Valuation of Mangrove Ecosystems along the Coast of the Mekong Delta in Vietnam an approach combining socio-economic and remote sensing methods

Vo, Quoc Tuan

Mangrove ecosystem is among the most productive and valuable eosystems in the world.The services provided by mangrove ecosystems to human well-being are well acknowledged in literature. Mangrove forests provide not only direct use values such as timber materials and fisheries resources but also indirect use values, for instance coastal protection, carbon sequestration as well as biodiversity. Although mangrove forests play an important role in providing goods and services to humans in both direct and indirect ways, they are declining at alarming rates. Overexploitation of mangrove for timber, urban development, increase population in coastal areas, and especially conversion to aquaculture are the major threats to mangrove forests worldwide. Over the last two decades, many studies on the valuation of mangrove ecosystems using different valuation approaches have been carried out in order to increase the awareness of decision makers to mangrove ecosystems. This dissertation investigates a new approach for quantifying the value of mangrove ecosystem services using remote sensing and household socio-economic data. Specifically, the method differentiates mangrove cover fractions in a mangrove-aquaculture integrated farming system in Ca Mau Province, Mekong Delta using an object-based approach. Ca Mau Province serves as an interesting case study as it has special conditions. First, it is the Province that hosts one of the largest mangrove forest areas in the Mekong Delta. Second, mangrove forests in this Province have been declining rapidly due to expansion of shrimp farming. Last, it is the Province that has special characteristics of the integrated mangrove-quaculture farming system, where mangroves are planted in a shrimp pond with different mangroves densities. This dissertation reviews a comprehensive overview of methods applied for the valuation of mangrove ecosystem services undertaken for the last decades. The main findings of this research include the following: 1) a need for site/landscape-specific valuation of mangrove ecosystem due to the socio-economic context as well as inconsistency in the value-transfer approach; monetary valuation should be used to increase awareness of the importance of mangrove ecosystems to decision akers/local communities. 2) developed an object-based approach for estimating the percentage of mangroves in mixed mangrove-aquaculture farming systems. This approach is a first attempt to quantitatively estimate mangrove percentages within the special mangrove-aquaculture farming system in the Mekong Delta of Vietnam. The method comprises multi-resolution segmentation and classification of SPOT5 data using a decision tree approach as well as local knowledge from the region of interest. The results demonstrate that the predominantly mono-cultivation areas, i.e., above 70% or below 30% mangrove forests, were detected with high accuracies compared with existing approaches, 3) the valuation of mangrove ecosystem services using combined approach of remote sensing and socio-economic household survey data. The total estimated value was US$ 600 million/year for 187,533 ha with the mean value was US$3,000/ha/year, which significantly greater than gross domestic product (GDP) of the Province (US$ 1.25 million in 2010). The results demonstrate advancements in remote sensing techniques in combination with household survey data in quantifying the value of mangrove ecosystems. However, future challenges remain before this approach can be applied in monitoring the extent of mangrove and estimating the total economic value of the mangrove ecosystem. Based on these results, future research should focus on the integration of additional geodata, such as cadastral maps in the segmentation process, or emerging remote sensing technologies such as LiDAR or hyper-spectral data to characterize mangrove species and structure. Primary research on the valuation of recreation, water filtration or biodiversity needs to be done in order to estimate the total economic value of mangrove ecosystems.

Mangroven-Ökosysteme gehören zu den produktivsten und wertvollsten Ökosystemen der Welt. Die zahlreichen kosystemfunktionen, die von Mangrovenwäldern bereitgestellt werden und zum Wohlbefinden des Menschen beitragen, sind in der Fachliteratur wissenschaftlich anerkannt. Mangrovenwälder liefern nicht nur direkte Nutzungsgüter wie Holzwerkstoffe und Fischbestände, sondern auch indirekte Ökosystemfunktionen, wie zum Beispiel ihr Beitrag zum Küstenschutz, zur Kohlenstoffbindung sowie zur Biodiversität. Obwohl Mangrovenwälder bei der Bereitstellung von direkten und indirekten Gütern und Funktionen für den Menschen eine wichtige Rolle spielen, ist der Rückgang der Bestände alarmierend. Zu den größten Bedrohungen für Mangrovenwälder weltweit gehören der Ababu der Bestände im Rahmen der Holzproduktion, städtische Entwicklung, ein erhöhter Bevölkerungsdruck in den Küstengebieten und vor allem die zunehmende Landnutzungsveränderung hin zur Aquakultur. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden zahlreiche Studien über die Bewertung von Mangroven Ökosystemen mit unterschiedlichen Ansätzen durchgeführt. Dies hat zum Ziel das Bewusstsein der Entscheidungsträger zu schärfen und über den Wert von Mangroven Ökosystemen verstärkt zu informieren. In der vorliegenden Dissertation wird ein neues Verfahren zur wirtschaftlichen Bewertung von Mangroven-kosystemfunktionen vorgestellt welches auf der Kombination fernerkundlicher Methoden mit empirisch erhobenen sozioökonomischen Daten basiert. Im Detail differenziert das Verfahren verschiedene Mangroven-Bewuchs-Dichten mittels eines objektorientierten Klassifikationsansatzes, welches auf sogenannte integrierte Mangroven-Aquakultur-Anbausysteme in der Provinz Ca Mau im Mekong Delta angewendet wurde. Die Provinz Ca Mau dient als interessante Fallstudie, da sie sehr spezielle Rahmenbedingungen aufweist. Erstens, beherbergt die Provinz eine der größten Mangrovengebiete im gesamten Mekong Delta. Zweitens, sind die Mangrovenbestände in dieser Provinz aufgrund des zunehmenden Ausbaus der Garnelenzucht stark rückläufig. Außerdem weist die Provinz besondere Merkmale des integrierten Mangroven-Aquakultur-Landwirtschaftssystems auf, in dem Garnelen in Teichen mit unterschiedlichen Mangrovendichten gehalten werden. Die Dissertation gibt einen umfassenden Überblick über Methoden zur Bewertung der Ökosystemfunktionen von Mangrovenwäldern, welche in den letzten Jahrzehnten durchgeführt wurden. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Untersuchung sind: 1) Die Notwendigkeit von orts-spezifischen Bewertungsansätzen für Mangroven-Ökosysteme aufgrund variierender sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen sowie Inkonsistenzen bei Wert-Transfer-Ansätzen; monetäre Bewertungsansätze sollten verwendet werden, um die Bedeutung von Mangroven-Ökosystemen für Entscheidungsträger/Gemeinden zu erhöhen. 2) Ein objekt-basierter Ansatz zur Abschätzung von Mangrovenanteilen in gemischten Mangroven-Aquakultur-Anbausystemen wurde entwickelt. Dieser Ansatz ist ein erster Versuch, quantitativ Mangrovenanteile innerhalb des speziellen integrierten Mangroven-Aquakultur-Systems im vietnamesischen Mekong-Delta abzuschätzen. Das Verfahren umfasst einen multi-skaligen Segmentierungsansatz, die Klassifizierung von SPOT5 Satellitendaten mit Hilfe eines Entscheidungsbaums sowie die Integration von lokalem Wissen über die Testregion. Die Ergebnisse zeigen, dass, im Vergleich zu bestehenden Ansätzen, homogene Flächen, nämlich Gebiete mit über 70% oder unter 30% Mangrovenbeständen, mit hohen Genauigkeiten erfasst werden konnten. 3) Die Bewertung von Mangroven-Ökosystemfunktionen mittels eines kombinierten Ansatzes von Fernerkundungsmethoden und empirischen Haushaltsbefragungen. Der geschätzte Gesamtwert beläuft sich auf ca. 600 Mio. US $ / Jahr für eine Gesamtfläche von 187,5 ha. Der durchschnittliche Wert pro Hektar wird auf ca. 3.000 US $ / Jahr geschätzt, welcher wesentlich höher liegt als das Bruttoinlandsprodukt (BIP) der Provinz (1,25 Mio. US $ in 2010). Das Ergebnis des verwendeten Ansatzes stellt einen wesentlichen Fortschritt dar in der Kombination von Fernerkundung und sozioökonomischen Daten aus Haushaltsbefragungen zur wirtschaftlichen Bewertung von Mangroven Ökosystemen. Allerdings bleiben noch Herausforderungen zu bewältigen, damit dieser Ansatz zur Überwachung von Mangrovenbeständen und zur Schätzung ihres wirtschaftlichen Gesamtwertes umgehend angewendet werden kann. Basierend auf den erzielten Ergebnissen, sollten sich zukünftige Forschungstätigkeiten darauf konzentrieren, zusätzliche Geodaten, wie z.B. Katasterkarten, in den Segmentierungsablauf zu integrieren, oder auf neue Fernerkundungstechnologien wie die Nutzung von LiDAR oder hyper-spektralen Daten zur Charakterisieren von Mangrovenarten und deren Strukturen fokussieren. Nicht zuletzt ist es notwendig weitere Forschungstätigkeiten in die wirtschaftliche Bewertung weiterer Ökosystemfunktionen zu investieren, wie z.B. der Freizeitfunktion, der Wasser-Filtration oder der Biodiversität, um letztendlich den gesamt-wirtschaftlichen Wert von Mangroven-Ökosystemen abschätzen zu können.

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Vo, Quoc: Valuation of Mangrove Ecosystems along the Coast of the Mekong Delta in Vietnam an approach combining socio-economic and remote sensing methods. 2013.

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