PhD thesis  Open Access 

PhD thesis in Biology at University of Hamburg

38 pp.

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Keywords: Altas Mountains; BIOTA Africa; degradation; exclosure experiment; goat; GPS collar; interview; Morocco; overgrazing; pastoral system; rangeland; satellite collar; transhumance; vegetation dynamics

English abstract: Rangeland degradation is an important issue in ecology and rangeland management, especially in the context of global change. Degradation is particularly severe in arid and semi-arid regions and is caused increasingly by livestock overgrazing. In these fragile ecosystems, rangelands are the main fodder resource for livestock. However, rangeland management strategies are still not sufficiently focused on the prevention of rangeland degradation. Therefore, this research has been conducted in semi-arid southern Morocco to study the two grazing systems occurring in this region - the sedentary and the transhumant - and their interaction with the environment and rangeland productivity. In the first paper, a study in browsed and unbrowsed permanent plots in a sagebrush steppe was conducted. The interannual variability in standing biomass of the three most dominant dwarf shrubs (Artemisia herba-alba, Artemisia mesatlantica and Teucrium mideltense) was assessed in order to study the effect of browsing on biomass changes. Length, width and height of ten plant individuals from each species were measured to calculate their volumes in each treatment. Power-law regression functions of dry biomass on volume were used to estimate the interannual standing biomass variation from 2004 to 2009. Browsing affected the architecture of the dwarf shrubs and thus different functions for the browsed and unbrowsed plots were found. Moreover, browsing affected the three species differently. While browsing had a negative effect on biomass change of Artemisia herba-alba, it had no significant effect on Artemisia mesatlantica. Teucrium mideltense reacted inconsistently to browsing between the years. The fact that the later two species were only marginally benefited from browsing exclusion could be due to the increased competition of the most dominant species Artemisia herba-alba. Interestingly, the standing biomass increased whether or not browsing was excluded, but the increase without browsing was almost double that with browsing. This increase might be due to the recovery of the studied species after a preceding long drought. To generalise the findings of this study, I recommend carrying out others studies on the same species at a larger scale. In the second paper, the general framework of transhumant migration movements was studied, in addition to the drivers and constraints affecting migration decisions by transhumant pastoralists. For this purpose, the three neighbouring tribes of Ait Mgoun, Ait Toumert and Ait Zekri were selected to conduct an ARGOS tracking study and an interview study. One goat herd within each tribe was tracked for a year, and structured interviews were used to describe the transhumance trajectories of the herders. Four transhumance types were defined in order to describe migration trajectory length: semisedentary (less than 20 km), short-distance transhumance (20-40 km), medium-distance transhumance (40-100 km), and long-distance transhumance (more than 100 km). In all the tribes, different types of transhumance occur and the type of transhumance practised could vary between years within the same tribe and even by the same herder. Ecological and socio-economic factors were influencing transhumant migration. The most important factors that drive migration direction were firstly fodder availability and secondly the harsh climate, which forces the pastoralists to leave the cold high mountains in winter and the hot lowlands in summer. Other factors were herd-specific risk and cost assessment as well as personal constraints of the herdsmen. To conclude, this study provided important knowledge on transhumance in southern Morocco and therefore contributes to a better planning of development and management strategies. In the third paper, which considers sedentary herds, the seasonal variation of the grazing patterns and intensities of tended goat herds were studied as well as their daily trajectories. For this purpose, one herd from each of the villages Ameskar, Taoujgalt and Bou Skour was selected. A GPS collar was fixed on one goat from each herd to track the movement of its herd for a period of a year. Two different recording intervals, 2 hours and 15 minutes, were used to assess the effect of each on the measured daily walking distance. Grazing intensities were calculated within 4-ha grid cells using ArcGIS. The highest grazing intensities were found in the first 250 m from the stable, while they were very low between 2,000 and 4,000 m from the stable. The seasonal mean daily walking distance varied between 3,480 and 4,460 m. It was longest in summer in Ameskar and Taoujgalt while in Bou Skour it was longest in spring. The shortest distances were in winter and autumn. This variation is mainly driven by fodder availability, climatic conditions, and day length. The relationship between GPS recording interval and the daily distance was explained well by the exponential function. This function allows the extrapolation from longer interval data to the actual walking distances. The decay of grazing intensity with increasing distance was described better with power functions and showed that grazing was concentrated around the stables. According to the results of this study, the area within the first 500 m from the village is the most affected by overgrazing and therefore requires specific management strategies. In conclusion, the three studies provided insights into important issues related to rangeland management and sustainable land use; i.e. the assessment of rangeland productivity and grazing intensity as well as migration patterns of transhumant herds. Moreover, I estimated a range of carrying capacities in the sagebrush steppe of Taoujgalt: between 0.34 SSU ha-1 in a dry year under continuous browsing and 2.32 SSU ha-1 in wet years within the exclosure. The carrying capacity within the exclosure was two to five times higher than outside the exclosure. The actual grazing intensity was nearly 13 times higher than the carrying capacity in the 250 m around the village, while the areas over 1000 m from the village were understocked by sedentary herds. The carrying capacity was strongly influenced by precipitation and rangeland conditions; therefore, it should be adjusted depending on precipitation and fodder availability. Consequently, I recommend doing similar studies within other villages and other tribes in order to complement this thesis and to generalize the findings to a larger scale. Additionally, rangeland managers should take into consideration the estimated carrying capacities in their conservation strategies.

Deutsche Zusammenfassung: Die Degradierung von Weideland ist in der Ökologie und für nachhaltiges Weidemanagement ein wichtiges Thema, insbesondere im Kontext der Debatte über globalen Wandels. Degradierung ist in ariden und semi-ariden Regionen stärker, und überwiegend durch die Überweidung durch Nutztiere verursacht. In diesen empfindlichen Ökosystemen ist Weideland die wichtigste Quelle der Futterressourcen. Allerdings sind Management-Strategien derzeit noch nicht ausreichend auf die Verhinderung von Degradierung ausgerichtet. Deshalb wurde die hier vorgelegte Studie im südlichen Marokko durchgeführt, um die beiden auftretenden Weidesysteme in dieser Region – sedentär und transhumant – und ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die Weideproduktivität in dieser Region zu untersuchen. Im ersten Paper, wird eine Studie in beweideten und unbeweideten Plots in einer Beifuß-Steppe durchgeführt. Die interannuelle Variabilität der stehenden Biomasse von den drei häufigsten Zwergsträuchern Artemisia herba-alba, Artemisia mesatlantica und Teucrium mideltense wurde untersucht, um die Beweidungsauswirkung auf die Biomasse zu bewerten. Länge, Breite und Höhe von zehn Individuen der drei Arten wurden innerhalb und außerhalb des Zaunes gemessen, um ihre Volumina zu kalkulieren. Exponentielle Regressionsfunktionen von getrockneter Biomasse auf Volumina wurden gefunden. Diese Funktionen in der Folge benutzt für die Einschätzung der Biomassevariabilität von 2004 bis 2009. Die Beweidung hat die Zwergstraucharchitektur beeinflusst. Außerdem war der Beweidungseinfluss zwischen den Arten unterschiedlich. Während Beweidung einen negativen Einfluss auf die Biomasse von Artemisia herba-alba hatte, konnte kein signifikanter Einfluss auf Artemisia mesatlantica nachgewiesen werden. Der Einfluss auf Teucrium mideltense war von Jahr zu Jahr unterschiedlich. Die Tatsache, dass die letzten zwei Arten vom Beweidungsausschluss kaum profitieren ist wahrscheinlich der erhöhten Konkurrenz der dominanten Art Artemisia herba-alba geschuldet. Ein weiteres interessantes Ergebnis ist, dass die stehende Biomasse sich unter beiden Treatments (mit und ohne Beweidung) erhöht hat, der Anstieg ohne Beweidung aber fast doppelt so hoch war wie mit Beweidung. Dieser Anstieg könnte durch die Erholung der untersuchten Arten nach einer vorangegangenen langen Dürreperiode bedingt sein. Um die Ergebnisse meiner Studie zu verallgemeinern, empfehle ich die Durchführung vergleichbarer Studien in einer größeren Region. Im zweiten Paper wurde der allgemeine Rahmen der transhumanten Migrationsbewegungen untersucht, zusätzlich zu den Faktoren und Zwängen, die die Migrationsentscheindungen der transhumanten Herdenbesitzer beeinflussen. Zu diesem Zweck wurden die drei benachbarten Stämmen der Ait Mgoun, Ait Toumert und Ait Zekri ausgewählt, um eine ARGOS Tracking Studie und eine Interview Studie durchzuführen. Eine Ziegenherde jedes Stammes wurde für ein Jahr mit einem Argos Sender verfolgt und strukturierte Interviews wurden verwendet, um die Wanderbewegungen der Hirten zu beschreiben. Semi-sedentäre Wanderungen (weniger als 20 km vom Wohnort entfernt), Kurzstrecken-Transhumanz (20-40 km), Mittelstrecken-Transhumanz (40-100 km), und Langstrecken-Transhumanz (mehr als 100 km). In allen drei Stämmen treten verschiedene Arten von Transhumanz auf und die Art der Transhumanz, die praktiziert wird, kann sich zwischen den Jahren innerhalb des gleichen Stammes und sogar beim gleichen Hirten ändern. Ökologischen und sozioökonomische Einflussfaktoren beeinflussen die Wanderungsentscheidungen der Hirten. Die wichtigsten Faktoren waren erstens die Verfügbarkeit des Futters und zweitens das Klima, das die Hirten zwingt, die kalten Hochgebirge im Winter und die heißen Tiefebenen im Sommer zu verlassen. Andere Einflussfaktoren betreffen spezifische Risiken für die Herden, die Einschätzung der Wanderungskosten sowie persönliche Lebensumstände der Hirten. Diese Studie erbrachte wichtige Erkenntnisse über die Transhumanz im Südlichen Marokkos und kann damit zu einer besseren Planung von weidewirtschaftlichen Entwicklungs-und Management-Strategien beitragen. Im dritten Paper über sesshafte Herden wurden die jahreszeitlichen Änderungen der Beweidungsmuster und -intensitäten von Ziegenherden sowie ihre täglichen Weidegänge untersucht. Zu diesem Zweck wurde eine Herde aus jedem der drei Dörfer Ameskar, Taoujgalt und Bou Skour ausgewählt. auf Einer Ziege aus jeder Herde wurde mit einem GPS-Halsband ausgerüstet, um die Bewegung ihrer Herde für einen Zeitraum von einem Jahr zu verfolgen. Zwei unterschiedliche zeitliche Auflösungen, 2 Stunden und 15 Minuten, wurden verwendet, um die Wirkung der GPS-Auflösungen auf die kalkulierte tägliche Wanderungsstrecke zu bewerten. Beweidungsintensitäten wurden mit ArcGIS auf der Grundlage von 4-ha Gitterzellen berechnet. Die höchsten Beweidungsintensitäten wurden in den ersten 250 m vom Stall gefunden, während sie in Entfernungen zwischen 2000 und 4000 m vom Stall sehr niedrig waren. Die jahreszeitlich durchschnittliche tägliche Strecke des Weidegangs variiert zwischen 3480 und 4460 m. Sie war in Ameskar und Taoujgalt im Sommer am längsten, während sie in Bou Skour im Frühjahr am längsten war. Die kürzesten Weidegänge fanden sich im Herbst und Winter. Dieser Unterschied wird vor allem durch die Verfügbarkeit des Futters, klimatische Bedingungen, und die Tageslänge erklärt. Die Beziehung zwischen GPS-Auflösung und der täglichen Strecke des Weideganges wurde durch eine Exponentialfunktion erklärt. Diese Funktion ermöglicht die Extrapolation von längeren zeitlichen Intervallen der Positionsdaten auf die tatsächlich zurückgelegten Strecken. Die Abnahme der Beweidungsintensität mit zunehmender Entfernung vom Stall wurde besser mit Potenzfunktionen beschrieben und zeigte, dass die Beweidung direkt rund um die Ställe stark konzentriert ist. Nach den Ergebnissen dieser Studie ist das Gebiet innerhalb eines Radius von 500 m um das Dorf am stärksten durch Überweidung betroffen und benötigt daher spezifische Management-Strategien. In ihrer Gesamtheit geben die drei Studien Antworten auf wichtige Fragen im Zusammenhang mit Weideland und nachhaltiger Landnutzung in Südmarokko, insbesondere in Bezug auf die Bewertung der Weidelandproduktivität und Beweidungsintensität sowie auf Migrations-Muster der transhumanten Herden. Abschließend habe ich die Daten der Einzelstudien genutzt, um die Tragfähigkeit der Beifuß-Steppe von Taoujgalt schätzen. Die Tragfähigkeit lag zwischen 0,34 SSU ha-1 in trockenen Jahren unter kontinuierlich Beweidung und 2,32 SSU ha-1 in nassen Jahren bei Weideausschluss (SSU = small stock unit = Kleinvieheinheit). Die Tragfähigkeit im ausgezäunten Bereich war zwei- bis fünfmal höher als außerhalb des Zauns. Die tatsächliche Beweidungsintensität in den 250 m rund um das Dorf war fast 13-mal höher als die Tragfähigkeit, während die Flächen in über 1000 m Entfernung vom Dorf „unterbeweidet“ waren. Die Tragfähigkeit wurde stark vom Niederschlagsgeschehen und dem Zustand des Weidelandes beeinflusst. Daher sollte die Tragfähigkeit nicht als eine fixe Größe betrachtet, sondern fallspezifisch berechnet werden. Diese Daten sollten Weidelandmanager dann bei der Festlegung des Flächenmanagements berücksichtigen. Ergänzend empfehle ich, ähnliche Studien in anderen Dörfern und Stammesgebieten der Region durchzuführen, um die Verallgemeinerung der Ergebnisse für ein größeres Gebiet zu erlauben.

Suggested citation:
Akasbi, Z. (2012): Pastoral systems and their interaction with spatiotemporal vegetation dynamics in the Atlas Mountains, Southern Morocco - 2 in Biology at the University of Hamburg: 38 pp. DOI: 10.7809/thesis.phd.002.