Cyclical succession in semi-arid savannas revealed with a spatial simulation model

Meyer, Katrin M.

Patch-dynamics is a new scale-explicit mechanism explaining the coexistence between woody species and grasses in savannas including asynchronous cyclical successions at the patch-scale. In this dissertation, I developed, implemented, validated, and analysed the spatially-explicit individual-based simulation model SATCHMO for a semi-arid savanna patch to investigate whether cyclical succession emerge from a realistic parameterization to support the applicability of patch-dynamics to savannas. Model analyses revealed significant shrub cycles at a period of 33 years that were driven by precipitation and not by fire. I suggest that shrub cycles occur in three phases which is very well supported by field data from the study site in South Africa and model results. In the patch-dynamic context, the ecological-economic problem of shrub encroachment is a natural, transient phase in the cycle, so that large-scale rotational schemes are an appropriate option for livestock management. -

Patch-dynamics ist ein neuer, skalenexpliziter Mechanismus zur Erklärung der Koexistenz von Holzpflanzen und Gräsern in Savannen, bei dem in mosaikartigen Patchen jeweils zyklische Sukzessionen asynchron ablaufen. In dieser Dissertation wurde das räumlich-explizite, individuenbasierte Simulationsmodell SATCHMO für einen semi-ariden Savannenpatch entwickelt, implementiert, mit eigens aufgenommenen Felddaten aus Südafrika validiert und analysiert, um herauszufinden, ob bei einer realitätsnahen Parametrisierung zyklische Sukzessionen aus dem Modell hervorgehen, um die Anwendbarkeit von Patch-dynamics auf Savannen zu untermauern. Die Modellanalyse ergab signifikante Strauchzyklen mit einer Periode von 33 Jahren, die von Bodenfeuchte und nicht von Feuerdynamik getrieben werden. Es wird vorgeschlagen, dass die Zyklen in drei Phasen ablaufen, die gut durch die Modell- und Felddatenergebnisse belegt sind. Das ökologisch-ökonomische Problem der Verbuschung ist in diesem Zusammenhang eine natürliche, vorübergehende Phase in den Zyklen, dem mit groß-skaligen Rotationsweiden beigekommen werden kann.

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Meyer, Katrin M.: Cyclical succession in semi-arid savannas revealed with a spatial simulation model. 2006.

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