Ökoregionen & Makroökologie - Landau€¦ · Verbreitung und Klima Abgrenzung: • Zu Feuchten...
Transcript of Ökoregionen & Makroökologie - Landau€¦ · Verbreitung und Klima Abgrenzung: • Zu Feuchten...
Ökoregionen & Makroökologie
8. Trockene Mittelbreiten
Verbreitung und Klima
Aus Schultz 2000
Verbreitung und Klima• Gesamtfläche 16,5 Mio. km² (11,1 % der
Festlandsfläche)
N-Amerika Eurasien S- undMittelamerika Afrika Australien
(mit Neuseeland)Great Plains (Saskatchewanund Alberta in Kanada bis Texas in den USA ); GrossesBecken.
Inner-kontinentaler Gürtel von der Ukraine bis zur Wüste Gobi und der Mongolei (teilw. > 2000 km breit).
Südl. Argentinien (Ostpatagonien).
Neuseeland(kleines Gebiet auf der O-Seite der Südinsel).
Verbreitung und Klima
• Außertrop. Westwindzone oder zyklonale Westwinddrift• Leelage oder kontinentale Lage• Jahresniederschläge 200 – 600 mm; ungleichmäßige
Verteilung (längere Trockenperioden); unregelmäßig;• Meist winterkalt (mind. 1 Monat mit tmon < 5°C) und
sommerheiß (tmon der wärmsten Monate 20 – 30 °C)• Sonneneinstrahlung während des Hochsommers erreicht
Beträge vergleichbar den trop./subtrop. Trockengebieten
Verbreitung und Klima
Abgrenzung:• Zu Feuchten Mittelbreiten & Borealen Zone
a) > 200 mm Regen in Monaten mit tmon ≥ +5°Cb) > 4 Monate humid
• Zu Trop./subtrop. Trockengebietena) tmon des kältesten Monats > +5°Cb) Mind. 5 Monate mit tmon > +18°C
Verbreitung und Klima
Gliederung:• Nach Ariditätsgraden
– Steppen (75 %): ≥ 100 mm Regen während der Vegetationsperiode; 2 – 4 Monate humid
– Halbwüsten: < 100 mm Regen– Wüsten: < 50 mm Regen
Boden• Morphogenese und Bodenbildung ähnlich
trop./subtrop. Trockengebieten• Besonderheiten:
– Frostsprengung– Frostbedingte Solifluktion– Zeitpunkt und Dauer des episodischen Abflusses
durch Frühlingsschmelzwasser bestimmt• Böden mit hoher Austausch- und
Wasserkapazität; hohe potentielle Fruchtbarkeit• Einschränkungen für Pflanzen durch klimatische
Trockenheit
BodenÄnderungen entlang eines Feuchtegradienten (Steppenböden der ehemaligen GUS:• Mächtigkeit des Ah-
Horizonts und dessen Humusgehalt (% C) nimmt zunächst zu, dann wieder ab;
• Verringerte Lessivierung• Zunahme des Gehalts an
Kalk (Ck, ACk), Gips, Na-Salzen
• Erhöhung des pH-Werts
Aus Schultz 2000
Boden
• Phaeozeme (Gr. 'phaios' = schwärzlich-grau)– Feuchteste Steppenstandorte (500 – 700 mm
Jahresniederschlag)– Humusreich, dunkelbraune bis schwärzlich-graue,
tiefgründige Böden– Entstehung aus basenreichen Sedimenten (häufig
Löss)– Kalkanreicherungshorizont fehlt– Hohe biologische Aktivität
http://www.geo.unizh.ch/bodenkunde/kapitel/steppen.html
Boden
• Chernozeme (Russisch 'tschern' = schwarz)– Vorkommen bei 400 – 550 mm
Jahresniederschlag– mächtiger (50 bis 100 cm) und humusreicher (bis
16 %) Ah-Horizont– Kalkausscheidungen in Form von Schlieren und
Flecken im oberen Teil des C-Horizontes– Ausgangsmaterial oft kalkhaltiger Löss– Voraussetzungen: hohe Biomasseproduktion
(Langgras- bis Mischgras-Steppe), intensive Durchmischung (Bioturbation) und langsame Mineralisierung (semi-aride und winterkalte Klima)
http://www.geo.unizh.ch/bodenkunde/kapitel/steppen.html
Boden
• Kastanozeme (L. 'castanea' = Kastanie)– Vorkommen bei 200 – 400 mm
Jahresniederschlag– Grau-brauner Boden mit einem etwas weniger
mächtigen und weniger humushaltigen (2 - 4 %) Ah-Horizont
– Sekundäre Kalk- (in den oberen Profilbereichen) und Gipsanreicherungen (im unteren Profilbereich)
– Aufgrund der geringen Auswaschung hoher Nährstoffreichtum
– Kurzgrassteppe als natürliche Vegetation
http://www.geo.unizh.ch/bodenkunde/kapitel/steppen.html
Boden
PhaeozemeWaldsteppe
N = 650-500 mm/aT = 5-7 °C
ChernozemeLanggras-steppeN = 600-300 mm/aT = 6-10 °C
KastanozemeKurzgras-steppeN = 350-250 mm/aT = 5-9 °C
http://www.geo.unizh.ch/bodenkunde/kapitel/steppen.html
Vegetation
Aus Schultz 2000
Pflanzenformationen in den zentral-eurasiatischen Teilgebieten der Trockenen Mittelbreiten und borealen Zone.
http://www.inhs.uiuc.edu/dnr/fur/habitats/prarie.html
VegetationSteppen:• Offene (baumlose oder –arme) Pflanzenformationen;
Gräser, Kräuter oder kleinwüchsige Gehölze dominierend
Gründe für die Baumfreiheit:• Klimatische Ursachen (Niederschlagsmenge, -verteilung,
periodische Dürre, Spätfröste, Stürme)• Feuer (Blitzschlag)• Herbivorie (grosse Pflanzenfresser, z.B. Bison, Hirsche,
Antilopen, Präriehunde etc.)• Geschichte ("Klimazeugen", Steppenklima d. jüngeren
Miozän, Diasporenarmut )
VegetationWaldsteppe:• Übergangsbereich von der Borealen Zone bzw. den Feuchten
Mittelbreiten zu den Trockengebieten• Lichter Baumbestand, Grasinseln
http://photos.csiewert.de/html/waldsteppe.html
Smith & Smith 2009
Vegetation
Langgrassteppe (Feuchtsteppe, Wiesensteppe)• Vereinzelte Waldinseln, geschlossene Grasnarbe• Höhe > 50 cm bis 200 cm
Mischgrassteppe• Ausgeprägte Schichtung aus mittelhohen und kurzhalmigen Arten
Kurzgrassteppe• Gräser meist mit büscheligem Wuchs, Bodenbedeckung < 50 %,
völlig waldfrei• Höhe 20 bis 40 cm
Wüstensteppe• Vorherrschend Zwerg- und Halbsträucher, spärlicher Graswuchs,
Bodenbedeckung < 50 %, höherer Anteil annueller Arten
Vegetation
Aus Schultz 2000
Änderungen in der ostpatagonischen Vegetation entlang eines Ariditäts-gradienten. Mit zunehmender Aridität verringern sich Phytomasse und Blatt-indices, wobei die Abnahme der oberirdischen Phytomasse rascher als die der unterirdischen erfolgt.
Vegetation
Stressfaktoren• Kältestress Hemikryptophyten,
Frühlingsgeophyten und -therophyten• Dürrestress, Salzstress Xeromorphe
Merkmale, Laubabwurf• Beweidung• Feuer
Vegetation
Anpassungen bei Gräsern gegenüber Tierfraß und Feuer:• Schutz des Vegetationspunktes durch Lage am Boden
und durch Überzug aus alten Blattscheiden• teilungsfähiges Gewebe (intercalares Meristem) im
basalen Abschnitt der Stengelglieder• Anstieg der Photosyntheserate nach leichter bis mäßiger
Beweidung• Einlagerung von Kieselsäure in die äußeren Zellwände
als Fraßschutz
Vegetation
Aus Schultz 2000
Die Beziehung zwischen Sprossproduktion und Niederschlägen in den Steppen der Mittleren Breiten.
Photosynthese
Aus Schultz 2000
Aus Bick 1998
a) Physiologische Kenngrößen zur CO2-Assimilation von C3-, C4-, und CAM-Pflanzen;b) Tagesgang der CO2-Aufnahme von C3-, C4- und CAM-Pflanzen.
a)
b)
Photosynthese
Aus Schultz 2000Anteile der C4-Pflanzenarten an der Steppenflora in Nordamerika in Abhängigkeit von der geographischen Breite.
Fauna: Herbivore
• Ungulaten (Huftiere)– Eurasische Steppe: Wildpferde, Saiga-Antilopen– Ostpatagonien: Guanakos, Pampahirsche– Prärie N-Amerikas: Bisons, Pronghorns, Hirsche
• Hasenartige & Nager– Hasen, Kaninchen, Ziesel, Hamster,
Präriehunde, Meerschweinchen, Mäuse
• Vögel– Rauhfüßhühner, Trappen
• Invertebraten– Heuschrecken, Käfer (u.a. Rüsselkäfer),
Schmetterlingsraupen
Fauna: Carnivore
Säuger• Coyoten, Dachse, WieselVögel• Zahlreiche Greifvogelarten (Adler,
Bussarde, Milane, Weihen, Falken)
Aus Schultz 2000
Vereinfachtes Ökosystemmodell einer winterkalten Steppe.
Nutzung
Aus Schultz 2000
Die agrare Nutzung der Kurz- und Langgras-steppengebiete in der Ukraine und in Nord-amerika.
Agronomische Trockengrenze
Nutzung• Großbetriebliche Getreidewirtschaft
– Großflächenbewirtschaftung– Kapitalintensiv und arbeitsextensiv– Weizen als wichtigste Marktfrucht– In den Grenzgebieten des
Regenfeldbaus Anwendung des „Dry-Farming-Systems“ (Trockenfarmsystem) oder künstliche Bewässerung
Pot. Folgen:– Bodenerosion und Auswehung des
Oberbodens (siehe „dust bowl“)
Nutzung
Aus Schultz 2000
Der Effekt der Brache im Dry-Farming-System. Mit der Fruchtfolge 3 werden die höchsten Flächenerträge erzielt.
Nutzung
• Extensive stationäre Weidewirtschaft und Wildbewirtschaftung (Ranching)– Extrem große Betriebsflächen 500 bis 100.000 ha– Meist Rinderhaltung; in trockenen Gebieten Schafhaltung; teilw.
in Verbindung mit Wildbewirtschaftung (z.B. Bisons) – Schlachttiere als Marktprodukt– Nutzung von Naturweiden; teilw. ergänzende Einsaat von
Futtergräsern– Tragfähigkeit abhängig von der Niederschlagsmenge (z.B. bei
Jahresniederschlägen < 250 mm 3-5 GVE pro 100 ha; bei 250 –500 mm 5-16 GVE)
Pot. Folgen:– Veränderung der Steppenflora, Bodenverdichtung ( Overland Flows,
Gully Erosion)
Beispiel Aralsee
• Flüsse führen häufig nur episodisch Wasser und enden oft in abflusslosen Senken, teilw. Bildung von Seen (z. B. Aralsee oder Chadsee)
• Entnahme des Flusswasser kann zu einer dramatischen Abnahme der Ausdehnung führen
Beispiel Aralsee
• Den Hauptzuflüssen Amudarja und Syrdarja werden seit der Stalin-Ära große Wassermengen für die künstliche Bewässerung von großen Baumwollanbauflächen in Kasachstan und Usbekistan entnommen
• Seit den 1960er Jahren bis 1997 sind der Wasserspiegel von 53 Meter auf 35 Meter gesunken, die Seefläche um 44,3 % und das Wasservolumen um 90 % zurückgegangen; der Salzgehalt hat sich vervierfacht