Applications of Remote Sensing and Geographic Information System techniques for desertification and land degradation monitoring and assessment in the Tillabéry landscape (Niger)

Abstract

The Sahel region had a moderately good vegetation cover but presently, the land-scape is experiencing serious degradation. Research carried out in the field of desertification has not contributed to reducing or reversing these impacts. The spatio-temporal dynamics and intensities of desertification over 34 years were investigated. As such, the objective of this thesis is to investigate and monitor land degradation and desertification processes by using Remote Sensing, Geoinformatics and Geographic Information System techniques, in combination with landscape metrics and soil erosion models in the Tillabéry landscape. The evaluations of land use / land cover were carried out by classifying from one Landsat Multispectral Scanner (1973-09-30), one Landsat Enhanced Thematic Mapper plus (2001-09-18) and two Landsat TM images (1989-09-29 and 2007-09-27). The results of these classifications revealed an increasing trend in desertification throughout the study period.

This study also brings into perspective the usefulness of landscape structure analysis within the context of desertification process analysis. A set of indices were selected to investigate multitemporal change in the Tillabéry landscape. These indices revealed an increase in the percentage of bare areas and also a decrease in shrub areas. The results show further that the Tillabéry landscape has a large number of patches with smaller patch sizes, indicating, that the original landscape has been converted gradually into bare area and the land degradation in the region is an acute problem.

In a bid to further understand the trend and status of desertification in the Tillabéry landscape, a desertified index was developed and dynamic soil erosion models-RUSLE and USPED were applied. In this way, the most sensitive areas and trends to the desertification processes were identified. The RUSLE and USPED models depict a rational evolution of soil loss distribution during the study period. Both soil erosion scenarios output show greater soil erosion in 2070 in the study area. The results suggest that human disturbance and topographic factors led to an increase in the affected areas. However, considerable improvements in sustainable land use systems in the study area need to be developed in order to decrease the amount, direction, velocity, fragmentation, irregularity of patches and loss of biodiversity in the future.

Die Sahelregion verfügt über eine wenig dichte bis spärliche Vegetationsbedeckung, die momentan eine schwerwiegende Desertifikation erfährt. Die Untersuchungen, in dem von Desertifikation geprägten Gebiet, haben bisher leider nicht zu einer Reduzierung oder Umkehrung dieser Entwicklung beigetragen. Die raum-zeitliche-Dynamik sowie die Intensität der Desertifikation wurden innerhalb dieser Arbeit über einen Zeitraum von 34 Jahren erforscht. Dabei wurden zur Analyse und Beobachtung des Degradations - und Desertifikationsprozesses Methoden der Fernerkundung sowie der Geoinformatik (Geographische Informationssysteme – GIS) in Kombination mit Landschaftsstrukturanalysen und einer Bodenprobennahme in der Tillabéry Region durchgeführt.

Die Evaluation von Landnutzung und Landbedeckung wurde durch die Klassifizie-rung von Satellitenbildern/Luftbildern von Landsat Multispectral Scannern (1973-09-30) und Landsat Enhanced Thematik Mapper (2001-09-18) sowie zweier Landsat TM Bilder (1989-09-29 und 2007-09-27) bearbeitet. Die Ergebnisse dieser Klassifizierungen verdeutlichten während des Untersuchungs-Zeitraums einen zunehmenden Trend im Desertifikationsprozess.

Diese Arbeit verdeutlicht die Nutzbarmachung von Landschaftsstrukturen im Kontext mit der Desertifikation. Für die Untersuchung von multitemporalen Veränderungen im Tillabéry Gebiet wurden Kennzahlen definiert, anhand derer eine prozentuale Zunahme der „bare area“ und ebenso eine Zunahme der „shrub area“ festgestellt werden konnten. Weiter zeigen die Ergebnisse eine große Anzahl kleiner Landschaftszüge auf, die belegen, dass die ursprüngliche Landschaft allmählich in ein vegetationsfreies Gebiet umgewandelt wurde.

Zur Verdeutlichung der Annahme wurde eine Trendentwicklung abgeleitet und das Stadium der Desertifikation in der Tillabéry Region ermittelt sowie ein Desertifikationsindex und ein dynamischer Bodenerosionsindex (Modell RUSLE USPED) entwickelt. Auf diese Weise wurden die sensibelsten Regionen und Trends des Desertifikationsprozesses identifiziert. Das RUSLE und USPED Model beschreibt eine rationale Entwicklung der Verteilung des Bodenverlustes während des Untersuchungszeitraums. Beide Bodenerosionsszenarien weisen bis 2070 weitere größere Bodenerosion aus. Diese Ergebnisse beweisen, dass menschliche Zerstörung und topographische Faktoren in nachhaltigen Landnutzungssystemen zur Ausweitung der Problemregionen führen. Daraus leitet sich die Notwendigkeit von Überlegungen zur Entwicklung nachhaltiger Landnutzungssysteme ab, die dem Verlust von Biodiversität in der Untersuchungsregion sowie die Desertifikation in Menge, Richtung, Geschwindigkeit, Fragmentierung und in der Unregelmäßigkeit ihrer Verteilung verringern.