Published February 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Effects of livestock and wildlife grazing intensity on soil carbon dioxide flux in the savanna grassland of Kenya

Creators

  • 1. University of Kabianga
  • 2. University of Helsinki
  • 3. Lund University
  • 4. International Livestock Research Institute
  • 5. Agroscope

Description

Although grazing is the primary land use in the savanna lowland of southern Kenya, the effects of grazing on soil carbon dioxide flux (RS) remain unclear. A 12-month study was conducted from January to December 2020 on the effects of six grazing intensities sites (overgrazed (OG), heavily grazed (HG), moderately grazed (MG), moderately to lightly grazed (M-LG), lightly grazed (LG) and no grazing (NG)) on RS on. A camera trap was used to monitor the total number of animals at each site, indicating the grazing intensity. Weekly measurements of RS were taken using static greenhouse gas chambers along with simultaneous measurements of soil temperature (TS) and volumetric soil water content (WS) (depth of 5 cm). Mean RS at HG, MG, M-LG and LG sites was approximately 15–25% higher than at NG and OG sites (p < 0.001). Mean WS increased with decrease in grazing especially in the dry season, while TS increased with increase in grazing. We observed bimodal temporal variation in RS and WS due to two wet seasons in the year. Thus, variation in RS across the study period followed the changes in WS rather than those in TS. Mean values of RS in the wet seasons were significantly higher (> 45%) than those in the dry seasons, and WS accounted for 71% of the temporal variability in RS (p < 0.05). In addition, the enhanced vegetation index (EVI, interpreted as a proxy for vegetation cover) explained 60% of the variance of RS, and WS and EVI together explained 75%. EVI showed a negative relationship (p < 0.05) with animal intensity, indicating that more grazing reduced vegetation cover and, consequently, soil organic carbon and biomass. Soil bulk density was lower at less grazed sites. While RS variability was unaffected by total nitrogen content, pH, and texture, correspondence analysis demonstrated that the main factors influencing RS dynamics across the year under different grazing intensities were WS and vegetation cover. Our results contribute to closing the existing knowledge gap regarding the effects of grazing intensity on RS in East Africa savannas. Therefore, this information is of great importance in understanding carbon cycling in savanna grassland, as well as the identification of the potential consequences of increasing land pressure caused by rising livestock numbers, and will assist in the development of climate-smart livestock management in East Africa.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

على الرغم من أن الرعي هو الاستخدام الأساسي للأراضي في الأراضي المنخفضة في السافانا في جنوب كينيا، إلا أن آثار الرعي على تدفق ثاني أكسيد الكربون في التربة (RS) لا تزال غير واضحة. أجريت دراسة لمدة 12 شهرًا من يناير إلى ديسمبر 2020 حول آثار ستة مواقع كثافة الرعي (الرعي الجائر (OG)، والرعي الكثيف (HG)، والرعي المعتدل (MG)، والرعي المعتدل إلى الخفيف (M - LG)، والرعي الخفيف (LG) وعدم الرعي (NG)) على RS on. تم استخدام مصيدة كاميرا لمراقبة العدد الإجمالي للحيوانات في كل موقع، مما يشير إلى كثافة الرعي. تم أخذ القياسات الأسبوعية لـ RS باستخدام غرف غازات الدفيئة الثابتة جنبًا إلى جنب مع القياسات المتزامنة لدرجة حرارة التربة (TS) ومحتوى مياه التربة الحجمي (WS) (عمق 5 سم). كان متوسط RS في مواقع HG و MG و M - LG و LG أعلى بنسبة 15-25 ٪ تقريبًا من مواقع NG و OG (p < 0.001). زاد متوسط مساحة العمل مع انخفاض الرعي خاصة في موسم الجفاف، بينما زاد متوسط مساحة العمل مع زيادة الرعي. لاحظنا تباينًا زمنيًا ثنائي النمط في RS و WS بسبب موسمين ممطرين في السنة. وبالتالي، تبع التباين في RS خلال فترة الدراسة التغييرات في WS بدلاً من تلك الموجودة في TS. كانت قيم متوسط RS في المواسم الممطرة أعلى بكثير (> 45 ٪) من تلك الموجودة في المواسم الجافة، وشكلت WS 71 ٪ من التباين الزمني في RS (p < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، أوضح مؤشر الغطاء النباتي المعزز (مؤشر الغطاء النباتي المعزز، الذي يفسر على أنه بديل للغطاء النباتي) 60 ٪ من التباين في RS، وأوضح WS و EVI معًا 75 ٪. أظهر مؤشر الضعف الاقتصادي علاقة سلبية (p < 0.05) مع كثافة الحيوانات، مما يشير إلى أن المزيد من الرعي قلل من الغطاء النباتي، وبالتالي الكربون العضوي في التربة والكتلة الحيوية. كانت الكثافة السائبة للتربة أقل في المواقع الأقل رعيًا. في حين أن تقلب RS لم يتأثر بمحتوى النيتروجين الإجمالي ودرجة الحموضة والملمس، أظهر تحليل المراسلات أن العوامل الرئيسية التي تؤثر على ديناميكيات RS على مدار العام في ظل كثافة الرعي المختلفة كانت WS والغطاء النباتي. تساهم نتائجنا في سد الفجوة المعرفية الحالية فيما يتعلق بآثار كثافة الرعي على RS في السافانا في شرق إفريقيا. لذلك، فإن هذه المعلومات ذات أهمية كبيرة في فهم دورة الكربون في أراضي السافانا العشبية، وكذلك تحديد العواقب المحتملة لزيادة ضغط الأراضي الناجم عن ارتفاع أعداد الماشية، وستساعد في تطوير إدارة المواشي الذكية مناخياً في شرق إفريقيا.

Translated Description (French)

Bien que le pâturage soit la principale utilisation des terres dans les plaines de la savane du sud du Kenya, les effets du pâturage sur le flux de dioxyde de carbone (RS) du sol restent incertains. Une étude de 12 mois a été menée de janvier à décembre 2020 sur les effets de six sites d'intensité de pâturage (surpâturé (OG), fortement pâturé (HG), modérément pâturé (MG), modérément à légèrement pâturé (M-LG), légèrement pâturé (LG) et pas de pâturage (NG)) sur la RS. Un piège photographique a été utilisé pour surveiller le nombre total d'animaux sur chaque site, indiquant l'intensité du pâturage. Des mesures hebdomadaires de RS ont été prises à l'aide de chambres à gaz à effet de serre statiques ainsi que des mesures simultanées de la température du sol (TS) et de la teneur volumétrique en eau du sol (WS) (profondeur de 5 cm). La RS moyenne aux sites HG, MG, M-LG et LG était environ 15 à 25 % plus élevée qu'aux sites NG et OG (p < 0,001). Le WS moyen a augmenté avec la diminution du pâturage, en particulier pendant la saison sèche, tandis que le TS a augmenté avec l'augmentation du pâturage. Nous avons observé une variation temporelle bimodale de la RS et de la WS due à deux saisons humides dans l'année. Ainsi, la variation de la RS au cours de la période d'étude a suivi les changements de WS plutôt que ceux de TS. Les valeurs moyennes de RS dans les saisons humides étaient significativement plus élevées (> 45%) que celles des saisons sèches, et WS représentait 71% de la variabilité temporelle de RS (p < 0,05). En outre, l'indice de végétation amélioré (EVI, interprété comme une approximation de la couverture végétale) expliquait 60% de la variance de RS, et WS et EVI expliquaient ensemble 75%. EVI a montré une relation négative (p < 0,05) avec l'intensité animale, indiquant que plus de pâturage réduisait la couverture végétale et, par conséquent, le carbone organique et la biomasse du sol. La densité apparente du sol était plus faible dans les sites moins pâturés. Bien que la variabilité de la SR n'ait pas été affectée par la teneur totale en azote, le pH et la texture, l'analyse de la correspondance a démontré que les principaux facteurs influençant la dynamique de la SR tout au long de l'année sous différentes intensités de pâturage étaient le WS et la couverture végétale. Nos résultats contribuent à combler le déficit de connaissances existant concernant les effets de l'intensité du pâturage sur la SR dans les savanes d'Afrique de l'Est. Par conséquent, ces informations sont d'une grande importance pour comprendre le cycle du carbone dans les prairies de savane, ainsi que pour identifier les conséquences potentielles de la pression croissante sur les terres causée par l'augmentation du nombre d'animaux d'élevage, et aideront au développement d'une gestion intelligente du bétail face au climat en Afrique de l'Est.

Translated Description (Spanish)

Aunque el pastoreo es el principal uso de la tierra en las tierras bajas de la sabana del sur de Kenia, los efectos del pastoreo en el flujo de dióxido de carbono (RS) del suelo siguen sin estar claros. Se realizó un estudio de 12 meses de enero a diciembre de 2020 sobre los efectos de seis sitios de intensidades de pastoreo (sobrepastoreados (OG), muy pastoreados (HG), moderadamente pastoreados (MG), moderadamente a ligeramente pastoreados (M-LG), ligeramente pastoreados (LG) y sin pastoreo (NG)) en RS on. Se utilizó una cámara trampa para monitorear el número total de animales en cada sitio, indicando la intensidad del pastoreo. Las mediciones semanales de RS se tomaron utilizando cámaras estáticas de gases de efecto invernadero junto con mediciones simultáneas de la temperatura del suelo (TS) y el contenido volumétrico de agua del suelo (WS) (profundidad de 5 cm). La RS media en los sitios HG, MG, M-LG y LG fue aproximadamente 15–25% más alta que en los sitios NG y OG (p < 0.001). El WS medio aumentó con la disminución del pastoreo, especialmente en la estación seca, mientras que el TS aumentó con el aumento del pastoreo. Observamos una variación temporal bimodal en RS y WS debido a dos estaciones húmedas en el año. Por lo tanto, la variación en RS a lo largo del período de estudio siguió los cambios en WS en lugar de los de TS. Los valores medios de RS en las estaciones húmedas fueron significativamente más altos (> 45%) que los de las estaciones secas, y WS representó el 71% de la variabilidad temporal en RS (p < 0.05). Además, el índice de vegetación mejorado (EVI, interpretado como un indicador de la cobertura vegetal) explicó el 60% de la varianza de RS, y WS y EVI juntos explicaron el 75%. EVI mostró una relación negativa (p < 0.05) con la intensidad animal, lo que indica que más pastoreo redujo la cobertura vegetal y, en consecuencia, el carbono orgánico y la biomasa del suelo. La densidad aparente del suelo fue menor en los sitios menos pastoreados. Si bien la variabilidad de RS no se vio afectada por el contenido total de nitrógeno, el pH y la textura, el análisis de correspondencia demostró que los principales factores que influyen en la dinámica de RS a lo largo del año bajo diferentes intensidades de pastoreo fueron WS y la cobertura vegetal. Nuestros resultados contribuyen a cerrar la brecha de conocimiento existente con respecto a los efectos de la intensidad del pastoreo en la RS en las sabanas de África Oriental. Por lo tanto, esta información es de gran importancia para comprender el ciclo del carbono en los pastizales de sabana, así como para identificar las posibles consecuencias del aumento de la presión sobre la tierra causada por el aumento del número de ganado, y ayudará al desarrollo de una gestión ganadera climáticamente inteligente en África Oriental.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آثار كثافة رعي الماشية والحياة البرية على تدفق ثاني أكسيد الكربون في التربة في مراعي السافانا في كينيا
Translated title (French)
Effets de l'intensité du pâturage du bétail et de la faune sur le flux de dioxyde de carbone du sol dans les prairies de savane du Kenya
Translated title (Spanish)
Efectos de la intensidad del pastoreo de ganado y vida silvestre en el flujo de dióxido de carbono del suelo en los pastizales de sabana de Kenia

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3210278663
DOI
10.1016/j.agee.2021.107713

Is supplement to
https://openalex.org/W2392859548 (Other)
https://openalex.org/W2390860443 (Other)
https://openalex.org/W2390549222 (Other)
https://openalex.org/W2388583746 (Other)
https://openalex.org/W2383584122 (Other)
https://openalex.org/W2377244945 (Other)
https://openalex.org/W2376767022 (Other)
https://openalex.org/W2370363411 (Other)
https://openalex.org/W2356977795 (Other)
https://openalex.org/W1569360120 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1595196063
  • https://openalex.org/W1672486563
  • https://openalex.org/W1951724000
  • https://openalex.org/W1967932938
  • https://openalex.org/W1969546960
  • https://openalex.org/W1969764600
  • https://openalex.org/W1979657862
  • https://openalex.org/W1980776645
  • https://openalex.org/W1983961849
  • https://openalex.org/W1993647979
  • https://openalex.org/W1994225147
  • https://openalex.org/W1996304443
  • https://openalex.org/W1998735468
  • https://openalex.org/W2003253333
  • https://openalex.org/W2008613188
  • https://openalex.org/W2010395498
  • https://openalex.org/W2020340039
  • https://openalex.org/W2025446498
  • https://openalex.org/W2029964679
  • https://openalex.org/W2038936642
  • https://openalex.org/W2045078541
  • https://openalex.org/W2047322739
  • https://openalex.org/W2047757331
  • https://openalex.org/W2048785443
  • https://openalex.org/W2051804317
  • https://openalex.org/W2058237122
  • https://openalex.org/W2058663237
  • https://openalex.org/W2062366736
  • https://openalex.org/W2064344827
  • https://openalex.org/W2070266175
  • https://openalex.org/W2070278716
  • https://openalex.org/W2083857556
  • https://openalex.org/W2085382913
  • https://openalex.org/W2085818709
  • https://openalex.org/W2089940084
  • https://openalex.org/W2090658129
  • https://openalex.org/W2098455129
  • https://openalex.org/W2098938642
  • https://openalex.org/W2099962247
  • https://openalex.org/W2100494349
  • https://openalex.org/W2101153226
  • https://openalex.org/W2113410727
  • https://openalex.org/W2122324456
  • https://openalex.org/W2125103457
  • https://openalex.org/W2130838526
  • https://openalex.org/W2140937955
  • https://openalex.org/W2151570696
  • https://openalex.org/W2154047482
  • https://openalex.org/W2171946804
  • https://openalex.org/W2179568719
  • https://openalex.org/W2262289928
  • https://openalex.org/W2386149061
  • https://openalex.org/W2744662392
  • https://openalex.org/W2767465546
  • https://openalex.org/W2792769188
  • https://openalex.org/W2795397536
  • https://openalex.org/W2807011459
  • https://openalex.org/W2883907336
  • https://openalex.org/W2905265363
  • https://openalex.org/W2908689117
  • https://openalex.org/W2910413949
  • https://openalex.org/W2946787425
  • https://openalex.org/W2948248970
  • https://openalex.org/W2982227116
  • https://openalex.org/W2989826920
  • https://openalex.org/W2994142798
  • https://openalex.org/W3086442068
  • https://openalex.org/W3092538606
  • https://openalex.org/W3094922727
  • https://openalex.org/W3164992604
  • https://openalex.org/W4247677532