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

Abstract

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.

Weideflächen, die in etwa 40% der globalen terrestrischen Oberflächen einnehmen, stellen gekoppelte sozial-ökologische Systeme dar. Sie repräsentieren das Erbe seit Jahrhunderten bestehender landwirtschaftlich geprägter Kulturen, und beinhalten eine große Artenvielfalt. Große Teile dieser Weideflächen sind von weitreichenden Veränderungen wie z.B. Degradierungsprozessen betroffen. Um nachhaltige Managementstrategien entwickeln zu können, ist ein besseres Verständnis von komplexen Weideökosystemen und deren Nutzungsregimen unabdingbar. Die hier präsentierte kumulative Dissertation soll durch die Analyse von ökologischen Aspekten der Weidenutzung in Kirgistan weiterführende 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 Bevölkerung Kirgistans vor neue Herausforderungen in Bezug auf die Sicherung ihrer Lebensgrundlage gestellt. Gegenwärtig ist die Viehhaltung für viele Haushalte die wirtschaftliche Grundlage. Allerdings können traditionelle Weidepraktiken, wie die saisonale Weidemigration, aufgrund hoher Kosten und fehlender Infrastruktur nicht mehr aufrechterhalten werden. Als Konsequenz daraus überschreiten große Teile der Weideflächen, hauptsächlich die Winterweiden in der Nähe von Siedlungen, ihre Tragfähigkeit und sind von Degradierungsprozessen betroffen. Daher stellt die ökologische Bewertung als auch die Abschätzung zukünftig verfügbarer 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 geprägten Naryn-Oblast konnte der Beweidungseinfluss auf verschiedene Einflussgrößen wie Bodenparameter, Vegetationsstruktur, Anteil an Biomasse, funktionelle Pflanzenmerkmale und Artenvielfalt dargestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass die intensive Nutzung der Winterweiden edaphisch durch höhere pH-Werte und geringere Anteile an organischer Substanz widergespiegelt wird. Die Sommerweiden konnten als grundsätzlich nährstoffreicher beschrieben werden. Unterschiede in der floristischen Zusammensetzung konnten in erster Linie auf die geringere Nutzungsintensität der Sommerweiden zurückgeführt 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 Hälfte des Biomasseanteils aufweisen. Auch anhand funktioneller Pflanzenmerkmale, wie z.B. Wuchshöhe, Blühbeginn oder Blatteigenschaften (spezifische Blattfläche und Blattgewicht pro Fläche), konnten Unterschiede zwischen den Sommer- und Winterweiden festgestellt werden. Arten der Winterweiden sind primär durch eine Abwehr-Strategie gekennzeichnet mit entsprechend geringerer Wuchshöhe, einer früheren Blühphase oder auch einem generell höheren Blattgewicht pro Fläche, was typisch für langsam wachsende Pflanzen ist, deren Blattbildung auf längere Lebensdauer ausgerichtet ist. Die Analyse von Artenvielfalt und Diversitätsindizes 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 höher. Dies untermauert die Notwendigkeit der Erhaltung von Biodiversität durch nachhaltige Weidenutzung. In einem einführenden Abschnitt dieser Dissertation werden der historische Hintergrund und die politischen Umwälzungen erläutert, die einen maßgeblichen Einfluss auf den Umgang mit den Weideressourcen in Kirgistan gehabt haben. Des Weiteren wird auf den noch sehr lückenhaften Forschungsstand in der Region eingegangen. In dem darauffolgenden Kapitel werden die methodischen Ansätze der Datenerfassung dargelegt und die angewandten statistischen Methoden beschrieben. Daran schließt ein Überblick der vier publizierten Artikel, die den Hauptteil dieser Dissertation bilden, an, gefolgt von einer Übersicht weiterer Publikationen und Vorträge. In einem letzten Abschnitt werden die zentralen Erkenntnisse zusammenfassend diskutiert und eine Synthese aus ökologischen und sozio-ökonomischen Daten inklusive einiger Vorschläge für eine nachhaltige Weidenutzung gegeben.