The ecological effects of changes in surface water availability on larger mammals in the Ruaha National Park, Tanzania

Abstract

Large-scale crop irrigation is thought to be responsible for a substantial reduction in the dry season flow of the Great Ruaha River (GRR), the main dry season water source for wildlife in Ruaha National Park (NP), Tanzania. In the early 1990s the GRR was perennial, whereas currently a substantial reduction in dry-season flow has resulted in large sections of the GRR drying out. This thesis aimed to investigate the impact of reduced flow in the GRR on the quantity and quality of water available in the GRR and alternative water sources to assess the effect of these parameters on the distribution of mammal species inside Ruaha NP during three dry seasons. The results revealed a deterioration of water quality (increased salinity and total aerobic bacterial load) when water flow stopped. I document that several mammal species actively dug for water or drank from animal dug waterholes, and did so even when surface water was present. Statistical analyses revealed that digging was more likely when the total aerobic bacterial load in surface water was high but independent of salinity. These finding indicate that digging accesses less contaminated sub-surface water, thereby providing better quality water with fewer harmful pathogens (Chapter 2). I examined the consequence to the common hippopotamus (Hippopotamus amphibius) of reduced water availability along a 104 km stretch of the GRR during two dry seasons. Hippos are highly dependent on aquatic day resting sites to prevent skin damage by solar radiation and overheating. My findings revealed substantial changes in hippo distribution as the dry season progresses. Hippo numbers at monitored locations increased with the expanse of surface water present and was independent of water quality. As downstream resting sites dried out, hippos accumulated in large numbers at a few upstream locations – an extensive loss of dry season habitat in terms of resting sites and night foraging areas. The GRR provided the most important day resting sites for hippos within the study area (Chapter 3). I also examined the effect of water availability on the spatio-temporal distribution of nine species along a total network of 200 km ground transects and modelled the distance each species maintained to the nearest surface. This showed (i) grazers (African buffalo [Syncerus caffer], waterbuck [Kobus ellipsiprymnus] and plains zebra [Equus quagga]) maintained the shortest distance throughout the dry season to surface water, (ii) species that both grazed and browsed (impala [Aepyceros melampus], African savanna elephant [Loxodonta africana]) and those that were predominantly browsers (Masai giraffe [Giraffa tippelskirchi], greater kudu [Strepsiceros zambesiensis]) maintained intermediate distances to water, and, (iii) omnivores (warthog [Phacochoerus africanus], common duiker [Sylvicapra grimmia]) tolerated the largest distances to surface water. Species distribution data revealed upstream movements of buffalo and elephant at the end of the dry season (Chapter 4). My thesis demonstrates the profound importance of the GRR for the viability of populations of larger mammals within Ruaha NP and the urgent need to restore dry season flow.

Der Great Ruaha River (GRR) stellt die Hauptwasserressource für Wildtiere im Ruaha Nationalpark (NP) dar. Durch die Entnahme von Wasser oberhalb des NP für eine großflächige landwirtschaftliche Bewässerung wird seine Wassermenge jedoch deutlich reduziert. In den frühen 1990er-Jahren führte der GRR noch ganzjährig Wasser, während in den folgenden Jahren die Reduktion der Wassermenge zur großflächigen Austrocknung des Flusses während der Trockenzeiten führte. Ziel meiner Arbeit ist es, diese Reduktion im Hinblick auf die Verfügbarkeit und Qualität von Wasser des GRR und anderen Wasserstellen innerhalb des Ruaha NP im Rahmen von drei Trockenzeiten aufzunehmen und deren Einfluss auf größere Säugetiere zu untersuchen. Die Ergebnisse belegen eine Verschlechterung der Wasserqualität bei stagnierendem Durchfluss durch ansteigende Salinität und Gesamtkeimzahl. Ich dokumentierte, dass mit fortschreitender Trockenzeit verschiedene Säugetierarten aktiv nach Wasser gruben und auch andere Arten diese Wasserlöcher nutzten, selbst wenn in unmittelbarer Nähe Oberflächenwasser vorhanden war. Die statistischen Analysen zeigten, dass das Grabeverhalten mit höherer Gesamtkeimzahl in den benachbarten Wasserstellen wahrscheinlicher wurde, hingegen die Salinität hierauf keine Auswirkungen hatte. Die Ergebnisse weisen somit darauf hin, dass dieses Verhalten dazu dient, Wasser mit einer geringeren Keimbelastung und somit auch weniger potentiell gefährlichen Pathogenen nutzen zu können (Kapitel 2). Auf einem 104 km langen Flussabschnitt des GRR wurden die Konsequenzen der verringerten Wasserverfügbarkeit für das Flusspferd (Hippopotamus amphibius) untersucht. Der GRR stellt die wichtigste Wasserquelle für diese Art im Untersuchungsgebiet dar. Flusspferde benötigen Tagesruheplätze im Wasser, um Hautschäden durch Sonneinstrahlung und Überhitzung vorzubeugen. Die Ergebnisse zeigten einen wesentlichen Wandel in der Verteilung der Flusspferde während der Trockenzeiten. Die Anzahl der Individuen stieg an den Beobachtungspunkten mit der Menge, jedoch unabhängig von der Qualität, des vorhandenen Wassers an. Die Austrocknung von flussabwärts gelegenen Tagesruheplätzen führte zu einer Akkumulation der Tiere in den wenigen verbleibenden Tümpel flussaufwärts. Dies stellt einen massiven Habitatverlust, auch in Bezug auf nächtliche Nahrungshabitate, während Trockenzeiten dar (Kapitel 3). Mithilfe eines 200 km langen Netzwerkes von Transekten wurden die Effekte der veränderten Wasserverfügbarkeit auf die räumlich-zeitlichen Verteilungsmuster von neun Arten größerer Säugetiere erfasst und die durchschnittliche Distanz jeder Art zur nächstgelegenen Wasserquelle modelliert. Die Ergebnisse zeigen, dass (i) Grasfresser (Afrikanischer Büffel [Syncerus caffer], Wasserbock [Kobus ellipsiprymnus] und Zebra [Equus quagga]) die geringsten Distanzen, (ii) Gemischtfresser (Impala [Aepyceros melampus], afrikanischer Savannenelefant [Loxodonta africana]) und Blattfresser (Massai-Giraffe [Giraffa tippelskirchi], Großer Kudu [Strepsiceros zambesiensis]) mittlere Distanzen und omnivore Arten (Warzenschwein [Phacochoerus africanus], Kronenducker [Sylvicapra grimmia]) die größten Distanzen zum Wasser tolerierten. Die Verteilungsmuster von Büffel und Elefant zeigten darüber hinaus eine flussaufwärts gerichtete Bewegung am Ende der Trockenzeit (Kapitel 4). Die vorliegende Arbeit belegt die besondere Bedeutung des GRR für das Überleben der Populationen größerer Säugetiere im Ruaha NP sowie die Dringlichkeit, einen ganzjährigen Durchfluss während der Trockenzeit zu gewährleisten.