Dissertation/Thesis Abstract

Monitoring Ecosystem Health of Fynbos Remnant Vegetation in the City of Cape Town Using Remote Sensing
by Knauer, Kim, Master's, Bayerische Julius-Maximilians-Universitaet Wuerzburg (Germany), 2011, 121; 27766698
Abstract (Summary)

Zunehmende Urbanisierung stellt eine der größten Bedrohungen für die Vegetation im Großraum Kapstadt dar. Durch das schnelle Wachstum der Stadt bleibt immer weniger der ursprünglichen Vegetation in isolierten Fragmenten zurück. Diese sind in ihrer Funktion als Lebensraum für Flora und Fauna unter Anderem durch Luftverschmutzung, untypische Feuerzyklen und das Eindringen fremder Arten gefährdet. Besonders die Weidenblatt-Akazie (Acacia Saligna) verdrängt die einheimische Fynbos-Vegetation großflächig durch ihr schnelles Wachstum.

Hauptziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe der Fernerkundung Indikatoren zu finden, um eine schnelle und frühzeitige Aussage über die Gesundheit der verbliebenen natürlichen Vegetationsfragmente im Großraum Kapstadt zu ermöglichen.

Zunächst wurde die Produktivität der Vegetation und deren Reaktion auf Niederschlag analysiert. Zu diesem Zweck wurden der Enhanced Vegetation Index (EVI) aus Terra-MODIS-Daten mit einer räumlichen Auflösung von 250m und Niederschlagsdaten von 19 Wetterstationen aus dem Zeitraum 2000 bis 2008 verwendet. Im Rahmen einer flexiblen Regression zwischen EVI und Niederschlagsdaten wurden verschiedene Verzögerungen der Reaktion der Vegetation auf den Niederschlag getestet. Des Weiteren wurden residuale Trends (RESTREND) berechnet, die sich aus der Differenz zwischen beobachtetem EVI und dem aus dem Niederschlag vorhergesagten EVI ergeben. Zusätzlich wurde die sogenannte Rain-use Efficiency (RUE) getestet. Diese ist definiert durch das Verhältnis zwischen Nettoprimärproduktion, repräsentiert durch die Jahressumme des EVI, und der Jahressumme des Niederschlags. Die angewandten Indikatoren wurden darauf untersucht, ob sie eine Aussage über die Gesundheit der einheimischen Fynbos-Vegetation ermöglichen.

Des Weiteren wurde der Verbreitungsgrad invasiver Arten, besonders der der Weidenblatt-Akazie bestimmt. Auf Basis der spezifischen Charakteristika der getesteten Indikatoren und der spektralen Signatur von Acacia saligna, also ihrer besonderen Reflexion über den Jahresverlauf, wurde die Verbreitung ermittelt. Da das ungehinderte Wachstum invasiver Arten die Biodiversität der Fragmente stark verringert, ist ihre Anwesenheit ein wichtiger Faktor für die Gesundheit von Ökosystemen.

Diese Arbeit konzentrierte sich auf 11 Testflächen mit einer durchschnittlichen Größe von 200ha, die über die gesamte Fläche des Großraums Kapstadt verteilt sind. Fünf dieser Fragmente stehen bereits unter Schutz, während die anderen in absehbarer Zeit folgen sollen; dies macht sie von besonderem Interesse. Im Januar 2010 wurden Geländearbeiten durchgeführt um den Zustand und die Zusammensetzung der Vegetation vor Ort festzustellen.

Die Ergebnisse weisen aussichtsreiche Indikatoren zur Abschätzung der Ökosystemgesundheit auf. Die Werte des Bestimmtheitsmaßes der EVI-Niederschlags-Regression sind niedrig für Fynbos, da die Reaktion dieses Vegetationstyps auf Niederschlag wesentlich geringer ist als die der invasiven Arten. Daher ist auf Basis dieser Regression eine gute Unterscheidung zwischen einheimischer und invasiver Vegetation möglich. Auf der anderen Seite ist die RESTREND-Methode, für die diese Regression die Grundlage bildet, nur begrenzt von Nutzen, da die Signifikanzen dieser Trends für Fynbos-Vegetation nicht gegeben sind. Des Weiteren weist die RUE Potential für die Abschätzung von Ökosystemgesundheit im Testgebiet auf. Die Weidenblatt-Akazie hat einen wesentlichen höheren EVI als die Fynbos-Vegetation und daher ist deren RUE bei vergleichbarer Niederschlagsmenge effizienter. Dennoch muss diese mit Vorsicht angewandt werden, da die hohe lokale und temporale Variabilität der RUE im Testgebiet über die relativ kurze MODIS-Zeitserie nicht eliminiert werden kann.

Die Ergebnisse verdeutlichen zudem, dass die Interpretation der Indikatoren anders als in der Literatur durchgeführt werden muss, da das Element der invasiven Vegetation in den meisten der vorangegangenen Arbeiten nicht berücksichtigt wurde. Ein Anstieg der Produktivität ist hier nicht gleichzusetzen mit einer Verbesserung der Gesundheit eines Fragments, sondern deutet viel mehr auf eine Verbreitung der Weidenblatt-Akazie hin. Dies verdeutlicht das generelle Problem des Begriffs ‚Degradation‘, welche in den meisten Veröffentlichungen nur über die Produktivität der Vegetation bestimmt wird während andere Faktoren wie zum Beispiel invasive Arten unberücksichtigt bleiben.

Auf Basis der EVI-Niederschlags-Regression und der statistischen Messgrößen des EVI konnte die Verbreitung der invasiven Arten abgegrenzt werden. Generell wurde ein starker Befall der Testflächen durch die Weidenblatt-Akazie festgestellt. Die Ergebnisse machen deutlich, dass ein durchdachtes und nachhaltiges Management der Fragmente notwendig ist um die Verdrängung der einheimischen Fynbos-Vegetation durch Acacia saligna zu verhindern. Die Fernerkundung kann zu diesem Zweck Hinweise liefern, welche Flächen sich verändert haben um anschließend gezielte Begehungen vorzunehmen und Maßnahmen einzuleiten.

Indexing (document details)
Advisor: Baumhauer , Roland , Dech , Stefan
Commitee:
School: Bayerische Julius-Maximilians-Universitaet Wuerzburg (Germany)
School Location: Germany
Source: DAI-C 81/7(E), Dissertation Abstracts International
Source Type: DISSERTATION
Subjects: Geography
Keywords: City of Cape Town
Publication Number: 27766698
ISBN: 9781392810293
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