Pastoral Resources in the Naryn Oblast, Kyrgyzstan, under Post-Soviet Transformation : Effects of Livestock Grazing on Vegetation and Soils

Rangelands, which occupy around 40% of the global land area, can be perceived as socioecologicalsystems, representing the heritage of centuries-old pastoral cultures, and containing a great variety of species. Large parts of those rangelands are increasingly affected by far-reaching degradation processes. In order to develop sustainable management strategies, a better understanding of complex pastoral ecosystems and its utilization regimes is indispensable. The cumulative dissertation thesis presented here seeks to improve knowledge and understanding through the analysis of ecological aspects in the context of grazing intensity in Kyrgyzstan. The main focus lies on the investigation of soil and vegetation parameters along a grazing gradient. During the post-Soviet era, the Kyrgyz Republic was subjected to far-reaching political and economic transformations with various social and commercial restrictions, especially for communities on the local level. Today, most households maintain animal husbandry to sustain their livelihoods. Traditional pasture practices, however, such as annual migratory livestock movements are no longer followed due to high costs and a lack of infrastructure. As a consequence, large parts of the rangelands, in particular winter pastures close to settlements, exceed their carrying capacity and undergo degradation processes. In the light of the above, this PhD thesis aims at providing an ecological assessment as well as an evaluation of the future availability of pastoral resources of Kyrgyz high-mountain pastures in the Naryn Oblast. Based on the first-time recorded data within the Kara-Kujur valley as part of the Naryn Oblast, the largest and most important Kyrgyz Oblast concerning agriculture, the impact of grazing intensity on different aspects such as soil parameters, vegetation structure, amount of biomass, functional plant traits and biodiversity has been analyzed. Based on our investigations we were able to demonstrate that the intensive use of winter pastures is reflected edaphically by higher pH values and lower contents of organic matter. By contrast, the soils of summer pastures are richer in nutrients. Differences in the floristic composition between winter and summer pastures have to be attributed mainly to a higher grazing intensity on winter pastures. The latter are characterized by rankless Bupleurum thianschanicum-Androsace dasyphylla communities, whereas on summer pastures rankless Trisetum spicatum-Ptilagrostis mongholica communities are dominant. In addition, significant differences regarding the amount of biomass show the severe impact of permanent grazing, with winter pastures producing less than half of the biomass compared to summer pastures. We found significant differences between summer and winter pastures in terms of functional plant traits, e.g. plant height, flowering start or leaf traits (specific leaf area and leaf mass per area). Species of winter pastures are primarily characterized by a resistance strategy with correspondingly lower plant height, earlier flowering or a generally higher leaf mass per area, which is typical for slow-growing species whose leaves are built to persist. The analysis of species richness and diversity indices has also shown that intense grazing is associated with the loss of species, demonstrated by summer pastures which are significantly richer in species. However, winter pastures showed a more frequent occurrence of rare endemic species. This underlines the need for preserving biodiversity through the implementation of sustainablegrazing management. The introductory section of this thesis discusses the historical background and political changes which are directly linked to the management of pasture resources in Kyrgyzstan. The state of the art regarding pastoral ecological research in Kyrgyzstan is also presented. The subsequent chapter describes the methodical approach of data collection as well as the applied statistical methods. This is followed by an overview of the four articles representing the main part of this dissertation as well as by references to further publications and oral presentations. In a final section, the central findings are summarized and discussed, followed by a synthesis of ecological and socio-economic data, includingsuggestions for sustainable pasture use. Weideflachen, die in etwa 40% der globalen terrestrischen Oberflachen einnehmen, stellen gekoppelte sozial-okologische Systeme dar. Sie reprasentieren das Erbe seit Jahrhunderten bestehender landwirtschaftlich gepragter Kulturen, und beinhalten eine grose Artenvielfalt. Grose Teile dieser Weideflachen sind von weitreichenden Veranderungen wie z.B. Degradierungsprozessen betroffen. Um nachhaltige Managementstrategien entwickeln zu konnen, ist ein besseres Verstandnis von komplexen Weideokosystemen und deren Nutzungsregimen unabdingbar. Die hier prasentierte kumulative Dissertation soll durch die Analyse von okologischen Aspekten der Weidenutzung in Kirgistan weiterfuhrende Erkenntnisse liefern. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Untersuchung von Boden- und Vegetationsparametern entlang eines Nutzungsgradienten. Im Zuge des post-sowjetischen Transformationsprozesses wurde die Bevolkerung Kirgistans vor neue Herausforderungen in Bezug auf die Sicherung ihrer Lebensgrundlage gestellt. Gegenwartig ist die Viehhaltung fur viele Haushalte die wirtschaftliche Grundlage. Allerdings konnen traditionelle Weidepraktiken, wie die saisonale Weidemigration, aufgrund hoher Kosten und fehlender Infrastruktur nicht mehr aufrechterhalten werden. Als Konsequenz daraus uberschreiten grose Teile der Weideflachen, hauptsachlich die Winterweiden in der Nahe von Siedlungen, ihre Tragfahigkeit und sind von Degradierungsprozessen betroffen. Daher stellt die okologische Bewertung als auch die Abschatzung zukunftig verfugbarer Weideressourcen auf kirgisischen Hochweiden im Naryn-Oblast das Ziel der vorliegenden Dissertation dar. Anhand von erstmals erfassten Daten im Kara-Kujur Tal des stark landwirtschaftlich gepragten Naryn-Oblast konnte der Beweidungseinfluss auf verschiedene Einflussgrosen wie Bodenparameter, Vegetationsstruktur, Anteil an Biomasse, funktionelle Pflanzenmerkmale und Artenvielfalt dargestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass die intensive Nutzung der Winterweiden edaphisch durch hohere pH-Werte und geringere Anteile an organischer Substanz widergespiegelt wird. Die Sommerweiden konnten als grundsatzlich nahrstoffreicher beschrieben werden. Unterschiede in der floristischen Zusammensetzung konnten in erster Linie auf die geringere Nutzungsintensitat der Sommerweiden zuruckgefuhrt werden. Winterweiden werden durch die ranglose Bupleurum thianschanicum-Androsace dasyphylla-Gesellschaft charakterisiert, wohingegen auf den Sommerweiden die ranglose Trisetum spicatum-Ptilagrostis mongholica-Gesellschaft vorherrscht. Des Weiteren zeigen signifikante Unterschiede in der Biomasse den gravierenden Einfluss von dauerhafter Beweidung, wobei die Winterweiden im Vergleich zu Sommerweiden nicht einmal die Halfte des Biomasseanteils aufweisen. Auch anhand funktioneller Pflanzenmerkmale, wie z.B. Wuchshohe, Bluhbeginn oder Blatteigenschaften (spezifische Blattflache und Blattgewicht pro Flache), konnten Unterschiede zwischen den Sommer- und Winterweiden festgestellt werden. Arten der Winterweiden sind primar durch eine Abwehr-Strategie gekennzeichnet mit entsprechend geringerer Wuchshohe, einer fruheren Bluhphase oder auch einem generell hoheren Blattgewicht pro Flache, was typisch fur langsam wachsende Pflanzen ist, deren Blattbildung auf langere Lebensdauer ausgerichtet ist. Die Analyse von Artenvielfalt und Diversitatsindizes hat ergeben, dass eine dauerhafte Beweidung mit dem Verlust von Arten einhergeht, so dass Sommerweiden signifikant artenreicher sind. Allerdings ist der Anteil von seltenen, endemischen Arten auf Winterweiden hoher. Dies untermauert die Notwendigkeit der Erhaltung von Biodiversitat durch nachhaltige Weidenutzung. In einem einfuhrenden Abschnitt dieser Dissertation werden der historische Hintergrund und die politischen Umwalzungen erlautert, die einen masgeblichen Einfluss auf den Umgang mit den Weideressourcen in Kirgistan gehabt haben. Des Weiteren wird auf den noch sehr luckenhaften Forschungsstand in der Region eingegangen. In dem darauffolgenden Kapitel werden die methodischen Ansatze der Datenerfassung dargelegt und die angewandten statistischen Methoden beschrieben. Daran schliest ein Uberblick der vier publizierten Artikel, die den Hauptteil dieser Dissertation bilden, an, gefolgt von einer Ubersicht weiterer Publikationen und Vortrage. In einem letzten Abschnitt werden die zentralen Erkenntnisse zusammenfassend diskutiert und eine Synthese aus okologischen und sozio-okonomischen Daten inklusive einiger Vorschlage fur eine nachhaltige Weidenutzung gegeben.