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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-61325
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/6132/


Ajonina, Gordon Nwutih

Inventory and modelling mangrove forest stand dynamics following different levels of wood exploitation pressures in the Douala-Edea Atlantic Coast of Cameroon, Central Africa

Inventur und Modellierung von Mangrovenwald Dynamiken in der Douala-Edea Region in Kamerun, Zentralafrika

Dokument1.pdf (4.722 KB) (md5sum: 5dd38aa4a63a8265c3792d73da1f2156)

Kurzfassung in Englisch

Mangrove forests existing at the interface between the sea and land in inter-tidal zones in tropical and subtropical areas playing quite significant ecological, socioeconomic and climate amelioration functions across the globe have been badly degraded over the years due mainly to human factors. Efforts to manage these forests have been widely demonstrated and documented. While mainly undisturbed states of these forests have been studied, relevant information especially on stock and ecosystem responses to human driven factors is often lacking for management applications. Systems of forest assessments and monitoring often applied to upland forests appear inappropriate to these systems with varied multi-stemmed and diverse eco-morphological structure of tree forms. The main objective of the study was to develop appropriate models to facilitate the assessment, monitoring and sustainable management of mangrove forest resources following different wood exploitation pressures in the Central African coastal Atlantic forests of Cameroon. It is a contribution to the understanding of the recovery dynamics and resilience of mangrove systems to various disturbance systems. Results provided are based on data on temporary sample plots and four year observations with two remeasurements intervals on permanent sample plots established in heavily exploited, moderately exploited and undisturbed mangrove forests in the Douala-Edea Wildlife Reserve mangroves in Cameroon Atlantic coast. Tree diameter dependent allometric relationships were developed to guide sustainable exploitation of mangrove forest including height partitioning relationships, stand curves, tree and stand volume equations with their statistical and graphical fit tests. Tree diameter dependent biomass expansion/conversion factor equations or constants have also been developed based on ratios of tree volumes to total biomass obtained from relevant published generic biomass equations with tables prepared from the best models. These Rhizophora dominated (Rhizophora -rel freq 89.9%, Avicennia germinans (rel. freq. 0.25 %) estuarine mangroves attain maximum height of 59m and diameter of 131.7 cm with mean stand density, basal area and volume of 651 trees/ha, 784 stems/ha (d>=6.4cm), 88.43 m2/ha and 1879m3/ha respectively in well stocked stands. Stand density, basal area, volume and total tree above ground biomass in undisturbed stands varied from 400 - 20100 trees/ha (mean 5416.7, SE 1930.5), 400 - 22300 stems/ha (mean 5900.0, SE 2077.7) (d>=1.0cm); 25.23 - 49.62m2/ha (mean 36.85, SE 3.23); 223 - 611 m3/ha (mean 402.8 and SE 49.4); and 240.3 - 659.3 tons/ha (mean 435.03 SE 53.4) respectively. Standing biomass values are amongst the highest in the world mangroves. Diameter distribution tends to approximate the log-normal type. There were significant site differences in all of the stand parameters (nr-trees, nr-multi-stemmed trees, stand basal area), except incidence of problem trees. There was significant disturbance effect on all stand parameters. Spatial patterns of tree developmental stages and mortality was varied with clump structures dominating. Except for mortality and multi-stemmed trees, there were no significant site, forest disturbance, and census time or interaction differences in spatial patterns in all the tree developmental stages. There were only significant site differences in recruitment and forest disturbance differences in basal area increment. Mean recruitment over the period was generally above mortality. Mortality was highest in heavy exploitation. Disturbance patterns encouraged growth with moderate systems highest. Stand tree density decreases with increasing stem density per tree in an L-shape fashion. Branching intensity for principal mangrove species tend to increase with disturbance and decrease with census time whereas the probability of branching increases with diameter. All the stand parameters (stand density, basal area, volume and above ground biomass) had significant impact on tree form unlike stand growth parameters. Tree recruitment was generally higher than secondary stem recruitment but higher in mortality. Forest dynamics parameters were comparatively higher than examples from uplands forest showing higher resilence of mangroves to disturbance. Dynamics of Avicennia and Rhizophora in balanced mixed stands showed that except in the proportion of multi-stemmed trees that showed significant differences between the two species there were no other differences between species or their tree forms in other stand parameters. Rhizophora generally performed better than Avicennia in mixed balanced stands. The results also show that forest growth, mortality, recruitment and eco-morphological phenomena like probability of branching and root sprouting in Rhizophora can be modelled with linear and binary regression approaches with an established disturbance scale based on proportion of basal area removed with adjacent undisturbed regimes as reference base. The matrix development through multi-stemmed dynamic approach was better than through the traditional diameter distribution approach. The predictive harmony, consistency and convergence of the various models tested through stand table projection approach showed that the models generally predict diameter class distribution with varying accuracies with overestimation of lower diameter classes especially 1-7 cm. Like matrix models, the predictive accuracy of the regression models improved with decreasing forest disturbance with the undisturbed state being the best. A codification system amenable to eco-morphological structure of mangroves is proposed to facilitate field measurements, data processing and easy quantification of population dynamics parameters using spread sheet. The use of the models in setting rotations, planning harvests, yield projections/predictions, assessing impacts of wood extraction or deforestation, planning silvicultural or mangrove restoration operations, forest carbon stock assessments, research, and policy, legal and institutional frameworks for implementation are further elaborated.


Kurzfassung in Deutsch

1.0. ZUSAMMENFASSUNG

Mangrovenwälder, die an der Grenze zwischen Meer und Land in tropischen und subtropischen Ländern wachsen, sind von großer ökologischer und sozio-ökonomischer Bedeutung, zudem sind sie aus Klimaschutzgründen wichtig, jedoch sind sie zum Teil stark degradiert. Bewirtschaftungsmodelle für diese Wälder wurden entwickelt und sind gut dokumentiert. In den meisten Fällen wurden nicht bewirtschaftete Mangrovenwälder studiert, der Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf das Mangroven-Ökosystem wurde wenig untersucht. Modelle für Inventur und Monitoring von Mangrovenwäldern müssen die komplexen Stammstrukturen der Mangroven berücksichtigen, eine Übertragung von Modellen aus anderen Wäldern ist nicht möglich.
Die Zielsetzungen der vorliegenden Untersuchung war Inventur und Monitoringmodelle als Grundlage für die nachhaltige Bewirtschaftung von Mangrovenwäldern an der Atlantik Küste von Kamerun nach unterschiedlichen Störungsregimen zu entwickeln. Die Untersuchungen wurden auf der Grundlage von temporären Stichproben und zweimal wieder vermessenen Stichproben in stark degradierten Flächen, moderat genutzt und auf ungestörten Flächen durchgeführt.
1.1. Allometrische Gleichungen für Inventur und Monitoring von Mangrovenwäldern
Allometrische Gleichungen, die vom Durchmesser abhängen, wurden entwickelt, als Grundlage für die nachhaltige Nutzung von Mangrovenwäldern. Umrechnungsfaktoren für Volumen/Biomasse wurden auf der Grundlage von Literaturrecherchen ermittelt und die geeigneten Gleichungen und Tabellen abgeleitet.
1.2. Volumeninventur
Die Kosten zur Einrichtung und Aufnahme von permanenten Probeflächen mit Kluppschwelle 1,0 cm war 3 mal so hoch wie die für temporäre Probeflächen mit einer Kluppschwelle von 6,4 cm. Die Wälder, von Rhizophora dominiert, erreichen eine maximale Höhe von 59 m und Durchmesser von 131,7 cm mit einer durchschnittlichen Bestandesstammzahl von 651 Bäumen/ha, 784 Stämme/ha (d>=6.4cm), durchschnittlichen Grundfläche von 88,43 m2/ha und einem Volumen von 1879 m3/ha in gut bestockten Beständen.
Bestandesdichte, Grundfläche, Volumen und gesamte oberirdische Biomasse in ungestörten Wäldern variierten von 400 - 20100 Bäumen/ha (Mittel 5416.7, SE 1930.5), 400 - 22300 Stämme/ha (Mittel 5900.0, SE 2077.7) (d>=1.0cm); 25,43 - 49,62 m2/ha (Mittel 36,85), 223-611 m3/ha (Mittel 402,8) und 240,3 - 659 to/ha (Mittel 435,03).
Die oberirdische Biomasse nimmt, weltweit gesehen, sehr hohe Werte an, Durchmesser Verteilungen sind Log-Normal mit Weibull Parametern von 1,43 - 2,62 und 25,06 - 39,57. De-Liocourt q-Werte variierten von 0,3 - 5,0 (Mittel 1,5).
In den Mangroven-Reinbeständen erwies sich die Zufallsauswahl der Probeflächen als geeignet, eine stratifizierte Auswahl ergab nur eine Effizienzsteigerung von 10%.
1.3 Auswirkungen von Holznutzungen auf Struktur und Dynamik von Mangrovenwäldern
Die Bestandesparameter (Stammzahl, Anzahl von Stämmen/Baum, Bestandesgrundfläche) für die Standorte unterschieden sich signifikant. Für alle Bestandesparameter zeigten sich signifikante Unterschiede in Bezug auf die Störungsregime. Aufnahmezeiten hatten keine signifikanten Einflüsse auf die Parameter, die einzige Interaktion zeigte sich für Störungsregime und Auftreten von mehrstämmigen Bäumen. Keine signifikanten Effekte von Standort, Störung, Aufnahmezeiten oder Interaktion konnten in Bezug auf die räumliche Verteilung entdeckt werden. Die einzigen Standort-Unterschiede in Einwuchs und Störungsregime zeigten sich bei Grundflächenzuwachs. Der durchschnittliche Einwuchs in der Untersuchungsperiode war immer größer als die Mortalität. Nutzungen scheinen die Mortalität zu fördern, am größten war sie in Flächen mit großer Nutzung, mittel in mittlerer Nutzung und am geringsten in ungestörten Beständen. Wie zu erwarten, war die Mortalität am höchsten in den unteren Durchmesserklassen, vor allem in der Klasse 1-3 cm. Nutzung im allgemeinen hatte einen Effekt auf den Einwuchs, am höchsten war er bei mäßiger Nutzung, dann hohe Nutzung und dann bei ungestörten Beständen. Die Verteilung des Durchmesserzuwachses war annähernd normal verteilt.
1.4. Auswirkungen von Störungen auf die Stammform
Die Bestandesstammzahl nimmt mit zunehmender Anzahl von Stämmen/Baum ab. Die Verästelungen nehmen mit dem Ausmaß der Störungen zu und nimmt mit Nutzungen ab, die hohe Nutzung zeigt 10 Stämme/Baum, moderate 11 und ungestört 4. Alle Bestandesparameter (Stammzahl, Grundfläche, Volumen, Biomasse) hatten einen signifikanten Einfluss auf die Baumform. Es zeigten sich nur Interaktionen von Bestand, Baumform, Nutzungshöhe und Bestandesdichte. Im Allgemeinen wird der Beitrag vom Bäumen mit multiplen Stämmen zu verschiedenen Bestandesparametern (Stammzahl, Grundfläche, Volumen und Biomasse) mit zunehmender Nutzung größer sein, jedoch mit der Beobachtungszeit abnehmen.
1.5. Dynamik von Avicennia und Rhizophora in Mischbeständen
Die Bestandeshöhe für Avicennia war 15,4 m und Rhizophora 17,2 m. Mit Ausnahme der Stammverzweigungen ergaben sich keine Unterschiede in den Bestandeswerten für beide Baumarten. Die mittlere Stammzahl/ha für Avicennia war 4139/ha, für Rhizophora 2850/ha, in Mischbeständen 6989/ha. Die Grundfläche für Avicennia war 5,18 m2/ha, Rhizophora 4,86 m2/ha, Mischbestände 10,04 m2/ha, die Biomasse war für Avicennia 31,28 to/ha, Rhizophora 32,0 to/ha und Mischbestand 63,28 to/ha.
Es wurden signifikante Unterschiede zwischen Stammform und Baumart und zwischen Recruitment und Mortalität für unterschiedliche Stammformen gefunden.
1.6. Modellierung der Bestandesdynamik von Magrovenwäldern für unterschiedliche Nutzungsregime.
Regressions- und Matrix-Modelle wurden zur Modellierung der Bestandesdynamik bei verschiedenen Störungsregimen formuliert. Die Störungsregime wurden definiert über das Verhältnis der ausgeschiedenen Grundfläche zu durchschnittlicher Grundfläche der ungestörten Probeflächen. Lineare und/oder binäre logistische Regression wurde angewendet, um die Modell Parameter zu kalibrieren für a) 4-Jahres Grundflächenzuwachsmodell für Einzelbäume, b) 4-Jahres Mortalitätsmodell für Einzelbäume, c) 4-Jahres Regenerationsmodell d) Bestandesvolumen Projektionsmodell. Zusätzlich wurden grafische Bestandes-Struktur Modelle und Matrix Modelle formuliert. Die Modelle wurden anhand von unabhängigen Datensätzen überprüft.
Für die Grundflächenzuwachsmodelle war die abhängige Variable ln (g+1) signifikant abhängig von 1/D, relativer Interaktionsterm D2/AMD, Interaktion von Grundfläche und Nutzungshöhe. Das Modell hat akzeptable Vorhersagegüte (durchschnittliche Prozentdifferenz 0,54%, durchschnittlicher prozentualer Bias - 31,41%.
Die Überlebenswahrscheinlichkeit war abhängig von 1/D, relativer Durchmesser, Residual dominante Bestandeshöhe und Nutzungshöhe.
Die Wahrscheinlichkeit des Recruitments war eine Funktion der Bestandesdichte, Bonität und Nutzungshöhe.
Bestandesvolumen-Projektionsmodelle wurden als Zeit-unabhängige Ertragsmodelle mit 2 Sätzen von unabhängigen Variablen formuliert - Modell 1 - Grundfläche, Bonität und prozentuale Grundflächenentnahme und Modell 2 mit Grundfläche, und prozentuale Grundflächenentnahme. Ein drittes Modell wurde mit Grundfläche, prozentuale Grundflächenentnahme und Zeit seit der letzten Störung definiert.

Mehrere morphologische Gegebenheiten wie Verzweigungen und Wurzelausschläge wurden für Rhizophora modelliert. Die Wahrscheinlichkeit von Verzweigungen war abhängig von Durchmesser, relativem Baum Status, Interaktion von Grundfläche und Störungsregime und Zeit seit der letzten Störung. Das Modell zeigt eine gute Anpassung für Durchmesserklassen über 3 cm. Die Wahrscheinlichkeit von Wurzelausschlägen von Rhizophora ist abhängig von relativem Baum-Status, Interaktion von relativer Status und Störungsregime. Das Modell zeigt eine gute Anpassung für alle Durchmesserklassen.
Die Liocourt q-Werte zeigen signifikante Differenzen zwischen Baumform, Nutzungslevel und die Interaktionen. Die q-Werte waren höher für alle Nutzungsregime für Stämme im Vergleich zu Bäumen. Die q-werte waren i.a. niedriger bei geringerer Störung und nehmen mit zunehmenden Aufnahmeprozenten zu.
Die Matrix Modelle, die Veränderungen bei multiplen Stammformen und der strukturellen Dynamik der Baum Population zeigten, dass die dominanten Eigenwerte für den Anteil von multiplen Stammformen i.a. eins waren, unabhängig von den Nutzungslevels. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass von Natur aus, ein stabiler Anteil von einzelnen- und multiplen Stämmen, unabhängig von der Nutzung vorhanden ist. Es gab dabei räumliche Variationen, das stabile SS:MS Verhältnis zeigt, dass die Tendenz zu einzelnen Stämmen mit zunehmender Nutzungsintensität steigt. Im Allgemeinen ergab das dynamische Matrix-Modell für multiple Stämme gute Ergebnisse, gefolgt von Einzelstamm-Bäumen und multiplen Stamm Bäumen für die Nutzungsregimes. Die Vorhersagen für die Durchmesserklassen waren Überschätzungen für die unteren Durchmesserklassen, unabhängig von den Nutzungsregimen. Die Genauigkeit der Modelle für die Vorhersage der Durchmesser-Verteilungen war für geringe Störungsregime genauer als für höhere sowohl für Einzelstamm- als auch für multiple Stamm-Modelle.
Matrix Modelle der strukturellen Dynamik der Mangroven Bestände zeigten, dass die Struktur sehr variabel war. Mit der Ausnahme von wenigen ungestörten Wäldern haben die meisten Störungsregime und Aggregierungen Eigenwerte größer als 1. Dies weist auf wachsende Populationen hin. Es ergaben sich signifikante Unterschiede zwischen den Eigenwerten von Störungsregimen und Bonitäten. Eigenwerte waren signifikant höher für gestörte Regime als für ungestörte. Stabile Verteilungen für alle Regime und Zonen sind 100.13.3:1:0:0 für die Größen-Klassen 1,2,3,4,5,6,7. Diese Waldstruktur, die mit der größten latenten Wurzel assoziiert ist, maximiert den Waldertrag. Die stabilen Verteilungen waren sehr variabel für Regime und Zonen, in manchen Fällen hatten manche Klassen Nullwerte. Dies zeigt, dass eine ausreichende Verjüngung notwendig ist, um Produktion und Zuwachs des Waldes zu garantieren, während in anderen Fällen Nutzungen den Waldzustand stabilisieren können.
Die Vorhersagen der verschiedenen Modelle, die durch die Tabellenkalkulationsprogramme getestet wurden, zeigen, dass die Durchmesserklassen-Verteilungen mit unterschiedlicher Genauigkeit vorhergesagt werden konnten, die unteren Klassen von 1-7 cm jedoch überschätzt wurden. Ähnlich wie bei den Matrix-Modellen ist die Vorhersagegenauigkeit der Regressionsmodelle besser für ungestörte Wälder.

1.7. Anwendungen für die Bewirtschaftung von Mangrovenwälder
Diese Modelle können für Simulationen der nachhaltigen Bewirtschaftung von Mangrovenwäldern verwendet werden. Ein Klassifizierungssystem wird vorgeschlagen, um Geländeaufnahmen, Datenverarbeitung und Quantifizierung der Populationsdynamik mit einem Tabellenkalkulationsprogramm zu erleichtern. Die Anwendung der Modelle für die Festlegung der Umtriebszeit, der Planung von Erntemassnahmen, der Projektion/Vorhersage des Ertrags, für die Bestimmung des Einflusses von Holzernten oder Abholzungen, für die Planung von waldbaulichen Massnahmen oder der Wiederbegründung von Mangrovenbeständen, für die Abschätzung der Kohlenstoffspeicherung und für Forschungsarbeiten wird diskutiert, die forstpolitischen, rechtlichen und institutionellen Rahmenbedingungen für die Implementierung werden beschrieben.


SWD-Schlagwörter: Mangrovenwalddynamik , Kamerun , Modellierung , Holznutzung , Inventur
Freie Schlagwörter (deutsch): Mangrovenwalddynamik , Kamerun , Modellierung , Holznutzung , Inventur
Freie Schlagwörter (englisch): mangrove forest dynamics , Cameroon , modelling , wood exploitation , inventory
Institut: Institut für Waldwachstum
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Pelz, Dieter R. (Prof. Dr. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 26.11.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 22.12.2008
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