Land use change and carbon stock dynamics in Sub-Saharan Africa - Case study of Western Africa – Ghana

Abstract

Climate change is perhaps the greatest environmental challenge emerged in the twenty-first century. It can be considered a source of the major global threats, such as hunger, poverty, armed conflict, displacement, air pollution, soil degradation, desertification and deforestation. These global issues are intricately intertwined and all contribute to climate change, necessitating a comprehensive approach to a solution (Stone and Chacón León, 2010). The role of the African continent in the global carbon cycle, and therefore in climate change, is increasingly recognized (Houghton and Hackler, 2006; Williams et al., 2007). Of all the region in the world, Africa has contributed less than any other region to the greenhouse gas emissions, which are widely held responsible for global warming and consequently for climate change. But the continent is also the most vulnerable to the consequences and sub-Saharan Africa (SSA) is the least well equipped to face the issues related to climate change (Justice et al., 2005). In Sub-Saharan Africa the role of land use change in controlling CO2 emissions and annual C budgets at regional and global scale may be more critical than in any other regions (Houghton and Hackler, 2006). According to the IPCC in its Fourth Assessment Report, reducing and/or preventing deforestation is the mitigation option with the largest and most immediate carbon stock impact in the short term (UNFCCC, 2010). International community decided to face climate change problems related to deforestation, through specific policies to Reducing Emissions from Deforestation and forest Degradation and the role of conservation, sustainable management of forests and enhancement of forest carbon stocks (referred as REDD+). Deforestation and other land-cover changes typically release carbon from the terrestrial biosphere to the atmosphere as CO2 (carbon dioxide), while recovering vegetation in abandoned agricultural or logged land removes CO2 from the atmosphere and sequesters it in vegetation biomass and soil carbon. Emissions from land-use and land-cover change are perhaps the most uncertain component of the global carbon cycle, with enormous implications for balancing the present-day carbon budget and predicting the future evolution of climate change (Ramankutty et al., 2007). A common paradigm about the reduction of emissions from deforestations estimated for the purpose of promoting it as a mitigation option in the context of the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) is the high uncertainties in input data - i.e., area change and C stock change/area - that may seriously undermine the credibility of the estimates and therefore of reduced deforestation as a mitigation option. It is likely that the most typical and important example of incomplete estimates will arise from the lack of reliable data for a carbon pool (Grassi et al., 2008). Uncertain rates of tropical deforestation, account for more than half of the range in estimates of the global carbon flux. Three other factors account for much of the rest of the uncertainty: (1) the initial stocks of carbon in ecosystems affected by land-use change, (2) per hectare changes in carbon stocks in response to different types of land-use change, and (3) legacy effects; that is, the time it takes for carbon stocks to equilibrate following a change in land use (Houghton and Goodale, 2004). Considering the source of uncertainty and the lack of field data for sub-Saharan Africa, it has been decided to place the study in the Ghana (Jomoro district, Western Region) where for more than 20 million Ghanaians, particularly people living in the rural areas, the forest is the only source of wood that is used locally as fuel wood, and for construction and furniture (Blay et al., 2007) and where deforestation annual rate reaches 2.19% for the period 2005-2010 (FAO, 2010). The study will analyze the above mentioned gaps related to deforestation and land use change, by assessing: 1) initial carbon stocks (tropical rain forest), 2) per hectare changes in carbon stocks as consequence of deforestation followed by six different main land uses [tree plantations (rubber, coconut, cocoa, oil palm, mixed) and secondary forest], 3) dynamics of soil carbon stocks through the time considering chronosequences. Moreover some specific carbon pool issue has been taken into consideration. When accounting changes in carbon stocks in the UNFCCC framework, it is required to consider 5 carbon pools that are: aboveground biomass, belowground biomass, litter, dead wood and soil. Within REDD+ mechanism there are not official methodologies but some guidelines developed for the voluntary standards (e.g. BioCarbon Fund- Methodology for Estimating Reduction of GHG Emission from Mosaic Deforestation, Voluntary Carbon Standard (VCS) - Tool for AFOLU Methodological Issues, etc.) and it is clear that only aboveground pool has to be always considered, belowground biomass is recommended and the others are facultative. Evidence from official reports (e.g., UNFCCC 2005a, UNFCCC 2005b, FAO 2006) suggests that only a very small fraction of developing countries currently reports data on soil carbon, even though emissions from soils following deforestation are likely to be significant in many cases (Grassi et al., 2008). Despite the common understanding about the effects of deforestation on different compartment in terms of carbon variation - an increase or disappearance of biomass relatively visible, variations in soil carbon much less perceptible, even after a radical change in land use (Calmel et al., 2010) - this study brings in the spotlight the soil reaction to radical land use change in the long run demonstrating that it is not so trifle as commonly believed. Importance of considering soil carbon stock for accounting the land use change dynamics is not properly recognize in the international deforestation policies and its influence and role in mitigating climate change is nowadays neglected but it is really not negligible.

I cambiamenti climatici sono forse la più grande sfida che il genere umano si trova a dover affrontare nel ventunesimo secolo e la risoluzione delle complesse conseguenze che questi cambiamenti hanno sulla vita di tutti noi, necessita un approccio globale e uno sforzo unanime (Stone and Chacón León, 2010). Di tutte le regioni del mondo, il continente africano è quello che contribuisce meno alle emissioni di gas serra ma allo stesso tempo è il più vulnerabile alle loro conseguenze. E’ infatti ormani ampiamente riconosciuto il ruolo delle emissioni di gas serra nel riscaldamento globale e quinid dei cambiamenti climatici (Houghton and Hackler, 2006; Williams et al., 2007). In particolare l’Africa Sub-Sahariana è la regione meno preparata ad affrontare le problematiche legate ai cambiamenti climatici (Justice et al., 2005) e soprattutto è la regione in cui i cambiamenti di uso del suolo possono avere implicazioni particolarmente negative nel controllo delle emissioni di CO2 e sul bilancio annuale di carbonio (Houghton and Hackler, 2006). In base a quanto riportato ne Fourth Assessment Report dell’IPCC, ridurre e prevenire la deforestazione è l’opzione migliore per la mitigazione dei cambiamenti climatici dato il suo immediato impatto sugli stock di carbonio nel breve periodo (UNFCCC, 2010). La comunità internazionale ha deciso quindi di affrontare il problema della deforestazione attraverso specifiche politiche per ridurre le emissioni dovute alla deforestazione e alla degradazione delle foreste valorizzando il ruolo dellla conservazione, della gestione sostenibile e aumentando gli stock di carbonio delle foreste, tale meccanismo è conosciuto come REDD+ dal suo acronimo inglese (Reducing Emissions from Deforestation and forest Degradation and the role of conservation, sustainable management of forests and enhancement of forest carbon stocks). Le emissioni legate ai cambiamenti di uso e copertura del suolo sono forse la componente più incerta all’interno del ciclo globale del carbonio, con enormi implicazioni per il bilancio attuale e per le previsioni di evoluzioni future dei cambiamenti climatici (Ramankutty et al., 2007). Questo condiziona perciò la credibilità delle stime che attestano la valità della riduzione della deforestazione come miglior opzione per la mitigazione dei cambiamenti climatici. La mancanza di dati affidabili sulle stime dei pool di carbonio ne è l’esempio più tipico (Grassi et al., 2008). I tassi incerti della deforestazione tropicale rappresentano più della metà delle stime globali del flusso di carbonio. Tre altri fattori rappresentano più della restante parte di incertezza e questi sono: 1) gli stock iniziali di carbonio nell’ecosistema soggetto al cambiamento di uso del suolo, 2) cambiamenti ad ettaro degli stock di carbonio come risposta a differenti tipi di cambiamento di uso del suolo e 3) gli effetti a lungo termine considerati come il tempo necessario agli stock di carbonio per tornare ad una situazione di equilibrio dopo il cambiamento di uso del suolo (Houghton and Goodale, 2004). Considerando le fonti di incertezza e la mancanza di dati per l’Africa sub-Sahariana, il presente studio è stato ha avuto come oggetto la realtà del Ghana (Jomoro district, Western Region) dove una popolazione di più di 20 milioni di persone e in particolar modo nelle aree rurali, dipende dalla foresta come unica fonte di legno usato come legna da ardere, per costruzioni e mobili (Blay et al., 2007) e dove il tasso annuo di deforestazione ha raggiunto il 2.19% nel periodo 2005-2010 (FAO, 2010). Il presente studio analizzerà quindi gli aspetti legati alla deforestazione e al cambiamento di uso del suolo stimando: 1) lo stock iniziale di carbonio della foresta pluviale, 2) i cambiamenti ad ettaro degli stock di carbonio come conseguenza della deforestazione seguita da sei diversi usi del suolo in particolare piantagioni di gomme, cocco, palma da olio, piantagioni miste e infine la foresta secondaria generata dall’abbandono di terre prima destinate all’agricoltura, 3) la dinamica degli stock di carbonio nel tempo tramite l’analisi di cronosequenze. Alcuni specifici pool di carbonio sono stati presi in esame. Stimado i cambiamenti di stock di carbonio nel contesto dell’UNFCCC vengono richiesti 5 pools che sono: la biomassa epigea, la biomassa ipogea, la lettiera, la necromassa e il suolo. All’interno del meccanismo REDD+ non sono ancora state previste metodologie specifiche per la stima di questi pools ma sono state sviluppate alcune linee guida di carattere insicativo a cui poter far riferimento (es. BioCarbon Fund- Methodology for Estimating Reduction of GHG Emission from Mosaic Deforestation, Voluntary Carbon Standard (VCS)- Tool for AFOLU Methodological Issues, etc.) ed è chiaro che il pool che deve sempre incluso nelle stime rimanga la biomassa epigea mentre quella ipogea è raccomandata e gli altri pool sono facoltativi e discrezionali. Da report ufficiali (es., UNFCCC 2005a, UNFCCC 2005b, FAO 2006) emerge che solo una piccola parte dei paesi in via di sviluppo ad oggi include il pool del suolo nelle stime anche se le emissioni dal suolo a seguito di un processo di deforestazione risultano essere in molti casi significative (Grassi et al., 2008). A dispetto di quanto comunemente si crede riguardo gli effetti della deforestaizone sui differenti comparti in termini di variazione di carbonio, (un aumento o scomparsa della biomassa risultano relativamente visibili, mentre variazioni del suolo molto meno percettibili anche dopo cambi radicali nell’uso del suolo (Calmel et al., 2010), questo studio porta alla luce la reazione del comparto suolo a cambi radicali legati a processo di deforestazione nel lungo periodo dimostrando che il cambiamento non è così irrilevante come comunemente creduto. L’importanza del considerare il suolo nelle dinamiche post deforestazione, non è adeguatamente riconosciuta nelle politiche internazionali e questo influenza il ruolo che il comparto suolo può avere nella mitigazione dei cambiamenti climatici oggi forse trascurato ma non certo trascurabile.