Die Vegetation in Mali ist das Ergebnis jahrhundertelanger menschlicher Eingriffe. Eine natürliche Vegetation ist nur noch in eng begrenzten Gebieten vorhanden.
Die durch Beweidung, Ackerbau und Brandrodung entstandene Kulturlandschaft lässt sich, abhängig von der Menge des Niederschlags, in vier Zonen einteilen. Von wenigen Ausnahmen abgesehen ist den Pflanzen dieser Zonen gemeinsam, dass sie zu Beginn der Regenzeit austreiben und in den trockenen Monaten ihr Laub abwerfen bzw. den oberirdischen Teil absterben lassen.Der Bereich der dichten bis offenen Trockenwälder im südlichen Teil des Landes ist durch Baumarten wie Kapokbaum (Ceiba pentandra), Karitébaum (Vitellaria paradoxa), Afrikanischer Affenbrotbaum (Adansonia digitata) oder Anabaum (Faidherbia albida) bestimmt. Alle diese Bäume werden durch den Menschen intensiv genutzt. Auf weniger günstigem Boden gedeihen Combretum-Gehölze. Horstgräser wie Hyparrhenia-, Pennisetum-, Loudetia- und Andropogon-Arten bilden die Grasschicht. Nördlich der Trockenwälder, wo weniger als 600 mm Jahresniederschlag fallen, breitet sich die sahelische Dornstrauchsavanne aus. Es dominieren verschiedene Akazien-Arten, Wüstendattel (Balanites aegyptiaca) oder Combretum glutinosum, sowie die Gras-Arten Cenchrus biflorus oder Aristida mutabilis. Eragrostis tremula besiedelt häufig Flächen, auf denen Hirse angebaut wurde. Bei dieser Savanne handelt es sich um den Tigerbusch; dort wechseln sich Flächen mit und ohne Vegetation in Streifenform ab.
Die Grenze zwischen Dornbaumsavanne und Nordsahel liegt bei 250 bis 100 mm Jahresniederschlag. In feuchten Niederungen des Nordsahel gedeihen noch Akazien-Arten, Strauch-Arten wie Leptadenia pyrotechnica oder die wichtigen Futterpflanzen Maerua crassifolia oder Zahnbürstenbaum (Salvadora persica). Die Sahara beginnt dort, wo der Jahresniederschlag 100 mm unterschreitet. In diesen Gebieten treten Akazien-Arten nur noch in Wadis auf. An günstigen Standorten gedeihen Horstgräser wie Aristida pungens, Aristida longiflora oder Panicum turgidum.
In Mali endemische Arten sind Maerua dewaillyi aus der Familie der Kaperngewächse, Elatine fauquei aus der Familie der Tännelgewächse, Pteleopsis habeensis (Flügelsamengewächse), Hibiscus pseudohirtus (Malvengewächse), Acridocarpus monodii (Malpighiengewächse), Gilletiodendron glandulosum (Hülsenfrüchtler), Brachystelmam edusanthernum (Gattung Brachystelma), Pandanus raynalii (Schraubenbaumgewächse).
Aufgrund der Überjagung durch Einheimische und andere Jäger, der Desertifizierung weiter Gebiete mit starken Trockenheiten und der fortschreitenden Kultivierung und Konkurrenz mit Weidetieren sind in Mali vor allem größere Wildtiere viel seltener als in vielen anderen afrikanischen Staaten. Ebenso wie in Mauretanien lagen in der Vergangenheit die Aussterberaten für Populationen von Säugetieren in Mali im Vergleich zu anderen afrikanischen Staaten sehr hoch, trotz der niedrigen Bevölkerungsdichte.
Insgesamt sind etwa 140 Säugetierarten in Mali heimisch. Zahlreiche Arten von Großsäugern sind ausgestorben, darunter die ehemals häufige Säbelantilope und die Mendesantilope (die vielleicht noch im Grenzgebiet zu Mauretanien vorkommt), oder wurden auf kleine Restpopulationen reduziert. Die Westafrikanische Giraffe kam ursprünglich in weiten Teilen in Zentralmali vor, wurde jedoch durch intensive Bejagung auf eine Restpopulation im Grenzgebiet zu Niger reduziert und gilt heute ebenfalls als ausgestorben. Etwa 350 Elefanten leben in der Region Gourma im Grenzgebiet zum nördlichen Burkina Faso. Bei letzteren handelt es sich um die nördlichste Population der Afrikanischen Elefanten und sie zeigen ein periodisches Wanderverhalten im Grenzgebiet, wobei das in Mali befindliche Areal den größeren Teil des Verbreitungsgebiets ausmacht. Im Niger, dem Nigerbinnendelta, dem Débo-See sowie im Senegal kommt zudem der Afrikanische Manati vor, eine Art der Seekühe. Die gefährdete und international geschützte Art kommt regelmäßig vor, die Bestände sind jedoch durch Bejagung und die Verschlechterung der Wasserqualität rückläufig und sollen in Zukunft besonders geschützt werden.
Der Schimpanse kommt nur im äußersten Südwesten des Landes im Grenzgebiet zu Guinea vor, wo seine Anwesenheit erst 1977 zum ersten Mal dokumentiert wurde.[53] Ihre Zahl wurde 1984 auf 500–1000 Individuen geschätzt, 1993 kam man hingegen auf eine Zahl von 1800 bis 3500.[55] Wichtigste Habitate sind die von Gilletiodendron glandulosum aus der Familie der Hülsenfrüchtler durchsetzten Wälder, die im Gilletiodendron-Wald etwa 60 für Schimpansen essbare Pflanzenarten bieten. Die Gruppen sind dort größer als in denjenigen Verbänden, die in der Savanne leben. Wichtigstes Schutzgebiet ist daneben die 1990 eingerichtete Réserve faunique du Bafing. Weitere in Mali anzutreffende Primaten sind der Husarenaffe, die Westliche Grünmeerkatze, der Anubispavian, sowie der Guinea-Pavian (nur im äußersten Westen) und der Senegal-Galago.[57] An Raubtieren waren in der Vergangenheit unter anderem Löwen und Geparden in Mali anzutreffen, deren Bestände aber immer weiter abnahmen, sodass sie heute ebenso wie der Afrikanische Wildhund auch in den geschützten Gebieten nicht mehr vorhanden sind. Kleinere Raubtiere wie der Blassfuchs, die Sandkatze, die Falbkatze, einige Schleichkatzen und Marder kommen weiterhin in Mali vor. Andere Säugetiere sind einige Arten kleinerer Antilopen, die Mähnenziege, das Erdferkel und das Flusspferd, daneben leben zahlreiche Kleinsäuger in dem Land.
Nach Angaben von BirdLife International sind für Mali insgesamt 562 Vogelarten nachgewiesen, davon 117 Wasservögel. 229 Arten werden als Zugvögel klassifiziert. Zahlreiche Vogelarten leben vor allem im Binnendelta des Niger, in diesem Gebiet überwintern auch viele Zugvögel aus Europa. Erwähnenswert ist der Mali-Amarant, der in Reiseführern gelegentlich als Endemit für Mali ausgewiesen wird, jedoch auch in den Nachbarländern vorkommt. Zu den gefährdeten Vögeln Malis gehören größere bodenlebende Vögel wie der Afrikanische Strauß, Trappen wie die Arabientrappe und die Nubische Trappe sowie Perlhühner.
Unter den Reptilien Malis gibt es über 170 Echsenarten, unter anderem Warane und Dornschwanzagamen, und über 150 Schlangenarten. Hierzu zählen Vipern wie die Puffotter, diverse Sandrasselottern und die Wüsten-Hornviper sowie Giftnattern wie mehrere Kobras und die Boomslang, die im Süden präsent ist. Auch der Nördliche Felsenpython ist Bestandteil der Herpetofauna des Landes. Im Niger und anderen Flüssen leben zudem wie in den meisten größeren Flüssen Afrikas Krokodile, vor allem das Nilkrokodil. Neben diesen Arten sind auch 15 Schildkrötenarten für Mali nachgewiesen.
Die Flüsse und Seen Malis werden von über 140 Fischarten bewohnt, darunter sind 18 Welsarten, 14 Salmlerarten, 9 Buntbarsche (u. a. die Niltilapie, Sarotherodon galilaeus und Coptodon zillii) und 4 Karpfenfische. Der größte Fisch Malis ist der planktonfressene Afrikanische Knochenzüngler.
Für die Ökosysteme der Sahelzone sind Termiten wichtig, die den Boden auflockern und Humus bilden. Besonders auffallend sind die Bauten der Art Cubitermes fungifaber. Die Webervögel-Arten sind gefürchtete Schädlinge in den Reisfeldern. Noch mehr Sorgen bereiten der Bevölkerung Wanderheuschrecken. Die Wüstenheuschrecke, die ihre Brutgebiete im Maghreb hat, kann in Jahren mit ausreichend Niederschlag in riesigen Schwärmen über die Sahara in den Sahel wandern und natürliche Vegetation wie auch Nutzpflanzen vernichten.
Einziger Nationalpark Malis ist der Boucle-du-Baoulé-Nationalpark im Westen des Landes, rund 200 km nördlich von Bamako. Er umfasst eine Fläche von 5430 km² und dient dem Schutz von Flusspferden, Giraffen, Wasserböcken, Pferdeantilope, Riesen-Elen- und Leierantilopen sowie Warzenschweinen, dazu einer entsprechenden Flora. Allerdings sind seine Wälder durch agrarische und pastorale Übernutzung ebenso gefährdet wie die der südlich anschließenden Réserve de Fina.
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