The impact of wild and domestic herbivores on aboveground productivity in an East-African savannah

Abstract

Planteproduktivitet på Afrikanske savanner er allment kjent for å avhenge av tidsmessige og romlige variasjoner i klima, jordegenskaper og forstyrrelser, hovedsakelig brann og beitepress. Menneskelig drevet arealbrukendring har økt de siste tiårene, og endrer sammensetninger av beitedyr på savannen fra svært mobile samlinger av ville beitedyr til mindre mobile og høyere tetthet av husdyr. Denne forskyvningen av beitepress vil trolig påvirke de tidsmessige mønstrene i produktivitet på savanner.

I dette studiet kvantifiserte vi virkningen av husdyr- og villdyrsbeiting på netto primærproduksjon og beitepress i beskyttede områder i Serengeti National Park, Tanzania og tilstøtende husdyrdominerte beitemarker utenfor de beskyttede områdene. Dette ble oppnådd ved høsting av vegetasjon ved bruk av flyttbare bur («exclosures») og parrede åpne plott. Plantebiomasse av urteplanter ble destruktivt samlet syv ganger over en 15 måneders periode. I tillegg undersøkte vi produktivitet og beiting av dominerende og underordnete gressarter, og bestemte kumulativ nedbør mellom høstperioder ved bruk av fjernsatellittbilder.

Samlet fant vi at netto primærproduksjon hovedsakelig er drevet av nedbør og opprettholdt på relativt høye nivåer i både husdyrdominerte beiter og i beskyttede områder. Til tross for tilsvarende produktivitet mellom de to arealbrukene, var beitenivået høyere i husdyrdominerte beitemarker sammenlignet med beskyttede områder, særlig når det var lave nivåer av nedbør og plantebiomasse. I løpet av eksperimentets varighet var ikke akkumulert produktivitet forskjellig mellom arealbrukene; størrelsen på totalt forbruk i husdyrdominerte beitemarker er imidlertid mye større og mindre avhengig av akkumulert nedbør sammenlignet med beskyttede områder. Lokale dominerende gressarter varierte ikke i produktivitet mellom husdyrdominerte beskyttede områder, og var like produktive som underordnete gressarter. De dominerende gressartene ble i tillegg konsumert i mye lavere grad enn underordnede arter, uavhengig av arealbruk. Våre funn viser at produktiviteten i Serengeti-økosystemet er mer drevet av sesongmessige nedbørsmønstre enn ved arealbruksforskjeller. Videre, i fravær av beitedyr, kan plantearter i beskyttede områder og tilstøtende husdyrdominerte beiteområder opprettholde tilsvarende høye produktivitetsnivåer i våte perioder. På kort sikt er det tilsynelatende ingen skadelig innvirkning av beiting på kapasiteten for å produsere biomasse utenfor beskyttede områder. Denne kontrasten tar imidlertid ikke hensyn til potensiell ulovlig bruk av beskyttede områder. Det er nødvendig med ytterligere undersøkelser for å finne ut hva det optimale ressursforholdet i disse områdene er, og hvor stor tetthet av beitedyr gresslettene kan opprettholde, med særlig vekt på den årlige sesongvariasjonen over flere år.

Plant productivity in African savannahs is widely recognized to depend on temporal and spatial variations in climate, soil properties and disturbances, mainly fire and herbivory. Human driven land-use change has increased over the last few decades, and is altering the dominant herbivores in savannahs from highly mobile assemblages of wild herbivores to less mobile and typically higher densities of livestock. This shift in herbivory impact is likely to affect the temporal patterns in productivity of the savannahs. In this study, we quantified the impacts of livestock and wildlife grazing on net aboveground productivity and herbivore consumption inside wildlife protected areas in the Serengeti National Park, Tanzania, and adjacent livestock dominated pasturelands outside protected areas. This was achieved by harvesting vegetation using moveable exclosures and paired open plots. Herbaceous biomass was destructively measured seven times over a 15 months period. Additionally we surveyed dominant and subordinate plant species consumption and determined cumulative rainfall between harvest periods using remote satellite images. Overall we found that net aboveground primary productivity is mainly driven by rainfall and maintained at relatively high levels in both livestock dominated pastures and wildlife protected areas. Despite similar productivity between land-uses, rates of herbivore consumption was higher in livestock dominated pastures compared to wildlife protected areas, especially when rainfall and plant biomass was scarce. Over the duration of our experiment accumulated productivity did not differ between land-uses; however, the magnitude of total consumption in the livestock dominated pastures is much greater and less dependent on accumulated rainfall, compared to the wildlife protected areas. Local dominant grass species did not differ in productivity between land-uses and were equally productive as the subordinate species. Furthermore, the dominant plant species were consumed to a much lower extent than subordinate species, regardless of land-use. Our findings demonstrate that productivity in the Serengeti Ecosystem is more driven by seasonal rainfall patterns than by land-use difference. Furthermore, in the absence of herbivores, plant species in wildlife protected areas and adjacent domestic livestock dominated pasture lands can sustain equivalent high levels of productivity in wet periods. On a short term basis there seems to be no detrimental impact of livestock grazing on the capacity of the land to produce biomass outside protected areas. However, this contrast does not account for potential illegal use of protected areas. It is necessary with further research to determine what the optimal resource ratio in these areas are and what level of stocking densities the grasslands are able to support, with a special emphasis on the interannual seasonal variability across multiple years.