgangssituation weitgehend erhalten würde. Nur das Szenario "Kaffee und Naturschutz" zeigte positive Veränderungen für die biologische Vielfalt, die wahrscheinlich langfristig tragfähig sind. Drittens untersuchte ich auch die Auswirkungen dieser Landnutzungsszenarien auf die Bereitstellung von ES auf der Grundlage von Gehölzen, indem ich Gehölzarten mit Haushaltsbefragungen über die Nutzung von Gehölzen durch die lokale Gemeinschaft kombinierte. Ich modellierte und prognostizierte die aktuelle und künftige Verfügbarkeit von holzbasierten ES unter den vier Szenarien der Landschaftsveränderung. Die Die Ergebnisse zeigten, dass Landnutzungsszenarien mit intensiviertem Anbau von Nahrungsmitteln oder Nutzpflanzen zu einer Verringerung der auf Holzpflanzen basierenden ES von Ackerland auf Waldflächen führen würden, was einen erhöhten Druck auf die verbleibenden Waldflächen bedeutet. In einem solchen Kontext werden Versuche, Waldflächen vor der lokalen Bevölkerung zu "retten", wahrscheinlich unwirksam sein oder schwerwiegende negative Folgen für die lokalen Lebensgrundlagen haben. Darüber hinaus habe ich die räumliche Verteilung von sechs ES modelliert und kartiert: zwei regulierende Dienstleistungen (Erosionsschutz und Kohlenstoffspeicherung), drei versorgende Dienstleistungen (Kaffeeproduktion, Pflanzenproduktion und Viehfutter) und eine unterstützende Dienstleistung (Gehölzreichtum) für die aktuelle Landschaft und die vier Landnutzungsszenarien. Die Ergebnisse zeigten, dass Kleinbauern, die sich auf Cash-Crops spezialisieren (Szenario "Gewinn vor Getreide"), wahrscheinlich nur geringe Veränderungen bei der Erzeugung von ES bewirken würden, während die Intensivierungsszenarien ("Bergbau auf grünes Gold" und "Nahrung zuerst") zu größeren Verlusten an ES führen würden. Schließlich scheint das Szenario "Kaffee und Naturschutz" das nachhaltigste Szenario zu sein, da es langfristig vielfältige ES sichern würde. Diese Studie liefert methodische und empirische Beiträge zu den sich entwickelnden Bereichen der Szenarienplanung, der sozial-ökologischen Systemanalyse, des Naturschutzes und der Landschaftsveränderungswissenschaften. Darüber hinaus hat sie praktische Auswirkungen für lokale Interessengruppen und Entscheidungsträger, die die Ergebnisse für ein besser informiertes Landnutzungsmanagement nutzen können. Insgesamt haben die Ergebnisse dieser Dissertation gezeigt, wie wichtig es ist, zukünftige Landnutzungskartierungen mit partizipativen, narrativen Szenarien zu verbinden, um die sozial-ökologischen Ergebnisse alternativer Zukunftsszenarien zu bewerten. Die räumlich expliziten Karten von LULC-Veränderungen, Biodiversität und ES (in verschiedenen Maßstäben) könnten als wertvoller Input genutzt werden, um Interessenvertreter und Entscheidungsträger dabei zu unterstützen, die Vor- und Nachteile verschiedener Entwicklungspfade für Ökosysteme und menschliches Wohlergehen abzuwägen und zukünftige unerwünschte Folgen zu vermeiden oder zu minimieren. Abgesehen von den Vorteilen der Kaffeeproduktion im Rahmen des Szenarios "Bergbau auf grünes Gold" und der Pflanzenproduktion im Rahmen des Szenarios "Nahrungsmittel zuerst" deuten die Ergebnisse dieser Szenarien einer groß angelegten landwirtschaftlichen Intensivierung auf einen potenziell hohen Verlust an biologischer Vielfalt und ES hin. Diese beiden Szenarien könnten sich langfristig negativ auf die Ökosysteme und das menschliche Wohlbefinden auswirken. Schließlich scheint das Szenario "Kaffee und Naturschutz", das die Schaffung eines neuen Biosphärenreservats vorsieht, das nachhaltigste Szenario zu sein. Dieses Szenario könnte zu einer nachhaltig bewirtschafteten, diversifizierten Landschaft führen, die einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung der biologischen Vielfalt und zum menschlichen Wohlbefinden in der Region und darüber hinaus leisten könnte.

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Metadaten
Author:Dula Wakassa DugumaORCiDGND
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus4-13645
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/1364
Advisor:Jörn Fischer (Prof. Dr.)
Referee:Jörn Fischer (Prof. Dr.)ORCiDGND, Jan Hanspach (Prof. Dr.)ORCiDGND, Lisa Biber-FreudenbergerORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2023
Date of Publication (online):2024/01/04
Date of first Publication:2024/01/04
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2023/12/19
Release Date:2024/01/04
Pagenumber:198
Note:
Das Rahmenpapier der kumulativen Dissertation enthält 4 Fachartikel
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit / Social-Ecological Systems Institute (SESI)
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 556 Geowissenschaften Afrikas
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht