Selective Logging in Tropical Forests - ETH E

DISS. ETH NO: 22455
Selective Logging in Tropical Forests:
an Evidence-based Approach for Better Forest Management
A thesis submitted to attain the degree of
Doctor of Sciences of ETH Zurich
(Dr. sc. ETH Zurich)
presented by
Zuzana Buřivalová
Master of Science, University of Geneva
born on 03.03.1987
Citizen of the Czech Republic
Accepted on the recommendation of
Prof. Lian Pin Koh, examiner
Prof. Jaboury Ghazoul, co-examiner
Dr. Owen Lewis, co-examiner
Dr. David Edwards, co-examiner
2015
Summary
Primary tropical forests are irreplaceable in terms of protecting biodiversity and providing
ecosystem services for both wildlife and humans. A main goal of tropical conservation has
been to halt or, at least slow down deforestation. While these efforts continue, conservation
biologists are turning their attention to the state of the remaining forests, most of which are
in various degrees of degradation. As such, the emphasis in biodiversity conservation might
shift from avoiding deforestation to preventing further forest degradation.
In comparison with deforestation, the process of forest degradation has received less research and conservation attention, due in part to difficulties in defining and detecting degradation. Forest degradation has multiple causes, including fuel wood collection, understory
fires, non-timber forest product collection, or slash-and-burn agriculture; however, the single
most important cause of tropical forest degradation worldwide is selective logging.
Yet, the impacts of logging on biodiversity remain unclear, for two main reasons. First,
local biodiversity changes due to selective logging are poorly understood, due to the seemingly inconsistent results of case studies: about as many studies have reported increases and
decreases in biodiversity following selective logging. Second, there is currently no globally
consistent monitoring system for selective logging, or forest degradation in general.
This thesis is motivated by research questions that are crucial for advancing our understanding of the biodiversity impacts and extent of selective logging. As I explain in the
General Introduction, this is fundamental for the development of more biodiversity-friendly
logging practices that would reduce forest degradation.
In the Second Chapter, through a meta-analysis, I examine what aspects of logging operations affect the diversity of forest fauna across different parts of the tropics. I show that
the species richness of invertebrates, amphibians, and mammals decreases as logging intensity
increases; and this effect varies with taxonomic group and continental location. In particular,
mammals and amphibians would suffer a halving of species richness at logging intensities of 38
m3 ha−1 and 63 m3 ha−1 , respectively. I demonstrate that selective logging should be treated
as a gradient, rather than as a single land use category.
In the Third Chapter, I build a model to predict the responses of individual bird species
to selective logging based on key intrinsic (e.g. species traits) and extrinsic (e.g. logging
intensity) factors. Using ∼4,000 responses of ∼1,000 bird species, I find that frugivores
and insectivores are particularly sensitive to selective logging, and tend to further decline
in abundance for several decades after logging ceases. Nectarivores and omnivores are less
sensitive to selective logging, and tend to increase in abundance in the first few decades after
logging. I demonstrate the use of this model by predicting the response of the most threatened
bird species for Indonesia, the Democratic Republic of Congo, and Brazil.
In the Fourth Chapter, I examine whether a freely available, global dataset of forest cover
change can be used as a cost-effective tool for quantifying the extent of forest degradation,
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SUMMARY
including illegal selective logging, in remote regions. In a case study from Masoala National
Park, Madagascar, I compare the performance of a global data set to a locally calibrated,
object-oriented classification that I develop. Through a GIS analysis and substantial ground
truthing, I find that whereas the global dataset performs relatively well in detecting forest
degradation through small-scale agriculture and landslides, it severely underestimates forest
degradation through selective logging. I use the global and local data sets to estimate the
current rate of forest degradation for Masoala National Park.
The research presented in this thesis is aimed to contribute towards evidence-based conservation, by providing quantitative estimates of the impacts and spatial extent of selective
logging: In Chapter Two I identify biodiversity-friendly thresholds of logging intensity, in
Chapter Three I provide forest managers with a model for predicting the response of individual species to logging, and in Chapter Four I assess to what extent global datasets are usable
in practice by local conservation projects.
Résumé
Les forêts tropicales primaires sont irremplaçables tant pour la protection de la biodiversité
que pour la fourniture de services écosystémiques. L’un des buts principaux de la conservation
des forêts tropicales est de ralentir, voir d’arrêter la déforestation. Tandis que ces efforts
continuent, les biologistes de la conservation dirigent leur attention vers l’état des forêts
restantes, la majorité desquelles est dans un état variable de dégradation. Ainsi, la priorité
en matière de conservation de la biodiversité pourrait évoluer de la lutte contre la déforestation
vers la prévention d’une dégradation plus avancée.
En comparaison avec la déforestation, le processus de dégradation a reçu beaucoup moins
d’attention de la part des chercheurs ainsi que des praticiens de la conservation. La dégradation
forestière peut être causée par la collecte de bois de chauffage, par les feux dans le sous-bois, ou
par l’agriculture sur brûlis à petite échelle. Néanmoins, la cause principale de la dégradation
des forêts tropicales à l’échelle mondiale est l’abattage sélectif du bois.
Pourtant, les conséquences de l’abattage sélectif du bois sur la biodiversité restent à
éclaircir, et cela pour deux raisons principales. Premièrement, les changements locaux de
biodiversité suite à l’abattage sélectif sont peu compris, en partie à cause des résultats inconsistants des études de cas. Deuxièmement, il n’existe actuellement aucun système mondial de
suivit de l’exploitation forestière sélective ou de la dégradation forestière en générale.
Cette thèse est motivée par des questions de recherche essentielles pour l’avancement de
notre compréhension des impacts de l’abattage sélectif du bois sur la biodiversité. Dans
l’Introduction Générale, j’explique comment ceci est fondamental pour le développement de
pratiques d’abattage plus respectueuses de la biodiversité.
Dans le deuxième chapitre, par le biais d’une méta-analyse, je recherche quels sont les aspects des opérations d’abattage sélectif qui influencent le plus la diversité de la faune forestière
à travers différentes régions tropicales. Je montre que la richesse spécifique des invertébrés,
des batraciens et des mammifères diminue lorsque l’intensité de l’abattage augmente. Cet
effet est différent pour chaque groupe taxonomique et pour chaque continent. En particulier,
la richesse des mammifères et des batraciens serait réduite de moitié lorsque l’intensité de
l’abattage atteint 38 m3 ha−1 et 63 m3 ha−1 , respectivement.
Dans le troisième chapitre, je construis un modèle afin de prédire les réponses individuelles d’espèces d’oiseaux à l’abattage sélectif de bois. Ce modèle est basé sur des facteurs
clés intrinsèques (par exemple les traits des espèces) et extrinsèques (par exemple l’intensité
de l’abattage). En utilisant environs 4,000 réponses d’environ 1,000 espèces d’oiseaux, je
trouve que les espèces avec une alimentation basée sur les fruits ou les invertébrés sont particulièrement sensibles à l’abattage sélectif de bois, et ont tendance à décliner d’avantage
pendant plusieurs décennies après la fin de l’exploitation du bois. Je démontre l’utilité de ce
modèle en prédisant la réponse des oiseaux les plus en danger en Indonésie, en République
Démocratique du Congo et au Brésil.
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RÉSUMÉ
Dans le quatrième chapitre, j’examine la capacité des données mondiales sur les changements de couvert forestier à détecter la dégradation forestière, y compris due à l’abattage
illégale de bois dans des régions isolées. Par une analyse SIG et une vérification substantielle
sur le terrain, j’établis que même si les données mondiales performent assez bien dans la
détection de l’agriculture sur brûlis à petite échelle, elles ne permettent pas une détection
adéquate de l’exploitation de bois sélective.
La recherche présentée dans cette thèse a pour but de contribuer à la conservation fondée
sur des données factuelles, en fournissant des évaluations quantitatives des impacts et de
l’étendue spatiale de la dégradation forestière due à l’abattage sélectif de bois: dans le
deuxième chapitre, j’identifie des seuils d’intensité d’abattage de bois respectueuse de la biodiversité, dans le troisième chapitre je fournie aux gestionnaires de forêt un outil de prédiction
des réponses individuelles des espèces à l’abattage sélectif, et dans le quatrième chapitre
j’évalue dans quelle mesure il est possible d’utiliser des données mondiales pour des projets
de conservation locale.