Remote sensing-based analysis of land cover detrimental for ecosystem services in fragile lands of Ethiopia

Titelangaben

Ayanu, Yohannes:
Remote sensing-based analysis of land cover detrimental for ecosystem services in fragile lands of Ethiopia.
Bayreuth , 2015 . - VII, 164 S.
( Dissertation, 2015 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

Volltext

Link zum Volltext (externe URL):

Angaben zu Projekten

Abstract

Fragile lands such as mountainous regions and drylands are highly vulnerable for land degradation and subsequent decline in productivity resulting from anthropogenic and natural causes. In developing countries of the tropics like Ethiopia, the human-induced impact is aggravated by the increasing population of subsistence farmers living in these areas. Land use/land cover type mainly determines the sustainability of supplies of ecosystem services and biodiversity supported. Land use decisions made without caution often deteriorate ecosystems in fragile lands and have detrimental impacts on supplies of ecosystem services. Therefore, continuous monitoring and assessment of land use/land cover types in fragile lands is essential to ensure sustainable supplies of ecosystem services in such environments that are liable for deterioration. Remote sensing provides fast and recurrent data for assessing land cover and ecosystem services. The main objective of the dissertation is identifying the potentials and limitations of remote sensing for assessing ecosystem services and map two major landcover types detrimental for ecosystem services in fragile lands of Ethiopia. Ethiopia was chosen for the case studies due to the ongoing pressure on fragile lands of the country which is triggered by population growth, large-scale agricultural land acquisition and problems arising from invasive species. The thesis is organized in series of chapters described below.Overview of the thesis highlighting the research questions, methods and major findings is presented in Chapter 1. Following the general overview (Chapter 1), potentials andlimitations of remote sensing in quantifying and mapping ecosystem services are reviewed (Chapter 2). The review showed that there is uncertainty involved in quantifying and mapping ecosystem services with remote sensing data which calls for more research to find the link between ecosystem services and image spectra. Moreover, while selecting remote sensing data, factors such as resolution, sensor types, and financial and technical capacity of users need to be considered. In Chapter 3, the trendsin Prosopis juliflora invasion of the Awash basin of Ethiopia were mapped using Landsat ETM + and ASTER images for the years 2000, 2005, 2010 and 2013, and potential impacts on ecosystem services were assessed. Results showed that over the past decade P. juliflora spread rapidly and has had negative impacts on the supplies of ecosystem services such as provisioning and cultural services. Further research is needed to understand drivers of P. juliflora invasion, quantify its impacts on ecosystem services and identify controlling mechanisms. Chapter 4 discusses undercover cropland inside forests of the Bale Mountains of Ethiopia and its influential factors. Land use/land cover classes were derived by classifying RapidEye images using Random Forests classification approach. Undercover cropland was mapped using Boosted Regression Trees on field observed percent cover, topographic and location and parameters. The influential factors of undercover cropland are elevation, distance to settlements, slope, East aspect and distance to national park with elevation being the most important factor. Therefore, ecosystem management efforts in such mountainous areas should be based on the relative importance of these influential factors. In the last section (Chapter 5), the studies in the thesis are synthesized and presented. Besides, recommendations about monitoring of fragile lands and ecosystem services, management of invasive species, mountain regions, and future prospects of remote sensing in ecosystem services assessment are provided.

Abstract in weiterer Sprache

Fragile Landschaften wie Gebirgsregionen und Trockengebiete sind sehr anfällig für Landdegradierung und dem daraus resultieren den Rückgangder Produktivität, ausgelöst durch verschiedene natürliche und anthropogene Einflussfaktoren. In tropischen Entwicklungsländern wie Äthiopien werden insbesondere vom Menschen verursachte Effekte durch die stetig steigende Zahl von Subsistenzlandwirten verstärkt. Die Art der Landbedeckung und Landnutzung bestimmt dabei in erster Linie die Nachhaltigkeit von Ökosystemleistungen sowie den Erhalt von Biodiversität. Unbedachte und voreilige Landnutzungsentscheidungen führen oft zur Schädigung von Ökosystemen mit negativen Konsequenzen für die Bereitstellung von Ökosystemleistungen. Die kontinuierliche Beobachtung und Bewertung von Landbedeckung und Landnutzung ist deshalb außerordentlich wichtig, um die nachhaltige Verfügbarkeit dieser Ökosystemleistungen zu gewährleisten, insbesondere in empfindlichen Landschaften, die besonders anfällig für Degradierung sind. Methoden der Fernerkundung liefern dabei schnelle und periodisch verfügbare Informationen, um Landbedeckung und Ökosystemleistungen bewerten zu können. Hauptziel dieser Dissertation ist es, die zwei wichtigsten Landbedeckungstypen räumlich zu erfassen, die sich schädigend auf die Ökosystemleistungen von fragilen Landschaften in Äthiopien auswirken. Äthiopien wurde als Fallstudienregion ausgewählt aufgrund des anhaltend hohen Drucks, der insbesondere durch Bevölkerungswachstum, großangelegte Landaneignungen sowie dem Eindringen invasiver Arten auf fragile Landschaften ausgeübt wird. Die Arbeit ist in fünf Kapitel unterteilt, welche im Folgenden erläutert werden. Kapitel 1 gibt einen allgemeinen Überblick, beleuchtet die Fragestellungen der Arbeitund fasst die Methoden und wichtigsten Ergebnisse zusammen. In Kapitel 2 werden die Möglichkeiten und Grenzen der Fernerkundung für die Quantifizierung und Kartierung von Ökosystemleistungen diskutiert. Die Analyse zeigt, dass die Quantifizierung und Kartierung von Ökosystemleistungen mithilfe von Fernerkundungsdaten mit deutlichen Unsicherheiten verbunden ist und zusätzlicher Forschungsbedarf bei der Verknüpfung von Spektraldaten mit Ökosystemleistungen besteht. Darüber hinaus sind auch andere Faktoren, wie Auflösung, Sensortypen sowie finanzielle und technische Kapazitäten bei der Auswahl von geeigneten Fernerkundungsdaten entscheidend. In Kapitel 3 werden die Ausbreitungstrends von Prosopis juliflora im Awash-Becken in Äthiopien mithilfe von Landsat ETM+ und ASTER Aufnahmen aus den Jahren 2000, 2005, 2010 und 2013 beschrieben und deren potentielle Auswirkungen auf Ökosystemleistungen bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich P. juliflora innerhalb des letzten Jahrzehnts rasant in der Region ausgebreitet hat, mit negativen Konsequenzen insbesondere für bereitstellende und kulturelle Ökosystemleistungen. Weiterer Forschungsbedarf besteht insbesondere im Hinblick auf die Treiber der Ausbreitung von P. juliflora, die Quantifizierung der Effekte aufÖkosystemleistungen sowie zu möglichen Kontrollmechanismen. Kapitel 4 diskutiert verdeckte landwirtschaftliche Anbauflächen innerhalb der Wälder der Bale Mountains inÄthiopien und deren Einflussfaktoren. Mithilfe eines Random Forest Klassifikationsverfahrens wurden Landbedeckungs und Landnutzungsklassen aus RapidEye Satellitenaufnahmen abgeleitet. Die verdeckten Anbauflächen konnten mittels Boosted Regression Trees und Feldbeobachtungen zu Bedeckungsgrad, Topographie und standortspezifischen Parametern kartiert werden. Als Einflussfaktoren für das Vorhandensein verdeckter Anbauflächen wurden Höhenlage, Entfernung zu Siedlungen, Hangneigung, östliche Exposition sowie die Entfernung zum Nationalpark identifiziert, wobei die Höhenlage den größten Einfluss hatte. Bewirtschaftungsmaßnahmen vonÖkosystemen in diesen Gebirgsregionen sollten demnach an der relativen Bedeutsamkeit dieser Einflussfaktoren ausgerichtet werden. In Kapitel 5 werden die einzelnen Studien dieser Arbeit noch einmal zusammenfassend präsentiert sowieHandlungsempfehlungen zur Überwachung fragiler Landschaften und Ökosystemleistungen und zur Kontrolle invasiver Arten und zur Bewirtschaftung vonGebirgsregionen gegeben. Darüber hinaus werden die Zukunftsperspektiven von Methoden der Fernerkundung zur Bewertung von Ökosystemleistungen diskutiert.