Ökoregionen & Makroökologie
9. Feuchte Mittelbreiten
Waldlandschaften
Aus Tischler 1993
Verbreitung
Schultz 2008
Verbreitung
• Schwerpunkt liegt auf der Nordhemisphäre• bilden keinen geschlossenen Gürtel• Breitenlänge:
– 35°- 50° an Ostseite der Kontinente– 40°- 60° an Westseite der Kontinente
• Gesamtfläche: 14,5 Mio. km2 (9,7 % der Festlandfläche)
• Synonyme: nemorale Zone, temperate Zone
Verbreitung
4 nordhemisphärische & 3 südhemisphärische Regionen:
• mittleres und östl. Europa• nordöstl. China, Korea, Nordhälfte von Japan• nordöstl. USA, angrenzende Teile Kanadas• Westkanada, Nordwest-USA• Südchile• Südöstliches Australien• Südinsel von Neuseeland
VerbreitungÜbergänge zu anderen Ökozonen• Polwärts: Boreale Zone borealer Nadelwald: Sommer
zu kurz oder zu kühl (Vegetationsperiode < 4 Monate)• Äquatorwärts/Westseite der Kontinente: Winterfeuchte
Subtropen niederschlagsarme, warme Sommer, niederschlagsreiche, milde Winter
• Äquatorwärts/Ostseite der Kontinente: Immerfeuchte Subtropen
• Äquatorwärts/kontinentale Lage: fehlend oder Übergang zu winterkalten Steppen zu geringer Jahresniederschlag
Verbreitung
• Warum bildet der sommergrüne Laubwald keinen geschlossenen Gürtel?
• Warum liegt der Schwerpunkt der Verbreitung auf der Nordhalbkugel?
• Warum ist die Verbreitung des sommergrünen Laubwalds auf der Westseite der Kontinente nach Norden verschoben?
Klima: Wetter• Witterungsgeschehen von dem
Druckgefälle zwischen subtropischen Hochdruckgürteln und den polaren Tiefdruckrinnen sowie dem Gegensatz tropische Warm und polare Kaltluft bestimmt
• hochgradig unbeständiger Witterungsverlauf (größte Häufigkeit von Gesprächen über das Wetter)
Schultz 2000
Klima: Temperatur / Niederschlag• Jahresniederschläge 600 bis 1000 mm, hohe
Regenverlässlichkeit• ganzjährig humide Bedingungen (p[mm] > 2t[°C)])• jahreszeitliche Verteilung:
– ozeanische Winterregen– kontinentale Sommerregen
Schultz 2000
Klima: Temperatur• jahreszeitlicher Wechsel von negativer und positiver
Strahlungsbilanz• tageszeitlichen Temperaturschwankungen nehmen eine
Mittelstellung eingemäßigte oder temperate Bedingungen
• thermischer Jahreszeitenwechsel• 4 Jahreszeiten, wobei nur Sommer völlig frostfrei
Jahreszeitenklimate• Vegetationsperiode 6 (kontinental) bis maximal 12
(ozeanisch) Monate• Jahresamplituden der Monatsmitteltemperatur:
– kontinental bis zu 40 K– ozeanisch 10 K
• Jahresmitteltemperatur 6 bis 12 °C
Bestandsklima
• Amplitude von Luftfeuchte und Temperatur im Kronenraum am höchsten
Dürrestress & Kältestress• Nächtlicher Anstieg des CO2-
Gehalts in bodennahen Luftschichten durch Bodenatmung
Schultz 2008
Relief• Mäßige morphologische Aktivität (geringe Verwitterungs-
& Abtragungsvorgänge)heutiger Formenschatz bereits im Tertiär oder
Pleistozän angelegt und weitestgehend erhalten• Verwitterung v.a. durch Hydratation und Hydrolyse;
Verwitterung von Kalkstein durch Kohlensäureverwitterung
Moränenlandschaft Hydrathülle
Gewässer• 1/3 des Niederschlags geht
in den Abfluss (Interflow, Grundwasser)
• Abfluss bei geschlossener Pflanzendecke über Interflow und Grundwasser
• hohe Fließgewässerdichte• alle Flüsse sind
perennierend; Abflussgang durch die saisonalen Niederschlagsmengen bestimmt
Gewässerdichte Baden-Württembergs
Böden
• günstige Bodenentwicklung– geringe Versauerung– hohe Bioturbation, bessere Humusformen (Mull, Moder)– günstige Tonmineralbildung (Dreischicht-Tonminerale, höhere
Kationenaustauschkapazität)
• meist junge (nacheiszeitliche) Böden: starke Einflüsse durch Ausgangsmaterial, kleinräumiges Verteilungsmuster– Cambisole (lat. cambiare = wechseln), Braunerden: auf ärmeren
und trockenerem Ausgangsgestein– Luvisole (lat. Luere = auswaschen), Parabraunerden: auf CaCO3
reichem Substrat und hoher Feuchte– lithomorphe Böden (Ranker, Rendzina)
Böden1. Glazialgebiete (Mitteleuropa):
– Geschiebelehm, –mergel und –sande in Form von Grund- oder Endmoränen
2. Periglazialgebiete:– Löß- und Sandlößgebiete– Urstromtäler– Pleistozäne Flußterrassen– Periglaziale Hangschuttgebiete
3. Holozäne Aufschüttungen (Auensedimente):– Flugsandgebiete, Dünen der Küsten– fluvialen Auensedimente der Flußsysteme– marinen Schlickablagerungen im Watt, Sedimente der Marsch
Böden
Wirksamkeit der Faktoren Zeit, Bodenfeuchte, Relief:1) Chronosequenz von Böden auf
Sand 2) Klimasequenz von Böden aus
carbonathaltigem Löss3) Reliefsequenz von Böden aus
Kalkstein
Wichtigsten bodenbildenden Prozesse:• Transformation (Verlehmung,
Verbraunung)• Verarmung (Entkalkung)• Translokation (Tonverlagerung,
Naßbleichung, Vergleyung)
Böden
Schultz 2008
Hydromorphe Bodentypen der Feuchten Mittelbreiten
Vegetation: Lebensformtypen (nach Raunkiaer)
Vegetation: Lebensformtypen
• Phanerophyten: Bäume und Sträucher, die mit ihren Erneuerungsknospen über die Schneedecke reichen
• Chamaephyten: Kleinsträucher, deren immergrüne Blätter und Knospen im Winter unter der Schneedecke bleiben
• Hemikryptophyten: Ausdauernde krautige Pflanzen mit Erneuerungsknospen knapp über der Erdoberfläche
• Kryptophyten (Geophyten): sterben oberirdisch ab, überdauern mit ihren Knospen im Boden
• Therophyten: einjährige Pflanzen, die die ungünstige Jahreszeit als Samen überdauern
dtv-Atlas Ökologie 1998
Vegetation: Lebensformtypen
• Welche Lebensformtypen dominieren im tropischen Regenwald bzw. im sommergrünen Laubwald?
Chamae-phyten
Hemikrypto-phyten
Krypto-phyten
Phanero-phyten Therophyten
Tropische Zone (Sychellen)
6 % 12 % 5 % 61 % 16 %
Gemäßigte Zone (Pariser Becken)
6,5 % 51,5 % 25 % 8 % 9 %
dtv-Atlas Ökologie 1998
Vegetation
• natürliche Waldstandorte• Naturwälder:
– Sommergrüne Laubwälder, Mischwälder– Nadelwälder (pazifische Nordwestregion N-Amerikas)– Regenwälder (südhemisphärische Gebiete)
• starke Änderung der Vegetation durch anthropogene Nutzung– Landwirtschaftsflächen– Wirtschaftswälder
• heutiger Zustand: waldarm
www.unep-wcmc.org
Vegetation
• Altersstruktur der Bäume• Heterogenität der Vegetation• Artenreichtum
Naturbelassene Waldregionen:– Westpatagonien, Neuseeland (Südbuchenwälder)– westliche Pazifikregion von Nordamerika (temperate
Nadelwälder)
Wodurch unterscheiden sich Wirtschaftswälder und Naturwälder?
VegetationGattung Familie Zahl der Arten in
Nord-Ost-Amerika
Zahl der Arten in Europa
Zahl der Arten in Ost-Asien
Acer (Ahorn) Aceraceae 10 9 66
Alnus (Erle) Betulaceae 5 4 14
Betula (Birke) Betulaceae 6 4 36
Carpinus (Weißbuche) Carpinaceae 2 2 25
Fagus (Rotbuche) Fagaceae 1 2 7
Fraxinus (Esche) Oleaceae 4 3 20
Quercus (Eiche) Fagaceae 37 18 66
Salix (Weide) Salicaceae 13 35 97
Tilia (Linde) Tiliaceae 4 3 20
Ulmus (Ulme) Ulmaceae 4 3 30
Vegetation
• Wodurch sind die Unterschiede im Artenbestand der sommergrünen Laubwälder von Nordamerika und Europa begründet?
Vegetation: Mitteleuropäische Waldtypen
BuchenwaldBirken-Eichen-Wald
Bergfichtenwald
Weichholz- /Hartholzaue
Eichen-Hainbuchenwald
höhere Gebirgslage
magere Böden
Flussauen
Trockenheit
Vegetation: Mitteleuropäische Waldtypen
„Ellenberg“-Diagramm für die Waldgesellschaften in Bayern (www.waldwissen.net)
Vegetation: Sukzession
• Verjüngung– Windwürfe– Umstürzen altersschwacher Bäume– Feuer
• Entstehung von Gaps ab einem Bestandsalter von ca. 100 Jahren
• pro Jahr neu entstehende Gaps ca. 1 %
Saisonalität
• Jahresgang der Temperatur führt zur klimatischen Saisonalität
• diese drückt sich in auffälligen Aspektwechseln der Vegetation aus
• Saisonalität in keinem anderen Raum so deutlich
• vier Jahreszeiten mit Unterschied in Erscheinungsbild und Funktion des Waldökosystems
FrühjahrPflanzen:• Stoffwechsel und Wachstum werden angeregt• Frühblüher entwickeln sich (z.B. Buschwindröschen)• Samen keimen• Bäume entwickeln neue Triebe, Blätter und Blüten
Tiere:• Aktivität nimmt zu• poikilotherme Tiere erwachen aus Kältestarre (z.B.
Waldeidechse) oder schlüpfen aus Überwinterungsstadien
• homoiotherme erwachen aus Winterschlaf oder Winterruhe (z.B. Igel)
• Zugvögel kehren zurück• Paarungszeit für die meisten Arten
Saisonalität
Schultz 2000
http://de.wikipedia.org
SommerPflanzen:• Dickenwachstum von Stamm- und Astholz• Frucht- und Samenreife• volle Belaubung
Lichteintrag am Boden sehr gering• nur noch Schattenpflanzen können am Boden gedeihen
Tiere:• Jungenaufzucht• Revierverteidigung
www.wald-zentrum.de
HerbstPflanzen:• Ver- bzw. Entfärbung der Blätter durch Abbau org. Substanzen und
Resorption wichtiger Elemente in Zweige und Stamm• Ablösung von Laub, Samen und Früchten• einige Pflanzen der Krautschicht nutzen erhöhten Lichteinfall für
kurzes Wachstum
Tiere:• Anfressen eines Fettdepots oder Anlegen von Nahrungsvorräten
(z.B. Eichhörnchen)• Fortziehen der Zugvögel
www.welt.de
WinterPflanzen:• Vegetationsruhe (Dormanz), Reduzierung der
Aktivität auf ein Minimum• Photosynthese wird eingestellt
Tiere:• Aktivität wird eingeschränkt• Ernährung erfolgt aus Vorräten• viele homoiotherme Tiere fallen in Winterruhe oder
Winterschlaf• poikilotherme Tiere fallen in Kältestarre oder nur Eier,
Larven und Puppen überdauern • überwinternde Tiere bilden dichteres Fell oder
Gefiederwww.tierreich-interaktiv.ch
Wasserbilanz• Wasserbilanz:
– Verdunstung 52,5 %– Abfluss 47 %– Speicher 0,5 %
• Winter: Wasser-überschuss
• Sommer: teilw. Wasserdefizit
• Transpirations-koeffizient:– Fichte 220 l/kg TS– Buche 180 l/kg TS– Krautige Pflanzen
300 – 400 l/kg TSSchultz 2008
Abbau des Bestandsabfalls
• Boden: aus verwittertem Gestein und organischer Substanz bestehende oberste Erdschicht; reicht von der Erdoberfläche bis zum Ausgangsgestein
• Streu: pflanzlicher Bestandsabfall, dessen Abbau noch nicht begonnen hat oder gerade beginnt
• Humus: Gesamtheit der in und auf dem Boden befindlichen, abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Stoffe sowie deren organische Abbau-und Umwandlungsprodukte
Abbau des Bestandsabfalls
• Welche Bedingungen / Faktoren begünstigen oder erschweren den Abbau von Bestandsabfall?
• Warum ändert sich beim Abbau das C/N-Verhältnis (Streu 40:1; Rohhumus 33:1; Moder 18:1 – 23:1; Mull 13:1)?
• Welche Faktoren bestimmen die Zusammensetzung und Abundanz des Destruenten-Saprophagensystems?
Stoffvorräte & -umsätze
• Mineralstoffgehalte– Laubblätter 4,3 %– Stammholz 0,6 %– Mittlere Gehalt 1 %
• Anteile der Nährelemente in der org. Substanz:Ca > N > K > Mg > P
• PPN ca. 10 t TS ha-1 a-1
– Davon 40 % Blattproduktion (entspr. 80 % der Mineralstoffaufnahme)
• Mineralstoff-Nutzungseffizienz– Laubbäume 100 kg Biomasse pro kg N ca. 100 kg N/ha– Nadelbäume 200 kg Biomasse pro kg N
Schultz 2008
Mineralstoff-rückführung
Schultz 2008
• Oberird. Abfälle:5,4 t ha-1 a-1 Biomasse (entspr. 135 kg ha-1 a-1
Mineralstoffe)• Kronenauswaschung:
ca. 50 kg ha-1 a-1
Mineralstoffe=> Jährliche Rückführung
von 80 % der aufgenommenen Mineralstoffe
Abbau des BestandsabfallsHumusformen:• Mull: vollständige
Streuzersetzung, reicher Bodentierbestand, Bildung von Ton-Humus-Komplexen
• Moder: unvollständiger Abbau der Streu und schlechte Vermischung der Bodenbestandteile aufgrund geringer Organismenbesiedlung (saure, mittelmäßig nährstoffreiche Böden)
• Rohhumus: Hemmung des bakteriellen Abbaus durch starke Bodenversauerung und schwer abbaubaren BestandsabfallAus Bick 1998
Abbau des Bestandsabfalls
• Zersetzungsdauer:Erle, Ulme < Hainbuche < Linde < Ahorn < Esche , Birke < Buche, Eiche
• Destruenten: Pilze, Bakterien (90%) > Regenwürmer Enchytraeiden, Nematoden u.a. (10 %)
Schultz 2000
Mineralstoffkreislauf
Schultz 2000
Nettoprimärproduktion
Aus Bick 1998
Biomasse
Aus Bick 1998
Phytophagensystem
Konzentratselektierer („browser“)
Intermediärtyp („browser and grazer“)
Gras- und Rauhfutterfresser („grazer“)
Reh, Elch Gemse, Wisent, Hausziege, Rothirsch, Damhirsch
Mufflon, Hausschaf, Auerochse, Hausrind
• Wie ist die Zunahme von Rothirsch- und Rehpopulationen in mitteleuropäischen Waldgebieten zu erklären?
• Welche Arten können zu unerwünschten Schäden in Wirtschaftswäldern führen?
Ernährungstypen von wildlebenden europäischen Wiederkäuern und Haustieren.
Energiefluss
Nettoprimärproduktion29160
Zuwachs an Biomasse15960
Phytophage630
Samen420
Bestandsabfall12150
Destruenten10100
Saprophage1440
Zoophage144Dauerhumus
610
Zoophage63
54,7 % 41,7 %
1,4 %
2,2 %
Energiefluss in einem Moder-Buchenwald in kJ x m-² x a-1
(nach Messungen im Solling). Aus Bick 1998
Nettoprimärproduktion / Biomasse
• In welchem Alter erreicht ein Buchenwald ein Maximum der Phytomasse bzw. ein Maximum der Primärproduktion?
Schultz 2000
Ökosystem-modell
Schultz 2000
Nutzung
Schultz 2000
Landutzung• Feuchte Mittelbreiten bilden die am dichtesten
besiedelten und wirtschaftlich am höchsten entwickelte Räume der Erde
hoher Energie- und Ressourcenverbrauch• hohes Industrieaufkommen
Verschmutzung, saurer Regen, Abholzung• hohe landwirtschaftliche Nutzung
Trockenlegung, Abholzung, Überdüngung• Waldflächen sind meist Nutzforst• durch Monokulturen schnelle Schädlingsvermehrung
möglich (z.B. Borkenkäfer)
LandnutzungIntensive gemischte Landwirtschaft:• Hohe Arbeits- und Kapitalintensität, hohe
Flächenproduktivität• Getreide- (Weizen, Roggen, Gerste, Hafer), Hackfrucht
(Kartoffel, Gemüse, Rüben), Futteranbau (Klee, Luzerne, Grünmasse) in Kombination mit Viehhaltung
• Teilw. Spezialisierung der BetriebszweigeIntensive Grünlandwirtschaft:• Meist Milchviehhaltung oder Rindermast auf
Dauergrünland• Ertragssteigerung durch Düngung, Einsaat von
Futtergräsern & Klee, Drainage• Tragfähigkeit 2 – 3 GVE ha-1
Landnutzung
Bodenflächen in D [km²] (Statistisches Bundesamt, Stand 2004)• Gesamt: 357.050 (100 %)• Landwirtschaftsfläche: 189.324 (53,0 %)• Waldfläche: 106.488 (29,8 %)
Kulturart2005 2006
in km²Landwirtschaftlich genutzte Fläche insgesamt 170.352 169.510
Ackerland 119.033 118.661Haus- und Nutzgärten (Gartenland) 51 48Obstanlagen 662 659Baumschulen 217 212Dauergrünland 49.290 48.817Rebland 970 967Weihnachtsbaumkulturen, Korbweiden-, Pappelanlagen 129 140
Landnutzung: Probleme
• Rückgang der Pflanzen- und Tierarten durch Habitatverluste (Hecken, Raine, Feldgehölze, kleiner Gewässer)
• Belastung von Oberflächen- und Grundwasser (Nährstoffe, Pestizide)
• Schädigung des Bodens (Verdichtung, Erosion)
Gegenmaßnahmen
• Erhaltung der Bodenstruktur und bodenbiologischer Prozesse, Schutz vor Erosion
• Erhaltung/Schaffung von Landschaftsstrukturen als Habitate für Pflanzen und Tiere
• Erhaltung ökologisch wertvoller Biotope• Verminderung der Belastung angrenzender
Lebensräume durch Stoffeinträge, Wasserentzug oder anderen Folgen
Systemfaktoren:Integrierter Pflanzenbau
Bick 1998
Ökologische Landwirtschaft
• geschlossener Stoffkreislauf• schonende Bodenbearbeitung• Rückführung organischer Bestandsabfälle, Fruchtfolgen
mit Klee, Gründüngung• Steigerung der Abwehrkraft der Pflanzen• biotechnische (Leimringe, Lockstofffallen) oder
biologische Schädlingsbekämpfung• mechanische Unkrautvernichtung• Erhaltung/Schaffung einer vielgestaltigen Landschaft
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