Integrated desertification assessment in Southern Mongolia

Abstract

The Bulgan soum in southern Mongolia is a part of the Gobi Three Beauty National Park. The territory is composed of arid and semi-arid desert, encompassing 720 000 ha. A desertification threat, which was virtually unknown for many years, has become a serious environmental problem in the last 20 years. Climatic variations, low variable rainfall, and dust storms overlaid by unsustainable human land-use practices, primarily poorly managed livestock grazing, are contributing to accelerated desertification.<br /> The primary objective of this study is to assess desertification based on soil, vegetation, climate and socio-economic indicators including modified soil adjusted vegetation index (MSAVI), topsoil grain size index (GSI), shrinkage of groundwater sources, and extent of sand movement. Those were directly derived from Landsat MSS, TM, and ETM remote sensing images for the growing season months for the years of 1973, 1990, 1991, 2002 and 2005. The results show that the MSAVI is highly correlated to aboveground plant biomass and indicates a general decrease in vegetation biomass, while GSI manifests topsoil coarsening over the last 25 years. <br /> In terms of climatic indicators, the historical climate records for the Bulgan soum show warming of approximately 0.7°C over the period 1970 to 2002. Drought occurs once every 2-3 years according to the SPI and Pedi indices (with 50% probability). The frequency of dust storms in the 1987-2002 period was about twice that during the period 1970-1986. There was however, no dust haze after 1994. Plant biomass was largely controlled by low variable rainfall, by dust storms, and temperature. Climate change scenarios, based on results from time series forecasting, indicate future warming by 0.05°C per year (with 37% probability) and by 0.4 dust storm frequencies per year (with 31% probability). It results in a decline of plant biomass of 2 kg ha^-1 yr^-1 (with 26% probability) that will likely to exacerbate desertification. <br /> In terms of the socio-economy of the herders, Chi-square tests show degradation classes to be associated with wealth groups, and the greater the livestock numbers, the greater the degradation. Large family size (triggers large stock numbers), older age, former herding households and decreased livestock moves were the causes of desertification. A time trend forecasting analysis projects an increase in livestock numbers (7000 standard stock units per year), particularly goats. <br /> In general, land degradation in the study area increased from 1990 to 2005, and 94% of the area is considered to be degraded to varying degrees. The slightly degraded class covered 12%, the moderate class 44% and the severely degraded class 38% of the Bulgan soum in 2005. Sand encroachments occurred in 35% of the landscape, which have increased by 19% since 1973. 1.7% of total groundwater bodies in 1973 completely disappeared in 2005. Furthermore, the area affected by desertification has increased; the rate of desertification has also accelerated from 1% in the 1990s to 2% in 2005.

<strong>Integrierte Untersuchungen zur Desertifikation in der südlichen Mongolei</strong><br /> Das Gebiet "Bulgan soum" im Süden der Mongolei ist Teil des "Gobi Three Beauty National Park". Es besteht aus ariden und semi-ariden Wüstenbereichen mit einer Fläche von 720 000 ha. In den letzten 20 Jahren ist die Bedrohung durch Desertifikation, früher so gut wie unbekannt, zu einem ernsthaften Umweltproblem geworden. Klimaschwankungen, geringe und stark variierende Niederschläge sowie Staubstürme zusammen mit einer nicht nachhaltigen Landnutzung, hauptsächlich Überweidung, tragen zu der beschleunigten Desertifikation bei.<br /> Das Hauptziel dieser Studie ist die Bewertung der Desertifikation auf der Grundlage von Boden-, Vegetations-, Klima- und sozioökonomischen Indikatoren einschließlich des "modified soil adjusted vegetation index (MSAVI), Korngrößenindex des Oberbodens (topsoil grain size index (GSI), Abnahme der Grundwasserressourcen und Ausmaß der Sandbewegung. Diese wurden aus Landsat MSS, TM und ETM Satellitenaufnahmen für die Vegetationsperioden der Jahre 1973, 1990, 1991, 2002 und 2005 entnommen. Die Ergebnisse zeigen, dass MSAVI mit der überirdischen Pflanzenbiomasse stark korreliert und auf eine allgemeine Abnahme der Biomasse hinweist, während der GSI eine Zunahme der gröberen Sandfraktionen während der letzten 25 Jahre deutlich macht. <br /> Hinsichtlich klimatischer Indikatoren zeigen die historischen Klimaaufzeichnungen für den Bulgan soum eine Erwärmung von ca. 0.7°C zwischen 1970 und 2002. Die SPI- und Pedi-Indizes weisen auf eine Dürre alle 2 bis 3 Jahre hin (mit 50% Wahrscheinlichkeit). Staubstürme traten 1987 bis 2002 fast doppelt so häufig auf wie im Zeitraum 1970 bis 1986. Nach 1994 gab es jedoch keine Staubdunstereignisse. Pflanzenbiomasse wurde hauptsächlich durch niedrige und variierende Niederschläge, Staubstürme und Temperaturen beeinflusst. Klimawandelszenarien auf der Grundlage von Zeitreihenanalysen prognostizieren eine zukünftige Erwärmung um 0.05°C pro Jahr (mit 37% Wahrscheinlichkeit), sowie eine Zunahme der Staubstürme um 0.4 Sturm pro Jahr (mit 31% Wahrscheinlichkeit), werden zu einer Abnahme der Biomasse um 2 kg ha^-1 Jahr^-1 (mit 26% Wahrscheinlichkeit) führen und damit voraussichtlich die Desertifikation beschleunigen. <br /> Bezogen auf die sozioökonomische Situation der Hirten zeigen die Chi-square test, dass die Degradationsklassen mit Wohlstand korrelieren und, dass je größer die Herden, desto größer die Degradation. Große Familien (= große Herden), höheres Alter, ehemalige Nomaden-Haushalte und geringere Anzahl von Herdenbewegungen führten zu Desertifikation. Zeitreihenanalysen sagen eine Zunahme der Viehzahlen (7000 "standard stock units" pro Jahr), insbesondere von Ziegen, voraus.<br /> Die Landdegradation im Untersuchungsraum nahm von 1990 bis 2005 zu, wobei 94% des Gebietes unterschiedlich stark degradiert ist. In 2005 nahmen gering degradierte Bereiche 12%, mäßig degradierte 44% und stark degradierte 38% des Bulgan soum ein. Starkes Vordringen von Sand konnte verzeichnet werden, der 35% der Landschaft bedeckt und um 19% seit 1973 zugenommen hatte. Eine Abnahme des Grundwassers um 1.7% der Grundwassermenge von 1973 wurde verzeichnet. Außerdem hat das durch Desertifikation betroffene Gebiet an Größe zugenommen und auch die Desertifikationsrate hat sich von 1% in den 1990er Jahren auf 2% in 2005 erhöht.