© Jose Elvire Djiongo Boukeng, 2021
Dynamique et services des écosystèmes agroforestiers
autour d’une aire protégée du Cameroun
Thèse
Jose Elvire Djiongo Boukeng
Doctorat en sciences forestières
Philosophiæ doctor (Ph. D.)
Dynamique et services
des écosystèmes agroforestiers
autour d’une aire protégée du Cameroun
Thèse
José Elvire Djiongo Boukeng
Sous la direction de :
Damase Khasa, directeur de recherche
ii
Résumé
L’agroforesterie est un système dynamique d'aménagement écologique des ressources naturelles renouvelables pour la conservation de la biodiversité aussi bien dans les régions tropicales que tempérées. En plus d’assurer une connectivité entre les aires protégées et les zones habitées, elle pourrait fournir des services écosystémiques et réduire la pression sur les ressources forestières. La présente étude a été menée au Parc National de Bouba Ndjidda (PNBN) et sa périphérie, dans la zone soudano-sahélienne du Cameroun, en Afrique Centrale. L’étude avait pour objectifs : i) d'analyser la dynamique spatio-temporelle d’occupation du sol du PNBN ainsi que les facteurs déterminants des changements; ii) de déterminer les caractéristiques structurales ainsi que les usages des espèces ligneuses des systèmes agroforestiers (SAF); et iii) d'évaluer les stocks de carbone dans les SAF autour du PNBN. À partir des images satellitaires de 1990, 1999 et 2016, les cartes d’occupation du sol ont été réalisées suivant la méthode de classification supervisée par maximum de vraisemblance. Le travail de terrain, associé aux données socio-économiques, a été réalisé en vue de valider les différentes classes d’occupation du sol. Un inventaire total des espèces ligneuses dans les SAF a ensuite été effectué et les données dendrométriques et ethnobotaniques collectées. Enfin, les mesures de stock de carbone ont été réalisés au niveau de la biomasse aérienne, la biomasse souterraine et le sol. Pour le carbone du sol, les échantillons de sol ont été prélevés dans 37 placettes de 50 x 50 m réparties à travers 17 plantations éparses, 10 jachères, 6 jardins de case et 4 haies vives. Les indices de diversité et les mesures de stocks de carbone ont été analysées à l’aide des modèles linéaires mixtes et des tests de comparaisons multiples de Tukey-kramer, LSD ou Kruskal-Wallis lorsque nécessaire. Il ressort des principaux résultats qu’en 1990, les classes d’occupation de sol les plus importantes dans le PNBN et sa périphérie étaient la savane arborée (42,9 %), la forêt galerie (20,2 %) et la forêt claire (16,3 %). Entre 1990 et 2016, on observe une augmentation de superficie des champs de 2,2 à 6,3 % au détriment des autres types d’occupation des sols. Au moment de l’étude, ces champs autour du PNBN étaient constitués des SAF, essentiellement des plantations éparses (98 %). Les SAF autour du PNBN recèlent une
iii
richesse floristique moyenne de 50 espèces appartenant à 23 familles dont la dominante est celle des Fabaceae (62,4 %) représentée majoritairement par Acacia polyacantha. Deux espèces inscrites sur la liste rouge de l'Union Internationale pour la Conservation de la Nature (UICN) figuraient parmi les espèces ligneuses répertoriées. Il s’agit de Vitellaria paradoxa et Khaya senegalensis. Les agriculteurs utilisaient les espèces ligneuses des SAF majoritairement comme bois de chauffe (66,5 %) et source d’alimentation (63,5 %). Les stocks de carbone totaux variaient de 26,9 ± 4,9 t C/ha pour les jachères à 31,9 ± 7,7 t C/ha pour les haies vives, mais aucune différence significative n’a été trouvée entre les stocks de carbone en fonction des types de SAF. Le carbone du sol représentait en moyenne 31 à 59 % du carbone total et diminuait significativement avec la profondeur du sol (Kruskal-Wallis,
p = 0,009). En termes de paiements pour les services environnementaux, les prix de stocks
de carbone des SAF étaient évalués entre 986 et 1170$ US /ha en fonction des systèmes. Les résultats de cette thèse démontrent que la dynamique évolutive en faveur des champs agroforestiers autour des aires protégées soudano-sahéliennes contribue à la fourniture des services écosystémiques. L’étude suggère donc que de tels systèmes soient promus et intensifiés pour accroître leur capacité à fournir lesdits services pour les systèmes socio-écologiques autour des aires protégées connues pour leur forte vulnérabilité à la pression anthropique.
Mots clés
Dynamique spatio-temporelle; Parc National de Bouba Ndjidda; Systèmes agroforestiers; Stocks de carbone; Changement climatique; Cameroun.
iv
Abstract
Agroforestry is a dynamic system of ecological management of renewable natural resources for biodiversity conservation in both tropical and temperate regions. In addition to ensuring connectivity between protected areas and inhabited areas, it could provide ecosystem services and reduce pressure on forest resources. This study was conducted in and around the Bouba Ndjidda National Park (BNNP) in the Sudano-Sahelian zone of Cameroon in Central Africa. The objectives of the study were: i) to analyse the spatio-temporal dynamics of land use in the BNNP as well as the determining factors of changes; ii) to determine the structural characteristics and uses of woody species in agroforestry systems (AFS); and iii) to evaluate the carbon stocks in the AFS around the BNNP. Using satellite images from 1990, 1999 and 2016, land cover maps were produced using the maximum likelihood supervised classification method. Field validation of the different land use classes coupled with socio-economic data was carried out to corroborate the cartographic results. A total survey of woody trees in the AFS was then carried out and dendrometric and ethnobotanical data collected. Finally, carbon stock measurements were carried out at the level of above-ground biomass, underground biomass, and soil. For soil carbon, soil samples were taken from 37 plots of 50 x 50 m distributed across 17 dispersed trees on cropland, 10 fallows, 6 home gardens and 4 lives fences. Diversity indices and carbon stock measurements were analyzed using linear mixed models and Tukey or Kruskal-Wallis multiple comparison tests where necessary. The main results show that in 1990, the most important land use classes in and around the BNNP were woody savannah (42.9%), gallery forest (20.2%) and clear forest (16.3%). Between 1990 and 2016, there was an increase in fields from 2.2 to 6.3% at the expense of other types of land use. At the time of the study, these fields around the BNNP were made up of AFS, essentially dispersed trees on cropland (98%). The AFS contain an average floristic richness of 50 species belonging to 23 families, the dominant one being the Fabaceae (62.4%), mainly represented by Acacia polyacantha. Two species on the International Union for the Conservation of Nature (IUCN) Red List were among the woody species listed. These are Vitellaria paradoxa and Khaya senegalensis. Farmers used AFS
v
woody species mainly as fuel wood (66.5%) and as a source of food (63.5%). Total carbon stocks ranged from 26.9 ± 4.9 t C/ha for fallows land to 31.9 ± 7.7 t C/ha for life fences, but no significant difference was found between carbon stocks according to the types of AFS. Soil carbon averaged 31-59% of total carbon and decreased significantly with soil depth (Kruskal-Wallis test, p = 0.009). In terms of payments for environmental services, AFS carbon stock prices were estimated at between 986 and 1170 $US/ha depending on the system. The results of this thesis show that the evolutionary dynamics in favour of agroforestry fields around Sudano-Sahelian protected areas contributes to the provision of ecosystem services. The study therefore suggests that such systems should be promoted and intensified to increase their capacity to provide these services for the socio-ecological systems around protected areas known to be highly vulnerable to anthropogenic pressure.
Keywords
Spatio-temporal dynamics; Bouba Ndjidda National Park; Agroforestry systems; Carbon stocks; Climate change; Cameroon.
vi
Table des matières
Résumé ... ii
Abstract ... iv
Table des matières ... vi
Liste des figures ... x
Liste des tableaux ... xi
Liste des sigles ... xii
Liste des acronymes... xiv
Remerciements ... xvii
Avant-propos ... xx
Introduction générale ... 1
Contexte et justification ... 1
Les aires protégées comme outils de conservation ... 1
Pressions sur les aires protégées du Cameroun ... 3
Approches de conservation au Cameroun et leurs limites ... 5
Problématique ... 7
Hypothèse, objectif général et volets de la recherche ... 9
Hypothèse de recherche ... 9
Objectif général de la recherche ... 10
Chapitres ... 10
Chapitre 1 Analysis of spatio-temporal dynamics of land use in the Bouba Ndjidda National Park and its adjacent zone (North Cameroun) ... 12
1.1 Résumé ... 13
Abstract ... 14
Introduction ... 15
vii
1.4.1 Characteristics of the study area ... 16
1.4.2 Map data and digital processing of satellite images ... 17
1.4.3 Collection and analysis of socio-economic data... 20
Results ... 20
1.5.1 Land use between 1990, 1999 and 2016 at the Bouba Ndjidda National Park and its periphery ... 20
1.5.2 Change of the vegetation cover and other land use units between 1990 and 2016 ……….22
1.5.3 Matrix of land use change ... 23
1.5.4 Local perception factors of degradation of the Bouba Ndjidda National Park and its periphery ... 25
Discussion ... 30
1.6.1 Land classes and image processing ... 30
1.6.2 Dynamics of vegetation cover and explanatory factors ... 30
Conclusion ... 34
Chapitre 2 Contribution of buffer zone agroforestry systems to the conservation of tree diversity in protected areas in Sudano-Sahelian zone of Cameroon, Central Africa ... 35
2.1 Résumé ... 36
2.2 Abstract ... 37
2.3 Introduction ... 38
2.4 Materials and Methods ... 39
2.4.1 Study area ... 39
2.4.2 Data collection ... 40
2.4.3 Data analysis ... 41
viii
2.5.1 Characteristics of agroforestry systems in buffer zone ... 43
2.5.2 Woody floristic composition, diversity and structure of agroforestry systems ……….45
2.5.3 Ecological importance and International Union for Conservation of Nature species conservation status ... 49
2.5.4 Uses of trees in agroforestry systems ... 50
2.6 Discussion ... 53
2.6.1 Floristic characterization ... 53
2.6.2 Importance of agroforestry systems in conserving plant diversity in protected area peripheries ... 54
2.7 Conclusion ... 57
Chapitre 3 Stocks de carbone des systèmes agroforestiers de la zone périphérique du Parc National de Bouba Ndjidda en zone soudano-sahélienne du Cameroun, Afrique Centrale . 58 3.1 Résumé ... 59
3.2 Abstract ... 60
3.3 Introduction ... 61
3.4 Matériel et méthodes ... 64
3.4.1 Site d’étude ... 64
3.4.2 Collecte des données ... 65
3.4.3 Analyse des données ... 67
3.4.4 Analyse statistique ... 69
3.5 Résultats ... 70
3.5.1 Stocks de carbone des systèmes agroforestiers de la zone périphérique du Parc National Bouba Ndjidda ... 70
ix
3.5.2 Contribution des espèces ligneuses des systèmes agroforestiers au stockage du
carbone ……….73
3.5.3 Variation des stocks de carbone en fonction des horizons du sol et des types de systèmes agroforestiers ... 74
3.5.4 Paiements pour services environnementaux des systèmes agroforestiers ... 75
3.6 Discussion ... 76
3.7 Conclusion ... 81
3.8 Remerciements ... 82
Conclusion générale ... 83
Limites de l’étude et pistes de recherche ... 86
Recommandations ... 88
Bibliographie ... 91
Annexe 1 Photos illustrant quelques activités anthropiques contribuant à la dégradation du couvert végétal du Parc National Bouba Ndjidda ... 108
Annexe 2 Importance Value Index (IVI) and International Union for Conservation of Nature (IUCN) status of all species found in agroforestry systems around Bouba Ndjidda National Park ... 109
x
Liste des figures
Figure 1.1. Location of Bouba Ndjidda National Park and its adjacent zone. ... 17 Figure 1.2. From initial classes to final classes by merging similar themes. ... 19 Figure 1.3. Map of land use in the Bouba Ndjidda National Park and its periphery in 1990 (A), 1999 (B) and 2016 (C). ... 22 Figure 1.4. Frequency of citation of causes of degradation of the vegetation cover by populations neighboring to the Bouba Ndjidda National Park. ... 25 Figure 1.5. Change in human population of the subdivisions surrounding Bouba Ndjidda National Park between 1987 and 2016. ... 26 Figure 1.6. Interannual variation in mean rainfall of the study area from 1990 to 2016... 29 Figure 2.1. Diametric structure of the four types of agroforestry systems in the buffer zone of the Bouba Ndjidda National Park... 49 Figure 2.2. The ten species with the highest Importance Value Index in the buffer zones’ agroforestry systems of the Bouba Ndjidda National Park. ... 50 Figure 2.3. Contribution of trees and their uses to the agroforestry systems management around the Bouba Ndjidda National Park by local communities. ... 52 Figure 3.1. Stocks de carbone moyen des systèmes agroforestiers de la périphérie du Parc National de Bouba Ndjidda. ... 71 Figure 3.2. Stocks de carbone épigé et hypogé des systèmes agroforestiers de la périphérie du Parc National de Bouba Ndjidda. ... 72 Figure 3.3. Stocks de carbone des espèces dominantes des systèmes agroforestiers de la zone d’étude. ... 74 Figure 3.4. Variation des stocks de carbone du sol avec la profondeur dans les systèmes agroforestiers. ... 75
xi
Liste des tableaux
Table 1.1: Land use in the Bouba Ndjidda National Park and adjacent areas between 1990 and 2016. ... 21 Table 1.2: Changes in land use area in the Bouba Ndjidda National Park and its periphery between 1990 and 1999 and between 1999 and 2016. ... 23 Table 1.3: Matrix of land use change in the Bouba Ndjidda National Park and its periphery from 1990 to 1999 and from 1999 to 2016 (surface area in %). ... 24 Table 2.1: Characteristics of agroforestry systems around Bouba Ndjidda National Park. . 44 Table 2.2: Summary of diversity indices in agroforestry systems around Bouba Ndjidda National Park. ... 45 Table 2.3: The five dominant families in terms of Family Index Value (FIV), number of species and Importance Value Index (IVI) in the four agroforestry systems. ... 47 Table 2.4: Dendrometric characteristics of agroforestry systems around Bouba Ndjidda National Park. ... 48 Table 2.5: Cultural Importance Index and Use Value of some species around Bouba Ndjidda National Park. ... 51 Table 3.1 : Stocks de carbone, quantité de CO2 équivalent évitée et valeur financière en
xii
Liste des sigles
AFS : Agroforestry systems
AGR : Activités Génératrices de Revenues AP : Aires protégées
BNNP : Bouba Ndjidda National Park
CCNUCC : Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques CDB : Convention sur la Diversité Biologique
CII : Cultural Importance Index DTC : Dispersed trees on cropland EFG : École de Faune de Garoua GES : Gaz à effet de serre
FA : Fallows
FAO : Food and Agriculture Organization FIV : Family Importance Value
HG : Homegardens HV
IUCN
: Haies vives
: International Union for Conservation of Nature IVI : Importance Value Index
JA : Jachères JC : Jardins de case LF : Live fences
MDP : Mécanisme de Développement Propre PE : Plantations éparses
xiii
PES : Payments for Environmental Services PAs : Protected areas
PFNL : Produits forestiers non ligneux PNBN : Parc National de Bouba Ndjidda
PSE : Paiements pour services environnementaux
UICN : Union Internationale pour la Conservation de la Nature UV : Use Value
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Liste des acronymes
AFAT : Agriculture, Foresterie et autres Affectations des Terres ANOVA : Analysis of variance
COVAREF : Comité de Valorisation de des Ressources Fauniques FASA : Faculté d'Agronomie et des Sciences Agricoles
GIEC : Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat GRASS GIS : Geographic Resources Analysis Support System
MINFOF : Ministère des Forêts et de la Faune
PEFOGRN-BC : Programme Élargi de Formation en Gestion des Ressources Naturelles dans le Bassin du Congo
QGIS : Quantum Geographic Information System
REDD+ : Réduction des émissions issues de la déforestation et de la dégradation forestière
RIFFEAC : Réseau des Institutions de Formation Forestière et Environnementale d’Afrique Centrale
SAF : Systèmes agroforestiers
SODECOTON : Société de Développement du Coton
SP-IRAD : Station Polyvalente de l’Institut de Recherche Agricole pour le Développement
UNEP-WCMC : United Nations Environment Programme - World Conservation Monitoring Centre
xv
À toi papa, voici enfin ce que tu as toujours souhaité pour moi. Merci pour l’amour que tu as donné à tes enfants et petits-enfants durant ton pèlerinage terrestre.
xvi
« Celui qui a planté un arbre avant de mourir n’a pas vécu inutilement » (proverbe africain). L’agroforesterie : hier, aujourd’hui et demain
xvii
Remerciements
Pour entreprendre cette thèse, j’ai bénéficié de l’appui financier du programme de Bourses canadiennes du jubilé de diamant de la reine Elizabeth II géré par Universités Canada, du Programme de bourses de leadership et de développement durable de l’Université Laval, du programme de bourses féminines de la fondation Spark of Hope et de la fondation AFDU Québec ; ainsi que la bourse de la chaire en développement international de l’Université Laval. À toutes ces organisations qui m’ont accordé une bourse, j’adresse mes sincères remerciements. Je remercie également le Centre d’étude de la forêt et le Bureau International de l’Université Laval d'avoir financé ma participation au 4e congrès mondial en Agroforesterie.
La réalisation de ce travail est le fruit d’efforts conjugués de tous les membres de mon comité d’encadrement. Mes vifs remerciements au Professeur Damase Khasa, mon directeur de recherche et à ma codirectrice Dre Marie Louise Avana Tientcheu pour leur confiance et pour m’avoir proposé une thématique novatrice qui combinait la gestion des aires protégées et l’agroforesterie ; deux disciplines dans lesquelles par la pratique je me sens très à l’aise. Vous m’avez offert la possibilité de travailler avec vous sur ce projet passionnant. Par ailleurs Dre Marie Louise, vous êtes du fait de votre discipline et votre savoir-faire mon modèle.
Un grand merci au Professeur André Desrochers, membre du comité d’encadrement qui depuis ma maîtrise en 2013 me soutient beaucoup scientifiquement. Votre rigueur dans le travail, votre expertise en analyses statistiques des données a grandement amélioré la qualité de mon travail. J’ai beaucoup appris auprès de vous au cours de ces années. Je vous en suis très reconnaissante.
Merci au Professeur Louis Zapfack, membre du comité d’encadrement pour ses précieux conseils dans la collecte des données pour l’évaluation des stocks de carbone dans les systèmes agroforestiers et pour les orientations à toutes les phases de la recherche.
xviii
Mes remerciements à tous les coauteurs des articles : Éric Fotsing (Université de Dschang), Louis Roger Banoho Kabelong (Université de Yaoundé 1), Cedric Djomo Chimi (Université de Yaoundé 1) et Roger Tabué (Université de Yaoundé 1), pour leur contribution à l’amélioration de la qualité des articles.
Un merci spécial à Imelda Gaëlle Maaku Dzo, mon assistante de terrain avec qui j’ai bravé les intempéries et les mauvaises conditions de transport pour parcourir les villages riverains du Parc National de Bouba Ndjidda. Merci petite sœur pour ton endurance et pour les belles photos des espèces ligneuses des systèmes agroforestiers.
À toi mon amour Bertrand, un « Merci » n’exprime pas assez la reconnaissance que j’ai pour toi. Ton amour sans faille m’a insufflé suffisamment de force pour que je parvienne à mes fins. Dans mes moments de découragement, tu as su placer les bons mots pour que je ne m’arrête pas. Toi et nos formidables enfants Winnie, Lauryl, Prince et Nathan trouvez en cette thèse l’aboutissement de nos efforts conjugués. Je vous aime à jamais.
Merci à toi Maman Nguika, ma très chère mère pour ton amour. Je ne peux m’empêcher de couler les larmes quand je pense à tes belles paroles d’encouragements. Trouve en ce travail le fruit de ton amour maman.
Un grand merci à mes frères et sœurs Djiongo Jean Paul, Mathurin, Colorince, Élisabeth Laure, Clarine, Jeanine, Francine, Joël, Belmond et Boris pour votre soutien multiforme. Que les petits-fils Djiongo trouvent en ce travail une source de motivation pour leurs études. À mes belles sœurs Viviane, Sandrine, Kévine et mes beaux-frères Roger, François et Ebobice je dis merci. Je rends hommage à Carlos Djoumessi mon beau-frère et son papa, brutalement arrachés à la vie à la suite d’un accident de la circulation le 22 mai 2020.
Je remercie la grande famille Jiotsa pour leurs encouragements. Mes hommages à feu Papa Tsagueu Georges, mon beau père pour son amour à mon endroit. Je sais que tu aurais voulu vivre les moments forts de l’aboutissement de cette thèse, mais hélas, tu nous as quittés brusquement alors que j’étais encore en pleine recherche. Maman Joëlle, maman Meigny, merci du fond du cœur. Un merci particulier à mes beaux-frères Héméric et Roussel Folas.
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Merci à Monsieur Babalé Michel (Directeur de l’École de Faune de Garoua), au Dr Tsakem Samuel (Directeur adjoint de l’École de Faune), ainsi qu’à tous mes autres collègues de l’École de Faune de Garoua pour votre accompagnement dans l’aboutissement de ce travail. À Nathalie Carisey et Marie France Gevry, au-delà des relations professionnelles, vous êtes devenues pour moi de vraies amies. Je vous en remercie.
Je remercie tous mes camarades du Programme élargi de Formation en Gestion des Ressources Naturelles dans le Bassin du Congo (PEFOGRN-BC), tous ceux de la promotion 2017 du stage en Système d’Information Géographie de l’Université Libre de Bruxelles et toute la Damase’s team pour leur sympathie.
Mes remerciements particuliers au couple Njanga Lucien, au couple Dongmo Olivier, à tous les membres de l’association « Amis de Duval », à tous mes amis de Québec et du Cameroun. Ne pouvant citer nommément tout le monde, je suis sûre que vous vous reconnaîtrez en lisant ces mots.
Mes sincères remerciements aux évaluateurs de ce travail pour leurs critiques.
À tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce travail et dont je n’ai pas mentionné les noms, j’exprime ma reconnaissance.
xx
Avant-propos
La présente thèse est rédigée avec insertion d’articles. Elle comprend cinq parties : une introduction générale, le corps de la thèse est constitué de trois articles dont deux en anglais et une conclusion générale. Pour chaque chapitre, je suis la principale auteure et responsable de la collecte, du traitement, de l’analyse des données ainsi que de la rédaction des articles scientifiques suivants :
Chapitre 1 : Djiongo, B. J. E., Desrochers, A., Avana, M. L. T., Khasa, D., Zapfack, L., &
Fotsing, É. (2020). Analysis of Spatio-Temporal Dynamics of Land Use in the Bouba Ndjidda National Park and Its Adjacent Zone (North Cameroun). Open Journal of Forestry, 10, 39-57. DOI: 10.4236/ojf.2020.101004. Article publié le 13 décembre 2019.
Chapitre 2 : Djiongo, B.J.E., Avana, T.M.L., Zapfack, L., Desrochers, André., Maaku, D.I.G., Banoho, K.L.P.R., Khasa, D., 2020. Contribution of buffer zone agroforestry systems to the conservation of tree diversity in protected areas in Sudano-Sahelian zone of Cameroon, Central Africa. Le manuscrit a été soumis le 11 décembre 2019 à la revue Environment, Development and Sustainability sous le numéro ENVI-D-19-01964 et est en cours de révision.
Chapitre 3 : Djiongo B. J. E., Avana, T. M. L., Zapfack. L, Desrochers. A., Djomo. C. C.,
Khasa. D. P. 2020. Stocks de carbone des systèmes agroforestiers de la zone périphérique du Parc National de Bouba Ndjidda en zone soudano-sahélienne du Cameroun, Afrique Centrale. Le manuscrit sera soumis sous peu à la revue BASE (Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement) de Gembloux Agro-Bio Tech (ULiège) et du CRA-W (Centre wallon de recherche agronomique de Gembloux).
Les tableaux et les figures ont été renumérotés pour tenir compte de leur insertion dans l’ensemble de cette thèse. Les travaux de cette thèse ont été dirigés par Damase Khasa, mon directeur, Marie Louise Avana Tientcheu, ma codirectrice. André Desrochers et Louis
1
Introduction générale
Contexte et justification
Les aires protégées comme outils de conservation
Selon la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques de l’Organisation des Nations Unies (ONU) (IPBES, 2019), environ un million d’espèces animales et végétales sur les 8 millions estimées sur terre seraient menacées d’extinction1. La dégradation des habitats naturels, la surexploitation des
ressources, la prolifération d’espèces envahissantes, les changements climatiques et la croissance démographique en sont les principales causes (FAO, 2019). Par ailleurs, la biodiversité2 fournit des services essentiels à la survie de l’être humain. Sa conservation nécessite des mesures aussi bien au niveau local, régional que mondial (Wiedmer and Wisler, 2014). Le rapport du Centre de surveillance de la conservation de la nature (UNEP-WCMC, 2016) sur l’état de la biodiversité en Afrique mentionne que ce continent abrite une riche biodiversité représentant près d'un quart de la biodiversité mondiale et comportant les ensembles les mieux préservés de grands mammifères sur terre. En outre, ces espèces et ces écosystèmes apportent du fait de leur diversité, de nombreux services directs et indirects à l’humanité. La valeur des biens et services qu’offre la biodiversité permet de mieux comprendre à quel point il est important de la préserver. Cette biodiversité évolue dans un environnement qui subit des transformations rapides. De nombreux habitats sont détruits, menant à une diminution de l’abondance des espèces animales et végétales s’y trouvant originellement. L’UNEP-WCMC (2016) constate en effet que dans l’ensemble, la
1 Statut de conservation de toute espèce en péril exposée à une disparition ou une extinction imminente. Selon
l’UICN France (2011), une espèce est déclarée menacée si elle répond à au moins un des critères précis suivants : réduction de la population, aire de répartition réduite, petite population et déclin, très petite population, analyse quantitative.
2 Selon la convention sur la diversité biologique il s’agit de la variabilité des organismes vivants de toute origine
y compris, entre autres, les écosystèmes terrestres, marins et autres écosystèmes aquatiques et les complexes écologiques dont ils font partie ; cela comprend la diversité au sein des espèces et entre espèces ainsi que celle des écosystèmes.
2
biodiversité en Afrique continue à décliner, avec plus de 3 millions d’hectares d’habitats naturels détruits chaque année. En 2014, un total de 6 419 animaux et 3 148 plantes en Afrique étaient listés parmi les espèces menacées d'extinction de la liste rouge de l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN, 2014b).
Pour protéger les ressources naturelles, la création et la gestion d’aires protégées (AP) sont un moyen largement utilisé et reconnu au niveau international (UNEP-WCMC, 2018). Les AP sont définies par l’UICN comme « un espace géographique clairement défini, reconnu, dédié et géré, par des moyens juridiques ou d’autres moyens efficaces, dans le but d’assurer la conservation à long terme de la nature ainsi que des services écosystémiques et des valeurs culturelles qui lui sont associés » (Dudley, 2008). Elles constituent une composante importante de la stratégie de conservation de la biodiversité dans la plupart des pays (Tardif and Sarrasin, 2014), et contribuent à favoriser la résilience des écosystèmes et à maintenir la biodiversité animale sauvage. Selon l’UNEP-WCMC (2018), la superficie des AP africaines représente 14,4 % du continent. Ces espaces de conservation et leur périphérie proche correspondent généralement aux zones les plus riches en termes de ressources naturelles, de ressources en eau et de pâturages (Binot, 2010). La contribution des AP à la conservation de la biodiversité pourrait se faire en : 1) représentant des communautés naturelles distinctes ; 2) préservant les processus écologiques et évolutifs ; 3) maintenant des populations viables ; et 4) facilitant la résistance à des perturbations à grande échelle spatiale et temporelle (Mansourian et al., 2009). Cet auteur mentionnait déjà en (2006) que les AP offrent des habitats de bonne qualité et moins vulnérables aux conditions climatiques extrêmes, en fournissant des abris pour les espèces menacées parmi lesquels les pollinisateurs et les disséminateurs qui sont par ailleurs plus vulnérables dans les zones non protégées. Du fait du statut de protection dont elles bénéficient, les AP procurent des bénéfices écologiques de première importance en comparaison aux espaces non protégés de même superficie. Entre 2000 et 2005, les forêts tropicales humides non protégées ont émis deux fois plus de carbone du fait de la déforestation (Scharlemann et al., 2010). Kulshreshtha et al. (2000) estimaient que les 39 parcs nationaux du Canada stockaient 4 432 milliards de tonnes de carbone. Le groupe de travail sur le changement climatique du conseil canadien des parcs considère en
3
outre les AP comme partie intégrante de la solution à la résilience aux changements climatiques. Pour Butchart et al. (2012), les espèces présentes dans les sites couverts d'AP ont présenté moins de risque d'extinction au cours des dernières décennies. Cette réduction de risque d’extinction a concerné à peu près un tiers des oiseaux, des mammifères et des amphibiens conservés dans les AP par rapport aux sites non protégés ou partiellement protégés.
Aux plans socioculturel et économique, les AP sont une source de produits de consommation et d’autres produits utiles aux communautés rurales, de revenus à travers les activités écotouristiques (visites, chasses sportives) et commerciales (vente des produits artisanaux locaux, etc.) (Mengue-Medou, 2002; Tabue, 2018). En Tanzanie par exemple, le tourisme dans les AP constitue la première source de devises, avec des recettes touristiques ayant atteint 2,4 milliards de dollars en 2018, soit une hausse de 7 % par rapport à 2017 (Stolton et
al., 2018). Les AP donnent également des opportunités pour une mise en valeur culturelle.
La plupart des cultures d’Afrique Centrale ont évolué en association étroite avec la forêt et il existe de nombreuses croyances et traditions qui lui sont associées (Gillet, 2016). Certaines AP abritent en effet des sites considérés comme sacrés par certains groupes confessionnels permettant ainsi d’assurer une continuité culturelle et spirituelle (Mansourian et al., 2009).
Pressions sur les aires protégées du Cameroun
Les AP d’Afrique Centrale se dégradent progressivement (Doumenge et al., 2015), à la faveur d’un taux d’accroissement naturel de la population pouvant atteindre 3 % par an, associée à une extension des surfaces agricoles et une réduction conséquente des ressources naturelles et de la biodiversité (Tabopda, 2008).
Le Cameroun dispose d’une grande diversité d’habitats naturels liée à la variabilité de ses caractéristiques physiques et climatiques (Doumenge et al., 2015). Cette riche biodiversité est conservée pour la plupart dans un réseau d’AP constitué de six types : les parcs nationaux, les réserves de faune, les sanctuaires de faune, les zones tampons, les zones d’intérêts
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cynégétiques (ZIC)3, les jardins zoologiques et les game ranches appartenant à l’État (article 24-1 de la loi 94) (Ministère des Forêts et de la Faune, 1994). Ces AP assises sur le domaine forestier permanent et intégré dans les forêts domaniales couvrent aujourd’hui 21 % du territoire national (Statistique, 2015). L’objectif selon l’article 22 de la loi 94/01 étant que les AP doivent couvrir au moins 30 % du territoire national et préserver au moins 90 % de la diversité biologique du pays. Cette vision est régulièrement compromise par des pressions multiformes sur les ressources naturelles des AP, notamment sur les ressources ligneuses, entraînant une dégradation du couvert végétal et donc de l’habitat de nombreuses espèces fauniques. Selon la FAO (2010), entre 1990 et 2010, le Cameroun a perdu en moyenne 220 000 ha de forêt par année. Le taux annuel estimé de déforestation se situait entre 0,06 % et 0,2 %, ce qui place le Cameroun parmi les pays du bassin du Congo ayant le taux de déforestation le plus élevé (EDF, 2013). L’estimation du taux de déforestation et de dégradation des forêts du Cameroun est rendue ardue en raison de la diversité des zones agroécologiques et devrait selon Nnah and Mantzel (2014) prendre en considération les caractéristiques régionales spécifiques des différentes zones, notamment la variation de l’intensité de la pression en fonction des zones. Les données globales concernant exclusivement le taux de perte du couvert végétal des AP au Cameroun sont inexistantes. Cependant, quelques études menées à travers le pays sur la dynamique spatio-temporelle du couvert végétal des AP pourraient permettre d’avoir une appréciation globale. À titre d’exemple, une étude menée par Tabopda (2008) dans les AP de l’Extrême Nord Cameroun a montré un recul annuel du couvert végétal entre 1986 et 2001 de 0,03 %, 0,5 % et 1 % respectivement pour la réserve forestière de Kalfou, la réserve de Laf-Madjam et le parc national de Waza. Dans la même lancée, Temgoua et al. (2018a) ont décelé des taux de déforestation annuels de 1,5 % entre 2003 et 2018 dans la forêt communautaire d’Ajei au
3Les zones d'intérêt cynégétique sont des espaces de conservation et d’exploitation de la faune, dans lesquels sont organisées des activités récréatives, de chasse ou scientifiques (Atlas forestier du Cameroun, 2019).
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Nord-Ouest du Cameroun. Les causes de destruction de ces écosystèmes varient d’une localité à l’autre. Selon Shuku (2009), il s’agit d’un ensemble complexe de pressions anthropiques, sociales et politiques sur lesquelles se greffent les problèmes de gestion des ressources naturelles. Pour Megevand et al. (2013), les pressions sont majoritairement d’origine humaine. Les facteurs à la base de ces pressions humaines étant généralement l’accroissement démographique, la pauvreté et le mauvais système d’occupation et d’utilisation des terres. Cependant, les pressions anthropiques apparaissent comme des conséquences des privations et des régulations imposées par la création des AP sur les moyens d’existence des populations. La création des AP en Afrique a souvent conduit à des expropriations de populations vivant sur ces territoires ; provoquant ainsi beaucoup d’incompréhension et des comportements prédateurs liés à un très fort sentiment de confiscation de la ressource (Mengue-Medou, 2002). Leur mise en place utilise rarement l’approche systémique en vue de mettre en place des actions d’accompagnement telles que l’amélioration des terres cultivables, l’évaluation des modes de vie des populations, et l’évaluation de leurs besoins fondamentaux devant permettre aux AP de jouer pleinement leur rôle écologique, économique et social (Maldague, 2017).
Approches de conservation au Cameroun et leurs limites
Au Cameroun, la loi n° 94/01 du 20 janvier 1994 portant régime des forêts et de la faune consacre un cadre politique et stratégique dont les principaux axes pour la conservation de la biodiversité sont la protection du patrimoine forestier, la contribution des ressources forestières à l’économie du pays et l’implication des populations dans la gestion des ressources à travers la gestion participative. Cette loi est complétée par divers textes d’application parmi lesquels le décret 95/466 du 20 juillet 1995 fixant les modalités d’application du régime de la faune dont relèvent les AP. La quasi-totalité des AP est gérée par l’État. Certaines ZIC sont amodiées aux guides de chasse pour des activités cynégétiques, moyennant une taxe d’affermage partagée entre l’État (50 %), les communes (40 %) et les populations riveraines (10 %) constituées en Groupement d’Intérêts Communautaires (GIC) ou en Comité de Valorisation des Ressources Fauniques (COVAREF). Du point de vue du développement socio-économique, cette approche ne semble pas donner les résultats
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escomptés (Joiris and Logo, 2010; Van Vliet et al., 2017). Les activités dans les AP sont interdites ou réglementées. Le contrôle de la loi et la répression étant effectuée par les agents de l’administration forestière. L’insuffisance et le déficit de formation du personnel, ainsi que le manque de moyens matériels, laissent libre cours aux exactions de toutes sortes dans les AP. La loi n° 94 donne également un cadre législatif à la gestion des formations naturelles en offrant aux populations locales la possibilité de mettre en place des « forêts communautaires4». L’article 8 (1) de cette même loi reconnaît aux populations riveraines le
« droit d’usage » qui est en fait celui d’exploiter tous les produits forestiers, fauniques et halieutiques à l’exception des espèces protégées, en vue d’une utilisation personnelle. Malgré des avancées concrètes (prise en compte des populations autochtones et locales dans l’exploitation des ressources naturelles, droit de préemption5 en faveur des populations
villageoises), la politique forestière et faunique camerounaise rencontre encore des difficultés dans sa mise en œuvre (Ngonmadje, 2015). À titre d’exemple, l’instruction du dossier de forêt communautaire qui doit être en principe une émanation des populations locales s’avère longue et difficile. Selon Gautier et al. (2003), le manque d’information au niveau local, la complexité de la démarche et certaines inadéquations de cette loi conçue pour les forêts du Sud Cameroun, à une problématique de savane en sont les causes. D’ailleurs à ce jour aucune forêt communautaire n’a été créée officiellement dans le Nord Cameroun (sous-direction des forêts communautaires du MINFOF, 2019 ; comm. pers.). L’incapacité des populations locales à accéder à certains services et produits vitaux les amènerait ainsi à violer la réglementation et à dégrader les ressources des AP.
4 Une forêt communautaire est un espace forestier du domaine non permanent faisant l’objet d’une convention
de gestion entre une communauté villageoise et l’administration chargée des forêts. Les produits forestiers de toute nature résultant de l'exploitation des forêts communautaires appartiennent entièrement aux communautés villageoises concernées.
5 Le droit de préemption se définit généralement comme une prérogative reconnue à certaines personnes
physiques ou morales d’acquérir, par préférence à toute autre personne, la propriété d’un bien lors de son aliénation. Le titulaire du droit de préemption a la priorité sur tous ses concurrents lors de l’aliénation du bien concerné (Yogo, 2012).
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Problématique
Le Parc National de Bouba Ndjidda (PNBN) fait partie du réseau des AP du Nord Cameroun. Des trois parcs nationaux de ce réseau, il est le plus dense et le plus diversifié en espèces fauniques (Omondi et al., 2008), avec plus de 250 espèces d’oiseaux et 34 espèces de mammifères (Van Lavieren and Bosch, 1977; Ministère des Forêts et de la Faune, 2010). Avec les ZIC qui l’entourent, il constitue l’Unité Technique Opérationnelle (UTO) de Bouba Ndjidda. Cette AP a fortement été médiatisée ces dernières années à la suite du massacre en 2012 de plus de 200 éléphants par des braconniers lourdement armés venus le plus souvent des pays éloignés du Cameroun (Scholte, 2012). Malgré les stratégies de surveillance accrue mises en place, l’échec des mesures conservatoires réglementaires (création des forêts communautaires, droits d’usages coutumiers, taxes d’affermage) fait que cette AP continue à se dégrader du fait de l’avancée du front agricole. En raison du niveau de saturation foncière dans l’Extrême-Nord, d’importants flux migratoires, spontanés ou organisés, ont eu lieu depuis les années 60 vers les régions favorables à l’agriculture du bassin de la Bénoué (Njoya, 2003). L’inexistence de schéma directeur d’encadrement de ces flux migratoires et le rôle ambigu des chefs traditionnelles a accru l’installation des migrants au détriment de tout souci de conservation des AP (Ndamè, 2007). Il s’en est suivi une forte augmentation de l’emprise agricole essentiellement pour la culture de coton et donc un accroissement des défrichements et des perturbations sur la faune sauvage. Les superficies moyenne cultivées par exploitation sont de 1,5 à 3 ha et dans certaines zones, la jachère n’est plus possible (Djiongo, 2015). Les pratiques de gestion des terres inefficaces (mauvaise utilisation des intrants, absence de rotation, mauvaise utilisation des feux de brousse, etc.) et l’exploitation non durable des ressources ligneuses (destruction systématique des arbres dans les champs, mauvais écorçage et élagage, etc.) accentuent la dégradation des terres. D’où la nécessité de mettre en œuvre une approche d’utilisation durable des ressources naturelles et de préservation de la biodiversité.
Selon Schroth et al. (2004), l’agroforesterie est une option d'utilisation des terres qui peut répondre à bon nombre de défis mondiaux. Leakey (1996) et Prabhu et al. (2015) la définisse comme suit : "intégration délibérée des arbres dans les systèmes de production agricoles ou
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pastoraux ; plus spécifiquement, comme tout système de gestion des ressources naturelles dynamique et écologique qui, grâce à l’intégration des arbres dans les parcelles cultivées ou les paysages agricoles, diversifie et pérennise la production tout en contribuant aux moyens de subsistance ruraux plus résilients". Connue aussi comme toute association simultanée ou séquentielle d’arbres, de culture et/ou d’animaux dans une même unité de production (Atangana et al., 2013), l’agroforesterie compte parmi les pratiques agroécologiques les plus répandues; évaluée en fin de la première décennie 2000 à près de 50 % des terres agricoles dans le monde, dont plus de 80 % en Afrique subsaharienne (Dupraz and Liagre, 2009; Nair
et al., 2009a). L’utilisation des systèmes agroforestiers (SAF) en périphérie d’une aire
naturelle protégée peut représenter une stratégie clé en offrant des variétés de produits et services qui permettent de satisfaire certains besoins des populations locales en bois de chauffe, en bois d’œuvre et autres produits des arbres (Nahayo and Uwineza, 2012). Ces bénéfices leur permettraient d’éviter d’avoir recours à l'aire naturelle protégée pour subvenir à leurs besoins. Outre leurs bénéfices productifs, certains SAF représentent un outil intégré pour le stockage et la séquestration du carbone (Nair et al., 2009b). L’adoption des SAF représenterait donc un moyen intéressant pour atteindre les objectifs de réduction d’émissions des gaz à effet de serre (GES) tels que promus par la REDD+ (Minang et al., 2011). Les SAF permettent aussi de créer une zone en périphérie de l’aire naturelle protégée, qui présente une biodiversité relativement élevée et qui, si un grand nombre d’espèces locales est utilisé, assure un certain continuum qui limiterait les effets de fragmentation entre les AP et les zones urbaines ou en monoculture, complètement déboisées (Naughton-Treves et al., 2005; Mansourian, 2006). Par exemple, l’étude menée par Manfo et al. (2015) sur les systèmes agroforestiers et la conservation de la biodiversité a révélé la présence dans les forêts mature de 161 espèces d’arbres appartenant à 39 familles contre 69 espèces appartenant à 24 familles dans les jachères de 20 ans. En intensifiant les pratiques agroforestières dans la zone tampon autour de certains espaces naturels protégés, les SAF pourraient contribuer à la protection de ces espaces. Ils sont recommandés depuis quelques décennies comme alternatives viables pour pallier la vulnérabilité écologique liée à la dégradation accélérée des ressources naturelles, diversifier la production et les revenus des paysans et lutter contre la
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pauvreté (Pro-natura, 2008; Jamnadass et al., 2013; Leakey, 2020). C’est ainsi que de nombreuses organisations nationales et internationales et projets de conservation des AP en font la promotion dans les zones tampons. Mais l’insuffisance de données scientifiques sur leur caractéristiques structurelles et fonctionnelles, ainsi que leur potentiel de stockage du carbone constitue un handicap à leur mise en œuvre effective.
Quelques travaux menés sur les SAF autour des AP du Cameroun et ailleurs ont pour la plupart été focalisés sur l’identification des systèmes et leur caractérisation ainsi que la sélection des espèces d’arbres prioritaires pour les producteurs (Kasolo and Temu, 2008; Nahayo and Uwineza, 2012; Ndjuala, 2016). L’analyse de la dynamique du couvert végétal des AP en relation avec l’évolution des SAF a rarement été abordée. De même, l’évaluation des services écosystémiques fournis par ces SAF et leur contribution aux besoins des populations et à la conservation des AP ont été très peu étudiées (Peltier et al., 2007; Noiha
et al., 2017). D’où la nécessité de la présente étude qui vise à fournir des informations
actualisées sur la cartographie et l’évolution du couvert végétal du PNBN, sur les caractéristiques structurelles et fonctionnelles des SAF qui entourent cette AP ainsi que leur potentiel à fournir quelques services écosystémiques tels que la séquestration du carbone. Les résultats obtenus permettront de mieux prendre en compte les SAF dans les mesures réglementaires visant à conserver les ressources naturelles des AP en zone soudano-sahélienne.
Hypothèse, objectif général et volets de la recherche
Hypothèse de rechercheL’hypothèse principale de cette recherche est que les facteurs démographiques déterminent l’évolution et la structure des SAF qui, en fournissant des services écosystémiques, permettent de réduire la dépendance des populations envers les AP. Il existe des liens de causalité entre la croissance démographique qui peut être considérée ici comme une force motrice agissant sur l’environnement. En réponse aux impacts de cette croissance, le gouvernement met en place des mesures de gestion des terres qui si bien menées peuvent améliorer les conditions de vie de la population, limitant par le fait même les pressions
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anthropiques sur les ressources des aires protégées et leur permettre de jouer pleinement leur rôle de conservation de la biodiversité. Pour Boko (2012), la croissance démographique est synonyme de dégradation du couvert végétal, or à travers des bonnes pratiques de gestion des terres telles que l’agroforesterie, il est possible de rompre cette égalité.
Objectif général de la recherche
Cette recherche se propose de déterminer la diversité floristique ligneuse des SAF autour des AP et leur potentiel à stocker du carbone dans un contexte de paiements pour des services environnementaux. Son but est de contribuer à la gestion durable des AP et leurs zones périphériques à travers la valorisation des biens et services agroforestiers pour la réduction de la dépendance des communautés riveraines et leur implication à la conservation des AP. Elle vise à orienter les décideurs sur la prise en compte de l’agroforesterie comme instrument pour la conservation intégrée et participative de la biodiversité des AP. Pour se faire, cette étude se focalise a priori sur les problématiques fondamentales de dégradation de couvert végétal des AP et analyse le potentiel des services et produits des systèmes et arbres agroforestiers à contribuer à la réduction de cette dégradation.
Chapitres
Le premier chapitre de cette thèse présente une analyse spatio-temporelle du couvert végétal du PNBN et sa périphérie ainsi que les facteurs à la base des changements observés. Les hypothèses testées sont : (i) que le couvert végétal du PNBN et de sa zone périphérique a connu une diminution entre 1990 et 2016 au profit des exploitations agricoles, et (ii) que les
Démographie -Taille de population - Urbanisation - Migration - Etc. Agroforesterie - Superficie - Cultures - Espèces ligneuses - Etc. Aires protégées - Superficie effective - Viabilité - Écotourisme - Etc.
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changements spatio-temporels du couvert végétal sont dus aux facteurs démographiques. Sur la base des images satellitaires, une classification d’images a été réalisée afin de ressortir et analyser les états successifs du couvert végétal du PNBN et sa périphérie.
Le deuxième chapitre : 1) recense et caractérise les pratiques agroforestières en périphérie du parc ; 2) détermine la contribution des SAF à la conservation de la diversité floristique ligneuse ; et 3) détermine les différents usages des arbres retrouvés dans ces SAF et leur apport pour la satisfaction des besoins des populations riveraines. Les deux hypothèses testées sont : (i) les SAF en périphérie du PNBN varient en fonction de leur composition et de la structure ; (ii) les produits et les services offerts par les arbres des SAF réduisent la pression des populations riveraines sur les ressources du parc.
Le troisième chapitre est consacré à l’évaluation des stocks de carbone des SAF avec pour hypothèses que : (i) la quantité de carbone stockée diffère selon le type de SAF ; (ii) la quantité de carbone stockée dans le sol est plus élevée que celle des autres composantes.
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Chapitre 1 Analysis of spatio-temporal dynamics of land
use in the Bouba Ndjidda National Park and its
adjacent zone (North Cameroun)
66 Version intégrale d’un article publié : Djiongo, B. J. E., Desrochers, A., Avana, M. L. T., Khasa, D., Zapfack,
L., & Fotsing, É. (2020). Analysis of Spatio-Temporal Dynamics of Land Use in the Bouba Ndjidda National Park and Its Adjacent Zone (North Cameroun). Open Journal of Forestry, 10, 39-57.
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1.1 Résumé
Nous avons évalué la dynamique de l’occupation du sol dans le Parc National de Bouba Ndjidda (PNBN) et sa zone périphérique, situé dans la région du Nord Cameroun. À l’aide d’une classification supervisée par maximum de vraisemblance d’images satellites datant de 1990 à 2016, couplée à des relevés de terrain, et d’une enquête socio-économique, nous avons réalisé une classification robuste d’occupation du sol. Le PNBN et sa périphérie comportaient entre 1990 et 2016 huit classes d’occupation du sol dont la plus importante en 1990 était la savane arborée (42,9 %), la forêt galerie (20,2 %) et la forêt claire (16,3 %). Entre 1990 et 1999, la forêt galerie a perdu 64,8 % de sa superficie au profit majoritairement de la savane arborée. Entre 1999 et 2016, la plus grande perte de superficie était celle de la forêt claire qui a régressé globalement de 43,2 % au profit de la savane arborée. Entre les deux périodes, le taux d’évolution global des champs était de 59,6 % et 78,8 % respectivement de 1990 à 1999 et de 1999 à 2016 au détriment de la savane arborée. Nous attribuons les changements d’usage du sol observés principalement à la croissance démographique associée à l’agriculture, au surpâturage, à la récolte de bois-énergie et aux feux de brousse. L’exploitation des produits forestiers non ligneux et les facteurs climatiques sont aussi cités comme des causes de dégradation du couvert végétal. Nous préconisons la mise en place des techniques culturales à faible impact sur l’environnement telles que l’agroforesterie.
Mots clés
Télédétection, dynamique spatio-temporelle, Parc National de Bouba Ndjidda, couvert végétal, usage de terre.
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Abstract
We evaluated the dynamics of land use in the Bouba Ndjidda National Park (BNNP) and adjacent areas, in northern Cameroon. Using a maximum likelihood supervised classification of satellite images from 1990 to 2016, coupled with field and a socio-economic survey, we performed a robust land-use classification. Between 1990 and 2016, the area included eight classes of land use, with the largest in 1990 being the woody savannah (42.9%) followed by the gallery forest (20.2%) and the clear forest (16.3%). Between 1990 and 1999, the gallery forest lost 65% of its area mostly to the benefit of woody savannahs. Between 1999 and 2016, the largest loss of area was that of the clear forest, which decreased generally by 43% in favor of woody savannah. Rates of increase of crop field areas were 60% and 79% respectively for the periods of 1990 to 1999 and 1999 to 2016 to the detriment of woody savannahs. We attribute the changes in land use observed mainly to the increasing human population and associated agriculture, overgrazing, fuelwood harvesting and bush fires. The exploitation of non-timber forest products and climatic factors may also have changed the vegetation cover. We recommend the implementation of farming techniques with low impact on the environment such as agroforestry.
Keywords
Remote sensing, spatio-temporal dynamics, Bouba Ndjidda National Park, vegetation cover, land use.
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Introduction
Protected Areas (PAs) are an important component of biodiversity conservation in most countries (Tardif and Sarrasin, 2014). They are central to protect endangered species and are also viewed as significant providers of ecosystem services and biological resources (Dudley, 2008). Yet, Central African PAs are undergoing degradation (Doumenge et al., 2015). Clearing of land for agriculture and logging for urban markets supply increase pressure on PAs. Economic activities such as agriculture, animal husbandry, poaching, fire wood gathering and conservation efforts through PAs are usually made without land use planning in most African regions (Arouna et al., 2009) . One of the consequences of these practices is the degradation of vegetation cover both inside and adjacent to PAs.
The Bouba Ndjidda National Park (BNNP) is part of the network of PAs of northern Cameroon. Of the three national parks in this network, it is the richest and most diversified in wildlife species (Omondi et al., 2008). It constitutes the Bouba Ndjidda Technical Operational Unit (TOU) with the hunting zones (ZIC) that surround it. Due to poaching, this PA lost about 200 elephants in 2012 (Scholte, 2012). For about two decades, the growth of human population in this area has also favored the collection of wood and the extension of agricultural areas (Nature Information Tracks, 2017). However, these pressures remain less quantified at the spatial and temporal scales, limiting the development of strategies adapted to the context. Given the multifaceted pressure on the vegetative cover of the BNNP and adjacent areas, it is relevant to study the different states of the plant formations, and their tendency, and to infer the driving factors of these changes.
The availability of satellite images from Landsat TM, ETM+ and OLI-TIRS sensors, which have been used earlier for the analysis of vegetation cover in PAs in tropical zones, provides an opportunity to characterize and monitor changes in vegetation cover in and around these PAs.
The purpose of this study is to understand the spatial and temporal changes of the vegetation cover in order to guide the decision making regarding the land use of the areas facing to high anthropogenic pressures. More specifically, the study aims to make a spatio-temporal
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analysis of land use in the BNNP and its periphery between 1990 and 2016, and to determine the factors driving those changes.
Material and methods
1.4.1 Characteristics of the study area
The BNNP is in the Sudano-Sahelian zone of Cameroon, east of the network of PAs of the Northern Region. Created in 1947, the BNNP extends between 08° 21' -09° 00' N, and 14° 25' -14° 55' E. Its surface area is about 700 000 ha including the hunting zones (10, 11, 12, 17, 20, 21, 23) that surround it (Figure 1.1). The locality of Bouba Ndjidda receives between 800 and 1250 mm of precipitation per year, the rainiest months being August and September. The average annual temperature is 28°C (Garoua meteorology station, 2017). Soils are generally ferruginous leached tropical or a combination of ferruginous and hydromorphic soils (Brabant, 1972). According to Nature Information Tracks (2017), the vegetation within the BNNP is composed of characteristic species of the Sudanian zone found in woody savannahs, gallery forests and dry clear forests. The wooded savannah includes trees widely spaced and reaching 6 to 10 meters high. It grows on poorly drained soils composed of dark clay. A small number of other woody species grow in association with Terminalia
macroptera. Along most of the rivers in BNNP, gallery forests of varying widths of up to
100 m on either side of the river meet. Generally, in these formations three strata can be distinguished: a stratum of trees of variable height between 10 and 20 m, a shrub stratum often dense from one to three m high, and a sparse stratum of grasses and herbaceous plants. Open forest is very common on fairly deep and well-drained lateritic soils. At maturity, the trees are well spaced and culminate between 10 to 20 m where they dominate all the vegetation. This open forest is highly solicited by the fauna for the shade it provides during the harsh season (Bosch, 1976). Around the BNNP, there are shrubby savannahs, crop fields and forest fallows. The shrubby savannah develops on poor and rocky soils and on some ferruginous cuirasses. The density of woody species is low (less than 200 trees per hectare).
Loudetia flavida dominates the grass stratum and Combretum glutinosum the tree stratum.
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and west limits of the park and belonging to the district of Tcholliré, Madingring and Rey Bouba. The population of these districts is characterized by a great diversity of ethnic groups (autochthonous and migrant groups) totaling 27 500 inhabitants in 1987 (RGPH, 1987). It rose to 194 065 in 2005 (RGPH, 2005) and was estimated at 260 149 in 2016 (RGPH, 2010b). Agriculture and livestock rearing are the main activities practiced extensively; the main crops being cotton (the only cash crop), maize, groundnuts and sorghum (Ministry of Forest and Wildlife, 2010b; Djiongo, 2015).
Figure 1.1. Location of Bouba Ndjidda National Park and its adjacent zone.
1.4.2 Map data and digital processing of satellite images
We classified land use from Landsat 4-5 (TM) images of November 24, 1990, Landsat 7 (ETM +) of November 17, 1999 and Landsat 8 (OLI/TIRS) of November 23, 2016. This identification of successive vegetation states over a period of twenty-six years allows a better appreciation in the states of change of plant formations. Several reasons justify the choice of this period: 1) It was in the early 1990s that rural forestry emerged for foresters (Montagne
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and Dubus, 1992) by which "rural people must become the managers of their entire land, including woodlands, based on the notion of a multipurpose tree". Priority is thus given to rural forestry, which is perfectly integrated with other peasant activities such as livestock and agricultural production (Goudet, 1992). 2) This period also includes the year 1994, from which the new Cameroonian forestry law provides a framework for the management of natural formations by offering local populations the opportunity to set up "community forests" (Gautier and Seignobos, 2003). 3) The availability of Landsat images at the same times of the year for these three dates. We chose images acquired at the beginning of the dry season because of their availability and quality. During this period, the differentiation of land-use elements such as crops, herbaceous plants and ligneous plants is maximal (Tabopda, 2009a). We downloaded the satellite images from the Earth Explorer (EE) Geospace of the United States Geological Survey (USGS). They were all acquired for the same season of the year in order to reduce problems related to differences in solar angles, soil moisture and phenological changes in vegetation. We used GRASS 7.2.2 (GRASS Development Team, 2017) and QGIS 3.0 (Quantum Geographic Information System Development Team, 2018) for digital image processing and integration of results with other geographic data sources, respectively. The first phase of the treatment consisted of the display of color compositions in false color by superposition of the red and green near-infrared canals for the three dates (4R/3V/2B for Landsat TM of 1990 and Landsat ETM+ of 1999, then 5R/3V/2B for Landsat OLI-TIRS of 2016). We limited classification to the park limits and the seven adjoining hunting areas that serve as buffer zone around it. A mask was then applied to extract this area of interest. We identified and grouped the similar pixels using a Maximum Likelihood Classifier (MLC) classification. On the basis of the information from the analogue interpretation, our knowledge of the BNNP and its periphery, and field surveys, the twelve classes initially retained were refined after reclassification into eight major classes as shown in Figure 1.2.
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Figure 1.2. From initial classes to final classes by merging similar themes.
To verify the validity of the performance of the classifications, we used ground-truthing data collected in the field and the control zones of each class to create a confusion matrix. After validation, we integrated all the relevant spatial information (road network, hydrographic and subdivisional headquarters near the park) into a set of annual land use maps. We performed an evaluation of the areas of the different land cover classes each year and estimated the area of land use changes between 1990 and 1999, and between 1999 and 2016. We quantified vegetation cover dynamics by calculating the overall change rate (Tabopda, 2008; Arouna et
al., 2009). To estimate the mean annual expansion rate T, we calculated the logarithm ratio
of the difference in area between two dates over the number of years of change (Arouna et
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1.4.3 Collection and analysis of socio-economic data
We conducted a participatory rural appraisal from August to November 2016, through semi-structured interviews and direct observations to identify the factors affecting the spatio-temporal changes. Out of the 28 villages adjacent to the park, 13 villages selected based on their geographical location (proximity with the park) were sampled. In each village, we realized a focus group to obtain additional information on infrastructure, land use patterns and farming techniques. At the end these focus group, household heads were randomly selected, based on their availability (the period of study coincided with the period of crops harvest) and 126 household heads were surveyed. In each district, the representatives of local administrations (water and forest, agriculture, livestock, territorial administration) and Cotton Development Company were also interviewed. The main information sought during the surveys related to their status (migrant or native), household size, plot size, income-generating activities, exploitation of non-timber forest products and wood forest products in the park, sources of fuel wood supply and their perceptions of the degradation of vegetation cover. Socio-economic data processing was performed by calculating the relative frequencies of each parameter under study. To obtain the data of the population of subdivisions adjoining to the study area in 2016, we made projections based on data from the general census of the population in 2005, considering the average annual rate of population growth of 2.7% (RGPH, 2010).
Results
1.5.1 Land use between 1990, 1999 and 2016 at the Bouba Ndjidda National Park and its periphery
In 1990 the crop fields occupied 2.2% (15 322 ha) of its area, clear forest 16.3% (11 088 ha), gallery forest 20.2% (139 314 ha) and woody savannah 42.9% (295 387 ha) (Table 1.1). The vegetation cover consisting of the clear forest, gallery forest, saxicolous forest, woody savannah and grassland savannah represented 95% (654 370 ha) of the surface area of the park and its periphery. Clear forest and gallery forest were found mostly in the southeast and north of the park, while woody savannah covered the park almost entirely (Figure 1.3A).
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This high recovery rate of vegetation cover denotes the importance of the woody area in 1990. With 4 000 ha, the infrastructure accounted for only 0.6% of the surface area of the BNNP and its periphery. In 1999, crop fields covered 3.6% (24 455 ha), bare soil 0.8% (5 527 ha) and infrastructure 1.6% (11 000 ha) of the territory. The vegetation cover occupied 94% of the BNNP and its periphery (Table 1.1), mainly distributed in the center and south of the park (Figure 1.3B). In 2016, with 43 714 ha, the crop fields represented 6.3% of the area of BNNP and its periphery. Crop fields were highly concentrated in the east and in the west of the park, especially around the villages located along roads. The vegetation cover was 82% (566 430 ha) compared to 1.8% (12 146 ha) for infrastructure and 9.7% (67 122 ha) for bare soil (Table 1.1). Only the central part of the park remained fairly well preserved (Figure
1.3C).
Table 1.1: Land use in the Bouba Ndjidda National Park and adjacent areas between 1990 and 2016.
Land use classes
1990 1999 2016
Surface area Surface area Surface area
( 1000 ha) % ( 1000 ha) % ( 1000 ha) %
I 4.0 0.6 11.0 1.6 12.1 1.8 BS 15.7 2.3 5.6 0.8 67.1 9.7 CF 15.3 2.2 24.5 3.6 43.7 6.3 GS 101.1 14.7 112.8 16.4 85.5 12.4 WS 295.4 42.9 399.7 58.0 349.9 50.8 CFo 112.1 16.3 72.4 10.5 41.1 6.0 SF 6.5 0.9 14.5 2.1 10.4 1.5 GF 139.3 20.2 49.0 7.1 79.6 11.5 Total 689.4 100.0 689.4 100.0 689.4 100.0 Vegetation cover (GS+WS+CFo+SF+GF) 654.4 95.0 648.5 94.0 566.4 82.1 Legend: I: Infrastructure; BS: Bare soils or least vegetated soils; CF; Crop fields; GS: Grassland savannah; WS: Woody savannah; CFo: Clear forest; SF: Saxicolous forest; GF: Gallery forest.
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Figure 1.3. Map of land use in the Bouba Ndjidda National Park and its periphery in 1990 (A), 1999 (B) and 2016 (C).
1.5.2 Change of the vegetation cover and other land use units between 1990 and 2016
Between 1990 and 1999, infrastructure, crop field, grassland savannah, woody savannah and the saxicolous forest are the units of land use that have known progressive change. After the saxicolous forest, crop fields experienced the largest increase in area, from 15 322 ha in 1990 to 24 455 ha in 1999 for an overall increase rate of 59.6%. In contrast, the clear forest and gallery forest experienced regressive change with annual growth rates of -4.9% and -11.6%, respectively (Table 1.2). The vegetation cover experienced a loss of about 6000 ha, an annual increase rate of -0.1%. Between 1999 and 2016, the largest progressive changes were in bare soils and crop fields with average annual growth rates of 14.6% and 3.4%. In 17 years, the clear forest was the type of vegetation that lost the largest area (31300 ha) with an overall rate of -43.2%. Generally, the total vegetation cover decreased by -82000 ha for an annual expansion rate of -0.8% (Table 1.2).
