Grazing impacts on vegetation patterns in the Qilian Mountains, HeiHe River Basin, NW China

Beweidung ist eine weit verbreitete Landnutzung, die seit prahistorischen Zeiten betrieben wird. Weideokosysteme auf der ganzen Welt stellen eine wichtige Ressource fur die Tierhaltung dar, wobei es eine Herausforderung darstellt, das fragile Gleichgewicht zwischen Okosystemintegritat und menschlichem Einfluss aufrechtzuerhalten. Ausgedehnte Weideflachen finden sich auf allen funf Kontinenten und machen 30-40% der gesamten Landbedeckung der Erde aus. Aufgrund der globalen Zunahme der Beweidungsaktivitat stehen jedoch viele Gebiete unweigerlich vor dem Problem fortgesetzter Bodendegradierung und der Aufrechterhaltung hydrologischer Okosystemleistungen und okologischer Integritat, was in Konsequenz zu einem schlechteren okologischen Zustand der Weiden fuhrt. In ariden und semiariden Gebieten ist die zunehmende Beweidungsaktivitat oft mit Degradierungsprozessen verbunden, die zu Bodenerosion und Erschopfung der Bodennahrstoffe fuhren und die floristische Vielfalt und Futterqualitat gefahrden. Die vorliegende Dissertation beschaftigt sich mit den Veranderungen der Vegetationsmuster und der Bodeneigenschaften auf den Weiden im Qilian Mountains (NW China) am Nordrand des Tibetischen Plateaus, ausgelost durch die Intensivierung der Beweidung in den letzten Jahrzehnten. In den Qilian Mountains wird noch Transhumanz betrieben. Dabei grasen gemischte Schaf- und Ziegenherden sowie Yaks auf einer Hohe von 2600 - 3600 m NN auf Fruhjahrs- /Herbstweiden sowie Sommerweiden. Wahrend der Gelandearbeit wurden raumlich differenzierte und durch Beweidung verursachte Veranderungen der Vegetationsmuster sowie der Umweltvariablen untersucht. Die ranglosen Pflanzengesellschaften, die im Untersuchungsgebiet bestimmt wurden, waren Picea crassifolia-Wald (1); Salix gilashanica - Arctostaphylos alpina-Buschland (2); Potentilla anserina - Geranium pratense-Grasland (3); verbuschtes Stellera chamaejasme-Grasland (4) und Stipa capillata-Grasland (5). Anhand der Analyseergebnisse der Futterwerte der Fruhjahrs-/Herbstweiden und Sommerweiden wurde herausgefunden, dass intensive Beweidung die oberirdische trockene Phytomasse und den Fasergehalt des Futters erhoht. Geringe Beweidungsintensitat war mit den hochsten Rohprotein- (16,3%) und geringsten Fasergehalten (51,3%) assoziiert. Der hochste Fasergehalt (59,2%) wurde auf den am intensivsten beweideten Untersuchungsflachen verzeichnet. Hochste Konzentrationen von Makro- und Mikronahrstoffen wurden bei geringer Beweidungsintensitat beobachtet. Es konnte jedoch kein linearer Zusammenhang zwischen Nahrwert und Beweidungsintensitat festgestellt werden. Wassergehalt, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte, Gehalt an organischer Substanz und elektrische Leitfahigkeit des Bodens nehmen entlang des Hohengradienten nach oben hin zu, wahrend pH-Werte und Basensattigung abnehmen. Eine direkte Reaktion auf Beweidung konnte anhand von Vegetationsmustern der Fruhjahrs-/Herbstweiden festgestellt werden. Dieses Muster zeigt degradierte Berggraslander, d.h. Fruhjahrs-/Herbstweiden, mit geringer Biomasse und geringer Vegetationsbedeckung sowie geringen Gehalten von organischer Bodensubstanz und Gesamtstickstoff und Gesamtkohlenstoff. Dieses Gebiet ist am starksten von intensiver Beweidung betroffen und am starksten durch Niederschlagsveranderungen verwundbar. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, dass Vegetation und Boden der alpinen Hochweiden, d.h. Sommerweiden (3000 - 3600 m NN), weniger stark gestort und damit resistenter gegenuber Degradation sind. Hinsichtlich der oberirdischen trockenen Phytomasse und der Gesamtdeckung der Vegetation waren die Nord-, Nord-Ost- und Nord-West-exponierten Hange in den Wald-Grasland- und Buschland-Grasland-Okotonen am produktivsten. Obwohl alle Weideflachen grosflachiger/intensiver Beweidung ausgesetzt sind, sind die Fruhjahrs-/Herbstweiden (2600 - 3000 m NN) in Bezug auf oberirdische trockene Phytomasse, Gesamtdeckung der Vegetation sowie hinsichtlich chemischer und physikalischer Bodeneigenschaften von starkerer Degradation betroffen. Zusammenfassend lasst sich sagen, dass die in den Qilian Mountains untersuchten Weideflachen Merkmale der Degradation aufweisen, aber dennoch ausreichend Futter liefern, das den Anspruchen der dort weidenden Tiere genugt. Gleichzeitig konnte eine unkontrollierte Uberweidung jedoch zu einer fortschreitenden Verschlechterung des Zustands der Weideokosysteme fuhren, verbunden mit einer Zunahme an giftigen und ungeniesbaren Pflanzenarten, einer Erschopfung der Nahrstoffgehalte im Oberboden sowie einer verstarkten Bodenerosion durch Trittbelastung. Domestic grazing is a wide-spread land use, known since prehistoric times. Grazing ecosystems all over the globe represent a vital source for livestock husbandry, sustaining the fragile balance between ecosystem integrity and human impact. Extended pastures are found on each of the five continents and account to 30-40 % of the total land cover of the globe. However, due to the global increase in grazing activity, many areas inevitably face the problems of soil degradation processes, maintaining watershed function and ecological integrity, i.e. problems of deteriorating rangeland condition. In arid/semi-arid grasslands, increasing grazing activity is often coupled with the process of land degradation, resulting in soil erosion and depletion of soil nutrients, and threatening floristic diversity and forage quality as well. This PhD dissertation aims to examine ongoing changes in vegetation patterns and underlying soil properties of pastures in the Qilian Mountains (NW China) on the northern edge of Tibetan Plateau, which are triggered by intensified domestic grazing in recent decades. Transhumance pastoral system is still in use in the Qilian Mountains, where mixed flocks of sheep and goats, and yaks graze on the spring/autumn and summer pastures, over an altitudinal range of 2600-3600 m a.s.l. During field work, spatially differentiated and grazing-induced changes in vegetation patterns and corresponding environmental variables were investigated. Major rankless plant communities in the study area were identified: Picea crassifolia forest (1); Salix gilashanica – Arctostaphylos alpina shrubland (2); Potentilla anserina - Geranium pratense grassland (3); Stellera chamaejasme shrubby grassland (4), and Stipa capillata mixed grassland (5). A transformation from more homogeneous grassland less affected by grazing, dominated by Stipa spp. and Agropyron spp., to severely degraded Stipa capillata grassland, co-dominated by Iris lactea var. chinensis and Stellera chamaejasme, was observed. Analyzing the forage quality of the spring/autumn and summer pastures, intensive grazing was found to decrease aboveground dry herbage biomass and to increase fiber content of the forages. Slightly grazing intensity was associated with the highest protein (16.3%) and the lowest fiber (51.3%) contents. The highest fiber content (59.2%) was found in the plots most disturbed by grazing. Maximum concentrations of the macro- and micronutrients were observed under low grazing intensity. However, no linearity was observed between nutritive value and grazing intensity. Along the altitudinal gradient, soil water content, carbon and nitrogen, organic matter and electric conductivity increased, while soil pH and base saturation decreased. Vegetation patterns of spring/autumn pastures showed a direct response to grazing. Degraded montane grasslands, i.e. spring/autumn pastures (2600-3000 m a.s.l), are characterized by low biomass and vegetation cover as well as low content of soil organic matter, total nitrogen and carbon. This altitudinal zone was shown to be most affected by intensive grazing and vulnerable to changes of precipitation. By contrast, we found alpine meadows, i.e., summer pastures (3000-3600 m a.s.l.) showing different indications of vegetation and soil disturbances, to be more resistant to degradation. In terms of herbage biomass and total vegetation cover, north-, north-east- and north-west-facing slopes in forest-grassland and shrubland-grassland ecotones were found to be the most productive. Although all pastures were exposed to intensive grazing, the spring/autumn pastures (2600-3000 m a.s.l.) experienced more severe degradation in terms of dry herbage biomass, total vegetation cover, chemical and physical soil properties. After all we consider the rangelands in Qilian Mountains to indicate land degradation to a large extent, but to be still capable to provide sufficient quality forage for the demands of grazing animals. At the same time, uncontrolled overgrazing could lead to further decrease of rangeland health by increased numbers of toxic and unpalatable plant species as well as by the depletion of topsoil nutrients and soil erosion accelerated by trampling. The results of this dissertation project contribute to strategy-oriented implications for integrated management plans. In order to implement sustainable grazing regimes, we suggest to reduce the grazing pressure and to ban grazing of the most degraded rangelands for the purpose of recovery.