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Advances in Conservation Biogeography : Towards Protected Area Effectiveness under Anthropogenic Threats

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Hoffmann, Samuel:
Advances in Conservation Biogeography : Towards Protected Area Effectiveness under Anthropogenic Threats.
Bayreuth , 2020 . - V, 293 p.
( Doctoral thesis, 2020 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00004852

Official URL: Volltext

Abstract in another language

The Anthropocene is characterised by unprecedented declines in nature causing the sixth mass extinction event in earth history. The main drivers of these immense deteriorations are human land use and anthropogenic climate change.
A dilemma evolves because human welfare depends on the conservation of nature’s integrity. We profit from ecosystem functioning, goods and services, which are based on biodiversity. Moreover, species have the right to exist independent of their use for us. The use and existence values of nature motivate nature conservation.
Global biodiversity hotspots are in focus of international conservation as they contain a rich inventory of species. Inventory diversity is, nevertheless, only one of three broad categories classifying diversity indices. Other diversity metrics that offer complementary information refer to differentiation or proportional diversity, and account for the dissimilarity between species assemblages.
Effective biodiversity conservation contemplates multiple measures of species diversity as well as threats to biodiversity. Anthropogenic climate change is a major threat to biodiversity that inevitably affects the entire global land in multiple ways, not only hotspots of species diversity. The change in the magnitude, timing, position and availability of climate conditions exerts influence on the demography, phenology and range of species, with unknown consequences for ecosystems worldwide. Therefore, biodiversity conservation must be applied to large geographical extents, which is the foundation of conservation biogeography.
Conservation biogeographers investigate protected areas as major tools to protect biodiversity because a high degree of biodiversity can hardly exist in unprotected landscapes that are intensively used by humans. Approximately 15% of global land is covered by protected areas. To overcome the many challenges emerging from anthropogenic pressures, protected areas need efficient and effective planning and management. Such planning and management often lacks the continuous availability of data on current states and trends of nature and threats, which can be delivered by in-situ monitoring, remote sensing and open data infrastructures. Since resources for planning and management are limited, conservationists prioritise conservation targets.
Given the rising importance of protected areas owing to expanding human land use and increasing climate change, I address the effectiveness and efficiency of terrestrial protected areas in conserving biodiversity under anthropogenic threats through the six manuscripts of this thesis. I assign each manuscript to the scientific modules of an adaptive protected area management cycle. Adaptive protected area management is an auspicious concept to ensure the enduring effectiveness of protected areas under uncertain future developments. My manuscripts provide missing scientific foundations of adaptive protected area management.
In Manuscript 1, I present a comprehensive quantification of the diversity of the European Union’s priority species within major protected areas in the European Union. This quantification of inventory, differentiation and proportional diversity informs protected area management of manifold metrics of species diversity to increase protected area management effectiveness from the local to the European extent. In Manuscript 2, I prove to what degree remote sensing signals (i.e. airborne Light Detection and Ranging data, and a time series of multispectral Sentinel-2 data) reflect the compositional dissimilarity of perennial plant communities on the protected island of La Palma, Canary Islands. This study fosters efficient monitoring of differentiation diversity by remote sensing techniques. Monitoring of the biotic and abiotic environment is a scientific prerequisite of adaptive protected area management. In Manuscript 3, I developed a method to optimise in-situ surveys of biodiversity, i.e. to maximise information content and minimise sampling effort. This approach enhances the efficiency of in-situ surveys, which is required under limited management resources, such as time and funds. As a case study, I analysed the inventory diversity of alpine grassland in the Gran Paradiso National Park, Italy. I supply the data on this threatened vegetation type in an open data paper (Manuscript 4). Moreover, I show predicted changes in the availability of climate conditions (Manuscript 5) and the predicted magnitude of climate change (Manuscript 6) within the global terrestrial protected area estate for two alternative climate change scenarios in the year 2070. These two studies inform protected area management worldwide of the climate change impacts on biodiversity, to sustain protected area management effectiveness from the local to global extent. In addition, I aim at spreading this conservation-minded knowledge and data by providing open-source software and open data, and by open-access publishing. Consequently, this thesis advances the effectiveness and efficiency of protected areas in biodiversity conservation, mediated through adaptive protected area management.
Filling biogeographical knowledge gaps, improving biogeographical forecasts and promoting biodiversity conservation by communicating research are permanent tasks for conservation biogeographers. The global biodiversity crisis can be solved by local conservation strategies worldwide that are internationally coordinated. Eventually, I consider the development of a global adaptive protected area management system the most favourable future perspective in conservation biogeography to stop nature’s declines and guarantee a sustainable future for the welfare of generations to come.

Abstract in another language

Das Anthropozän zeichnet sich durch eine beispiellose Zerstörung der Natur aus, welche das sechste Massenaussterben in der Erdgeschichte bewirkt hat. Die wesentlichen Gründe dieser immensen Schädigung der Natur sind die menschliche Landnutzung und der anthropogene Klimawandel.
Ein Dilemma entsteht, da menschliches Wohlergehen von der Bewahrung einer intakten Natur abhängt. Wir ziehen Nutzen aus der Funktionalität von Ökosystemen, deren Gütern und Dienstleistungen, die auf Biodiversität beruhen. Darüber hinaus haben Arten das Recht, zu existieren, unabhängig von ihrem Wert für uns Menschen. Im Wert des Nutzens und der Existenz der Natur liegt der Naturschutz begründet.
Globale Hotspots der Biodiversität stehen im Fokus des internationalen Naturschutzes, da sie ein reiches Inventar an Arten beinhalten. Inventory diversity ist allerdings nur eine von drei übergeordneten Kategorien, welche Indizes der Artenvielfalt klassifizieren. Andere Kennzahlen der Artenvielfalt, welche komplementäre Informationen bieten, können der differentiation diversity oder proportional diversity zugeordnet werden und messen die Unähnlichkeit zwischen Artenzusammensetzungen.
Effektiver Schutz von Biodiversität berücksichtigt sowohl diverse Messgrößen der Artenvielfalt, als auch Bedrohungen für Biodiversität. Der anthropogene Klimawandel stellt eine wesentliche Gefahr für Biodiversität dar, der unvermeidlich sämtliche Regionen der Erde verschiedenartig beeinflusst, und nicht nur Hotspots der Artenvielfalt. Die Veränderung in der Magnitude, Zeit, Position und Verfügbarkeit von Klimabedingungen wirkt sich auf die Demographie, Phänologie und Verbreitung von Arten aus, mit ungewissen Folgen für Ökosysteme weltweit. Aus diesem Grund muss Biodiversitätsschutz auf große geographische Maßstäbe angewandt werden, was biogeographischen Naturschutz auszeichnet.
Biogeographen erforschen Schutzgebiete als wesentliche Werkzeuge zur langfristigen Bewahrung von Biodiversität auf der lokalen bis globalen Ebene, da ein großer Teil der Biodiversität kaum in ungeschützten, vom Menschen intensiv genutzten Landschaften bestehen kann. Schutzgebiete decken ca. 15% der globalen Landfläche ab. Schutzgebiete benötigen effektive und effiziente Planung und Management, um die Herausforderungen anthropogener Bedrohungen zu bestehen. Eine solche Planung und Management benötigen eine kontinuierliche Verfügbarkeit von Daten über den momentanen Stand und Trends in der Natur und deren Gefährdungen, was durch Beobachtungssysteme vor Ort, durch Fernerkundungstechniken und frei verfügbaren Dateninfrastrukturen umgesetzt werden kann. Aufgrund von limitierten Ressourcen für Planung und Management werden Naturschutzziele priorisiert.
Wegen der steigenden Bedeutung von Schutzgebieten angesichts der expandierenden menschlichen Landnutzung und des zunehmenden Klimawandels befasse ich mich in dieser Arbeit und den dazugehörigen Manuskripten mit der Effektivität und Effizienz von terrestrischen Schutzgebieten für den Erhalt der Biodiversität unter anthropogenen Bedrohungen. Ich ordne jedes meiner Manuskripte wissenschaftlichen Modulen eines Zyklus für adaptives Schutzgebietsmanagement zu. Das adaptive Management von Schutzgebieten ist ein vielversprechendes Konzept, um die anhaltende Effektivität von Schutzgebieten im Kontext zukünftiger, unsicherer Entwicklungen zu gewährleisten. Meine Manuskripte liefern fehlende wissenschaftliche Grundlagen für adaptives Schutzgebietsmanagement.
In Manuskript 1 präsentiere ich eine umfassende Quantifizierung der Vielfalt von in der Europäischen Union priorisierten Arten innerhalb großer Naturschutzgebiete der Europäischen Union. Diese Quantifizierung von inventory, differentiation und proportional diversity informiert das Schutzgebietsmanagement über vielfältige Kennzahlen der Artenvielfalt, um die Effektivität des Schutzgebietsmanagements von der lokalen bis zur europäischen Ebene zu erhöhen. In Manuskript 2 prüfe ich, inwieweit Fernerkundungsdaten, d.h. Daten eines in der Luft beförderten Light-Detection-and-Ranging-Sensors und Daten einer multispektralen Sentinel-2-Zeitreihe, die Unähnlichkeiten in den Zusammensetzungen von mehrjährigen Pflanzenarten auf der geschützten Kanareninsel La Palma widerspiegeln. Diese Studie fördert effizientes Monitoring von differentiation diversity durch Fernerkundungstechniken. Das Monitoring der biotischen und abiotischen Umwelt ist eine Voraussetzung für adaptives Schutzgebietsmanagement. Ich habe zudem eine Methode entwickelt, welche die in-situ Erfassung von Biodiversität optimiert, d.h. den Informationsgehalt maximiert und den Erfassungsaufwand minimiert (Manuskript 3). Dieses Verfahren steigert die Effizienz von in-situ Erfassungen, was notwendig ist, wenn Managementressourcen wie Zeit und finanzielle Mittel limitiert sind. Als Fallstudie habe ich die inventory diversity von alpinem Grasland im italienischen Gran Paradiso Nationalpark untersucht. Ich stelle diese Daten über einen gefährdeten Vegetationstypen in einer Open-Data-Veröffentlichung zur Verfügung (Manuskript 4). Darüber hinaus zeige ich vorhergesagte Änderungen in der Verfügbarkeit von Klimabedingungen (Manuskript 5) und die Magnitude des Klimawandels (Manuskript 6) in den globalen terrestrischen Schutzgebieten für zwei alternative Klimawandelszenarien und das Jahr 2070 auf. Diese beiden Studien informieren Schutzgebietsmanagement weltweit über Auswirkungen des Klimawandels auf gefährdete Arten, Ökosysteme und Biome, damit die Effektivität des zukünftigen Schutzgebietsmanagements von der lokalen bis globalen Ebene aufrechterhalten werden kann. Außerdem ziele ich darauf ab, dieses naturschutz-relevante Wissen und Daten aktiv zu verbreiten, indem ich meine Daten und Software kostenfrei zur Verfügung stelle, und die Manuskripte in open-access Journalen publiziere. Folglich fördert diese Arbeit die Effektivität und Effizienz von Schutzgebieten durch adaptives Schutzgebietsmanagement.
Biogeographische Wissenslücken zu schließen, biogeographische Vorhersagen zu verbessern und Naturschutz durch die Kommunikation von Wissenschaft zu unterstützen, sind permanente Aufgaben von Biogeographen im Naturschutz. Die globale Biodiversitätskrise kann überwunden werden, wenn international koordinierte Naturschutzstrategien auf lokaler Ebene in der ganzen Welt umgesetzt werden. Schließlich halte ich die Entwicklung eines globalen Systems zum adaptiven Management von Schutzgebieten weltweit für die erstrebenswerteste zukünftige Perspektive im biogeographischen Naturschutz, damit die Zerstörung der Natur gestoppt und eine nachhaltige Zukunft für kommende Generationen geschaffen werden kann.

Further data

Item Type: Doctoral thesis
Keywords: protected area; conservation; biogeography; effectiveness; threats; biodiversity; climate change; remote sensing, field sampling; adaptive management
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences
Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences > Department of Earth Sciences
Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences > Department of Earth Sciences > Chair Biogeography
Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences > Department of Earth Sciences > Chair Biogeography > Chair Biogeography - Univ.-Prof. Dr. Carl Beierkuhnlein
Faculties
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 000 Computer Science, information, general works > 004 Computer science
500 Science > 500 Natural sciences
500 Science > 550 Earth sciences, geology
500 Science > 570 Life sciences, biology
500 Science > 580 Plants (Botany)
500 Science > 590 Animals (Zoology)
600 Technology, medicine, applied sciences > 650 Management, public relations
Date Deposited: 16 Jan 2021 22:00
Last Modified: 18 Jan 2021 07:17
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/61948