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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-96259
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2019/9625/


Grazing impacts on vegetation patterns in the Qilian Mountains, HeiHe River Basin, NW China

Veränderungen der Vegetationsmuster auf den Weiden im Qilian Mountains, HeiHe River Basin, NW China, ausgelöst durch die Intensivierung der Beweidung

Baranova, Alina Nikolaevna

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Freie Schlagwörter (Englisch): altitudinal gradient , pasture degradation , grazing intensity , nutritive value , soil properties
Basisklassifikation: 38.09 , 43.48 , 42.91 , 43.33 , 42.44
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Naturwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schickhoff, Udo (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 23.11.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 27.03.2019
Kurzfassung auf Deutsch: Beweidung ist eine weit verbreitete Landnutzung, die seit prähistorischen Zeiten betrieben wird. Weideökosysteme auf der ganzen Welt stellen eine wichtige Ressource für die Tierhaltung dar, wobei es eine Herausforderung darstellt, das fragile Gleichgewicht zwischen Ökosystemintegrität und menschlichem Einfluss aufrechtzuerhalten. Ausgedehnte Weideflächen finden sich auf allen fünf Kontinenten und machen 30-40% der gesamten Landbedeckung der Erde aus. Aufgrund der globalen Zunahme der Beweidungsaktivität stehen jedoch viele Gebiete unweigerlich vor dem Problem fortgesetzter Bodendegradierung und der Aufrechterhaltung hydrologischer Ökosystemleistungen und ökologischer Integrität, was in Konsequenz zu einem schlechteren ökologischen Zustand der Weiden führt. In ariden und semiariden Gebieten ist die zunehmende Beweidungsaktivität oft mit Degradierungsprozessen verbunden, die zu Bodenerosion und Erschöpfung der Bodennährstoffe führen und die floristische Vielfalt und Futterqualität gefährden. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit den Veränderungen der Vegetationsmuster und der Bodeneigenschaften auf den Weiden im Qilian Mountains (NW China) am Nordrand des Tibetischen Plateaus, ausgelöst durch die Intensivierung der Beweidung in den letzten Jahrzehnten.
In den Qilian Mountains wird noch Transhumanz betrieben. Dabei grasen gemischte Schaf- und Ziegenherden sowie Yaks auf einer Höhe von 2600 - 3600 m NN auf Frühjahrs- /Herbstweiden sowie Sommerweiden. Während der Geländearbeit wurden räumlich differenzierte und durch Beweidung verursachte Veränderungen der Vegetationsmuster sowie der Umweltvariablen untersucht. Die ranglosen Pflanzengesellschaften, die im Untersuchungsgebiet bestimmt wurden, waren Picea crassifolia-Wald (1); Salix gilashanica - Arctostaphylos alpina-Buschland (2); Potentilla anserina - Geranium pratense-Grasland (3); verbuschtes Stellera chamaejasme-Grasland (4) und Stipa capillata-Grasland (5).
Anhand der Analyseergebnisse der Futterwerte der Frühjahrs-/Herbstweiden und Sommerweiden wurde herausgefunden, dass intensive Beweidung die oberirdische trockene Phytomasse und den Fasergehalt des Futters erhöht. Geringe Beweidungsintensität war mit den höchsten Rohprotein- (16,3%) und geringsten Fasergehalten (51,3%) assoziiert. Der höchste Fasergehalt (59,2%) wurde auf den am intensivsten beweideten Untersuchungsflächen verzeichnet. Höchste Konzentrationen von Makro- und Mikronährstoffen wurden bei geringer Beweidungsintensität beobachtet. Es konnte jedoch kein linearer Zusammenhang zwischen Nährwert und Beweidungsintensität festgestellt werden.
Wassergehalt, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte, Gehalt an organischer Substanz und elektrische Leitfähigkeit des Bodens nehmen entlang des Höhengradienten nach oben hin zu, während pH-Werte und Basensättigung abnehmen. Eine direkte Reaktion auf Beweidung konnte anhand von Vegetationsmustern der Frühjahrs-/Herbstweiden festgestellt werden. Dieses Muster zeigt degradierte Berggrasländer, d.h. Frühjahrs-/Herbstweiden, mit geringer Biomasse und geringer Vegetationsbedeckung sowie geringen Gehalten von organischer Bodensubstanz und Gesamtstickstoff und Gesamtkohlenstoff. Dieses Gebiet ist am stärksten von intensiver Beweidung betroffen und am stärksten durch Niederschlagsveränderungen verwundbar. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, dass Vegetation und Böden der alpinen Hochweiden, d.h. Sommerweiden (3000 - 3600 m NN), weniger stark gestört und damit resistenter gegenüber Degradation sind. Hinsichtlich der oberirdischen trockenen Phytomasse und der Gesamtdeckung der Vegetation waren die Nord-, Nord-Ost- und Nord-West-exponierten Hänge in den Wald-Grasland- und Buschland-Grasland-Ökotonen am produktivsten. Obwohl alle Weideflächen großflächiger/intensiver Beweidung ausgesetzt sind, sind die Frühjahrs-/Herbstweiden (2600 - 3000 m NN) in Bezug auf oberirdische trockene Phytomasse, Gesamtdeckung der Vegetation sowie hinsichtlich chemischer und physikalischer Bodeneigenschaften von stärkerer Degradation betroffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in den Qilian Mountains untersuchten Weideflächen Merkmale der Degradation aufweisen, aber dennoch ausreichend Futter liefern, das den Ansprüchen der dort weidenden Tiere genügt. Gleichzeitig könnte eine unkontrollierte Überweidung jedoch zu einer fortschreitenden Verschlechterung des Zustands der Weideökosysteme führen, verbunden mit einer Zunahme an giftigen und ungenießbaren Pflanzenarten, einer Erschöpfung der Nährstoffgehalte im Oberboden sowie einer verstärkten Bodenerosion durch Trittbelastung.
Kurzfassung auf Englisch: Domestic grazing is a wide-spread land use, known since prehistoric times. Grazing ecosystems all over the globe represent a vital source for livestock husbandry, sustaining the fragile balance between ecosystem integrity and human impact. Extended pastures are found on each of the five continents and account to 30-40 % of the total land cover of the globe. However, due to the global increase in grazing activity, many areas inevitably face the problems of soil degradation processes, maintaining watershed function and ecological integrity, i.e. problems of deteriorating rangeland condition. In arid/semi-arid grasslands, increasing grazing activity is often coupled with the process of land degradation, resulting in soil erosion and depletion of soil nutrients, and threatening floristic diversity and forage quality as well. This PhD dissertation aims to examine ongoing changes in vegetation patterns and underlying soil properties of pastures in the Qilian Mountains (NW China) on the northern edge of Tibetan Plateau, which are triggered by intensified domestic grazing in recent decades.
Transhumance pastoral system is still in use in the Qilian Mountains, where mixed flocks of sheep and goats, and yaks graze on the spring/autumn and summer pastures, over an altitudinal range of 2600-3600 m a.s.l. During field work, spatially differentiated and grazing-induced changes in vegetation patterns and corresponding environmental variables were investigated. Major rankless plant communities in the study area were identified: Picea crassifolia forest (1); Salix gilashanica – Arctostaphylos alpina shrubland (2); Potentilla anserina - Geranium pratense grassland (3); Stellera chamaejasme shrubby grassland (4), and Stipa capillata mixed grassland (5). A transformation from more homogeneous grassland less affected by grazing, dominated by Stipa spp. and Agropyron spp., to severely degraded Stipa capillata grassland, co-dominated by Iris lactea var. chinensis and Stellera chamaejasme, was observed.
Analyzing the forage quality of the spring/autumn and summer pastures, intensive grazing was found to decrease aboveground dry herbage biomass and to increase fiber content of the forages. Slightly grazing intensity was associated with the highest protein (16.3%) and the lowest fiber (51.3%) contents. The highest fiber content (59.2%) was found in the plots most disturbed by grazing. Maximum concentrations of the macro- and micronutrients were observed under low grazing intensity. However, no linearity was observed between nutritive value and grazing intensity.
Along the altitudinal gradient, soil water content, carbon and nitrogen, organic matter and electric conductivity increased, while soil pH and base saturation decreased. Vegetation patterns of spring/autumn pastures showed a direct response to grazing. Degraded montane grasslands, i.e. spring/autumn pastures (2600-3000 m a.s.l), are characterized by low biomass and vegetation cover as well as low content of soil organic matter, total nitrogen and carbon. This altitudinal zone was shown to be most affected by intensive grazing and vulnerable to changes of precipitation. By contrast, we found alpine meadows, i.e., summer pastures (3000-3600 m a.s.l.) showing different indications of vegetation and soil disturbances, to be more resistant to degradation. In terms of herbage biomass and total vegetation cover, north-, north-east- and north-west-facing slopes in forest-grassland and shrubland-grassland ecotones were found to be the most productive. Although all pastures were exposed to intensive grazing, the spring/autumn pastures (2600-3000 m a.s.l.) experienced more severe degradation in terms of dry herbage biomass, total vegetation cover, chemical and physical soil properties.
After all we consider the rangelands in Qilian Mountains to indicate land degradation to a large extent, but to be still capable to provide sufficient quality forage for the demands of grazing animals. At the same time, uncontrolled overgrazing could lead to further decrease of rangeland health by increased numbers of toxic and unpalatable plant species as well as by the depletion of topsoil nutrients and soil erosion accelerated by trampling.
The results of this dissertation project contribute to strategy-oriented implications for integrated management plans. In order to implement sustainable grazing regimes, we suggest to reduce the grazing pressure and to ban grazing of the most degraded rangelands for the purpose of recovery.

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