Influence of land use on structure and dynamics of populations of woody plants in savannas, West Africa

Savanna regions in West Africa are valuable cultural landscapes and provide a wide range of ecosystem services for human well-being and are frequently affected by human-induced disturbances. Aside from agricultural activities (crop production and animal husbandry), the harvesting of timber and non-timber forest products is crucial for household income, alimentation and medicinal purposes. Most indigenous woody species have undergone increasing anthropogenic pressure as social and economic conditions have changed dramatically during recent decades, resulting in further habitat fragmentation and increased disturbance severity. Human land use activities influence growth conditions for plants by altering various abiotic factors, such as light, nutrient availability and water supply. They are found to alter demographic parameters (e.g., germination, seedling and sapling growth, survival and mortality rates) of woody plant individuals and alter the structure and stability of populations. The degree of anthropogenic disturbance varies between land-cover types, distance to settlements, and protection status. In the context of land-use change, there is an urgent need to better understand and evaluate the impact of land-use on savanna vegetation, particularly on the population biology of common savanna woody species. A major conclusion to be drawn from this thesis is that land use influences savanna vegetation in a complex way and does not necessarily lead to a decline or loss of tree populations and species. It is rather that in a constantly changing landscape, as a result of human-induced disturbances, populations of ubiquitous and some common species can be stable over time. The abundance of some species tends to decline consistently, whereas others benefit from human disturbance. Moreover, the study provides an insight into the structure and dynamics of common, dominant and less dominant savanna woody plants in a communal and a protected area. There is a need for further basic studies to assess the impact of land use and ecological preferences of all species, including repeated density studies that look at survivorship and transition probabilities over a number of seasons as well as longterm in-situ experiments in settlement areas in order to better understand woody plant populations in settlement areas as the few remaining semi-natural sites are likely to decrease in the future. A challenge will be the development of strategies to protect species within a landscape under cultivation.Die Savannenökosysteme Westafrikas sind wie überall in den Tropen geprägt von einer kontinuierlichen, gräserdominierten Krautschicht und einer mehr oder weniger dicht ausgebildeten Baum- und Strauchschicht. Seit mehreren Jahrtausenden siedeln Menschen in den Savannengebieten Westafrikas und leben von der Vielfalt natürlicher Ressourcen und Produkte, die dieser Lebensraum bereithält. Infolge menschlicher Tätigkeit haben sich Struktur und Dynamik von Savannen stark verändert, so dass uns heute eine Landschaft begegnet, die stark von menschlicher Nutzung geprägt ist. Eine typische Form der Landnutzung in Westafrika ist die Landwechselwirtschaft, bei welcher der Ackernutzung eine langjährige Brachephase folgt. Es wird eine Vielzahl von Feldfrüchten angebaut, vor allem Mais, Hirse, Sorghum und Jams für den Eigenbedarf, sowie für den Verkauf bestimmte Kulturpflanzen (cash crops) wie Baumwolle, Erdnüsse und Cashew. Neben dem Ackerbau spielt die Haltung und Zucht von Rindern und kleinen Wiederkäuern wie Ziegen und Schafen eine bedeutende Rolle. Als Weideland dienen Brachen, nicht kultivierbare Standorte und abgeerntete Felder. Neben Ackerbau und Viehzucht ist die Verwendung von Wildpflanzen (sogenannte Nichtholzprodukte wie Blätter, Borke, Früchte und Wurzeln) in der Medizin, der täglichen Ernährung und im Haushalt fest in den traditionellen Lebensgewohnheiten verankert. Darüber hinaus bedeuten sie für viele Familien eine zusätzliche Einkommensquelle und dienen in Krisenzeiten, z.B. durch Ernteausfälle ausgelösten Hungerszeiten, als maßgebliche (finanzielle) Rücklage. Von der Vielzahl an nutzbaren Wildpflanzen liefern insbesondere Gehölze, sowohl Baum- als auch Straucharten, wertvolle Produkte. Aufgrund ihrer sozioökonomischen und kulturellen Bedeutung werden einige Baumarten bei der Rodung von Savannenflächen zu Ackerflächen ausgenommen. Dazu gehören der Shea-Butterbaum (Vitellaria paradoxa C.F.Gaertn), der Baobab (Adansonia digitata L.), die Tamarinde (Tamarindus indica L.) und der Néré (Parkia biglobosa (Jacq.) R.Br. ex G.Don). ..

Impact de l'utilisation des terres sur les densités juvéniles de plantes ligneuses dans une savane d'Afrique de l'Ouest

In den westafrikanischen Savannen beeinflusst die Landnutzung die Dichte der Gehölzkeimlinge und Jungpflanzen, indem sie physikalische, chemische und biologische Eigenschaften der Flächen verändert und zu unterschiedlichen Landnutzungstypen führt. Es wurde der Einfluss der Landnutzung auf die Individuendichte von Keimlingen und Jungpflanzen von 25 charakteristischen Savannengehölzarten auf nicht kultivierten Flächen, in Brachen und in einem Schutzgebiet (insgesamt 39 Parzellen) untersucht. Darüber hinaus haben wir den Einfluss der Landnutzung auf die Individuendichte mit 23 Umweltparameter in Beziehung gesetzt, die die Bodeneigenschaften und die Vegetationsstruktur beschreiben. Die Bodensäure, die Korngrößenzusammensetzung des Bodens und die Vegetationsstruktur unterscheiden sich zwischen den Landnutzungstypen. In Bezug auf den menschlichen Einfluss, ließen sich fünf Artengruppen unterscheiden, die jeweils ähnlich auf die Landnutzung reagieren. Obwohl wir signifikante Unterschiede in den Bodeneigenschaften festgestellt haben, sind ihre direkten Auswirkungen auf die Individuendichte der Gehölzkeimlinge und Jungpflanzen weniger ausgeprägt als ihre indirekten Effekte. Die Bodeneigenschaften verändern die Verfügbarkeit von Ressourcen und beeinflussen darüber die Höhe und Bedeckung der Pflanzen, die im Umfeld des Gehölzjungwuchses wachsen. Dadurch erhöht sich die Konkurrenz um Licht, Wasser und Nährstoffe für den Jungwuchs in seiner Etablierungs- und anfänglichen Wachstumsphase. Diese Effekte werden durch die Landnutzung verstärkt und variieren zwischen Landnutzungstypen.In West African savannas, human land use affects the density of woody species seedlings and saplings (juveniles) by altering the state of the physical, chemical, and biological characteristics of the land resulting in different land-cover types. We determined juvenile densities of 25 characteristic woody savanna species on non-arable sites, in fallows and in a protected area (in total 39 plots), and analyzed the influence of land use on juvenile densities. We further related the influence of land use on juvenile densities to 23 environmental parameters describing soil properties and vegetation structure. Soil acidity, particle size distribution of the soil, and vegetation structure differed between land-cover types. In terms of human impact, we detected five groups of species responding similarly to land use. Although we detected significant differences in soil properties, their direct effects on juvenile densities are less pronounced than their indirect effects. By altering the availability of resources, soil properties affect height and cover of all plants growing in the surrounding of a young woody plant, increasing the competition for light, water and nutrients during the establishment and initial growth. These effects are intensified by human land use and vary between land-cover types.Dans les savanes de l'Afrique de l'Ouest, l'occupation des sols affecte la densité des semis et des jeunes plants des espèces ligneuses par son influence sur les caractéristiques physiques, chimiques et biologiques des terres, ce qui entraîne de différents types de couvert végétal. Nous avons déterminé la densité juvénile de 25 espèces caractéristiques de savane ligneuse sur des sites non arables, en jachère et dans une aire protégée (au total 39 parcelles), et nous avons analysé l'influence de l'utilisation des terres sur les densités juvéniles. Nous avons également mis en rapport l'influence de l'utilisation des terres sur les densités juvéniles avec 23 paramètres environnementaux décrivant les propriétés du sol et la structure de la végétation. L'acidité du sol, la répartition granulométrique du sol et la structure de la végétation différaient selon les types de couvert végétal. En termes d'impact humain, nous avons détecté cinq groupes d'espèces répondant de manière similaire à l'utilisation des terres. Bien que nous ayons détecté des différences significatives dans les propriétés du sol, leurs effets directs sur les densités juvéniles sont moins prononcés que leurs effets indirects. En modifiant la disponibilité des ressources, les propriétés du sol affectent la hauteur et la couverture de toutes les plantes qui poussent à l'entour d'une jeune plante ligneuse, augmentant la concurrence pour la lumière, l'eau et les nutriments pendant l'établissement et la croissance initiale. Ces effets sont intensifiés par l'utilisation des sols et varient selon les types de couvert végétal

Auswirkungen der Landnutzung auf das Vorkommen von Gehölzjungwuchs in einer westafrikanischen Savanne

In West African savannas, human land use affects the density of woody species seedlings and saplings (juveniles) by altering the state of the physical, chemical, and biological characteristics of the land resulting in different land-cover types. We determined juvenile densities of 25 characteristic woody savanna species on non-arable sites, in fallows and in a protected area (in total 39 plots), and analyzed the influence of land use on juvenile densities. We further related the influence of land use on juvenile densities to 23 environmental parameters describing soil properties and vegetation structure. Soil acidity, particle size distribution of the soil, and vegetation structure differed between land-cover types. In terms of human impact, we detected five groups of species responding similarly to land use. Although we detected significant differences in soil properties, their direct effects on juvenile densities are less pronounced than their indirect effects. By altering the availability of resources, soil properties affect height and cover of all plants growing in the surrounding of a young woody plant, increasing the competition for light, water and nutrients during the establishment and initial growth. These effects are intensified by human land use and vary between land-cover types.Dans les savanes de l'Afrique de l'Ouest, l'occupation des sols affecte la densité des semis et des jeunes plants des espèces ligneuses par son influence sur les caractéristiques physiques, chimiques et biologiques des terres, ce qui entraîne de différents types de couvert végétal. Nous avons déterminé la densité juvénile de 25 espèces caractéristiques de savane ligneuse sur des sites non arables, en jachère et dans une aire protégée (au total 39 parcelles), et nous avons analysé l'influence de l'utilisation des terres sur les densités juvéniles. Nous avons également mis en rapport l'influence de l'utilisation des terres sur les densités juvéniles avec 23 paramètres environnementaux décrivant les propriétés du sol et la structure de la végétation. L'acidité du sol, la répartition granulométrique du sol et la structure de la végétation différaient selon les types de couvert végétal. En termes d'impact humain, nous avons détecté cinq groupes d'espèces répondant de manière similaire à l'utilisation des terres. Bien que nous ayons détecté des différences significatives dans les propriétés du sol, leurs effets directs sur les densités juvéniles sont moins prononcés que leurs effets indirects. En modifiant la disponibilité des ressources, les propriétés du sol affectent la hauteur et la couverture de toutes les plantes qui poussent à l'entour d'une jeune plante ligneuse, augmentant la concurrence pour la lumière, l'eau et les nutriments pendant l'établissement et la croissance initiale. Ces effets sont intensifiés par l'utilisation des sols et varient selon les types de couvert végétal.In den westafrikanischen Savannen beeinflusst die Landnutzung die Dichte der Gehölzkeimlinge und Jungpflanzen, indem sie physikalische, chemische und biologische Eigenschaften der Flächen verändert und zu unterschiedlichen Landnutzungstypen führt. Es wurde der Einfluss der Landnutzung auf die Individuendichte von Keimlingen und Jungpflanzen von 25 charakteristischen Savannengehölzarten auf nicht kultivierten Flächen, in Brachen und in einem Schutzgebiet (insgesamt 39 Parzellen) untersucht. Darüber hinaus haben wir den Einfluss der Landnutzung auf die Individuendichte mit 23 Umweltparameter in Beziehung gesetzt, die die Bodeneigenschaften und die Vegetationsstruktur beschreiben. Die Bodensäure, die Korngrößenzusammensetzung des Bodens und die Vegetationsstruktur unterscheiden sich zwischen den Landnutzungstypen. In Bezug auf den menschlichen Einfluss, ließen sich fünf Artengruppen unterscheiden, die jeweils ähnlich auf die Landnutzung reagieren. Obwohl wir signifikante Unterschiede in den Bodeneigenschaften festgestellt haben, sind ihre direkten Auswirkungen auf die Individuendichte der Gehölzkeimlinge und Jungpflanzen weniger ausgeprägt als ihre indirekten Effekte. Die Bodeneigenschaften verändern die Verfügbarkeit von Ressourcen und beeinflussen darüber die Höhe und Bedeckung der Pflanzen, die im Umfeld des Gehölzjungwuchses wachsen. Dadurch erhöht sich die Konkurrenz um Licht, Wasser und Nährstoffe für den Jungwuchs in seiner Etablierungs- und anfänglichen Wachstumsphase. Diese Effekte werden durch die Landnutzung verstärkt und variieren zwischen Landnutzungstypen