Rural people in the Sahel derive multiple benefits from local ecosystem services on a daily basis. At the same time, a large proportion of the population lives in multidimensional poverty. The global sustainability challenge is thus manifested in its one extreme here, with a strong need to improve human well-being without degrading the landscapes that people depend on. To address this challenge, knowledge on how local people interact with their landscapes, and how this changes over time, must be improved. An ecosystem services approach, focusing on benefits to people from ecosystem processes, is useful in this context. However, methods for assessing ecosystem services that include local knowledge while addressing a scale relevant for development interventions are lacking. In this thesis, such methods are developed to study Sahelian landscapes through an ecosystem services lens. The thesis is focused on village landscapes and is based on in-depth fieldwork in six villages in northern Burkina Faso. In these villages, participatory methods were used to identify social-ecological patches (landscape units that correspond with local descriptions of landscapes, characterized by a combination of land use, land cover and topography), the provisioning ecosystem services generated in each social-ecological patch, and the benefits from ecosystem services to livelihoods (Paper I). In Paper II, change in cover of social-ecological patches mapped on aerial photographs and satellite images from the period 1952-2016 was combined with population data and focus group discussions to evaluate change in generation of ecosystem services over time. In Paper III, up-scaling of the village scale assessment to provincial scale was done through the development of a classification method to identify social-ecological patches on medium-resolution satellite images. Paper IV addresses the whole Sudano-Sahelian climate zone of West Africa, to analyze woody vegetation as a key component for ecosystem services generation in the landscape. It is based on a systematic review of which provisioning and regulating ecosystem services are documented from trees and shrubs on agricultural lands in the region. Social-ecological patches and associated sets of ecosystem services are very similar in all studied villages across the two regions. Most social-ecological patches generate multiple ecosystem services with multiple benefits, illustrating a multifunctional landscape (Paper I). The social-ecological patches and ecosystem services are confirmed at province level in both regions, and the dominant social-ecological patches can be mapped with high accuracy on medium-resolution satellite images (Paper III). The potential generation of cultivated crops has more or less kept up with population growth in the villages, while the potential for other ecosystem services, particularly firewood, has decreased per capita (Paper II). Trees and shrubs contribute with multiple ecosystem services, but their landscape effects, especially on regulating ecosystem services, must be better studied (Paper IV). The thesis provides new insights about the complex and multi-functional landscapes of rural Sahel, nuancing dominating narratives on environmental change in the region. It also provides new methods that include local knowledge in ecosystem services assessments, which can be up-scaled to scales relevant for development interventions, and used to analyze changes in ecosystem services over time. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 2: Manuscript. Paper 3: Manuscript.</p><p> </p>

Um den wachsenden Herausforderungen, denen Städte weltweit gegenüberstehen, entgegenwirken zu können, bedarf es an Schutz und Förderung urbaner Ökosysteme (oder auch “Stadtnatur”). Urbane Ökosysteme stellen eine Vielfalt diverser Ökosystemleistungen bereit und sind damit elementar für den Erhalt der Lebensqualität und des Wohlergehens städtischer Bevölkerung. Zudem spielt die Förderung urbaner Ökosysteme eine bedeutende Rolle in der Anpassung an die Folgen des Klimawandels, da sie in der Lage sind, klimatische Extremereignisse abzumildern. In diesem Kontext ist es von hoher Bedeutung, die Position urbaner Ökosysteme in der Stadtentwicklung und im Rahmen von Entscheidungsprozessen zu stärken; denn gerade diese “Leistungserbringer” sind es, die stark gefährdet sind und durch zunehmende Bebauungen, Versiegelungen und klimatische Veränderungen in Städten negativ beeinflusst werden. Eine stärkere Einbindung des Ökosystemleistungskonzepts kann die Position urbaner Ökosysteme in Stadtplanungsprozessen stärken und deren Erhalt und Förderung evozieren. Hierzu werden standardisierte und praxisorientierte Methoden zur Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen benötigt. Die Betrachtung lokaler, kleinräumiger Skalen und Bereiche ist in diesem Zusammenhang von hoher Bedeutung, da diese einerseits die Planungsebene und andererseits auch die Nachfrage seitens der lokalen Bevölkerung direkt betreffen. Hier knüpft die vorliegende Dissertation an und verfolgt das übergeordnete Ziel, einen anwendungsorientierten methodischen Ansatz für die Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen auf kleinräumiger Skala zu entwickeln und zu erproben. Die vorliegende Dissertation ist in drei aufeinanderfolgende Untersuchungsstufen aufgeteilt: (1) „Review”, (2) „Development” und (3) „Transfer”. Jeder Artikel dieser kumulativen Dissertation adressiert jeweils eine dieser Stufen und befasst sich mit jeweiligen Untersuchungszielen sowie Fragestellungen. Der erste Artikel stellt eine systematische Literaturübersicht über den aktuellen Wissensstand zu Bewertungsmethoden urbaner Ökosystemleistungen unterschiedlicher Grüninfrastrukturtypen und Raumskalen vor. Es konnte aufgezeigt werden, dass ein Großteil der Methoden generalisierender Art ist und damit nur wenige Ansätze auch einzelne, kleinskalige Raumstrukturen (z.B. Einzelbäume, kleine Grünflächen) untersuchen. Vielmehr werden Grüninfrastrukturen aggregiert und zusammengefasst bewertet. Mit der ersten Stufe dieser Dissertation („Review”) konnte eine Übersicht über den Wissensstand gegeben und bestehender Forschungsbedarf aufgezeigt werden. In dem zweiten Artikel wurde die Entwicklung sowie Anwendung eines praxisorientierten methodischen Ansatzes zur Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen kleinskaliger Raumstrukturen präsentiert. Mittels dieses Ansatzes, welcher die zweite Stufe „Development” adressiert, können Potenziale urbaner Ökosystemtypen hinsichtlich der Bereitstellung von drei ausgewählten Ökosystemleistungen bewertet werden. Darüber hinaus können gezielte Maßnahmenvorschläge abgeleitet werden, die z.B. den Zustand und folglich das Leistungsvermögen dieser Ökosystemtypen verbessern können. Der dritte Artikel dieser Dissertation ist der Untersuchungsstufe „Transfer” zugehörig und befasst sich mit digitalen Tools, die die Planung und Umsetzung von Klimaanpassungsmaßnahmen auf kleinen, urbanen Raumskalen erleichtern. Der erste Teil des Artikels analysiert bestehende Tools und identifiziert optimale Tooleigenschaften sowie Forschungslücken, welche für die Entwicklung entsprechender anwendungsfreundlicher Planungstools von Bedeutung sind. Im zweiten Teil dieses Artikels werden diese Ergebnisse aufgegriffen und ein sich in Entwicklung befindliches, webbasiertes Tool zur Ableitung kleinskaliger Hitzeanpassungsmaßnahmen für die Planungspraxis vorgestellt. Der zuvor entwickelte und präsentierte methodische Ansatz der „Development”-Stufe stellt dabei einen integrierten Bestandteil des Tools dar und kann zur Förderung von Ökosystemleistungen bei der Planung kleinräumiger Hitzeanpassungsmaßnahmen beitragen. Die Dissertation leistet einen Beitrag für das Forschungsfeld urbaner Ökosystemleistungen, insbesondere deren Erfassung und Bewertung auf kleinräumigen Skalen. Mit den aufeinander aufbauenden Untersuchungsstufen und damit verbundenen wissenschaftlichen Artikeln konnten zum einen der Stand der Wissenschaft sowie bestehende Forschungslücken aufgezeigt werden. Zum anderen konnten diese Erkenntnisse in der Folge im Rahmen der Entwicklung eines methodischen Ansatzes zur Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen aufgegriffen werden. Die Anwendung dieses Ansatzes wurde ebenfalls an zwei deutschen Stadtteilen (Dresden-Gorbitz, Erfurt-Oststadt) demonstriert. Die praxisorientierte Ansatzentwicklung stellt eine Basis für einen Transfer in die Planungspraxis in Form eines Webtools dar, wodurch die Dissertation zudem zur Entwicklung eines Hilfsinstrumentes für eine nachhaltige Stadtentwicklung beitragen kann. Aus den drei Artikeln dieser kumulativen Dissertation können einerseits im Rahmen der Synthese Potenziale für weitere Forschungen sichtbar gemacht werden, wie beispielsweise einer Erweiterung des Ansatzes um Zustands- und Bewertungsparameter sowie Möglichkeiten zur digitalen Generierung der benötigten Datengrundlage. Andererseits werden im Syntheseteil auch methodische Schwächen aufgezeigt und reflektiert, wie z.B. sich potenziell ergebende Verzerrungen durch den Einbezug von Fachexpertise in den Bewertungsschlüssel. Zusammenfassend ist hervorzuheben, dass das Ökosystemleistungskonzept durch eine gezielte Darstellung und Vermittlung von Werten urbaner Ökosysteme einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Stadtplanung leisten kann. Die Entwicklung von Methoden zur Erfassung und Bewertung dieser Leistungen, welche bestenfalls standardisiert sowie praxisorientiert sind und kleinräumige Maßstäbe berücksichtigen, spielt dabei eine elementare Rolle. Der Einsatz solcher Methoden kann dazu beitragen, dass Ökosystemleistungen in urbanen Räumen erhalten und gar gefördert werden. Letztlich ergeben sich hierdurch Potenziale für nachhaltige Stadtentwicklungen und den dazugehörigen Entscheidungsprozessen. / In order for cities to withstand or even counteract the growing challenges they face, it is vital to protect and promote urban ecosystems (or “urban nature”). Providing a variety of diverse ecosystem services, urban ecosystems are fundamental to maintaining the quality of life and well-being of city residents. In addition, the promotion of urban ecosystems plays an important role in the task of adapting to the repercussions of climate change and can help mitigate extreme climatic events. In this context, it is hugely important to strengthen the position of urban ecosystems within urban development and decision-making processes, because it is precisely these “service providers” that are seriously endangered and negatively affected by the spread of built-up areas, the expansion of soil sealing and related changes in the urban climate. A stronger integration of the ecosystem services concept and thus the representation and communication of the various ecosystem services can ensure that greater account is taken of urban ecosystems in urban planning processes and at the same time secure their preservation. For this purpose, we need standardized and practice-oriented methods for mapping and assessing urban ecosystem services, in particular regarding local, small-scale sites and areas, as these are directly related to both the planning level and the needs of the local population. This is the point of departure for the present dissertation, which pursues the overall objective of developing and testing an application-oriented methodological approach for the mapping and assessment of urban ecosystem services at small spatial scales. The dissertation is divided into three successive stages of investigation: (1) Review, (2) Development and (3) Transfer. Each article in this cumulative dissertation addresses one of these stages by considering the respective research objectives as well as questions. The first article presents a systematic literature review of current methods to assess urban ecosystem services for different green infrastructure types and at various spatial scales. It is shown that most previous methods are rather generalized, i.e. only a few approaches allow the investigation of individual, small-scale spatial structures such as single trees or small green spaces. Instead, most standard methods assess green infrastructure in an aggregated manner. The opening Review stage of this dissertation provides an overview of the current state of knowledge and identifies existing research needs. In the second article, I present the development and application of a practice-oriented methodological approach for the mapping and assessment of urban ecosystem services provided by small-scale spatial structures. Through this approach, which addresses the second Development stage, the potentials of urban ecosystem types can be assessed with respect to the provision of three selected ecosystem services. Such assessments can then be used to identify proposals for targeted measures to improve the condition and consequently the capacity of these ecosystem types to deliver ecosystem services. The third article of this dissertation belongs to the Transfer stage and deals with digital tools to facilitate the planning and implementation of climate change adaptation measures at small (urban) spatial scales. The first part of the article analyzes existing tools and identifies optimal tool features as well as research gaps relevant to the development of appropriate user-friendly planning tools. The second part addresses these findings and presents a web-based tool currently under development aimed at deriving small-scale heat adaptation measures for planning practice. The previously developed and presented methodological approach of the Development stage represents an integrated component of the tool which can contribute to the promotion of ecosystem services in the planning of heat adaptation measures at small spatial sites. The dissertation contributes to the research field of urban ecosystem services, in particular their mapping and assessment at small spatial scales. Through the successive stages of investigation and the publishing of associated scientific articles, I was able to determine the state of the art and pinpoint existing research gaps. These findings could subsequently be exploited to develop a methodological approach for the mapping and assessment of urban ecosystem services. The application of this approach was demonstrated on two German city districts, namely Dresden-Gorbitz and Erfurt-Oststadt. The practice-oriented approach ultimately enabled a transfer to planning practice in the form of a web tool, whereby the dissertation also contributes to the development of a supporting tool for sustainable urban development. Potentials for further research can be drawn from the three articles of this dissertation, such as an extension of the methodological approach by condition and assessment parameters as well as possibilities for digital generation of the required data basis. Furthermore, methodological limitations are also identified and reflected on, such as potential biases due to the inclusion of expert opinions within the assessment key. In summary, it should be emphasized that the ecosystem services concept can make a significant contribution to sustainable urban planning through the targeted presentation and communication of urban ecosystem services. Here we require methods for mapping and assessing these services which are standardized, practice-oriented and take small-scale scales into account. The use of such methods can help to maintain and even promote ecosystem services in urban areas. Ultimately, this will lead to fresh potentials for sustainable urban development and improvements in the associated decision-making processes.

Tesis por compendio / [EN] The main objectives of this research are the following. First, to analyse the models and methods in Decision Support Systems (DSS) for forest management, taking into account the important features which allow forestry related problems to be categorized. Second, to define strategic criteria for the sustainable management of Mediterranean forests, as well as to elicit and aggregate the stakeholders' preferences. Third, to propose a robust methodology to implement collaborative management focused on ESS and to develop indicators for the main functions of ESS. The methodology is based on a workshop and surveys to elicit the decision makers', experts' and other stakeholders' preferences. Several techniques were then used to aggregate individual judgements and determine social preferences, in particular, Analytic Hierarchy Process (AHP) and Goal Programming (GP). In addition, a PROMETHEE based method has been developed to provide indicators of the ESS, classified into provisioning, maintenance and direct to citizens services. The analysis of DSS for forest management has shown that the best choice of approach to solve a given problem depend on its nature, which can be characterized by the temporal scale, spatial context, spatial scale, number of decision makers or stakeholders, objectives and finally goods and services involved. A decision hierarchy for strategic management of Valencian forests has been developed by involving experts during the design phase. This was later validated in consultation with the stakeholders in a workshop and provides the base from which to obtain the social preferences. The results show greater importance for environmental and social criteria and lesser relevance for economic criteria, valid for both public and private Mediterranean forests. This result is the same regardless of which preference aggregation technique was used and takes into account the preferences of the majority of the stakeholders and also the minority opinions furthest from the consensus. New products and services such as rural tourism, renewable energies, landscape, hydrological regulation and erosion control, biodiversity and climate change mitigation are relevant. This research also proposes a robust methodology to implement collaborative management focused on ESS provided by protected areas and aggregated indicators for their main functions. Decision makers, technical staff and other stakeholders are included in the process from the beginning, by identifying ESS and eliciting preferences using the AHP method. Qualitative and quantitative data are then integrated into a PROMETHEE based method in order to obtain indicators for provisioning, maintenance and direct to citizens services. This methodology, which has been applied in a forest natural park, provides a tool for exploiting available technical and social data in a continuous process, as well as graphical results, which are easy to understand. This approach also overcomes the difficulties found in prioritising management objectives in a multiple criteria context with limited resources and facilitates consensus between all of the people involved. The new indicators define an innovative approach to assessing the ESS from the supply perspective and provide basic information to help establish payment systems for environmental services and compensation for natural disasters. / [ES] Los principales objetivos de esta investigación son los siguientes. En primer lugar, analizar los modelos y los métodos de los sistemas de ayuda a la toma de decisiones para gestión forestal, teniendo en cuenta las características relevantes que permiten clasificar los problemas forestales. En segundo lugar, definir los criterios estratégicos para la gestión forestal sostenible del bosque mediterráneo, así como obtener y agregar las preferencias de los decisores y otras partes interesadas. En tercer lugar, proponer una metodología robusta para implementar una gestión colaborativa centrada en los servicios del ecosistema y desarrollar indicadores para las principales funciones de estos servicios. La metodología se fundamenta en una jornada de trabajo con decisores, expertos y otros grupos de personas interesadas, así como en encuestas a todos ellos. Después se han utilizado varias técnicas para agregar las preferencias individuales y determinar las preferencias de los distintos grupos sociales, en particular el proceso analítico jerárquico y la programación por metas. Adicionalmente, se ha desarrollado un método basado en PROMETHEE que permite obtener indicadores de los servicios del ecosistema, clasificados en servicios de producción, mantenimiento y directos a los ciudadanos. El análisis de los sistemas de ayuda a la toma de decisiones para gestión forestal ha puesto de manifiesto que los mejores enfoques para resolver los problemas forestales dependen de su naturaleza, caracterizada por la escala temporal, el contexto espacial, la escala espacial, el número de decisores o personas interesadas, el número de objetivos y por último los bienes y servicios involucrados. Se ha desarrollado una jerarquía de decisión para la gestión estratégica de los bosques valencianos involucrando a expertos en la fase de diseño. Este modelo fue validado posteriormente por las partes interesadas en una jornada organizada con esta finalidad y ha sido la base para obtener las preferencias sociales. Los resultados ponen de manifiesto la mayor importancia de los criterios medioambientales y sociales y la menor relevancia de los económicos, tanto para el monte mediterráneo público como privado. Este resultado es independiente del método de agregación utilizado y tiene en cuenta tanto las preferencias de la mayoría como de la minoría más alejada del consenso. Son relevantes los nuevos productos y servicios tales como el turismo rural, las energías renovables, el paisaje, la regulación hidrológica y el control de la erosión, la biodiversidad y la mitigación del cambio climático. Esta investigación también propone una metodología robusta para implementar una gestión colaborativa centrada en los servicios del ecosistema que proporcionan las áreas protegidas e indicadores agregados para sus principales funciones. Los responsables de las decisiones, el personal técnico y otras personas interesadas han participado desde el inicio del proceso, identificando los servicios del ecosistema y proporcionado sus preferencias mediante la técnica del proceso analítico jerárquico. Después se integran los datos cualitativos y cuantitativos en un método basado en PROMETHEE con la finalidad de obtener indicadores para los servicios de producción, mantenimiento y directos a los ciudadanos. Esta metodología, que se ha aplicado en un parque natural, facilita la explotación de los datos técnicos y sociales en un proceso continuo y proporciona resultados gráficos muy fáciles de entender. Este enfoque también permite superar las dificultades que surgen al priorizar los objetivos de gestión en un contexto multicriterio con recursos limitados y facilita el consenso entre todas las personas involucradas. Los nuevos indicadores representan un enfoque innovador para la valoración de los servicios del ecosistema desde el punto de vista de la oferta y proporcionan información básica para establecer sistemas de pagos por / [CA] Els principals objectius d'aquesta recerca són els següents. En primer lloc, analitzar els models i els mètodes dels sistemes d'ajuda a la presa de decisions per a gestió forestal, tenint en compte les característiques rellevants que permeten classificar els problemes forestals. En segon lloc, definir els criteris estratègics per a la gestió forestal sostenible del bosc mediterrani, com també obtenir i agregar les preferències dels decisors i altres parts interessades. En tercer lloc, proposar una metodologia robusta per a implementar una gestió col·laborativa centrada en els serveis de l'ecosistema i desenvolupar indicadors per a les principals funcions d'aquests serveis. La metodologia es fonamenta en una jornada de treball amb decisors, experts i altres grups de persones interessades, i també en enquestes a tots ells. Després s'han utilitzat diverses tècniques per a afegir-hi les preferències individuals i determinar les preferències dels diferents grups socials, en particular el procés analític jeràrquic i la programació per metes. Addicionalment, s'ha desenvolupat un mètode basat en PROMETHEE que permet obtenir indicadors dels serveis de l'ecosistema, classificats en serveis de producció, manteniment i directes als ciutadans. L'anàlisi dels sistemes d'ajuda a la presa de decisions per a la gestió forestal ha posat de manifest que els millors enfocaments per a resoldre els problemes forestals depenen de la naturalesa d'aquests problemes, caracteritzada per l'escala temporal, el context espacial, l'escala espacial, el nombre de decisors o persones interessades, el nombre d'objectius i, finalment, els béns i serveis involucrats. S'ha desenvolupat una jerarquia de decisió per a la gestió estratègica dels boscos valencians involucrant experts en la fase de disseny. Aquest model ha sigut validat posteriorment per les parts interessades en una jornada organitzada amb aquesta finalitat i ha sigut la base per a obtenir les preferències socials. Els resultats posen de manifest la major importància dels criteris mediambientals i socials i la menor rellevància dels econòmics, tant per a la muntanya mediterrània pública com privada. Aquest resultat és independent del mètode d'agregació utilitzat i té en compte tant les preferències de la majoria com de la minoria més allunyada del consens. Són rellevants els nous productes i serveis, com ara el turisme rural, les energies renovables, el paisatge, la regulació hidrològica i el control de l'erosió, la biodiversitat i la mitigació del canvi climàtic. Aquesta recerca també proposa una metodologia robusta per a implementar una gestió col·laborativa centrada en els serveis de l'ecosistema que proporcionen les àrees protegides i indicadors agregats per a les seues funcions principals. Els responsables de les decisions, el personal tècnic i altres persones interessades hi han participat des de l'inici del procés, identificant els serveis de l'ecosistema i proporcionant les seues preferències mitjançant la tècnica del procés analític jeràrquic. Després s'integren les dades qualitatives i quantitatives en un mètode basat en PROMETHEE amb la finalitat d'obtenir indicadors per als serveis de producció, manteniment i directes als ciutadans. Aquesta metodologia, que s'ha aplicat en un parc natural, facilita l'explotació de les dades tècniques i socials en un procés continu i proporciona resultats gràfics molt fàcils d'entendre. Aquest enfocament també permet superar les dificultats que sorgeixen a l'hora de prioritzar els objectius de gestió en un context multicriteri amb recursos limitats i facilita el consens entre totes les persones involucrades. Els nous indicadors representen un enfocament innovador per a la valoració dels serveis de l'ecosistema des del punt de vista de l'oferta i proporcionen informació bàsica per a establir sistemes de pagaments per serveis ambientals i compensacions per desastres naturals. / Segura Maroto, M. (2015). ASSESSMENT OF ECOSYSTEM SERVICES BASED ON MULTIPLE CRITERIA AND GROUP DECISION MAKING [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57955 / Compendio