Candidate: Mr. Adrien DJOMO
On November 12th, 2010, Mr. Adrien DJOMO defended his PhD thesis at the Institute of Bioclimatology, University of Göttingen (Germany). Members of the Jury were Prof. Dr. Gode Gravenhorst (Doctor Father), Prof. Dr. Joachim Saborowski and Prof. Dr. Ralph Mitlöhner. His research was on the « Ecological Management of Tropical forests: Implications for climate change and Carbon Fluxes ». For details on his research interests: www.adriendjomo.com.
Summary
Tropical deforestation and forest degradation contributes to more than 20% of the global green house gaze emitted. Deforestation and its impacts can be more easily estimated with satellite images. Concerning forest degradation, it is difficult with the actual satellite image resolutions to evaluate accurately logging and biomass damage resulting from this activity though it contributes substantially to carbon emissions in the tropics. With increasing CO2 in the atmosphere, there is an urgent need of reliable biomass estimates and carbon pools in tropical forests, most especially in Africa where there is a serious lack of data.
Moist tropical forests store large amounts of carbon and need accurate allometric regressions for their estimation. In Africa the absence of species-specific or mixed-species allometric equations has lead to broad use of pan moist tropical equations to estimate tree biomass. This lack of information has raised many discussions on the accuracy of these data, since equations were derived from biomass collected outside Africa. Developing site-specific equations and pan-moist tropical equations including data from Africa is becoming very important for most ecologists for accurate estimations of this contribution extend, necessary for adaptation and mitigation strategies on climate change impacts. Allometric equations are key tools for climate change scenarios since they are used for estimating biomass and carbon pool at local, regional and world level. Information on net primary production (NPP) resulting from direct biomass field measurements is crucial in this context, to know how forest ecosystems will be affected by climate change and also to calibrate eddy covariance measurements.
The overall objective of this study was to provide a scientific contribution for adaptation or mitigation of moist tropical forests on climate change impacts. The specific objectives were to (1) Analyze the stand development of a forest in the eastern Cameroon and discuss a methodology for estimating the potential carbon emissions or reductions from forest degradation. (2) Develop allometric equations for accurate estimations of biomass and carbon pools in moist forests in Cameroon and also in Africa. (3) Estimate carbon pools and Net Primary Productivity (NPP) and their spatial distribution on different strata and land use types of the Campo-Ma’an area forest in Cameroon.
This dissertation presents results from two field studies conducted at the neighbourhood of Yokadouma in the eastern Cameroon and also in the Campo-Ma’an forest in the southern Cameroon. The study conducted at Yokadouma resulted in a paper addressing forest degradation after selective logging and its implications for REDD and carbon estimations. To address this situation, a post-logging stand development of a semi-deciduous natural forest in Cameroon was modelled for one felling cycle (30 years) after selective logging. To simulate how different management practices influence post-logging forest dynamics, we modelled how changes in the minimum felling diameter (MFD) affect stem density, basal area and the related carbon biomass at the end of the felling cycle.
The study conducted in Campo-Ma’an resulted in two other articles. The first article addressed site-specific allometric equations and also pan-moist tropical equations which can be used at other locations in moist tropical forests where there are no specific allometric equations. We used for this study 91 destructive sample trees to develop mixed-species allometric equations applying different input variables such as diameter, diameter and height, product of diameter and height, and wood density. Our biomass data were added to 372 biomass data collected across different moist tropical forests in Asia and South America to develop new pan moist tropical allometric regressions. Species-specific and mixed-species height diameter regression models were also developed to estimate heights using 3833 trees. The second article used our site-specific allometric equations to estimate aboveground and belowground biomass and carbon pools. The NPP was estimated using the growth rates obtained from tree ring analysis. A carbon biomass map was also developed in this last paper using GIS technology to show the distribution in the different land uses and vegetation types.
The main findings were following:
Forest degradation studies:
- With these MFDs estimated, at 7% logging damage rate, we found that the stem density of harvestable trees reduces from 12.3 (50.4 MgC ha-1) to 6.7 (32.5 MgC ha-1) trees per ha and the number of residual trees increases from 80 (18.9 MgC ha-1) to 85.7 (36.8 MgC ha-1) trees per ha. This corresponds to an avoided damage estimated at 17.9 MgC ha-1. We also found that increasing mortality and damage intensity also increases the damage on carbon biomass estimated to be 8.9 MgC ha-1 at 10% or to be 17.4 MgC ha-1 at 15% logging damage.
- This study shows that proper determination of MFD of logged species taking into consideration their capacity of reconstitution at the end of the felling cycle associated with Reduced Impact Logging (RIL) can avoid up to 35 MgC ha-1. These estimations could be achieved if there is a combination of Policy and Measures allowing monitoring of forest development after logging.
Allomeric equations
- Using only diameter as input variable, the mixed-species regression model estimates the aboveground biomass of the study site with an average error of 7.4%. Adding height or wood density did not improve significantly the estimations. Using the three variables together improved the precision with an average error of 3.4%. For general allometric equations tree height was a good predictor variable. The best pan moist tropical equation was obtained when the three variables were added together followed by the one which includes diameter and height. This study provides height diameter relationships and wood density of 31 species. The pan moist tropical equation developed by Chave et al. (2005), estimates total aboveground biomass across different sites with an average error of 20.3% followed by equations developed in the present study with an average error of 29.5%.
Biomass, carbon, NPP
- The carbon biomass was on average 264 Mg ha–1. This estimate includes aboveground carbon, root carbon and soil organic carbon up to 30 cm depth. This value varied from 231 Mg ha–1 of carbon in Agro forests to 283 Mg ha–1 of carbon in Managed forests and to 278 Mg ha–1 of carbon in National park. The carbon NPP varied from 2542 kg ha–1 year–1 in Agro forests to 2787 kg ha–1 year–1 in Managed forests and to 2849 kg ha–1 year–1 in National park. Our NPP values do not include fine litterfall, carbon losses to consumers and emission of volatile organic compounds.
We believe that our study provides not only appropriate estimate of biomass, carbon pools and NPP, but also an appropriate methodology to estimate these components and the related uncertainty.
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Résumé
La déforestation et la dégradation des forêts tropicales contribuent à plus de 20% des émissions des gaz à effet de serre. La déforestation et ses impacts peuvent être plus faciles à estimer avec des images satellites. En ce qui concerne la dégradation des forêts, il est difficile avec les résolutions des images satellites actuelles d’évaluer avec précision l’impact de l’exploitation forestière et des dommages résultant de cette activité sur la biomasse bien qu’elle contribue de façon significative aux émissions de carbone sous les tropiques. Avec l’augmentation de CO2 dans l’atmosphère, il y a un besoin urgent d’estimations fiables de la biomasse et de carbone issus des forêts tropicales, surtout en Afrique où il y a un manque crucial de données.
Les forêts tropicales humides stockent de grandes quantités de carbone et nécessitent par conséquent des régressions allométriques précises pour leur estimation. En Afrique, l’absence des équations allométriques spécifiques par essences forestières ou pour des multitudes d’espèces forestières a conduit à une large utilisation des équations générales pour estimer la biomasse des arbres. Ce manque d’information a soulevé de nombreuses discussions sur l’exactitude de ces données, puisque les équations ont été développées à partir des données de biomasses collectées en dehors de l’Afrique. Développer des équations propres à chaque site et des équations générales avec des données en provenance de l’Afrique est devenu très important pour la plupart des écologistes pour obtenir des estimations précises de cette contribution nécessaire pour établir les stratégies d’adaptation et d’atténuation aux impacts des changements climatiques. Les équations allométriques sont des outils essentiels pour établir les scénarios de changement climatique, car elles sont utilisées pour estimer la biomasse et le stock de carbone au niveau local, régional et mondial. Les informations sur la production primaire nette (PPN) résultant de mesures directes de la biomasse sont cruciales dans ce contexte, pour savoir comment les écosystèmes forestiers seront touchés par le changement climatique et pour calibrer les mesures de covariance des turbulences.
L’objectif global de cette étude était de fournir une contribution scientifique pour l’adaptation ou l’atténuation des forêts tropicales humides sur les impacts du changement climatique. Les objectifs spécifiques étaient de (1) Analyser l’évolution du peuplement d’une forêt au Cameroun et de discuter une méthodologie pour estimer les émissions ou les réductions potentielles de carbone issues de la dégradation des forêts tropicales. (2) développer des équations allométriques pour obtenir des estimations précises de la biomasse et des stocks de carbone des forêts tropicales humides du Cameroun et aussi d’Afrique. (3) Estimer les stocks de carbone et la productivité primaire nette (PPN) et leur répartition spatiale sur les différentes strates et les types d’utilisation des terres de la forêt de Campo-Ma’an au Cameroun.
Cette thèse présente les résultats de deux études de terrain menées au voisinage de Yokadouma à l’est du Cameroun et aussi dans la forêt de Campo-Ma’an dans le sud du Cameroun. L’étude menée à Yokadouma a conduit à une dissertation sur la dégradation des forêts tropicales après la coupe sélective et de ses impacts sur les estimations de carbone et du REDD (Réduction des Emissions issues de la Déforestation et la Dégradation Forestière). Pour mener cette étude, la dynamique de croissance après la coupe d’une forêt semi-décidue naturelle au Cameroun a été modélisée pendant un cycle d’abattage (30 ans). Afin de simuler la façon dont différentes pratiques de gestion post-exploitation influencent la dynamique des forêts, nous avons modélisé comment les changements dans le diamètre minimum d’exploitabilité (DME) affectent la densité des tiges, la surface terrière et la biomasse de carbone résultante à la fin du cycle d’abattage.
L’étude réalisée à Campo-Ma’an a abouti à deux autres articles. Le premier article traite les équations allométriques spécifiques au site d’étude et aussi des équations allométriques générales qui peuvent dans d’autres forêts tropicales humides où il n’y a pas d’équations allométriques spécifiques. Cette étude a utilisé 91 échantillons d’arbres abattus pour développer des équations allométriques mixtes en appliquant différentes variables d’entrée telles que le diamètre, le diamètre et la hauteur, le produit du diamètre et de hauteur, et la densité du bois. Nos données sur la biomasse ont été ajoutées à 372 autres données de biomasse recueillies dans différentes forêts tropicales humides en Asie et en Amérique du Sud pour développer de nouvelles équations allométriques générales. Les modèles de régression hauteur – diamètre spécifiques aux espèces et aussi pour des espèces mixtes ont été développés pour estimer la hauteur en utilisant 3833 arbres. Pour le deuxième article nous avons utilisé nos équations allométriques spécifique au site pour estimer la biomasse aérienne et souterraine ainsi que les stocks de carbone. La PPN a été estimée au moyen du taux de croissance obtenus à partir de l’analyse des cernes. Une carte de la biomasse de carbone a également été développée dans ce dernier document en utilisant la technologie du SIG pour visualiser la distribution dans les différentes utilisations des terres et des types de végétation.
Les principales conclusions étaient les suivants:
Dégradation des forêts tropicales:
- Avec les DME estimés dans cette étude, à 7% de dégât d’abattage sur le peuplement, nous avons trouvé que la densité de tiges d’arbres exploitables a été réduite de 12,3 (50,4 MgC ha-1) à 6,7 (32,5 MgC ha-1) arbres à l’ha et le nombre d’arbres résiduels a augmenté de 80 (18,9 MgC ha-1) à 85,7 (36,8 MgC ha-1) arbres par ha. Cela correspond à des dégâts évités estimés à 17,9 MgC ha-1. Nous avons également trouvé qu’en augmentant le taux de mortalité et de dégâts d’abattage sur le peuplement, on augmente également les dégâts sur le stock de carbone estimée à 8,9 MgC ha-1 à 10% ou à 17,4 MgC ha-1 à 15% de dégâts d’abattage.
- Cette étude montre qu’une bonne détermination de DME des essences exploitées en tenant compte de leur capacité de reconstitution à la fin du cycle d’abattage associée à une exploitation à faible impact (EFI) permet d’éviter jusqu’à 35 MgC ha-1. Ces estimations pourraient être réalisées s’il y a une combinaison de politiques et de mesures permettant un suivi de la dynamique de croissance des forêts après abattage.
Equations Allométriques
- En utilisant seulement le diamètre comme variable d’entrée, le modèle de régression d’espèces mixtes a permis d’estimer la biomasse aérienne du site d’étude avec une erreur moyenne de 7,4%. L’ajout de la hauteur ou de la densité du bois n’a pas permis d’améliorer de façon significative les estimations. En utilisant les trois variables ensemble (diamètre, hauteur, densité du bois) la précision a été améliorée avec une erreur moyenne de 3,4%. Pour les équations allométriques générales, la hauteur des arbres a été une bonne variable prédictive. La meilleure équation allométrique générale a été obtenue lorsque les trois variables ont été ajoutées suivie par celles qui utilisent le diamètre et la hauteur. Cette étude a aussi développé des relations hauteur – diamètre spécifiques de 31 espèces et présente aussi la densité du bois de ces espèces. L’équation allométrique générale développée par Chave et al. (2005), estime la biomasse aérienne totale à travers différents sites avec une erreur moyenne de 20,3%, suivi par les équations développées dans la présente étude avec une erreur moyenne de 29,5%.
Biomasse, carbone, PPN
- Le stock de carbone était en moyenne de 264 Mg ha-1. Cette estimation comprend le stock du carbone aérien, des racines et du carbone organique du sol jusqu’à 30 cm de profondeur. Ce stock varie de 231 Mg ha-1 de carbone dans les zones agro- forestières à 283 Mg ha-1 de carbone dans les forêts aménagées et à 278 Mg ha-1 de carbone dans le parc national. Le carbone PPN a varié de 2542 kg ha-1 an-1 dans les zones agro- forestières, de 2787 kg ha-1 an-1 dans les forêts aménagées et de 2849 kg ha-1 an-1 dans le parc national. Nos valeurs PPN ne comprennent pas la litière forestière fine, les pertes de carbone pour les consommateurs et les émissions de composés organiques volatils.
Nous croyons que notre étude ne fournit pas seulement une estimation appropriée de la biomasse, des stocks de carbone et de PPN, mais aussi une méthodologie appropriée pour l’estimation de ces composantes et des incertitudes relatives.
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Zusammenfassung
Tropische Entwaldung und Waldschädigung (Degradation) trägt zu mehr als 20% zu den global emittierten Treibhausgasen bei. Entwaldung und ihre Auswirkungen können leichter mit Satellitenbildern abgeschätzt werden. Was Waldschädigung anbelangt, ist es schwierig, mit den aktuellen Satellitenbild-Auflösungen Abholzung und Biomasse-Schäden, die daraus resultieren, genau zu evaluieren, obwohl Waldschädigung wesentlich zu den Kohlenstoff-Emissionen in den Tropen beiträgt. Mit zunehmendem CO2-Gehalt in der Atmosphäre besteht ein dringender Bedarf an zuverlässigen Schätzungen von Biomasse und Kohlenstoff-vorräten in den tropischen Wäldern, ganz besonders in Afrika, wo der Datenmangel erheblich ist.
Feuchte Tropenwälder speichern große Mengen an Kohlenstoff und benötigen genaue allometrischen Regressionen für deren Schätzungen. In Afrika hat die Abwesenheit von artspezifischen oder artübergreifenden allometrischen Gleichungen zum breiten Einsatz der pan-feucht-tropischen Gleichungen zur Baum-Biomasse Abschätzung geführt. Dieser Mangel an Informationen hat viele Diskussionen über die Richtigkeit dieser Daten angestoßen, da die Gleichungen aus Biomasse, die außerhalb Afrikas gesammelt wurde, abgeleitet wurden. Die Entwicklung von ortsspezifischen Gleichungen und pan-feucht-tropischen Gleichungen, unter Einschluß von Daten aus Afrika, wird für die meisten Ökologen immer wichtiger, um die genaue Schätzung dieses Beitrags zu erweitern, der für Anpassung und Klimaschutz-Strategien notwendig ist. Allometrische Gleichungen sind Schlüssel-Werkzeuge für die Szenarien des Klimawandels, da sie für die Abschätzung von Biomasse und Kohlenstoff-Pool auf lokaler, regionaler und globaler Ebene verwendet werden. Informationen zur Netto-Primärproduktion (NPP), die sich aus direkten Biomasse Feldmessungen ergeben, sind in diesem Zusammenhang von entscheidender Bedeutung, um zu wissen, wie die Waldökosysteme durch den Klimawandel betroffen sein werden und auch um Eddy-Kovarianz-Messungen zu kalibrieren.
Das übergeordnete Ziel dieser Studie war es, einen wissenschaftlichen Beitrag zur Anpassung oder Schadenseindämmung von feuchten tropischen Wäldern auf die Auswirkungen des Klimawandels zu erstellen. Die spezifischen Ziele waren: (1) Analyse der Bestandesentwicklung eines Waldes im östlichen Kamerun und Diskussion einer Methodik zur Schätzung der potenziellen Kohlendioxidemissionen oder zur Eindämmung von Waldschäden. (2) Entwicklung allometrischer Gleichungen für die genaue Schätzung der Biomassen-und Kohlenstoffvorräte in feuchten Wäldern in Kamerun und auch in Afrika. (3) Schätzung der Kohlenstoffspeicher und der Netto-Primärproduktion (NPP) und ihre räumliche Verteilung auf verschiedene Schichten und Landnutzungstypen des Campo-Ma’an Bereichwaldes in Kamerun.
Diese Dissertation präsentiert Ergebnisse aus zwei Feldstudien, durchgeführt in der Nachbarschaft von Yokadouma im östlichen Kamerun und auch in der Campo-Ma’an Wald im südlichen Kamerun. Die vorliegende, in Yokadouma durchgeführte Studie resultierte in einer Veröffentlichung, die Waldschädigung nach selektivem Holzeinschlag und deren Implikationen für REDD und die Kohlenstoff-Schätzungen ansprach. Um diese Situation anzugehen wurde die Post-logging-Bestandsentwicklung eines semi-natürlichen Laubwaldes in Kamerun war für einen Einschlagszyklus (30 Jahre) nach selektivem Holzeinschlag modelliert. Um zu simulieren wie verschiedene Management-Praktiken Einfluss auf die Post-logging-Bestandsdynamik haben, modelliert man, wie Änderungen des Mindest-Einschlags-durchmessers (MFD) Stammzellen, Dichte, Grundfläche und die damit verbundene Kohlenstoff-Biomasse am Ende des Einschlagszyklus beeinflussen.
Die in Campo-Ma’an durchgeführte Studie resultierte in zwei weiteren Artikeln. Der erste Artikel behandelt ortsspezifische und auch pan-feucht-tropische allometrische Gleichungen, die auch an anderen Standorten in feuchten tropischen Wäldern, wo es keine spezifischen allometrischen Gleichungen gibt, benutzt werden können. Diese Studie verwendet 91 destruktive Probebäume, um damit artübergreifende allometrische Gleichungen zu entwickeln, und zwar unter Anwendung verschiedener Eingangsgrößen wie Durchmesser, Durchmesser und Höhe, ein Produkt von Durchmesser und Höhe, und Holzdichte. Unsere Biomassedaten wurden zu 372 Biomassedaten aus verschiedenen feuchten tropischen Wälder in Asien und Südamerika hinzugefügt, um damit neue pan-feucht-tropische allometrische Regressionen zu entwickeln. Artspezifische- und artübergreifende Höhen-Durchmesser- Regressionsmodelle wurden auch entwickelt, um Höhen von 3833 Bäumen abzuschätzen. Der zweite Aufsatz verwendet unsere ortsspezifischen allometrischen Gleichungen, um oberirdische und unterirdische Biomasse- und Kohlenstoffvorräte zu schätzen. Die NPP wurde anhand der Wachstumsraten aus Baumringanalysen ermittelt. Ein Kohlenstoff-Biomasse-Karte wurde auch in dieser letzten Arbeit mit GIS-Technologie entwickelt, um Verteilung der verschiedenen Nutzungen und Vegetationstypen darzustellen.
Die wichtigsten Ergebnisse waren folgende:
Waldschädigungs-Studien:
- Mit diesen geschätzten MFDs ermittelten wir bei 7% Fällungsschadensraten, dass sich die Stamm-Dichte von erntereifen Bäume von 12,3 (50,4 MgC ha-1) auf 6,7 (32,5 MgC ha-1) Bäume pro Hektar reduziert und sich die Zahl der bleibenden Bäume von 80 (18,9 MgC ha-1) auf 85,7 (36,8 MgC ha-1) Bäume pro Hektar erhöht. Dies entspricht einem vermiedenen Schaden von geschätzten 17,9 MgC ha-1. Wir fanden auch heraus, dass eine Erhöhung der Mortalität und Schadensintensität auch die Schädigung der Kohlestoff-Biomasse erhöht, und zwar schätzungsweise auf 8,9 MgC ha-1 bei 10% oder auf 17,4 MgC ha-1 bei 15% Fällschaden.
- Diese Studie zeigt, dass die korrekte Bestimmung des MFD der gefällten Arten (unter Berücksichtigung ihrer Fähigkeit zur Rekonstitution am Ende des Fällungszyklus im Zusammenhang mit Reduced Impact Logging (RIL)) die Freisetzung von bis zu 35 MgC ha-1 vermeiden kann. Diese Schätzungen könnten erreicht werden, wenn eine Kombination von Politik und Maßnahmen erfolgt, die die Überwachung der Waldentwicklung nach dem Einschlag beinhaltet.
Allometrische Gleichungen
- Mit nur dem Durchmesser als Eingangsgröße schätzt das artenübergreifende Regressionsmodell die oberirdische Biomasse des untersuchten Ortes mit einem mittleren Fehler von 7,4%. Hinzufügung von Höhe oder Holzdichte trug nicht wesentlich zur Verbesserung der Schätzungen bei. Mit den drei Variablen zusammen verbesserte sich die Genauigkeit auf einen mittleren Fehler von 3,4%. Für allgemeine allometrische Gleichungen war die Baumhöhe eine gute Prädiktor-Variable. Die beste pan-feucht-tropische Gleichung erhielt man, wenn die drei Variablen hinzugefügt wurden, gefolgt durch jene, die Durchmesser und Höhe umfasste. Diese Studie liefert Höhen-Durchmesser-Beziehungen und Holz dichten von 31 Arten. Die pan-feucht-tropische Gleichung durch Chave et al. (2005) schätzt die gesamte oberirdische Biomasse von verschiedenen Standorte mit einem mittleren Fehler von 20,3%, gefolgt von den in der vorliegenden Studie entwickelten Gleichungen mit einem mittleren Fehler von 29,5%.
Biomasse, Kohle, NPP
- Die Kohlenstoff-Biomasse betrug im Durchschnitt 264 mg ha-1. Diese Schätzung beinhaltet oberirdischen Kohlenstoff und Kohlenstoff und wurzel-organischen Kohlenstoff des Bodens bis zu 30 cm Tiefe. Dieser Wert variiert von 231 Mg ha-1 an Kohlenstoff in Agroforstwäldern bis zu 283 Mg ha-1 an Kohlenstoff in bewirtschafteten Wäldern und bis zu 278 Mg ha-1 an Kohlenstoff in einem Nationalpark. Die Kohlenstoff-NPP variierte pro Jahr von 2542 kg ha-1 in Agroforstwäldern bis zu 2787 kg ha-1 in bewirtschafteten Wäldern und bis zu 2849 kg ha-1 Jahr-1 im Nationalpark. Unsere NPP Werte beinhalten keine Fein-Streu, Kohlenstoffverluste durch Verbraucher und Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen.
Wir glauben, dass unsere Studie nicht nur die entsprechenden Schätzungen von Biomasse, Kohlenstoff-Pools und NPP liefert, sondern auch eine geeignete Methode darstellt, um für diese Komponenten und die damit verbundene Unsicherheiten generell Schätzungen zu liefern.
“Representation Reconsidered: Ethnic Politics and Africa ’s Governance Institutions in Comparative Perspective”: Workshop, July 23 to August 6, 2011 Candidate: Mr. Etienne Le Grand NANA CHIADJEU
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