Is there a solution to the spatial scale mismatch between ecological processes and agricultural management?

The major limit to develop robust landscape planning for biodiversity conservation is that the spatial levels of organization of landscape management by local actors rarely match with those of ecological processes. This problem, known as spatial scale mismatch, is recognized as a reason of lack of effectiveness of agri-environment schemes. We did a review to describe how authors identify the problem of spatial scale mismatch in the literature. The assumption is made that the solutions proposed in literature to conciliate agricultural management and conservation of biodiversity are based on theoretical frameworks that can be used to go towards an integration of management processes and ecological processes. Hierarchy Theory and Landscape Ecology are explicitly mobilized by authors who suggest multiscale and landscape scale approaches, respectively, to overcome the mismatch problem. Coordination in management is proposed by some authors but with no theoretical background explicitly mentioned. The theory of organization of biological systems and the theories of Social-Ecological Systems use the concept of coordination and integration as well as concepts of organization, adaptive capabilities and complexity of systems. These theories are useful to set up a new framework integrating ecological processes and agricultural management. Based on this review we made two hypotheses to explain difficulties to deal with spatial scale mismatch: (1) authors generally do not have an integrated approach since they consider separately ecological and management processes, and (2) an inaccurate use of terminology and theoretical frameworks partially explain the inadequacy of proposed solutions. We then specify some terms and highlight some ‘rules’ necessary to set up an integrative theoretical and methodological framework to deal with spatial scale mismatch.(Presentation des résumés n°186, p. 95-96, non paginé

Does Vegetation Mediate The Effects Of Climatic Change On Lake Catchment Dynamics at Lake Mugecuo, Southwest China?

Lake sediment archives are widely used in palaeoenvironmental reconstructions on the basis that lake ecosystems are sensitive to environmental changes and they integrate changes in the surrounding landscape and atmosphere (Birks & Birks 2006; Carpenter et al., 2007; Pham et al., 2008; Williamson et al., 2008).The primary aim of this research is to investigate the links between long-term changes in climate and changes in plant community dynamics, and the potential impacts of these interactions on catchment palaeo-erosion rates during the Holocene in a high relief lake catchment. There is a distinct lack of palaeo-record coverage for the Hengduan Mountains and surrounding areas including the south eastern edge of the Tibetan Plateau (Zhang & Mischke, 2009). The Lake Mugecuo MG1 record analysed here is one of the few high resolution Holocene palaeoenvironmental and palaeoecological records available for Southwestern China and one of the first for this part of the Hengduan Mountains in Sichuan Province, extending back to ~12.6 kcal.yr BP. The long-term relationship between major climatic change, vegetation change, and denudation events is complex and poorly understood (Willis et al., 1997). A PFT (plant functional type) approach was adopted to provide a method of classifying pollen taxa into plant communities in order to determine whether plant functional diversity mediates the effects of climate on lake catchment dynamics (including long-term erosion rates) at Lake Mugecuo. 10Be concentrations in bedrock and fluvial sediment samples were used as an independent proxy to estimate surface erosion rates, along with lacustrine deposits of quartz from two shallow water cores (MG3 & MG4) which are used to estimate palaeo-erosion rates for the Lake Mugecuo catchment. A published speleothem record (Wang et al., 2005; Dykoski et al., 2005) from Dongge cave (25°17′N, 108°5′E; 680 m), is used as an indicator of the general pattern of effective moisture change in this region during the Holocene in order to determine if there is a direct link between climate change and the lake deposition record and whether factoring in vegetation improves our understanding of the link between climate change and the lake deposition archive. The MG1 record provides a unique insight into the environmental and vegetation changes that took place during the Late-Glacial/Early Holocene transition. Statistical analysis of the data reveals that plant functional diversity and lake catchment dynamics (using particle-size analysis as an insight into catchment stability) respond to long-term changes (>2,800yr) in climate on in the Lake Mugecuo catchment whilst interactions between plant functional diversity and lake catchment dynamics are found to vary on shorter timescales (<2,800yr). It is argued here that apparent environmental shifts captured in the Lake Mugecuo record are primarily driven/mediated by changes in plant functional diversity and that an array of different types of species and/or functional groups play an important role in modulating and landscape evolution across millennial timescales (approximately 1,000-3,000 years). Vegetation is found to have a filtering effect on the signals of the proxies that are traditionally used as indicators for changes in erosion and deposition in palaeoenvironmental reconstructions (e.g. particle size). 10Be cosmogenic measurements provided supplementary data on past changes in landscape dynamics in the Mugecuo catchment which the conventional proxies used in palaeoenvironmental studies were unable to achieve.British Geological Surve

The Hindu Kush Himalaya Assessment

This open access volume is the first comprehensive assessment of the Hindu Kush Himalaya (HKH) region. It comprises important scientific research on the social, economic, and environmental pillars of sustainable mountain development and will serve as a basis for evidence-based decision-making to safeguard the environment and advance people’s well-being. The compiled content is based on the collective knowledge of over 300 leading researchers, experts and policymakers, brought together by the Hindu Kush Himalayan Monitoring and Assessment Programme (HIMAP) under the coordination of the International Centre for Integrated Mountain Development (ICIMOD). This assessment was conducted between 2013 and 2017 as the first of a series of monitoring and assessment reports, under the guidance of the HIMAP Steering Committee: Eklabya Sharma (ICIMOD), Atiq Raman (Bangladesh), Yuba Raj Khatiwada (Nepal), Linxiu Zhang (China), Surendra Pratap Singh (India), Tandong Yao (China) and David Molden (ICIMOD and Chair of the HIMAP SC). This First HKH Assessment Report consists of 16 chapters, which comprehensively assess the current state of knowledge of the HKH region, increase the understanding of various drivers of change and their impacts, address critical data gaps and develop a set of evidence-based and actionable policy solutions and recommendations. These are linked to nine mountain priorities for the mountains and people of the HKH consistent with the Sustainable Development Goals. This book is a must-read for policy makers, academics and students interested in this important region and an essentially important resource for contributors to global assessments such as the IPCC reports. ; Constitutes the first comprehensive assessment of the Hindu Kush Himalaya region, providing an authoritative overview of the region Assembles the collective knowledge of over 300 leading researchers, practitioners, experts, and policymakers Combines the current state of knowledge of the Hindu Kush Himalaya region in one volume Offers Open Access to a set of practically oriented policy recommendation

Geoecological analysis of forest distribution and post-disturbance tree regrowth in the forest-steppe of central Mongolia

Die mongolische Waldsteppe bildet den Übergangsbereich zwischen der sibirischen Taiga im Norden und der Wüste Gobi im Süden. Die Baumvegetation in diesem Ökoton ist, aufgrund es hochkontinentalen, semiariden Klimas, in besonderem Maße von Wasserverfügbarkeit abhängig. Waldflächen sind aufgrund des niedrigeren Evapotranspiration auf Nordhängen anzutreffen, während die Mehrheit der Flächen mit Grasvegetation bedeckt ist. Innerhalb der letzten Jahrzehnte haben Dürren zu vermehrter Wachstumsverminderung und erhöhter Baumsterblichkeit in der Waldsteppe geführt. Zudem haben Waldbrände und Waldnutzung, vor allem Abholzung und Waldweide, die Waldverbreitung deutlich reduziert und die Bestandsstruktur beeinflusst. Geländebefunde verdeutlichten, dass sich stark gestörte Waldflächen, verursacht durch Feuer und Kahlschlag, nicht gleichmäßig unter augenscheinlich gleichwertigen Bedingungen erholen. Hierbei wurden Unterschiede von rascher Baumsukzession bis hin zum kompletten Ausbleiben der Baumsukzession dokumentiert. Um diese Vegetationsmuster und die Entwicklung der Waldvegetation in der mongolischen Waldsteppe zu verstehen, ist eine Untersuchung der geoökologischen Steuerungsfaktoren dieses Umweltsystems zwingend erforderlich. Aus diesem Grund hat diese Arbeit folgende Ziele: (1) die Waldverbreitung und die Voraussetzungen für Waldwachstum im nördlichen Khangai Gebirge, welches ein Teil der Mongolischen Waldsteppe bildet, zu bestimmen (2) die entscheidenden Unterschiede in den Standortbedingungen, insbesondere der Bodeneigenschaften und der Permafrostverbreitung, von gesunden Waldstandorten sowie von gestörten Standorten mit und ohne Baumsukzession zu identifizieren. Eine Vielzahl von Methoden auf verschiedenen räumlichen Skalen wurde genutzt um dieses Umweltsystem weitreichend zu analysieren. Landsat, TanDEM-X und Sentinel Satellitenaufnahmen sowie Klimadaten wurden mit Hilfe von Anwendungen im Bereich der Fernerkundung und der Geoinformationssysteme genutzt, um die aktuelle und potentielle Waldverbreitung zu ermitteln. Des Weiteren wurden diese Anwendungen genutzt, um die Darstellung und Interpretation der gemessenen Daten zu unterstützen. Eine umfassende Recherche deutscher, englischer und russischer Literatur wurde durchgeführt, um die Anforderungen für das Wachstum der sibirischen Lärche, welche die vorherrschende Baumart in der mongolischen Waldsteppe ist, zu charakterisieren. Während der Geländeaufenthalte 2017 und 2018 wurden 54 Bodenprofilen analysiert, beprobt und hydrologische Bodenparameter gemessen. Zudem wurde die Permafrosttiefe mittels Sondierungen, Bodenprofilen, Temperaturmessungen und dem Einsatz eines Georadars bestimmt. Im Labor wurden die Bodenproben anschließend auf deren chemische, physikalische und hydrologische Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die potenzielle Waldfläche im nördlichen Khangai Gebirge erheblich größer ist als die aktuelle Waldverbreitung. Mehrere Brände haben die Waldfläche im Vergleich zum Jahr 1986 um 40 % reduziert. Zudem verringern Abholzung und Waldweide vor allem die untere Grenze der Waldverbreitung und öffnen die Waldstruktur. Basierend auf vorhandener Literatur ist Feuer keine grundsätzliche Bedrohung für die sibirische Lärche, da sie sich auf Brandflächen schnell reetablieren kann. Im Gegensatz dazu gefährden intensive Dürreperioden und der Einfluss des Menschen die Waldverbreitung in der mongolischen Waldsteppe zunehmend, was sich in einer erhöhten Baumsterblichkeit und einem eingeschränktem Baumnachwuchs wiederspiegelt. Die Untersuchungen der Böden der gestörten Waldflächen haben gezeigt, dass die Flächen mit Baumsukzession signifikant höhere Schluffgehalte im Vergleich zu den Flächen ohne Baumsukzession aufweisen. Messungen der pflanzenverfügbaren Feldkapazität bestätigen diesen Unterschied mit vergleichsweise höheren Werten in Böden unter Baumsukzessionxiii vergleichen zu Boden, auf denen keine Baumsukzession festgestellt wurde. Bei den bodenchemischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte, effektive Kationenaustauschkapazität und austauschbare Kationen, konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Gruppen ausgemacht werden. Aus diesem Grund wird geschlussfolgert, dass bodenhydrologische Eigenschaften, welche die Wasserverfügbarkeit für Baumvegetation erhöhen, entscheidend für das Aufkommen von Bäumen auf gestörten Waldflächen sind. Die Permafrostverbreitung ist abhängig von der Beschattung durch eine geschlossene Vegetation, von der thermalen Isolation durch eine organische Auflage und von der Verfügbarkeit von Wasser. Im Untersuchungsgebiet wurde Permafrost unter dichten Waldbeständen in einer Tiefe von 50 bis 200 cm aufgefunden. Im Gegensatz dazu war Permafrost auf den gestörten Waldflächen nicht mehr nachweisbar. Daher hat die diskontinuierliche Permafrostverbreitung keinen Einfluss auf das Wiederaufkommen von Bäumen nach schweren Störungen. Basierend auf den Erkenntnissen ist zu schlussfolgern, dass die Verfügbarkeit von Wasser der entscheidende Faktor für das Wiederaufkommen von Baumvegetation auf gestörten Waldflächen in der mongolischen Waldsteppe ist. Jedoch unterliegt die Etablierung der Waldvegetation weiterer Einflüsse, insbesondere der klimatischen Bedingungen und des Einflusses des Menschen. Daher ist eine regulierende Forstwirtschaft zwingend nötig, um einen dramatischen Rückgang der Waldflächen in Zukunft zu verhindern.The Mongolian forest-steppe is an ecotone at the transition between the Siberian Taiga in the north and the Gobi Desert in the south. The highly continental, semiarid climate magnifies the importance of water availability for tree vegetation. Forests exclusively appear on northern slopes, due to less evapotranspiration, while the majority of surfaces in the area is covered by grass vegetation. Drought-induced growth reduction and increased tree mortality, intensified by climate change, was frequently observed in the forest-steppe during the last decades. Furthermore, forest fires and forest use, in particular logging and forest grazing, considerably reduced the forest distribution and affected the forest structure. Field investigations showed that severely disturbed forest stands, e.g. by fire or clear-cutting, do not recover equally under apparently similar conditions, ranging from quick tree regrowth to no regrowth of trees at all. It is obligatory to investigate the geoecological factors to understand the recovery pattern and the current development of the forest vegetation in the Mongolian forest-steppe. Therefore, two objectives were aimed in this research as follows: (1) to evaluate the forest vitality, and to determine the forest distribution and the specific requirements for tree growth in the northern Khangai Mountains, situated in the forest-steppe of central Mongolia, (2) to identify the difference in the site-specific conditions, including soil- and permafrost analyses, of healthy forest stands and disturbed forests with and without tree regrowth. A set of methods on different spatial scales was used to investigate this environment comprehensively. Remote sensing and GIS techniques were applied on Landsat, TanDEM-X and Sentinel satellite images as well as on climate data to characterise the present and potential forest distribution. Those techniques supported the illustration and interpretation of the conducted measurements. A literature review on English, German and Russian literature was carried out to identify the plant-specific needs of Siberian larch, the predominant tree species of the Mongolian forest-steppe. During two field campaigns, 2017 and 2018, 54 soil profiles were analysed, sampled, and hydraulic soil parameters were measured. Moreover, the permafrost depth was analysed using soil profiles, drillings, temperature measurements and ground-penetrating radar. Soil samples were investigated for their physical, chemical and hydrological properties in the laboratory. Statistical procedures were applied to the measured data. The results indicated that the potential forest area in the northern Khangai Mountains is substantially larger than the present forests. Several fires diminished the forested area by more than 40 % compared to the distribution in 1986. Moreover, logging and grazing livestock opened the forest structure and notably reduced the forest stands at their lower boundary. Based on the findings of the review, fire can be considered as a minor issue for Siberian larch forests due to their quick recovery on burned sites. In contrast, intensified drought events and human impact severely threaten the tree vegetation of the Mongolian forest-steppe by increased tree mortality and hampered tree regrowth. The soil investigations of the disturbed sites in the study area showed that silt contents of sites with regrowth of trees are significantly higher compared to those without regrowth of trees. Measurements on plant-available field capacity proved this difference by higher capacity in soils of areas with regrowth. Chemical soil properties, such as carbon and nitrogen stocks, effective cation exchange capacity and exchangeable cations, could not prove any significant differences between post-disturbance regrowth and no regrowth. Therefore, soil hydrological properties, which increase the water availability for tree vegetation, are decisive for the tree regrowth on disturbed sites. The permafrost distribution strongly depends on the shadowing of closed vegetation, the thermal isolation by a thick organic layer and the water availability. Dense forest stands contained permafrost within a depth of 50 to 200 cm. On disturbed sites,xi permafrost was not encountered anymore. Thus, the discontinuous permafrost distribution is vanished after severe disturbance and does not influence the tree regrowth pattern. Based on the findings, it is concluded that water availability is the crucial factor for the tree regrowth pattern after disturbances in the Mongolian forest-steppe. However, the reestablishment of forest vegetation underlies other influences, in particular climate conditions and human impact. Regulating forest management is therefore needed to prevent a dramatic decline of forested areas in future.2021-09-1

Meeting Future Energy Needs in the Hindu Kush Himalaya

As mentioned in earlier chapters, the HKH regions form the entirety of some countries, a major part of other countries, and a small percentage of yet others. Because of this, when we speak about meeting the energy needs of the HKH region we need to be clear that we are not necessarily talking about the countries that host the HKH, but the clearly delineated mountainous regions that form the HKH within these countries. It then immediately becomes clear that energy provisioning has to be done in a mountain context characterized by low densities of population, low incomes, dispersed populations, grossly underdeveloped markets, low capabilities, and poor economies of scale. In other words, the energy policies and strategies for the HKH region have to be specific to these mountain contexts

Interactions among soil properties and variations in stand structures in the Rolwaling alpine treeline ecotone, Nepal

In Waldgrenzökotonen ist wenig darüber bekannt, wie Bodeneigenschaften Baumwachstum beeinflussen und mit Veränderungen in der Bestandsstruktur und der Physiognomie von Bäumen interagieren. Besonders die möglichen Auswirkungen der Variabilität von Bodenfeuchte auf das Verhalten von alpinen Baumgrenzen haben bisher keine ausreichende Aufmerksamkeit erhalten. Die Bodentemperaturverhältnisse in Waldgrenzökotonen sind insgesamt gut dokumentiert und werden als ein Hauptfaktor für die Limitierung von Baumwachstum angesehen, sowohl auf globaler wie auch auf lokaler Ebene. Die Wechselwirkungen zwischen verfügbaren Bodennährstoffen und Baumwachstum in Waldgrenzökotonen wurden dagegen bisher kaum erforscht. Um diese Forschungslücken zu schließen, wurden wiederholt Messungen und Beprobungen in einem naturnahen Waldgrenzökoton im Rolwaling Himal (Nepal) vorgenommen. Die vorliegende Arbeit (i) prüft den aktuellen Wissensstand über Bodeneigenschaften an alpinen Baumgrenzen und diskutiert die Ergebnisse bezogen auf Ökozonen und auf die maßstabsabhängige Bedeutung einzelner Faktoren; (ii) deckt Lücken in der Literatur auf und zeigt, wo neue Forschung notwendig ist, sowohl in konzeptioneller als auch in geografischer Hinsicht; (iii) untersucht in ihrem Schwerpunkt die Auswirkungen von lokalen Bodeneigenschaften (Temperatur, Feuchte, Nährstoffverfügbarkeit, u.a.) auf eine mögliche Limitierung von Baumwachstum im Rolwaling und deren Wechselwirkungen mit anderen abiotischen und biotischen Faktoren; (iv) liefert einen wichtigen Beitrag zum “TREELINE”-Forschungsprojekt, um die Sensitivität und Reaktion des Waldgrenzökotons im Rolwaling auf den jüngsten Klimawandel zu verstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass auf globaler Ebene und in verschiedenen Ökozonen die Durchschnittstemperatur im Boden während der Vegetationsperiode entscheidend für Baumwachstum ist. An der Baumgrenze im Rolwaling wurde in dieser Zeit eine mittlere Bodentemperatur von 7.5 ± 0.6°C gemessen, die um 1.1 Kelvin höher ist im Vergleich zu den postulierten 6.4 ± 0.7°C an alpinen Baumgrenzen in globaler Perspektive. Es wird eine Vergrößerung der Standardabweichung von ± 0.7°C vorgeschlagen, um die große Spanne auf lokaler Ebene zu decken. Im Untersuchungsgebiet haben multivariate statistische Analysen signifikante Zusammenhänge zwischen Bodentemperaturen und den Veränderungen in der Bestandsstruktur bzw. in der Physiognomie von Bäumen ergeben (Baumhöhe, Kronendurchmesser, Kronenradius, Blattflächenindex). Im Gegenzug werden Veränderungen in den Bodentemperaturen durch die Bestandsstruktur selbst gesteuert. Die Auswirkungen von Bodenfeuchte auf Baumwachstum an alpinen Baumgrenzen sind bis heute zu wenig erforscht. Flächendeckende Langzeitmessungen der Bodenfeuchte sind äußerst selten und fehlen vor allem an subtropischen, mediterranen und ozeanischen Baumgrenzen. Statistische Analysen zeigen, dass die Bodenfeuchtebedingungen im Rolwaling für die rezente Bestandsstruktur und Physiognomie der Bäume in der Tat weniger von Bedeutung zu sein scheinen. Im Gegenzug steuern Letztere die Bodenfeuchtebedingungen, die zusätzlich von der Schneedecke beeinflusst werden. Im gesamten Untersuchungsgebiet jedoch führen flachgründige und grobkörnige Böden zu allgemein geringen Wasserhaltekapazitäten und eine große Menge Wasser versickert aus den Oberböden in die Unterböden. Ohne ein schützendes Blätterdach treten in der alpinen Tundra ganzjährig die niedrigsten nutzbaren Feldkapazitäten im Vergleich zu subalpinem Wald und Krummholz auf, die hier zusätzlich aus einem höheren Einfluss von Sonneneinstrahlung, Wind und somit höherer Verdunstung resultieren. Vor allem in diesem Bereich wird eine Etablierung von Sämlingen und Setzlingen erschwert - ein wichtiger Mechanismus, der die Position der Baumgrenze steuert. Ebenso werden die Wechselwirkungen zwischen den Hauptnährstoffen in Böden (v.a. Stickstoff und Phosphor) und Baumwachstum an alpinen Baumgrenzen bisher deutlich unterschätzt. Im Untersuchungsgebiet weisen Analysen der C:N:P-Stöchiometrie in Böden und Blättern sowie von pflanzenverfügbarem N und P in Böden auf eine generelle Limitierung von N und P hin. Der Nährstoffmangel an N und P nimmt signifikant mit der Höhe [m ü. NN] zu und interagiert stark mit der Bestandsstruktur. Dies gilt auch für andere Nährstoffe (z.B. Kalium, Magnesium), sowohl in Böden als auch in Blättern. Nährstoffmangel kann demnach erklärend dafür sein, warum eine mögliche Verschiebung der Baumgrenze hangaufwärts und die globale Erwärmung entkoppelt sind (höhere Bodentemperaturen an der Baumgrenze im Rolwaling im Vergleich zum globalen Durchschnitt). Zusammenfassend hinterfragt die vorliegende Arbeit bisherige Studien, die argumentieren, dass alpine Baumgrenzen weder von der Verfügbarkeit an Bodennährstoffen noch von der Verfügbarkeit an Bodenfeuchte beeinflusst werden. Im Untersuchungsgebiet können sowohl bestimmte Kombinationen aus Bodeneigenschaften als auch einzelne Bodeneigenschaften allein Baumwachstum auch unterhalb der klimatischen Baumgrenze limitieren

The Hindu Kush Himalaya Assessment

This open access volume is the first comprehensive assessment of the Hindu Kush Himalaya (HKH) region. It comprises important scientific research on the social, economic, and environmental pillars of sustainable mountain development and will serve as a basis for evidence-based decision-making to safeguard the environment and advance people’s well-being. The compiled content is based on the collective knowledge of over 300 leading researchers, experts and policymakers, brought together by the Hindu Kush Himalayan Monitoring and Assessment Programme (HIMAP) under the coordination of the International Centre for Integrated Mountain Development (ICIMOD). This assessment was conducted between 2013 and 2017 as the first of a series of monitoring and assessment reports, under the guidance of the HIMAP Steering Committee: Eklabya Sharma (ICIMOD), Atiq Raman (Bangladesh), Yuba Raj Khatiwada (Nepal), Linxiu Zhang (China), Surendra Pratap Singh (India), Tandong Yao (China) and David Molden (ICIMOD and Chair of the HIMAP SC). This First HKH Assessment Report consists of 16 chapters, which comprehensively assess the current state of knowledge of the HKH region, increase the understanding of various drivers of change and their impacts, address critical data gaps and develop a set of evidence-based and actionable policy solutions and recommendations. These are linked to nine mountain priorities for the mountains and people of the HKH consistent with the Sustainable Development Goals. This book is a must-read for policy makers, academics and students interested in this important region and an essentially important resource for contributors to global assessments such as the IPCC reports. ; Constitutes the first comprehensive assessment of the Hindu Kush Himalaya region, providing an authoritative overview of the region Assembles the collective knowledge of over 300 leading researchers, practitioners, experts, and policymakers Combines the current state of knowledge of the Hindu Kush Himalaya region in one volume Offers Open Access to a set of practically oriented policy recommendation