Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Berlin.

The production of commodities such as cocoa, rubber, oil palm and cashew, is the main driver of deforestation in West Africa (WA). The practiced production systems correspond to a land managment approach referred to as agroforestry systems (AFS), which consist of managing trees and crops on the same unit of land.Because of the ubiquity of trees, AFS reported as viable solution for climate mitigation; the carbon sequestrated by the trees could be estimated with remote sensing (RS) data and methods and reported as emission reduction efforts. However, the diversity in AFS in relation to their composition, structure and spatial distribution makes it challenging for an accurate monitoring of carbon stocks using RS. Therefore, the aim of this research is to propose a RS-based approach for the estimation of carbon sequestration in AFS across the climatic regions of WA. The main objectives were to (i) provide an accurate classification map of AFS by modelling the spatial distribution of the classification error; (ii) estimate the carbon stock of AFS in the main climatic regions of WA using RS data; (iii) evaluate the dynamic of carbon stocks within AFS across WA. Three regions of interest (ROI) were defined in Cote d'Ivoire and Burkina Faso, one in each climatic region of WA namely the Guineo-Congolian, Guinean and Sudanian, and three field campaigns were carried out for data collection. The collected data consisted of reference points for image classification, biometric tree measurements (diameter, height, species) for biomass estimation. A total of 261 samples were collected in 12 AFS across WA. For the RS data, yearly composite images from Sentinel-1 and -2 (S1 and S2), ALOS-PALSAR and GEDI data were used. A supervised classification using random forest (RF) was implemented and the classification error was assessed using the Shannon entropy generated from the class probabilities. For carbon estimation, different RS data, machine learning algorithms and carbon reference sources were compared for the prediction of the aboveground biomass in AFS. The assessment of the carbon dynamic was carried between 2017 and 2021. An average carbon map was genrated and use as reference for the comparison of annual carbon estimations, using the standard deviation as threshold. As far as the results are concerned, the classification accuracy was higher than 0.9 in all the ROIs, and AFS were mainly represented by rubber (38.9%), cocoa (36.4%), palm (10.8%) in the ROI-1, mango (15.2%) and cashew (13.4%) in ROI-2, shea tree (55.7%) and African locust bean (28.1%) in ROI-3. However, evidence of misclassification was found in cocoa, mango, and shea butter. The assessment of the classification error suggested that the error level was higher in the ROI-3 and ROI-1. The error generated from the entropy was able to reduced the level of misclassification by 63% with 11% of loss of information. Moreover, the approach was able to accuretely detect encroachement in protected areas. On carbon estimation, the highest prediction accuracy (R²>0.8) was obtained for a RF model using the combination of S1 and S2 and AGB derived from field measurements. Predictions from GEDI could only be used as reference in the ROI-1 but resulted in a prediction error was higher in cashew, mango, rubber and cocoa plantations, and the carbon stock level was higher in African locust bean (43.9 t/ha), shea butter (15 t/ha), cashew (13.8 t/ha), mango (12.8 t/ha), cocoa (7.51 t/ha) and rubber (7.33 t/ha). The analysis showed that carbon stock is determined mainly by the diameter (R²=0.45) and height (R²=0.13) of trees. It was found that crop plantations had the lowest biodiversity level, and no significant relationship was found between the considered biodiversity indices and carbon stock levels. The assessment of the spatial distribution of carbon sources and sinks showed that cashew plantations are carbon emitters due to firewood collection, while cocoa plantations showed the highest potential for carbon sequestration. The study revealed that Sentinel data could be used to support a RS-based approach for modelling carbon sequestration in AFS. Entropy could be used to map crop plantations and to monitor encroachment in protected areas. Moreover, field measurements with appropriate allometric models could ensure an accurate estimation of carbon stocks in AFS. Even though AFS in the Sudanian region had the highest carbon stocks level, there is a high potential to increase the carbon level in cocoa plantations by integrating and/or maintaining forest trees. / Die Produktion von Rohstoffen wie Kakao, Kautschuk, Ölpalmen und Cashew ist die Hauptursache fur die Entwaldung in Westafrika (WA). Die verwendeten Produktionssyteme entsprechen einem Landbewirtschaftungskonzept, welches als Agroforstsysteme (AFS) bezeichnet wird und darin besteht, Baume und Nutzpflanzen auf der gleichen Landeinheit zu bewirtschaften. Aufgrund der kohlenstoffbindung durch Baumen sind AFS als praktikable Losung fur den Klimaschutz anerkannt, die Vielfalt der AFS in Bezug auf ihre Zusammensetzung, Struktur un raumliche Verteilung erschwert jedoch eine genaue Schatzung der Kohlenstoffvorrate. Hier konnen Daten und Methoden der satellitenbasierten Erdbeobachtung ansetzten. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es daher, einen fernerkundungs-basierten Ansatz fur die Schatzung der Kohlenstoffbindung in AFS in den Klimaregionen von WA vorzuschlagen. Die Hauptziele waren (i) die Erstellung einer genauen Klassifizierungskarte von AFS durch Modellierung der raumlichen verteilung des Klassifizierungsfehlers; (ii) die Shatzung des Kohlenstoffbestands von AFS in den wichtigsten Klimaregionen von WA unter Verwendung von Fernerkundungs-daten (RS); (iii) die Bewertung der raumlichen Verteilung von Kohlenstoffquellen und -senken innerhalb von AFS in ganz WA. Fur jede Klimaregion in West Afrika wurden drei Regionen von Interesse (ROI) festgelegt, namlich die guineisch-kongolesische (ROI 1), die guineische (ROI 2) und die sudanesische Region (ROI 3) in Côte d'Ivoire und Burkina Faso, und es wurden drei Feldkampagnen zur Datenerhebung durchgefuhrt. Die gesammelten Daten bestanden aus Referenzpunkten fur die Bildklassifizierung und biometrischen Messungen (Durchmesser, Hohe, Artname) zur Schatzung der Biomasse. Insgesamt wurden 261 Proben in 12 AFS in ganz WA gesammelt. Fur die RS-Daten wurden jahrliche Komposite von Sentinel-1 und -2 (s1 und S3), ALOS-PALSAR und GEDI-Daten verwendet. Es wurde eine uberwachte Klassifizierung mit Random Forest (RF) algorithmus durch gefuhrt, und der Klassifizierungsfehler wurde anhand der aus den Klassenwahrscheinlichkeiten generierten Shannon-Entropie bewertet. Fur die Kohlenstoffschatzung wurden verschiedene RS-Daten, Algorithmen fur maschinelles Lernen und Kohlenstoff-Referenzquellen fur die Vorhesage des Kohlenstoffs in AFS verglichen. Die Bewertung der raumlichen Verteilung von Kohlenstoffsenken und -quellen basierte auf der Bewertung von Anomalien in der Kohlenstoffdynamik zwischen 2017 und 2021. Es wurde eine Karte zum durchschnittliche gebundenen Kohkenstoff erstellt, und die jahrliche Differenz wurde verwendet, um Kohlenstoffsenken und -quellen zu identifizieren. Die Klassifizierungsgenauigkeit war in allen ROI hoher als 0.9, in der Region dominierten Kautschuk (38.9%), Kakao (36.4%), Palme (10.8%) in ROI-1, Mango (15.2%) und Cashew (13.4%) in ROI-2, Sheabaum (55.7%) und Johannisbrot (28.1%) in ROI-3. Hinweise auf eine Fehlklassifizierung wurden vor allem bei Kakao, Mango un Sheabutter gefunden. Die Bewertung des Klassifizierungsfehlers ergab, dass das Fehlerniveau in ROI-3 und ROI-1 hoher war. Der aus der Entropie generiete Fehler konnte das Ausmass der Fehlklassifizierung reduzieren, ohne die gut klassifizierten Pixel zu beeintrachtigen. Ausserdem war der Ansatz in der Lage, Eingriffe in Schutzgebiete zuverlassig un akkurat zu erkennen. Was die Kohlenstoffschatzung betrifft, so wrude die hochste Vorhersagegenauigkeit (R²> 0.8)bei der Kombination von S1 und S2 mit Random Forest und AGB aus Feldmessungen erzielt. Vorhersagen von GEDI konnten nur als Referenz in der ROI verwendet werden, fuhrten aber zu einem Vorhersagefehler bei Cashew-, Mango-, Kautschuk- und Kakaoplantagen hoher war und der Kohlenstoffbestand bei Johannisbrot (43.9t/ha), Sheabutter (15 t/ha), Cashew (13.8 t/ha), Mango (12.8t/ha), Kakao (7.51 t/ha) und Kautschuk (7.33 t/ha) hoher war. Die Analyse zeigte, dass der Kohlenstoffbestand hauptsachlich durch den Durchmesser (R²=0.45) und die Hohe (R²=0.13) der Baume beeinflusst wird. Zudem wurde festgestellt, dass Plantagenkulturen die geringste Biodiversitat aufweisen, und es wurde kein signifikanter Zusammenhang zwischen Biodiversitatsindizes und Kohlenstoffvorraten festgestellt. Die Bewertung der raumlichen Verteilung von Kohlenstoffquellen und -senken zeigte, dass Cashew ein Kohlenstoffemittent ist, da in dieser Region Brennholz gesammelt wird, wahrend Kakaoplantagen wichtige Kohlenstoffsenken sind. Die Studie ergab zudem, dass Sentinel-Daten zur Unterstutzung eines RS-basierten Ansatzes fur die Modellierung der Kohlenstoffbindung in AFS verwendet werden konnten. Die Entropie konnte zur Kartierung von Anbauplantagen und zur uberwachen von Schutzgebiete verwendet werden. Daruber hinaus gewahrleisten feldmessungen mit geeigneten allometrischen Modellen eine genaue Schatzung der Kohlenstoffvorrate in AFS. Die AFS in der sudanesischen Region weisen die hochsten Kohlenstoffvorrate auf, aber es besteht die Moglichkeit, den Kohlenstoffgehalt in Kakaoplantagen durch die Integration und/oder Erhaltung von Waldbaumen zu erhoehen.

Fire has long been considered to be the main ecological factor explaining the origin and maintenance of West African savannas. It has a very high occurrence in these savannas due to high human pressure caused by strong demographic growth and, concomitantly, is used to transform natural savannas into farmland and is also used as a provider of energy. This study was carried out with the support of the BIOTA project funded by the German ministry for Research and Education. The objective of this study is to establish the spatial and temporal distribution of bushfires during a long observation period from 2000 to 2009 as well as to assess fire impact on vegetation through mapping of the burn severity; based on remote sensing and field data collections. Remote sensing was used for this study because of the advantages that it offers in collecting data for long time periods and on different scales. In this case, the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite instrument at 1km resolution is used to assess active fires, and understand the seasonality of fire, its occurrence and its frequency within the vegetation types on a regional scale. Landsat ETM+ imagery at 30 m and field data collections were used to define the characteristics of burn severity related to the biomass loss on a local scale. At a regional scale, the occurrence of fires and rainfall per month correlated very well (R2 = 0.951, r = -0.878, P < 0.01), which shows that the lower the amount of rainfall, the higher the fire occurrence and vice versa. In the dry season, four fire seasons were determined on a regional scale, namely very early fires, which announce the beginning of the fires, early and late fires making up the peak of fire in December/January and very late fires showing the end of the fire season and the beginning of the rainy season. Considerable fire activity was shown to take place in the vegetation zones between the Forest and the Sahel areas. Within these zones, parts of the Sudano-Guinean and the Guinean zones showed a high pixel frequency, i.e. fires occurred in the same place in many years. This high pixel frequency was also found in most protected areas in these zones. As to the kinds of land cover affected by fire, the highest fire occurrence is observed within the Deciduous woodlands and Deciduous shrublands. Concerning the burn severity, which was observed at a local scale, field data correlated closely with the ΔNBR derived from Landsat scenes of Pendjari National Park (R2 = 0.76). The correlation coefficient according to Pearson is r = 0.84 and according to Spearman-Rho, the correlation coefficient is r = 0.86. Very low and low burn severity (with ΔNBR value from 0 to 0.40) affected the vegetation weakly (0-35 percent of biomass loss) whereas moderate and high burn severity greatly affected the vegetation, leading to up to 100 percent of biomass loss, with the ΔNBR value ranging from 0.41 to 0.99. It can be seen from these results that remotely sensed images offer a tool to determine the fire distribution over large regions in savannas and that the Normalised Burn Ratio index can be applied to West Africa savannas. The outcomes of this thesis will hopefully contribute to understanding and, eventually, improving fire regimes in West Africa and their response to climate change and changes in vegetation diversity. / Feuer ist ein wichtiger ökologischer Faktor für die Biokomplexität und den Fortbestand der westafrikanischen Savannen. Feuer kommt in westafrikanischen Savannen - insbesondere wegen des hohen Bevölkerungsdrucks infolge des starken Bevölkerungswachstums – immer häufiger vor. Es wird sowohl zur Umwandlung natürlicher Savannen in landwirtschaftliche Flächen als auch als Energielieferant verwendet. Diese Studie wurde mit der Unterstützung des BIOTA-Projekts durchgeführt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF, gefördert wird. Ziel dieser Dissertation ist die Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Verteilung von Buschfeuern während eines langen Beobachtungszeitraumes (2000-2009) sowie die Kartierung von Brandschäden zum Verständnis der Auswirkung von Feuer auf die lokale Vegetationsstruktur. Fernerkundungs- sowie Felddaten werden in dieser Arbeit verwertet. Fernerkundungsdaten wurden für diese Studie verwendet, da sie größere Flächen abdecken und die Daten über längere Zeiträume in verschiedenen Maßstäben zur Verfügung stehen. Daten des Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)-Satelliten mit einer Auflösung von 1 km wurden verwendet, um in regelmäßigen Abständen aktive Feuer zu kartieren und die saisonale Verteilung von Feuern, ihr Vorkommen und ihre Häufigkeit nach Vegetationstyp zu bestimmen. Mit Landsat ETM+ Satellitendaten (Auflösung von 30 Metern) und Felddaten wurden auf einem lokalen Maßstab Brandschadensklassen definiert. Mittels der Biomasse-Felddaten wurde dann der Biomasse-Verlust abgeschätzt. Die Feuerhäufigkeit, mittels Satellitendaten ermittelt, und der Niederschlag pro Monat zeigen eine sehr gute Korrelation (R2 = 0.951, r = -0.878, P < 0.01). Daraus lässt sich schließen, dass Feuer bevorzugt in den Monaten vorkommen, in denen es wenig Niederschlag gibt und umgekehrt. Auf regionaler Ebene wurden innerhalb der Trockenzeit vier Feuer-Perioden identifiziert; ‚sehr frühe Feuer’, die am Anfang der Feuersaison entstehen, ‚frühe bis späte Feuer’, die den Höhepunkt der Feueraktivität im Dezember/Januar bilden, und ‚sehr späte Feuer’ am Ende der Feuersaison bis zum Beginn der Regenzeit. Es zeigte sich, dass eine beträchtliche Feueraktivität in den Vegetationszonen zwischen dem Regenwald und der Sahelzone vorherrscht. Besonders wiesen Teile der ‚Sudan-Guinea’- und der ‚Guinea’-Savanne eine hohe Feuerpixel-Frequenz auf, d.h. hier traten Feuer in vielen Jahren am selben Ort auf. Diese hohe Pixelfrequenz wurde auch in den meisten Schutzgebieten in diesen Savannen-Gebieten gefunden. Was die Landbedeckung betrifft, so ergaben die Ergebnisse, dass das höchste Feueraufkommen in den laubabwerfenden Waldgebieten und im laubabwerfenden Buschland vorkam. Die Brandschäden, bzw. der Einwirkungsgrad, wurden im lokalen Maßstab untersucht. Hier korrelierten die Felddaten zur Brandeinwirkung signifikant mit den sogenannten ΔNBR-Index-Werten, die von Landsat-Aufnahmen des Pendjari-Nationalparks hergeleitet wurden (R2 = 0,76). Der Korrelationskoeffizient nach Pearson ist r = 0,84, und nach Spearman-Rho ist der Koeffizient r = 0,86. Bei sehr niedrigen Brandschäden (mit ΔNBR-Werten zwischen 0 und 0,40) war die Vegetation schwach beeinträchtigt (0-35 % Biomasseverlust), während die Vegetation bei mäßigen und hohen Brandschäden sehr beeinträchtigt war und bis zu 100 % der Biomasse verbrannt war; hier lag der ΔNBR zwischen 0,41 und 0,99. Diese Ergebnisse zeigen, dass durch Satellitenbilder die Verteilung von Feuern über größere Flächen in der afrikanischen Savanne effektiv bestimmt werden kann, und dass der Normalized Burn Ratio-Index auf Westafrika zur Berechnung von Brandschadens-Klassen anwendbar ist. Die Ergebnisse liefern einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis von Feuer-Ausprägungen in Westafrika, um letztlich den Einsatz von Feuer, auch im Hinblick auf den Klimawandel und die Veränderungen in der Vegetationsdiversität, verbessern zu können.

Tropical rain forests and coral reefs are usually regarded as the epitome of complexity and diversity. The mechanisms, however, that allow so many species to coexist continuously, still need to be unraveled. Earlier equilibrium models explain community organization with a strict niche separation and specialization of the single species, achieved mainly by interspecific competition and consecutive resource partitioning. Recent non-equilibrium or stochastic models see stochastic factors ("intermediate disturbances") as more important. Such systems are characterized by broad niche overlaps and an unpredictable species composition. Mechanisms of coexistence are most interesting where species interactions are strongest and species packing is highest. This is the case within a functional group or guild where species use similar resources. In this project a community of seven closely related leaf beetle species (Chrysomelidae: Cassidinae) was investigated which coexist on a common host plant system (fam. Convovulaceae) in a tropical moist savanna (Ivory Coast, Comoé-Nationalpark). A broad overlap in the seasonal phenology of the leaf beetle species stood in contrast to a distinct spatial niche differentiation. The beetle community could be separated in a savanna-group (host plant: Ipomoea) and in a river side group (host plant: Merremia). According to a correspondence analysis the five species at the river side, using a common host plant, Merremia hederacea, proved to be predictable in their species composition. They showed a small scale niche differentiation along the light gradient (microhabitats). Laboratory studies confirmed differences in the tolerance towards high temperatures (up to 50°C in the field). Physiological trade-offs between phenology, microclimate and food quality seem best to describe patterns of resource use of the beetle species. Further a phylogeny based on mt-DNA sequencing of the beetle community was compared to its ecological resource use and the evolution of host plant use was reconstructed / Tropische Regenwälder und Korallenriffe werden gewöhnlich als die Zentren von Komplexität und Diversität betrachtet. Die Mechanismen hingegen, die so vielen Arten die Koexistenz erlauben, sind noch weitgehend unbekannt. Herkömmliche Gleichgewichtsmodelle erklären die Organisation von Gemeinschaften mit einer strengen Nischentrennung und Spezialisierung der einzelnen Arten, welche hauptsächlich durch interspezifische Konkurrenz und nachfolgende Ressourcenaufteilung zustande kommt. Neue Nichtgleichgewichts- oder stochastische Modelle sehen stochastische Faktoren ("mittlere Störungen") als wichtiger an. Solche Systeme sind durch breiten Nischenüberlappungen und eine unvorhersehbare Artenzusammensetzung charakterisiert. Mechanismen der Koexistenz sind dort am interessantesten, wo Arten-Interaktionen am stärksten und "Artenpackung" am höchsten ist. Dies ist innerhalb einer funktionalen Gruppe oder Gilde der Fall, wo Arten ähnliche Ressourcen nutzen. In diesem Projekt wurde eine Gemeinschaft von sieben eng verwandten Blattkäfern untersucht (Chrysomelidae: Cassidinae), welche auf einem gemeinsamen Wirtspflanzensystem (Fam. Convolulaceae) in einer tropischen Feuchtsavanne koexistieren (Elfenbeinküste, Comoé-Nationalpark). Einer breiten Überlappung in der jahreszeitlichen Phänologie der Blattkäferarten stand eine ausgeprägte räumliche Nischendifferenzierung gegenüber. Die Käfergemeinschaft konnte in eine Savannengruppe (Wirtspflanze: Ipomoea) und in eine Flußufergruppe (Wirtspflanze: Merremia) aufgeteilt werden. Die fünf Arten am Flußufer, welche eine gemeinsame Wirtspflanzenart, Merremia hederacea, nutzten, erwiesen sich in einer Korrespondenzanalyse in ihrer Artenzusammensetzung als vorhersagbar und nach dem Beschattungsgrad (Mikrohabitat) als kleinräumig eingenischt. Laborstudien bestätigten Unterschiede in der Toleranz gegenüber hohen Temperaturen (Temperaturmaxima im Freiland bis zu 50°C). Physiologische Trade-offs zwischen Phänologie, Mikroklima und Nahrungsqualität scheinen die Ressourcennutzungsmuster der Arten im Freiland am Besten zu beschreiben. Weiterhin wurde eine Phylogenie der Käfergemeinschaft aufgrund von mtDNA-Sequenzierung mit ihrer ökologischen Ressourcennutzung verglichen und die Evolution der Wirtspflanzennutzung rekonstruiert.

Summary Timber harvesting is currently the most common commercial utilisation activity in tropical forests. Assessing the effects of logging on different aspects of biodiversity and general ecosystem properties is hence of prime importance if the few remaining areas of intact tropical forest are to be protected effectively and efficiently. Tropical amphibian communities are an appropriate model system for studies on the impacts of human-induced environmental changes on the dynamics of complex biological systems. This thesis elaborates on patterns of diversity changes in tropical forest amphibian communities facing habitat alterations associated with selective logging in two globally important eco-regions (Côte d’Ivoire, Upper Guinea, West Africa and Guyana, the Guiana Shield, northern South America). The thesis is organised along two main themes. After a general introduction, a section on general methodology and an introduction to the model systems studied, the first theme moves from general patterns to underlying processes. A second theme running through both chapters carries from undisturbed systems to disturbed systems. A final section integrates findings and addresses implications for conservation management of anthropogenically altered tropical forests. Several case studies at the species- population and community level are being presented and data on the direct and indirect impacts of anthropogenic habitat alteration on respective organizational levels are provided. A key statement that is stressed on throughout the studies is the fact that common measures of diversity, such as species richness and species-diversity only inadequately reflect processes of diversity change following anthropogenic disturbance. They also fail to describe actual impacts on the dynamics of complex biological systems. It is argued that commonly used measures produce an incoherent and insufficient picture of diversity patterns and the underlying processes that shape these patterns. Thus, an understanding of higher levels of diversity, such as &#946;-diversity and functional diversity (and hence compositional patterns) appears to be the key to effectively mitigating the impacts of human-induced disturbance on amphibian communities. It is shown that the predictability of amphibian community composition depends on the respective level of anthropogenic disturbance imposed on a particular habitat. Hence, human activities that lead to changes in the structure of a forest, such as logging, not only alter simple system descriptors, such as the number of species in a given community, but rather alter the dynamics of the entire system. In this context, functional diversity is shown to be an important aspect underlying the actual mechanism that leads to the observed change of predictability patterns. Functional differences between species, rather than number of species per se appear to be the decisive factor in sustaining desirable ecosystem states and thus in maintaining important ecosystem services. Because biological diversity appears to play a substantial role in ecosystem resilience required to safeguard essential ecosystem functions in the face of environmental change, the thesis calls for a critical revision of common diversity assessments approaches. The studies advocate the reconsideration of the uncritical use of widespread measures and descriptors of biodiversity on grounds of inconsistent patterns found throughout numerous studies, including those presented herein. / Zusammenfassung Forst- und Holzwirtschaft gehört derzeit zu einer der wichtigsten kommerziellen Nutzungsformen tropischer Wälder. Der Analyse und Untersuchung von direkten und indirekten Auswirkungen von Holzeinschlag auf verschiedene Aspekte biologischer Vielfalt und genereller Ökosystemeigenschaften muß daher eine zentrale Bedeutung eingeräumt werden. Dies trifft im besonderen Maße zu, wenn die verbleibenden noch intakten Regenwaldflächen effizient und auch langfristig effektiv geschützt werden sollen. Tropische Amphibiengemeinschaften haben sich bei der Untersuchung von Auswirkungen anthropogen induzierter Habitatveränderungen auf die Dynamik komplexer biologischer Systeme als geeignetes Modellsystem erwiesen. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit den Mustern der Diversität und deren Änderung in tropischen Waldamphibiengemeinschaften unter dem Einfluss anthropogener Habitatveränderungen (selektiver Holzeinschlag) in zwei geographisch distinkten Ökoregionen von globaler Bedeutung (Côte d’Ivoire, Oberguinea, West Afrika und Guyana, Guiana Schild, nördliches Südamerika). Die thematische Gliederung der Arbeit folgt zwei unterschiedlichen Organisationssträngen. Der erste Strang leitet, nach einer allgemeinen Einführung und einem Abschnitt zur Methodik und Einführung in die untersuchten Modellsysteme, über, von den generellen Mustern zu den zugrunde liegenden Prozessen. Ein zweiter führt von ungestörten Systemen zu Systemen unter Störungseinfluss. Ein abschließender Abschnitt befasst sich mit den Implikationen für Naturschutzmanagement von anthropogen veränderten tropischen Wäldern. In einer Reihe von Fallstudien auf Art-, Populations- und Gemeinschaftsniveau werden die direkten und indirekten Einflüsse anthropogener Habitatänderungen auf die jeweilige Organisationsebene erörtert. Grundtenor aller vorgestellten Untersuchungen ist die Tatsache, dass herkömmliche Diversitätsmaße, wie etwa Artenreichtum und Artendiversität die in Zusammenhang mit anthropogenen Störungen auftretenden Veränderungen von Diversitätsmustern nur unzureichend erklären. Diese Maße erscheinen ebenfalls ungeeignet für die Beschreibung des Einflusses auf die Dynamik komplexer biologischer Systeme. Herkömmlich verwendete Diversitätsindizes generieren ein inkohärentes und unzureichendes Bild tatsächlicher Diversitätsmuster und der zugrunde liegenden Prozesse, die diese Muster formen. Das Verständnis höherer Ebenen der Diversität, wie etwa &#946;-Diversität oder funktionale Diversität (und somit Muster der Artzusammensetzung) erscheint essentiell für die Minimierung des Einflusses von anthropogen induzierten Störungen auf Amphibiengemeinschaften und könnte somit zu einer effektiven Schadensbegrenzung beitragen. In den vorgestellten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Vorhersagbarkeit der Zusammensetzung einer gegebenen Amphibiengemeinschaft unmittelbar vom Störungsgrad des jeweiligen Systems abhängt. Menschliche Aktivitäten, die zu strukturellen Änderungen von Waldssystemen führen, wie etwa kommerzieller Holzeinschlag, führen nicht nur zu Änderungen einfacher Systemdeskriptoren, wie der Anzahl der Arten innerhalb einer Gemeinschaft, vielmehr beeinflussen sie die Dynamik des Gesamtsystems. In diesem Zusammenhang erwiesen sich funktionale Diversitätskomponenten als äußerst wichtige determinierende Faktoren für die beobachteten Vorhersagbarkeitsmuster und deren Veränderung. Funktionale Unterschiede und nicht Artenzahl per se scheinen demnach für den Erhalt zu bevorzugender Ökossystemzustände ausschlaggebend zu sein. Der Erhalt dieser funktionalen Merkmalsdiversität trägt unmittelbar zum Erhalt wichtiger ökosystemarer Leistungen bei. Da anzunehmen ist, dass biologischer Diversität eine maßgebliche Rolle in Bezug auf die Belastbarkeit und Elastizität von Ökosystemen zukommt (essentielle Eigenschaften, die das langfristige Funktionieren von Ökosystemen unter Störungseinfluss gewährleisten), unterstreichen die Ergebnisse der hier vorliegenden Arbeit die Notwendigkeit einer kritischen Revision traditioneller Ansätze der Diversitätserfassung.

Rapid population growth in West Africa has led to expansion in croplands due to the need to grow more food to meet the rising food demand of the burgeoning population. These expansions negatively impact the sub-region's ecosystem, with implications for water and soil quality, biodiversity and climate. In order to appropriately monitor the changes in croplands and assess its impact on the ecosystem and other environmental processes, accurate and up-to-date information on agricultural land use is required. But agricultural land use mapping (i.e. mapping the spatial distribution of crops and croplands) in West Africa has been challenging due to the unavailability of adequate satellite images (as a result of excessive cloud cover), small agricultural fields and a heterogeneous landscape. This study, therefore, investigated the possibilities of improving agricultural land use mapping by utilizing optical satellite images with higher spatial and temporal resolution as well as images from Synthetic Aperture Radar (SAR) systems which are near-independent of weather conditions. The study was conducted at both watershed and regional scales. At watershed scale, classification of different crop types in three watersheds in Ghana, Burkina Faso and Benin was conducted using multi-temporal: (1) only optical images (RapidEye) and (2) optical plus dual polarimetric (VV/VH) SAR images (TerraSAR-X). In addition, inter-annual or short term (2-3 years) changes in cropland area in the past ten years were investigated using historical Landsat images. Results obtained indicate that the use of only optical images to map different crop types in West Africa can achieve moderate classification accuracies (57% to 71%). Overlaps between the cropping calendars of most crops types and certain inter-croppings pose a challenge to optical images in achieving an adequate separation between those crop classes. Integration of SAR images, however, can improve classification accuracies by between 8 and 15%, depending on the number of available images and their acquisition dates. The sensitivity of SAR systems to different crop canopy architectures and land surface characteristics improved the separation between certain crop types. The VV polarization of TerraSAR-X was found to better discrimination between crop types than the VH. Images acquired between August and October were found to be very useful for crop mapping in the sub-region due to structural differences in some crop types during this period. At the regional scale, inter-annual or short term changes in cropland area in the Sudanian Savanna agro-ecological zone in West Africa were assessed by upscaling historical cropland information derived at the watershed scale (using Landsat imagery) unto a coarse spatial resolution, but geographically large, satellite imagery (MODIS) using regression based modeling. The possibility of using such regional scale cropland information to improve government-derived agricultural statistics was investigated by comparing extracted cropland area from the fractional cover maps with district-level agricultural statistics from Ghana The accuracy of the fractional cover maps (MAE between 14.2% and 19.1%) indicate that the heterogeneous agricultural landscape of West Africa can be suitably represented at the regional or continental scales by estimating fractional cropland cover on low resolution Analysis of the results revealed that cropland area in the Sudanian Savanna zone has experienced inter-annual or short term fluctuations in the past ten years due to a variety of factors including climate factors (e.g. floods and droughts), declining soil fertility, population increases and agricultural policies such as fertilizer subsidies. Comparison of extracted cropland area from the fractional cover maps with government's agricultural statistics (MoFA) for seventeen districts (second administrative units) in Ghana revealed high inconsistencies in the government statistics, and highlighted the potential of satellite derived cropland information at regional scales to improve national/sub-national agricultural statistics in West Africa. The results obtained in this study is promising for West Africa, considering the recent launch of optical (Landsat 8) and SAR sensors (Sentinel-1) that will provide free data for crop mapping in the sub-region. This will improve chances of obtaining adequate satellite images acquired during the cropping season for agricultural land use mapping and bolster opportunities of operationalizing agricultural land use mapping in West Africa. This can benefit a wide range of biophysical and economic models and improve decision making based on their results. / Das schnelle Bevölkerungswachstum im Westen Afrikas hat, durch das erhöhte Bedürfnis nach Lebensmittel der expandierenden Bevölkerung, zu einer steigenden Lebensmittelnachfrage und damit zur Ausweitung von Ackerland geführt. Diese Expansionen haben negative Einflüsse auf das Ökosystem der Subregion, die Konsequenzen für Wasser- und Bodenqualität, sowie für Biodiversität und das Klima nach sich ziehen. Um die Veränderungen der Ackerflächen überwachen und die Folgen für das Ökosystem und anderer Umweltprozesse richtig abschätzen zu können, werden genaue und aktuelle Informationen über die landwirtschaftliche Nutzung benötigt. Das kartographieren landwirtschaftlicher Flächennutzung (z.B. das Abbilden der räumlichen Verteilung von Feldfrüchten und Ackerflächen) in Westafrika wurde durch die mangelhafte Verfügbarkeit geeigneter Satellitendaten (durch das Auftreten massiver Wolkenbedeckung), der geringen Größe der landwirtschaftlichen Flächen, sowie der heterogenen Landschaft, erschwert. Aus diesen Gründen untersucht diese Studie das Potential landwirtschaftlich genutzte Flächen, durch die Nutzung von optischen Satellitensystemen mit höherer geometrischer und temporaler Auflösung und Aufnahmen des Synthetic Aperture Radar (SAR) als ein nahezu wetterunabhängiges System, aufzunehmen. Diese Studie wurde sowohl auf der Skala von Wassereinzugsgebieten als auch von Regionen erstellt (Agrarökologische Zone in der sudanesischen Savanne). Auf der Skala der Wassereinzugsgebiete wurden Klassifikationen verschiedener Feldfrüchte in drei Einzugsgebieten in Ghana, Burkina Faso und Benin, mithilfe multitemporaler Abbildungen, bestehend aus entweder (1) nur optischer Abbildungen (Rapideye) oder (2) optischer und dual polarimetric (VV/VH) SAR Aufnahmen (TerraSAR-X), durchgeführt. Zusätzlich wurden interannuelle oder kurzzeitige (2-3 Jahre) Veränderungen in der Ausdehnung von Ackerflächen über die vergangenen zehn Jahre hinweg mittels historischer Landsataufnahmen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Kartographieren verschiedener Feldfrüchte in Westafrika durch nur optische Abbildungen eine moderate Klassifikationsgenauigkeit von 57% bis 71% widergibt. Überlappungen zwischen dem Anbauplan der meisten Feldfrüchte und dem Zwischenfruchtanbau stellen eine Herausforderung für optische Abbildungen dar, um eine angemessene Unterscheidung der Feldfrüchte zu erreichen. Die Hinzunahme von SAR Aufnahmen kann die Klassifikationsgenauigkeit, abhängig von der Anzahl verfügbarer Szenen und deren Aufnahmedatum, jedoch um 8% bis 15% erhöhen. Die Empfindlichkeit der SAR Systeme gegenüber unterschiedlichem Aufbau der Fläche von Feldfrüchten und der Charakteristika der Landoberfläche verbesserten die Trennbarkeit unterschiedlicher Feldfrüchte. Wie sich herausstellte hat die VV Polarisation von TerraSAR-X eine bessere Trennung der Feldfrüchte bewirkt als die VH Polarisation. Außerdem zeigt sich, dass Aufnahmen zwischen August und Oktober sehr nützlich zur Abbildung von Feldfrüchten in der Subregion sind, da in dieser Zeit strukturelle Unterschiede einiger Feldfrüchte beobachtet werden können. Auf regionalem Maßstab wurden interanuelle oder kurzzeitige Veränderungen der Ackerflächen in der agrarökologischen Zone der sudanesischen Savanne in Westafrika durch das hochskalieren historischer Informationen zu den Ackerflächen auf der Skala der Wassereinzugsgebiete (aus Landsat Aufnahmen) auf eine gröbere Auflösung, aber geographisch weite Satellitenszene (MODIS), unter Zuhilfenahme eines auf Regression basierenden Modells, berechnet. Die Möglichkeit regionalskalierte Informationen zu Ackerflächen zu nutzen um staatlich erstellte landwirtschaftliche Statistiken zu verbessern wurde untersucht, indem die extrahierte Fläche der Äcker aus fraktionierten Karten zur Landbedeckung mit landwirtschaftlichen Statistiken auf Distrikt-Level miteinander verglichen werden. Die Genauigkeit der fraktionierten Landbedeckungskarten (Mean Absolute Error zwischen 14,2% und 19,1%) weist darauf hin, dass die heterogene Agrarlandschaft Westafrikas auf einem regionalen oder kontinentalen Maßstab, durch die Abschätzung fraktionierter Ackerflächen aus gering aufgelösten Satellitendaten, angemessen repräsentiert werden kann. Die Analyse der Ergebnisse zeigt, dass die Ackerflächen der Agrarökologischen Zone der sudanesischen Savanne interannuelle oder kurzzeitige Schwankungen in den vergangenen zehn Jahren unterlegen waren. Diese Schwankungen ergeben sich durch bestimmte Faktoren wie: klimatische Faktoren (z.B. Überschwemmungen oder Dürren), sinkende Bodenfruchtbarkeit, Bevölkerungswachstum und landwirtschaftliche Politik wie der Subvention von Düngemitteln. Der Vergleich von fraktionierter Landbedeckungskarten mit staatlich erstellten landwirtschaftlichen Statistiken (MoFA) in 17 Distrikten in Ghana ergaben große Unregelmäßigkeiten in den staatlichen Statistiken und zeigten das Potential von aus Satellitendaten abgeleiteten Informationen zu Ackerflächen auf regionalem Maßstab um nationale oder subnationale landwirtschaftliche Statistiken in Westafrika zu verbessern. Angesichts der baldigen Starts der optischen (Landsat 8) und SAR (Sentinel-1) Sensoren, die frei zugängliche Daten für die Kartierung von Feldfrüchten in der Subregion liefern werden, sind die Ergebnisse, die in dieser Studie gewonnen wurden, vielversprechend für Westafrika. Dadurch steigen die Chancen, dass adäquate Satellitenszenen für das Abbilden landwirtschaftlicher Landnutzung während der Anbauzeitraums bezogen und operationalisiert werden können. Dies hat zur Folge, dass ein breites Spektrum biophysikalischer und ökonomischer Modelle davon profitieren und die Entscheidungsfindung durch die Ergebnisse optimiert wird.

Global environmental change leads to the emergence of new human health risks. As a consequence, transmission opportunities of environment-related diseases are transformed and human infection with new emerging pathogens increase. The main motivation for this study is the considerable demand for disease surveillance and monitoring in relation to dynamic environmental drivers. Remote sensing (RS) data belong to the key data sources for environmental modelling due to their capabilities to deliver spatially continuous information repeatedly for large areas with an ecologically adequate spatial resolution. A major research gap as identified by this study is the disregard of the spatial mismatch inherent in current modelling approaches of profiling disease risk using remote sensing data. Typically, epidemiological data are aggregated at school or village level. However, these point data do neither represent the spatial distribution of habitats, where disease-related species find their suitable environmental conditions, nor the place, where infection has occurred. As a consequence, the prevalence data and remotely sensed environmental variables, which aim to characterise the habitat of disease-related species, are spatially disjunct. The main objective of this study is to improve RS-based disease risk models by incorporating the ecological and spatial context of disease transmission. Exemplified by the analysis of the human schistosomiasis disease in West Africa, this objective includes the quantification of the impact of scales and ecological regions on model performance. In this study, the conditions that modify the transmission of schistosomiasis are reviewed in detail. A conceptual underpinning of the linkages between geographical RS measures, disease transmission ecology, and epidemiological survey data is developed. During a field-based analysis, environmental suitability for schistosomiasis transmission was assessed on the ground, which is then quantified by a habitat suitability index (HSI) and applied to RS data. This conceptual model of environmental suitability is refined by the development of a hierarchical model approach that statistically links school-based disease prevalence with the ecologically relevant measurements of RS data. The statistical models of schistosomiasis risk are derived from two different algorithms; the Random Forest and the partial least squares regression (PLSR). Scale impact is analysed based on different spatial resolutions of RS data. Furthermore, varying buffer extents are analysed around school-based measurements. Three distinctive sites of Burkina Faso and Côte d’Ivoire are specifically modelled to represent a gradient of ecozones from dry savannah to tropical rainforest including flat and mountainous regions. The model results reveal the applicability of RS data to spatially delineate and quantitatively evaluate environmental suitability for the transmission of schistosomiasis. In specific, the multi-temporal derivation of water bodies and the assessment of their riparian vegetation coverage based on high-resolution RapidEye and Landsat data proofed relevant. In contrast, elevation data and water surface temperature are constraint in their ability to characterise habitat conditions for disease-related parasites and freshwater snail species. With increasing buffer extent observed around the school location, the performance of statistical models increases, improving the prediction of transmission risk. The most important RS variables identified to model schistosomiasis risk are the measure of distance to water bodies, topographic variables, and land surface temperature (LST). However, each ecological region requires a different set of RS variables to optimise the modelling of schistosomiasis risk. A key result of the hierarchical model approach is its superior performance to explain the spatial risk of schistosomiasis. Overall, this study stresses the key importance of considering the ecological and spatial context for disease risk profiling and demonstrates the potential of RS data. The methodological approach of this study contributes substantially to provide more accurate and relevant geoinformation, which supports an efficient planning and decision-making within the public health sector. / Globale Umweltveränderungen rufen neue Gesundheitsrisiken hervor. Eine Konsequenz sind veränderte Bedingungen für die Übertragung von umweltbezogenen Krankheiten und ansteigende Infektionen mit neu auftauchenden Erregern. Die Motivation für diese Arbeit basiert auf der steigenden Nachfrage, dynamische Veränderungen der Umwelt und deren Beziehung zu Veränderungen von umweltbedingten Krankheiten zu überwachen. Fernerkundungsdaten gehören zu den wichtigsten Datenquellen für die Umweltmodellierung, da diese es ermöglichen, die Landbedeckung flächendeckend, reproduzierbar und in einer adäquaten räumlichen Auflösung zu kartieren. Ein Forschungsbedarf, der in dieser Studie identifiziert wird, ist die fehlende Berücksichtigung einer räumlichen Diskrepanz innerhalb der bisherigen Vorgehensweise der Modellierung von Krankheitsrisiken mit Fernerkundungsdaten. Typischerweise werden epidemiologische Daten als Prävalenz einer Krankheit aggregiert erhoben, beispielsweise auf Schul- oder Dorfebene. Jedoch repräsentieren diese Punktmessungen weder die räumliche Verteilung von Habitaten, in welchen krankheitsrelevante Arten ihre geeigneten Umweltbedingungen vorfinden, noch den Ort, an dem sich die Menschen infiziert haben. Die Konsequenz ist, dass Messpunkte der Krankheitprävalenz und fernerkundungsbasierte Umweltvariablen, welche das Habitat von krankheitsrelevanten Arten charakterisieren sollen, räumlich nicht übereinstimmen. Das Hauptziel dieser Studie ist, ein Verfahren für die Anwendung von Fernerkundungsdaten bei der Modellierung von Krankheitsrisiken zu entwickeln, welches sowohl den ökologischen als auch den räumlichen Kontext der Krankheitsübertragung widerspiegelt. Am Beispiel der Krankheit Schistosomiasis werden weitere mögliche Einflussgrößen auf die Modellgüte quantitativ bewertet. Dies sind unter anderem die verschiedenen Skalenniveaus und die Heterogenität von Ökozonen. In dieser Arbeit werden die Bedingungen, die auf die Übertragung von Schistosomiasis einen Einfluss haben, aus der bestehenden Literatur im Detail ermittelt. Es wird eine konzeptionelle Grundlage entwickelt, die bestehende Zusammenhänge zwischen satellitengestützten Messungen, der Ökologie der Krankheitsübertragung sowie zu den Ergebnissen der epidemiologischen Studien ermittelt. Während eines Aufenthaltes im Untersuchungsgebiet wurde die Eignung der Umwelt für die Übertragung der Schistosomiasis analysiert. Diese Umwelteignung wird durch die Entwicklung eines Habitat-Eignungs-Index (habitat suitability index, HSI) quantifiziert und mit relevanten Fernerkundungsvariablen verknüpft. Im nächsten Schritt werden Inhalte dieses konzeptionellen Modells gezielt für die Entwicklung eines hierarchischen Modellansatzes verwendet, welcher die gemessene Prävalenz in einen statistischen Zusammenhang mit ökologisch relevanten Messungen von Fernerkundungsdaten bringt. Die statistischen Modelle des Risikos, sich mit Schistosomiasis zu infizieren, basieren auf zwei verschiedenen Modellalgorithmen, dem sogenannten Zufalls-Wald Algorithmus (Random Forest) und der Regression der partiellen, kleinsten Quadrate (Partial Least Squares Regression, PLSR). Der Einfluss von räumlichen Skalen auf die Risikomodellierung wird anhand verschiedener räumlicher Auflösungen der Fernerkundungsdaten ermittelt. Darüber hinaus werden unterschiedlich große Einzugsgebiete mit Hilfe eines Pufferverfahrens (Buffer) anhand der Schulen mit Prävalenzmessungen analysiert. Risikomodelle der Schistosomiasis werden für drei ausgewählte Untersuchungsgebiete in Burkina Faso und der Elfenbeinküste erstellt, welche einen ökologischen Gradienten von der Trockensavanne zum tropischen Regenwald sowie von flachen und bergigen Regionen darstellt. Diese Studie zeigt, dass Fernerkundungsdaten für die räumliche Abgrenzung und eine quantitative Bewertung der Umwelteignung für die Übertragung der Schistosomiasis geeignet sind. Besonders relevante Informationen sind zeitlich dynamische Veränderungen der Wasserbedeckung sowie die Erfassung des Grades der Ufervegetationsbedeckung auf Basis von hochaufgelösten RapidEye und Landsat Daten. Hingegen sind topographische Daten und die satellitengestützten Messungen der Temperatur nur eingeschränkt geeignet um Habitate der Parasiten und Frischwasserschnecken als wesentlichen Bestandteil der Krankheitsübertragung zu charakterisieren. Bei zunehmender Größe des Einzugsgebietes der Schulen verbessern sich die statistischen Modelle und können somit das Übertragungsrisiko besser erfassen. Die wichtigsten Fernerkundungsvariablen für die Modellierung des Schistosomiasis Risikos sind die Distanz zum nächstgelegenen Gewässer, topographische Variablen sowie die Landoberflächentemperatur (land surface temperature, LST). Für jede Ökozone muss jedoch eine geeignete Zusammenstellung von Fernerkundungsvariablen getroffen werden. Ein ganz wesentliches Ergebnis der hierarchischen statistischen Modellierung ist eine verbesserte Erklärung des räumlichen Risikos von Schistosomiasis. Insgesamt unterstreicht diese Studie die Bedeutsamkeit des ökologischen und räumlichen Kontexts für die Abschätzung des Krankheitsrisikos und demonstriert das Potential von Fernerkundungsdaten. Der methodische Ansatz dieser Arbeit kann wesentlich dazu beitragen, genaue und relevante Geoinformationen bereitzustellen. Damit wird eine effizientere Planung und Entscheidungsfindung innerhalb des Gesundheitssektors ermöglicht. / Le changement environnemental global conduit à l'émergence de nouveaux risques pour la santé humaine. En conséquence, les voies de transmission des maladies liées à l'environnement, sont modifies de meme que l'infection humaine avec l´accroissement des nouveaux agents pathogènes émergents. La motivation principale de cette étude est la demande considérable pour la surveillance et le suivi des maladie en relation avec la dynamique des facteurs environnementaux. Les données de la télédétection sont les sources principales utilisees pour la modélisation de l'environnement en raison de leurs capacités à fournir une information de maniere spatiale, repetitive et continue pour les grandes surfaces avec une résolution spatiale écologique adéquate. L´importante lacune de la recherche scientifique identifiée par cette étude est la non considération de la disparité spatiale inhérente dans les approches actuelles de modélisation des risques de la maladie en utilisant des données de la télédétection. Généralement, les données épidémiologiques sont regrouper à l'école ou au niveau du village. Toutefois, ces données ne peuvent pas représenter la distribution spatiale des habitats et definir les conditions environnementales favorable a la proliferation des agents pathogenes de la maladie, ni le lieu, où l'infection s´est produite. En conséquence, les données sur la prévalence et les variables environnementales de la télédétection, qui visent à caractériser l'habitat des agents liés à la maladie, sont spatialement disjointes. L'objectif principal de cette étude est d'améliorer en utilisant la télédétection les modèles de risque de maladie en incorporant l´aspect écologique et spatiale de la transmission de la maladie. Illustré par l'étude des personnes infectées de la schistosomiase en Afrique de l'Ouest, cet objectif comprend la quantification du niveau d'impact des régions écologiques sur les performances du modèle. Dans cette étude, les conditions qui modifient la transmission de la schistosomiase sont examinées en détail. Une approche conceptuelle reliant les données mesurées issues de la télédétection, la transmission de la maladie, l'écologie et des données de l'enquête épidémiologique a été développé. A partir d'une étude sur le terrain, les facteurs environnementaux à la transmission de la schistosomiase ont été évalués, ensuite quantifiés par l´indice de qualité de l'habitat (habitat suitability index, HSI) et combiné aux données de la télédétection. Le modèle conceptuel de la pertinence environnemental a été affiné par le développement d'une approche de modèle hiérarchique qui relie statistiquement la prévalence de la maladie en milieu scolaire avec les mesures écologiques pertinentes de données de la télédétection. Les modèles statistiques de risque de schistosomiase proviennent de deux différents algorithmes; la forêt aléatoire (Random Forest) et la régression des moindres carrés partiels (Partial Least Squares Regression, PLSR). Le niveau d'impact a été analysé sur la base de différentes résolutions spatiales de données de la télédétection. En outre, des divers degrés carre des bassin de réception ont été analysés autour de mesures en milieu scolaire. Trois sites distinctifs du Burkina Faso et de la Côte d'Ivoire sont spécifiquement modélisés pour représenter un gradient de écozones de savane sèche a forêt tropicale y compris les régions plates et montagneuses. Les résultats du modèle révèlent l'applicabilité des données de la télédétection pour la délimitation spatiale et l’évaluation quantitative de la pertinence de l'environnement pour la transmission de la schistosomiase. Precisement, la dérivation multi-temporelle des course d'eau et l'évaluation de leur couverture riveraine de végétation a partir des images à haute résolution RapidEye et Landsat jugées adequate. En revanche, les données d'altitude et de température de la surface de l'eau ont montré certaines limites dans leur capacité à caractériser les conditions de l'habitat des parasites et des escargots en tant que composantes essentielles de la transmission de la maladie. Avec l'augmentation des degrés carres des bassins de réception observés autour de l'emplacement de l'école, la performance des modèles statistiques augmente, améliorant ainsi la prédiction du risque de transmission. Les plus importantes variables des données de la télédétection identifiées pour modéliser le risque de schistosomiase sont la mesure de la distance des plans d'eau, les variables topographiques, et la température de surface de la terre (land surface temperature, LST). Cependant, chaque région écologique nécessite une serie différente de variables de données de télédétection afin d´optimiser la modélisation du risque de schistosomiase. Le résultat primordial de l'approche du modèle hiérarchique est sa supérieure performance à expliquer le risque spatiale de la schistosomiase. Dans l'ensemble, cette étude souligne l'importance cruciale de tenir compte du contexte écologique et spatiale pour le profilage du risque de maladie et démontre le potentiel des données de télédétection. L'approche méthodologique de cette étude contribue de manière substantielle à fournir avec plus de précision et de pertinence l'information géographique, prenant en charge une planification efficace et la prise de décision dans le secteur de la santé publique.

Protected areas are the central strategy for preserving biodiversity in the face of overexploitation and global change. To ensure their long-term survival, however, these areas may not be regarded as last havens of wilderness, but as complex social-ecological systems. Modern approaches of protected area (PA) management support this view by balancing conservation and development issues in a sustainable way and adapted to the local context. However, success of these strategies in achieving their aims so far remains limited. This study therefore aimed at analysing processes and outcomes of PA co-management approaches implemented in a large transfrontier conservation area in West Africa. The W-Arly-Pendjari (WAP) complex spans over more than 30.000 square km in Benin, Burkina Faso and Niger and is composed of approximately 20 subunits. Due to national legal and administrative variety as well as a high diversity of local (project) implementation approaches, the general setting resembled a quasi-experimental design facilitating comparative studies. A mix of quantitative (e.g. survey of 549 households) and qualitative (e.g. expert interviews, literature review) methods was used to evaluate the institutional and organisational differences of PA management approaches implemented in the different parts of WAP belonging to Benin and Burkina Faso. I included an analysis of contextual factors (e.g. land-cover-change) and ecological data, but concentrated on the role of local resource users within the co-management arrangements and the effectiveness of governance regimes to deliver positive socio-economic outputs. Exploring the question whether promotion of development in PA surroundings indeed stipulates conservation success (and vice versa) remained challenging: the lack of sound ecological data, a general mismatch of spatial scale in existing data sets, as well as the high complexity of realities on the ground made me refrain from using simplified proxy indicators and (statistical) modelling approaches. I found that the Sudano-Sahelian context is a very difficult one for the implementation of effective participation approaches in the short-term. Political, demographic, socio-economic as well as ecological factors generated a very dynamic situation characterized by limited financial and natural resources as well as weak institutional and organisational settings. Arenas of interaction were often marked rather by a high degree of distrust and competition than by cooperation among actors. Amid all rhetoric, participation in most cases was hence limited to the transfer of (sparse) information, regulated resource access and financial funds. Options for participation of local resource users in decision-making arenas were generally scarce. Underlying processes were dominated by opacity and often low accountability of actors on all levels. Negative, but also positive affection of local residents by PA existence and management hence was high. Governance regimes of the complex performed very differently with regard to their ability of effectively empowering local village participatory bodies (vpb), generating and distributing benefits to individuals and village communities as well as providing mechanisms of conflict resolution. People around Pendjari enjoyed a relative wealth of high value benefits, while negative impacts caused by human-wildlife conflicts were widespread around the complex. Autochthonous farmers usually were better integrated in incentive schemes than were newcomers or herders. While there was functional separation of actors’ roles in all parts of WAP, these roles differed significantly between blocks. Existence and functioning of village participatory bodies ameliorated the situation for local resource users fundamentally, as they acted as cut-points between different networks (governmental hierarchies, private concessionaires and local resource users). Vpbs in the Pendjari region proved to be most advanced in their capacity to push resource users’ claims in action arenas on the micro-level. Via their union, these associations also managed to impact arenas on the meso- and the macro scale. Project interventions often had catalyst functions to empower local resource users and their vbps. However, they also contributed to social imbalance and intra-organisational competition. My results represent a snapshot of an ongoing process to establish effective co-governance regimes in the WAP-area. Though I identified a large scope of shortcomings, there were also very promising initiatives underway. This work is therefore meant to foster future research and further positive development by giving guidance scholars and decision-makers form the local to the global level alike. / Schutzgebiete spielen eine zentrale Rolle für den Schutz von Biodiversiät vor anthropogener Übernutzung und negativen Auswirkungen anderer Global-Change-Prozessen. Damit sie diese Funktion auch langfristig erfüllen können, dürfen diese Gebiete nicht als letzte Wildnisregionen verklärt, sondern müssen als komplexe sozio-ökologische Systeme wahrgenommen werden. Moderne Managementansätze tragen dieser Sichtweise Rechnung, indem sie Schutzmaßnahmen und Entwicklungsansätze miteinander verbinden. Diese Lösungen zielen auf Nachhaltigkeit ab und sind – im Idealfall – an den lokalen Kontext angepasst. Der Erfolg dieser Strategie bleibt in der Praxis jedoch hinter den Erwartungen zurück. Die vorliegende Studie analysiert die Implementierung und Effektivität von Ko-Management-Ansätzen in einem großen grenzübergreifenden Schutzgebietskomplex in Westafrika. Dieses Gebiet erstreckt sich über 30.000 km2 in den Ländern Burkina Faso, Benin und Niger und setzt sich aus ca. 20 Subkomponenten zusammen. Benannt wurde der Komplex nach seinen drei Kerngebieten (W-Arly-Pendjari (WAP)). Aufgrund der unterschiedlichen juristischen und administrativen Rahmenbedingungen zwischen den beiden Ländern sowie der Vielzahl an lokalen Implementierungsansätzen, ähneln die Voraussetzungen einem quasi-experimentellem Design und bieten sich für eine vergleichende Studie an. Mit Hilfe verschiedener quantitativer (z.B. Befragung von 549 Haushalten) und qualitativer (z.B. Experteninterviews) Methoden wurden die institutionellen und organisatorischen Voraussetzungen für Schutzgebietsmanagement in Benin und Burkina Faso erfasst und die implementierten Governance-Ansätze evaluiert. Neben der Analyse verschiedener Kontextfaktoren (z.B. zu Landnutzung) und ökologischer Daten (z.B. zu Populationsentwicklungen von großen Säugetierarten), lag die Rolle lokaler Ressourcennutzer in den Ko-Management-Systemen im Fokus. Die zentrale Fragestellung konzentrierte sich auf die Effektivität der unterschiedlichen Governance-Regime, positive sozio-ökonomische Ergebnisse zu erzielen und die zu Grunde liegenden Interaktionen der beteiligten Akteure zu identifizieren. Die Frage, ob die gezielte Entwicklungsförderung von Gemeinden im unmittelbaren Umfeld von Schutzgebieten tatsächlich auch zu erhöhtem Naturschutzerfolg führt, musste weitestgehend offen bleiben: das Fehlen von zuverlässigen ökologischen Daten, unterschiedliche räumliche Skalenniveaus in den vorhandenen Datensätzen, sowie die hohe Komplexität der Bedingungen vor Ort ließen keine (statistisch) belastbare Auswertung zu. Die Kontextanalyse zeigte, dass Westafrika ein sehr schwieriges Umfeld für die schnelle Implementierung von Partizipationsansätzen darstellt. Die Region ist gekennzeichnet durch hohe Dynamik und Variabilität in ihren politischen, demographischen, sozio-ökonomischen und ökologischen Rahmenbedingungen. Das Management von sozio-ökologischen Systemen leidet daher massiv unter der Limitierung an natürlichen und finanziellen Ressourcen sowie schwachen organisatorischen und institutionellen Strukturen. Interaktionen zwischen den einzelnen Akteuren waren stärker von Misstrauen und Konkurrenz als von Kooperation geprägt. Entgegen des von einigen Akteuren nach außen vermittelten Bildes, war die Partizipation lokaler Ressourcennutzer limitiert auf die Weitergabe von (unvollständigen) Informationen, sowie dem regulierten Zugang zu natürlichen Ressourcen und begrenzten finanziellen Mitteln. Die Möglichkeit, an Prozessen zur Problemlösung und Entscheidungsfindung mitzuwirken war nur partiell und räumlich eingeschränkt gegeben. Die zu Grunde liegenden Prozesse waren gekennzeichnet von Intransparenz und geringer Verantwortlichkeit der Akteure auf allen Ebenen. Die Anwohner waren daher häufig in hohem Maß von negativen Auswirkungen der Schutzgebiete betroffen. Die Governance-Strukturen in verschiedenen Teilen des Komplexes variierten stark in ihrem Vermögen, lokale Partizipationsorgane aufzubauen und in aktuelle Management-Prozesse einzubinden, Vorteile für lokale Ressourcennutzer und Gemeinden zu generieren und gerecht zu verteilen, sowie effektive Mechanismen zur Konfliktbewältigung zu etablieren. Insbesondere die Anrainer des Biosphärenreservats Pendjari genossen eine relative Vielzahl qualitativ hochwertiger Vorteile; negative Auswirkungen der Schutzgebiete durch Mensch-Tier-Konflikte waren hingegen in allen Subkomponenten des Komplexes weit verbreitet und blieben weitestgehend unadressiert. Autochthone Ackerbauern waren generell besser in die Anreizsysteme des Parkmanagements eingebunden als neu hinzugezogene Ressourcennutzer oder Viehhirten. Die funktionellen Rollen der einzelnen Akteursgruppen waren zwar in allen Teilen des Komplexes stark differenziert, unterschieden sich aber signifikant zwischen den Subkomponenten. Die Existenz aktiver und vernetzter Partizipationsorgane auf lokaler Ebene, verbesserte die Lage von Ressourcennutzern fundamental, da sie als Schnittstellen zwischen den verschiedenen Netzwerken (staatlichen Hierarchien, privaten Marktakteuren und sozialen Netzwerken auf Gemeinschaftsebene) agieren und Kompromisse vermitteln konnten. Partizipationsorgane in der Pendjari-Region waren auf Grund ihres vergleichweise hohen Organisationsgrades am effektivsten in der Lage, die Interessen lokaler Ressourcennutzer in den entsprechenden Arenen auf der Mikro-Ebene zu vertreten. Über den Zusammenschluss aller lokalen Partizipationsorgane in Form einer Union konnten sie auch Arenen auf der Meso- und Makroebene beeinflussen. Von externen Geldgebern gesteuerte Projekte erfüllten häufig eine katalytische Funktion, lokale Ressourcennutzer und ihre Partizipationsorgane für ihre Rolle als Ko-Manager anzuleiten. Sie verursachten aber auch soziales Ungleichgewicht und erhöhte Konkurrenz zwischen den Akteursgruppen auf lokaler Ebene. Die vorgelegten Ergebnisse stellen lediglich eine Momentaufnahme des Prozesses dar, effektive Ko-Management- Ansätze in der WAP-Region aufzubauen. Zwar wurde eine große Anzahl an Schwächen identifiziert, gleichermaßen gab es aber auch vielversprechende Ansätze für die Zukunft. Die Arbeit ist als Grundlage für die weiterführende Forschung und Entwicklung dieser positiven Ansätze gedacht. Sie adressiert daher die Wissenschaftsgemeinde ebenso wie die Entscheider von der lokalen bis zur globalen Ebene.

Zugl.: Köln, Univ., Diss., 2006

Univ., Diss., 2009--Kassel.