Dans le contexte du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), l'objectif du travail effectué est de mieux comprendre et quantifier les processus de surface agissant sur les flux de chaleur sensible et latente en région sahélienne. Une approche couplant modélisation des échanges d'énergie et d'eau à l'interface Sol-Végétation-Atmosphère et télédétection spatiale permet une analyse spatialisée à différentes échelles. Le modèle SEtHyS_Savannah a été développé et adapté aux zones semi-arides. Dans un premier temps un étalonnage des paramètres et une validation locale du modèle ont été effectués grâce aux mesures acquises dans le cadre du programme AMMA sur deux parcelles (mil et jachère) au Niger. Puis des méthodes spécifiques de traitement des données de télédétection multi capteurs ont été développées et/ou appliquées pour les besoins de la mise en place et de la validation de la modélisation spatialisée à l'échelle du super-site AMMA/Niger. Ainsi les données SPOT haute résolution ont permis de déterminer une classification de l'occupation du sol et les cycles d'évolution de la végétation. Les données ASAR/ENVISAT et les produits issus des capteurs SEVIRI/MSG et MODIS ont été utilisés pour proposer une première validation de deux variables clefs des bilans énergétiques et hydriques que sont l'humidité de surface et la température de surface. Cette étude montre que la modélisation mise en place donne des résultats pertinents et offre de nombreuses perspectives quant à l'étude des interactions surface-atmosphère et des impacts de modifications climatiques ou anthropiques sur les bilans de surface.

Mainz, Univ., Diss., 2004

University, Diss., 2004--Mainz.

Das Guinea-Savanne-Wald-Mosaik Westafrikas weist einen hohen Reichtum an Pflanzenarten auf, deren Samen durch Frugivore ausgebreitet werden. Afrikanische Savannen beherbergen zudem die artenreichste Dungkäferfauna weltweit. Dennoch wurden Interaktionen zwischen Fruchtpflanzen, Primaten und Dungkäfern in Savannenökosysteme bisher kaum erforscht. Meine Untersuchungen am Anubispavian (Papio anubis Lesson 1827, Cercopithecinae) im Comoé Nationalpark (CNP), im NO der Elfenbeinküste, zeigten, dass sich westafrikanische Pavianpopulationen in verschiedener Hinsicht von Populationen in Ostafrika unterscheiden. Paviane werden zumeist vornehmlich als Prädatoren der Samen ihrer Nahrungspflanzen angesehen. Im Savannen-Wald-Mosaik Westafrikas ernähren sie sich jedoch überwiegend frugivor und sind bedeutende Samenausbreiter einer Vielzahl von Gehölzpflanzenarten mit unterschiedlichen Fruchttypen und Samengrößen. Sie breiten intakte Samen von mind. 22% der regionalen Gehölzpflanzenarten aus. Ihr "Ausbreitungspotential" bzgl. Samenzahl und Samengröße ist mit dem der großen Menschenaffen vergleichbar. Der Anteil der Baumarten im Nahrungsspektrum der Paviane ist signifikant höher als es aufgrund des Anteils im regionalen Artenpool der Gehölzpflanzen zu erwarten wäre. Fruchtarten, die von Pavianen gefressen wurden, waren signifikant größer als nicht konsumierte Arten. Von verschiedenen morphologischen Fruchtmerkmalen eignen sich Fruchttyp und Farbe am besten, um vorherzusagen, ob die Früchte einer Art Nahrungsbestandteil der Paviane im CNP sind. Fruchttyp und Samengröße wiederum sind am besten geeignet, um auf die Art der Nutzung (Samenausbreitung bzw. -prädation) zu schließen. Die Samengröße einer Pflanze ist ein wichtiges Fitnessmerkmal, das verschiedene Abschnitte von der Fruchtentwicklung bis zur Etablierung des Keimlings beeinflussen kann. Sie weist bei vielen Pflanzenarten erhebliche intraspezifische Schwankungen auf. Primaten könnten aus unterschiedlichen Gründen Früchte mit bestimmter Samengröße auswählen, zum Beispiel um unverdaulichen Ballast zu reduzieren oder um den Fruchtfleischgewinn pro Frucht zu optimieren. Bei acht von zehn untersuchten Pflanzenarten, die sich in Fruchttyp, Samenzahl und Samengröße unterscheiden, erwiesen sich die Paviane als selektiv in Bezug auf die Samengröße. Für die intraspezifische Fruchtauswahl der Paviane scheint unter anderem das je nach Frucht- und Samenform unterschiedlich variierende Verhältnis von Fruchtfleisch zu Samen eine Rolle zu spielen. Als Habitatgeneralisten (mit einer Präferenz für Waldhabitate), die relativ große Gebiete durchstreifen, scheinen Paviane besonders wichtig für den genetischen Austausch der Pflanzen zwischen entfernten Waldinseln. Da die meisten Gehölzpflanzenarten im Savannen-Wald-Mosaik des CNP mittelgroße bis große Früchte und Samen haben, kommt den Pavianen eine herausragende Rolle bei der Samenausbreitung und natürlichen Regeneration dieses Ökosystems zu. Die Bedeutung der Paviane für die Samenausbreitung von Pflanzenarten mit kleinen Früchten sollte jedoch nicht unterschätzt werden. Meine Untersuchungen an typischen "vogelausgebreiteten" Baumarten, von denen Vögel fast ausschließlich unreife Früchte fraßen, weisen darauf hin, dass eine qualitative und quantitative Beurteilung verschiedener Frugivorengruppen allein aufgrund der Fruchtsyndrome nicht immer zuverlässig ist. Anubispaviane breiten in der Regel mehrere Pflanzensamen in einzelnen Fäzes aus was üblicherweise als ungünstig für die Pflanze angesehen wird. Die Samen aller Pflanzenarten, die in Pavianfäzes im CNP während Zeiten saisonal hoher Dungkäferaktivität zu finden waren, können jedoch potentiell von Dungkäfern ausgebreitet werden. Die Dungkäfer-Aktivität im Untersuchungsgebiet an Pavianfäzes war hoch, es wurden 99 Arten aus 26 Gattungen nachgewiesen. Sowohl die Wahrscheinlichkeit sekundärer Samenausbreitung durch Dungkäfer als auch das sekundäre räumliche Ausbreitungsmuster hängen von der Struktur und Zusammensetzung der Dungkäfergemeinschaft am Ort der primären Ausbreitung ab. Die Dungkäfergemeinschaft wiederum scheint stark von der Vegetation beeinflusst zu sein. Im Savannen-Wald-Mosaik Westafrikas erwartete ich daher deutliche Unterschiede in der sekundären Ausbreitung zwischen Samen, die von Pavianen in die Savanne bzw. in den Wald ausgebreitet werden. Experimente ergaben, dass Samen, die von Pavianen in die Savanne ausgebreitet werden, eine höhere Wahrscheinlichkeit haben (a) überhaupt sekundär durch Dungkäfer ausgebreitet zu werden, (b) horizontal von Telekopriden vom Ort der primären Ausbreitung wegbewegt zu werden, (c) relativ schnell aus den Fäzes entfernt zu werden und (d) über relativ größere Distanzen ausgebreitet zu werden als Samen im Wald. Generell sollten Savannenpflanzen und Habitatgeneralisten unter den Pflanzenarten, deren Samen von Pavianen in die Savanne ausgebreitet werden, am ehesten von sekundärer Ausbreitung durch Dungkäfer profitieren. / The Guinea savanna-forest mosaic of West Africa is particularly rich in animal-dispersed plants. African savannas harbour the richest dung beetle community worldwide. The role of primates and dung beetles in natural plant regeneration and biodiversity maintenance in this ecosystem, however, is still poorly understood. The present study on olive baboons (Papio anubis Lesson 1827, Cercopithecinae) at Comoé National Park (CNP), north-eastern Ivory Coast, revealed that western olive baboon populations differ in several ways from their eastern conspecifics. Baboons are commonly regarded as predators of the seeds of their food plants. In the savanna-forest mosaic of West Africa, however, they are highly frugivorous and are important seed dispersers of a high number of woody plant species that differ in fruit type and seed size. They disperse intact seeds of at least 22% of the woody plant species of the regional plant pool. Their "seed dispersal potential", regarding seed number and seed sizes, is comparable to that of the much larger great apes. Relative to the availability in the regional pool of woody plant species, baboons preferred trees to shrubs and lianas as fruit sources and especially included larger fruit into their diet. Among several morphological fruit traits investigated, fruit type and fruit colour best described whether baboons included a species into their diet, whereas fruit type and seed size best predicted whether baboons predated upon the seeds of a food plant species. Seed size is an important plant fitness trait that can influence several steps between fruiting and the establishment of a plant´s offspring. Seed size can vary considerably within and among individuals of the same species. Primates may select for certain seed sizes within a species for a number of reasons, e.g. to decrease indigestible seed load or to increase pulp intake per fruit. Within eight out of ten plant species investigated, which differed in fruit type, seed number and seed size, olive baboons were selective in fruit choice regarding seed size. Seed size selection by olive baboons seems to be influenced, among other traits, by the amount of pulp rewarded per fruit relative to seed load, which varies with fruit and seed shape. Being a habitat generalist (with a preference for forest habitats) and able to move comparatively long distances, the olive baboon might be especially important for the biodiversity maintenance of distant forest islands. Because most woody plant species at the study site had medium-sized to large fruits and seeds, olive baboons may be crucial for seed dispersal and plant recruitment in this ecosystem. Their importance for seed dispersal of plants with small fruits should not, however, be underrated. Observation of frugivores at a typical "bird-dispersed" tree species showed that classification of seed dispersers on the basis of fruit syndromes alone can be misleading. Olive baboons disperse seeds in their faeces in a clumped manner, which generally is regarded disadvantageous for plants. Yet, seeds from all plant species being naturally present in baboon dung during seasonal peaks of dung beetle activity apparently can be scattered locally by dung beetles. Dung beetle activity at baboon faeces deposited in the two habitats was high, totalling 99 species from 26 genera. The probability and pattern of secondary seed dispersal by dung beetles depend on the structure and composition of the dung beetle community, which, in turn, seems to be strongly determined by vegetation type. I thus expected pronounced differences in secondary seed dispersal by dung beetles between seeds deposited by baboons in the savanna and in the forest. Experiments indicated that compared to seeds dispersed by baboons into the forest, seeds that end up in the savanna generally have a higher probability of (a) being removed by dung beetles, (b) being horizontally scattered by telecoprids, (c) being rapidly removed from the place of primary deposition and (d) being secondarily dispersed over larger distances. In general, savanna plants and plant habitat generalists the seeds of which baboons disperse into the savanna should profit most from secondary seed dispersal by dung beetles.

Drylands cover about 40% of the earth’s land surface and provide the basis for the livelihoods of 38% of the global human population. Worldwide, these ecosystems are prone to heavy degradation. Increasing levels of dryland degradation result a strong decline of ecosystem services. In addition, in highly variable semi-arid environments changing future environmental conditions will potentially have severe consequences for productivity and ecosystem dynamics. Hence, global efforts have to be made to understand the particular causes and consequences of dryland degradation and to promote sustainable management options for semi-arid and arid ecosystems in a changing world. Here I particularly address the problem of semi-arid savanna degradation, which mostly occurs in form of woody plant encroachment. At this, I aim at finding viable sustainable management strategies and improving the general understanding of semi-arid savanna vegetation dynamics under conditions of extensive livestock production. Moreover, the influence of external forces, i.e. environmental change and land reform, on the use of savanna vegetation and on the ecosystem response to this land use is assessed. Based on this I identify conditions and strategies that facilitate a sustainable use of semi-arid savanna rangelands in a changing world. I extended an eco-hydrological model to simulate rangeland vegetation dynamics for a typical semi-arid savanna in eastern Namibia. In particular, I identified the response of semi-arid savanna vegetation to different land use strategies (including fire management) also with regard to different predicted precipitation, temperature and CO2 regimes. Not only environmental but also economic and political constraints like e.g. land reform programmes are shaping rangeland management strategies. Hence, I aimed at understanding the effects of the ongoing process of land reform in southern Africa on land use and the semi-arid savanna vegetation. Therefore, I developed and implemented an agent-based ecological-economic modelling tool for interactive role plays with land users. This tool was applied in an interdisciplinary empirical study to identify general patterns of management decisions and the between-farm cooperation of land reform beneficiaries in eastern Namibia. The eco-hydrological simulations revealed that the future dynamics of semi-arid savanna vegetation strongly depend on the respective climate change scenario. In particular, I found that the capacity of the system to sustain domestic livestock production will strongly depend on changes in the amount and temporal distribution of precipitation. In addition, my simulations revealed that shrub encroachment will become less likely under future climatic conditions although positive effects of CO2 on woody plant growth and transpiration have been considered. While earlier studies predicted a further increase in shrub encroachment due to increased levels of atmospheric CO2, my contrary finding is based on the negative impacts of temperature increase on the drought sensitive seedling germination and establishment of woody plant species. Further simulation experiments revealed that prescribed fires are an efficient tool for semi-arid rangeland management, since they suppress woody plant seedling establishment. The strategies tested have increased the long term productivity of the savanna in terms of livestock production and decreased the risk for shrub encroachment (i.e. savanna degradation). This finding refutes the views promoted by existing studies, which state that fires are of minor importance for the vegetation dynamics of semi-arid and arid savannas. Again, the difference in predictions is related to the bottleneck at the seedling establishment stage of woody plants, which has not been sufficiently considered in earlier studies. The ecological-economic role plays with Namibian land reform beneficiaries showed that the farmers made their decisions with regard to herd size adjustments according to economic but not according to environmental variables. Hence, they do not manage opportunistically by tracking grass biomass availability but rather apply conservative management strategies with low stocking rates. This implies that under the given circumstances the management of these farmers will not per se cause (or further worsen) the problem of savanna degradation and shrub encroachment due to overgrazing. However, as my results indicate that this management strategy is rather based on high financial pressure, it is not an indicator for successful rangeland management. Rather, farmers struggle hard to make any positive revenue from their farming business and the success of the Namibian land reform is currently disputable. The role-plays also revealed that cooperation between farmers is difficult even though obligatory due to the often small farm sizes. I thus propose that cooperation needs to be facilitated to improve the success of land reform beneficiaries. / Semiaride (halbtrockene) Savannen bedecken große Teile der Erdoberfläche und sichern die Lebensgrundlage von vielen Millionen Menschen. Die häufigste Form der Landnutzung in diesen Trockengebieten ist die Produktion von Vieh in extensiver Weidelandbewirtschaftung. In Folge klimatischer Veränderungen und als Konsequenz aus der teils intensiven Beweidung dieser Trockengebiete kommt es häufig zur Degradierung derselben in Form einer Zunahme von ‚unerwünschter‘ holziger Vegetation auf Kosten von futterverwertbaren Gräsern. Dieser als Verbuschung bezeichnete Prozess hat schwere negative Auswirkungen auf die betroffenen Ökosysteme und ist die Ursache für einen zunehmenden Rückgang der ökonomischen Leistungsfähigkeit der betroffenen Betriebe. In meiner Dissertation befasse ich mich mit den Auswirkungen von Klimawandel und politischen Veränderungen auf die Savannenvegetation im südlichen Afrika und auf die Möglichkeiten für die Nutzung dieser Ökosysteme in Form von Viehwirtschaft. Hierbei möchte ich sowohl das allgemeine Verständnis der ökologischen Zusammenhänge verbessern, als auch Strategien für die nachhaltige Nutzung der Savannen identifizieren und bewerten. Da nicht nur ökologische, sondern auch ökonomische und politische Einflussfaktoren, wie zum Beispiel die umfangreichen Landumverteilungen im Rahmen der Bodenreform im südlichen Afrika auf die tatsächliche Landnutzung wirken, habe ich im Rahmen der Dissertation zudem untersucht, nach welchen Umwelt und Kapitalvariablen sich die Farmer, welche Ihr Land im Rahmen der Bodenreform zugeteilt bekommen haben, bei Ihren Entscheidungen richten. Methodisch verwende ich verschiedene Simulationsmodelle, welche zur Untersuchung der langfristigen Veränderungen von verschiedensten Szenarien (Klimawandel, Landnutzung) geeignet sind. Hierbei habe ich teilweise bestehende Modelle angepasst, aber auch ein neues Modell, welches zur Befragung von Farmern in Namibia verwendet wurde, entwickelt. Meine Dissertation führt im Wesentlichen zu vier Erkenntnissen: Erstens, zeigen meine Ergebnisse, welche große Bedeutung die spezifischen ökologischen Eigenschaften der Bäume und Sträucher in semiariden Savannen für die Vorhersage der Entwicklung dieser Systeme unter Klimawandel hat. Hierbei zeigte sich, dass insbesondere die Sensitivität der Keimlinge gegenüber Trockenheit und Feuer eine entscheidende Rolle spielt. Daraus folgt die zweite wesentliche Erkenntnis: Feuer eignet sich in herausragender Weise, um halbtrockene Savannen vor der Verbuschung zu bewahren. Drittens haben die Rollenspiele mit Farmern in Namibia gezeigt, dass deren Entscheidungen im Wesentlichen von finanziellen Schwierigkeiten und nicht von Umwelteinflüssen getrieben werden. Dennoch zeigten meine Ergebnisse, dass diese Farmer mit Ihrem derzeitigen Verhalten wahrscheinlich nicht zur weiteren Degradierung der Savannenvegetation beitragen. Die vierte, und mit am bedeutendste Erkenntnis aus meiner Arbeit ist, dass konservative Beweidungsstrategien mit geringen und konstanten Viehdichten notwendig sind um semiaride Savannen dauerhaft in ökologisch und ökonomisch nachhaltiger Weise zu Nutzen.

Die Brasilianische Savanne, auch bekannt als der Cerrado, bedeckt ca. 24% der Landoberfläche Brasiliens. Der Cerrado ist von einer einzigartigen Biodiversität und einem starken Gradienten in der Vegetationsstruktur gekennzeichnet. Großflächige Landnutzungsveränderungen haben dazu geführt, dass annähernd die Hälfte der Cerrado in bewirtschaftetes Land umgewandelt wurde. Die Kartierung ökologischer Prozesse ist nützlich, um naturschutzpolitische Entscheidungen auf räumlich explizite Informationen zu stützen, sowie um das Verständnis der Ökosystemdynamik zu verbessern. Neue Erdbeobachtungssensoren, frei verfügbare Daten, sowie Fortschritte in der Datenverarbeitung ermöglichen erstmalig die großflächige Erfassung saisonaler Vegetationsdynamiken mit hohem räumlichen Detail. In dieser Arbeit wird der Mehrwert von Landsat-basierten Landoberflächenphänologischen (LSP) Metriken, für die Charakterisierung der Cerrado-Vegetation, hinsichtlich ihrer strukturellen und phänologischen Diversität, sowie zur Schätzung des oberirdischen Kohlenstoffgehaltes (AGC), analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass LSP-Metriken die saisonale Vegetatiosdynamik erfassen und für die Kartierung von Vegetationsphysiognomien nützlich sind, wobei hier die Grenzen der Einteilung von Vegetationsgradienten in diskrete Klassen erreicht wurden. Basierend auf Ähnlichkeiten in LSP wurden LSP Archetypen definiert, welche die Erfassung und Darstellung der phänologischen Diversität im gesamten Cerrado ermöglichten und somit zur Optimierung aktueller Kartierungskonzepte beitragen können. LSP-Metriken ermöglichten die räumlich explizite Quantifizierung von AGC in drei Untersuchungsgebieten und sollten bei zukünftigen Kohlenstoffschätzungen berücksichtigt werden. Die Erkenntnisse dieser Dissertation zeigen die Vorteile und Nutzungsmöglichkeiten von LSP Metriken im Bereich der Ökosystemüberwachung und haben demnach direkte Implikationen für die Entwicklung und Bewertung nachhaltiger Landnutzungsstrategien. / The Brazilian savanna, known as the Cerrado, covers around 24% of Brazil. It is characterized by a unique biodiversity and a strong gradient in vegetation structure. Land-use changes have led to almost half of the Cerrado being converted into cultivated land. The mapping of ecological processes is, therefore, an important prerequisite for supporting nature conservation policies based on spatially explicit information and for deepening our understanding of ecosystem dynamics. New sensors, freely available data, and advances in data processing allow the analysis of large data sets and thus for the first time to capture seasonal vegetation dynamics over large extents with a high spatial detail. This thesis aimed to analyze the benefits of Landsat based land surface phenological (LSP) metrics, for the characterization of Cerrado vegetation, regarding its structural and phenological diversity, and to assess their relation to above ground carbon. The results revealed that LSP metrics enable to capture the seasonal dynamics of photosynthetically active vegetation and are beneficial for the mapping of vegetation physiognomies. However, the results also revealed limitations of hard classification approaches for mapping vegetation gradients in complex ecosystems. Based on similarities in LSP metrics, which were for the first time derived for the whole extent of the Cerrado, LSP archetypes were proposed, which revealed the spatial patterns of LSP diversity at a 30 m spatial resolution and offer potential to enhance current mapping concepts. Further, LSP metrics facilitated the spatially explicit quantification of AGC in three study areas in the central Cerrado and should thus be considered as a valuable variable for future carbon estimations. Overall, the insights highlight that Landsat based LSP metrics are beneficial for ecosystem monitoring approaches, which are crucial to design sustainable land management strategies that maintain key ecosystem functions and services.

Summary In the Sudanian zone of West Africa like in the Borgou region of Benin, agricultural and livestock systems face more and more difficulties linked to climatic changes, the decrease in soil fertility and the degradation of natural grasslands. This leads to a decrease in agricultural yields and feeding resources for livestock. On another hand, the socio-economical conditions of the small-holders dont allow them to invest in mineral fertilisers to remedy to soil fertility decrease. The introduction of ley pastures in crop rotations may be an affordable solution to increase available feeds for livestock and to improve soil fertility. The first part of this work reviews the potentialities of various local and exotic grasses and legumes which could be cultivated in the Borgou region. The choice of these species take into consideration the pedo-climatic conditions of the region, their aptitude for production, their nutritive value and their contribution to soil fertility. In the second and third parts of the thesis, the results of experimental 3-year ley pastures using 4 grasses (Panicum maximum Jacq cv. C1, Andropogon gayanus Kunth with broad leaves, A. gayanus with narrow limbs and Pennisetum purpureum Schumach.) and 6 légumineuses (Aeschynomene histrix Poir, Stylosanthes fruticosa (Retz.) Alson, Centrosema pubescens Benth., Mucuna pruriens (L.) DC. var. utilis Wall. Ex Wight) Baker ex Burck, Cajanus cajan (L.) Millsp. and Leucaena leucocephala (Lam.) De Wit) and exploited without any supply in mineral fertilisers are described concerning their yields and nutritive values. The grasses productions varied between 2 200 and 4 600 forage units (UF, in French unites fourragères)/ha/year and between 170 and 450 kg digestible crude protein/ha/year according to species and years (P<0.05). The forage legumes produced between 1 400 and 4 800 kg dry matter (DM)/ha/year according to species and years (P<0.05) with crude protein contents ranging from 16 to 27 %. Except Na and Zn, the combination of these two forage groups can satisfy the ruminant needs in macro and micro-minerals. The fourth part of the manuscript presents a soil-fertility balance under the different ley pastures after 3 years of exploitation. At the end of this study, it appears that in the experimental conditions (cut-and-carry system without fertilisers) Andropogon gayanus with broad leaves and the ligneous legume species Cajanus cajan and Leucaena leucocephala ensure the highest DM yields and are the less exhausting for soil fertility due to deeper root systems enabling to bring up to the surface mineral elements from deep layers / Résumé Dans la région soudanienne de lAfrique de lOuest comme dans le Borgou au Bénin, les systèmes de production agricole et délevage connaissent de plus en plus de difficultés liées aux aléas climatiques, à lappauvrissement rapide des sols et à la dégradation des végétations naturelles. Il en résulte une baisse des rendements agricoles et des ressources alimentaires pour le bétail. Par ailleurs, les conditions socio-économiques des producteurs limitent leurs possibilités dachat d'engrais en vue de remédier à la baisse de fertilité des sols. Dans ce contexte lintroduction de jachères fourragères dans les rotations culturales constitue une solution pour augmenter les disponibilités alimentaires destinées au bétail et enrichir le sol. La première partie de ce travail présente un inventaire de graminées et de légumineuses locales ou exotiques qui peuvent être implantées dans le Borgou. Le choix de ces espèces tient compte des conditions pédo-climatiques de la région, de leur aptitude à la production, de leur valeur alimentaire et de leur contribution à la fertilité des sols. Dans les deuxième et troisième parties de la thèse, les résultats de jachères expérimentales de trois ans comprenant 4 graminées (Panicum maximum Jacq var. C1, Andropogon gayanus Kunth à larges feuilles, A. gayanus à fines feuilles et Pennisetum purpureum Schumach.) et 6 légumineuses (Aeschynomene histrix Poir, Stylosanthes fruticosa (Retz.) Alson, Centrosema pubescens Benth., Mucuna pruriens (L.) DC. var. utilis Wall. Ex Wight) Baker ex Burck, Cajanus cajan (L.) Millsp. et Leucaena leucocephala (Lam.) De Wit) et exploitées sans apports de fumure minérale sont décrits en ce qui concerne leurs rendements et leurs valeurs alimentaires. Les productions des graminées ont varié entre 2 200 et 4 600 unités fourragères/ha/an et 170 à 450 kg de protéines brutes digestibles/ha/an selon les espèces et les années (P<0,05). Les légumineuses ont produit entre 1 400 et 4 800 kg de matière sèche/ha/an selon les espèces et les années (P<0,05), avec des teneurs en protéines variant entre 16 et 27 %. A lexception du Na et du Zn, lutilisation combinée des fourrages de ces espèces peut satisfaire les besoins en minéraux et oligo-éléments des ruminants. La quatrième partie du manuscrit présente un bilan de fertilité des sols sous ces différentes cultures après 3 années de jachère. Au terme de cette étude, il apparaît que dans les conditions expérimentales (affouragement en vert sans fumure minérale) la graminée Andropogon gayanus à larges feuilles et les légumineuses arbustives Cajanus cajan et Leucaena leucocephala sont les plus productives et les moins épuisantes pour le sol, eu égard à leur enracinement profond, capable de ramener des éléments minéraux en surface.

Fires occur in most forest reserves in Ghana. However, there is a limited understanding of the fires and their behaviour in the different ecological zones. Therefore, this research was to analyze the spatial and temporal distribution of fires, examine the driving factors, direct and underlying causes and impacts of the fires, determine and compare the fuel dynamics to predict fire behaviour and estimate the effects of fire on carbon stocks in different ecological zones of Ghana. The research used different methodologies including questionnaires, fire records, satellite fire data from MODIS (2001 to 2015) (first approach) and field experiment (second approach). A total of 304 respondents was sampled for eight communities, two communities each around the moist and dry semi-deciduous forest, upland evergreen forest and savanna. The spatial distribution of fire showed a trend along the forest boundaries, open vegetation, degraded areas, human settlements, shrubs, farms, rivers and roads. The temporal trend was significant in the dry forest (435 hotspots), followed by the savanna (229 hotspots), moist forest (76 hotspots) and the least in the evergreen forest (5 hotspots). The fires were observed from August, October to May with the dry forest having the longest seasonality. Sunday, Tuesday and Thursday were the peak days of the detected fire hotspots in the dry, moist and savanna respectively. Most of the fires in the different ecological zones peaked from 13 to 14 pm. The results of the research also revealed that the fires were driven primarily by socioeconomic factors which were supported by environmental, type of vegetation and cultural factors. In all the ecological zones, fires were originating from humans. The study pointed out three categories of human-caused fires through activity (farming), non-activity (carelessness or negligence) and others (unknown causes). The major underlying causes of fire mentioned were the inadequate management of the forest and weak compliance and enforcement of forest laws. All these fires have resulted in several impacts in the various ecological zones. Concerning the fuel dynamics, the total downed woody fuel load in the evergreen forest was found to be higher (228 and 208.4 tonnes per hectare). The litter and duff density (112.2 kilogram per cubic meter) in unburned area and loading (6.3 and 13.5 tonnes per hectare) for both burned and unburned area respectively were significantly greater in the moist forest. Also, the dry forest showed 2.4 tonnes per hectare of herbaceous loading in the burned area. However, fires were predicted to be severe in the savanna regarding the surface rate of spread, flame length and fireline intensity, but with low reaction intensity and heat per unit area. The total amount of aboveground tree carbon, aboveground non-tree and belowground root for both burned and the unburned area varied under the different ecological zones. The highest was seen in the moist forest with the emission of 294 tonnes of carbon per hectare accounting for 82% losses. This research has brought out the current situation of fire in the various ecological zones for the implementation of necessary actions for the future.