Lebensraum - Boden. Die Nutzung und Störung der Pedosphäre durch den Menschen.

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1 Lebensraum - Boden Die Nutzung und Störung der Pedosphäre durch den Menschen. Three hundred trout are needed to support one man for a year. The trout, in turn, must consume 90,000 frogs, that must consume 27 million grasshoppers that live off of 1,000 tons of grass. - G. Tyler Miller, Jr., American Chemist (1971) Quelle:Earth Observatory (NASA)

2 Einleitung Kohlenstoffkreislauf Inhalt: Pedosphäre Photosynthese und Vegetation Klima und Biom Menschliche Nutzung Landwirtschaft und Ernährung Bio - Kraftstoffe Zusammenfassung

3 2830kJ 6 CO 2 +6 H 2 O C 6 H 12 O 6 +6 O 2 Kohlenstoff flüchtig gebunden Energieträger Sauerstoffabgabe Einleitung

4 Der Kohlenstoffkreislauf Einleitung

5 Photosynthese und Respiration Photosynthese: nutzt die Energie des roten Spektralanteils des Lichts um aus H 2 O und CO 2 Kohlenhydrate zu bilden. Respiration: ist die Umkehrung dieses Prozesses. Nahrung wird verbrannt (oxidiert). Dies geschieht in mehreren Schritten wobei jedesmal Energie abgegeben wird. Teilweise als Wärme. Ein Teil wird im Organismus dazu verwendet um ATP (Adenosin Triphosphat) zu bilden: Photosynthetisch aktive Strahlung (Photosynthetically Active Radiation) Quelle: Stephen Lower, Simon Fraser University, Vancouver. ADP+P0 3-4 ATP G=+30kJ ATP ist für den Energiebedarf des Organismus vergleichbar mit dem Geld für materielle Bedürfnisse. Sie zirkuliert durch den Organismus und stellt Energie dort in geeigneter Form bereit wo sie benötigt wird. Bei jeder Energieabgabe wird ATP wieder zu den Ausgangsprodukten (ADP und Phosphate) abgebaut. Diese Produkte stehen für eine neuerliche Bildung von ATP während der Respiration bereit. Pflanzen führen sowohl Photosynthese (Tag) als auch Respiration (Nacht) aus. Tiere lediglich die Respiration und benötigen daher Kohlehydrate als Nahrung. Pedosphäre

6 Photosynthese und Vegetation >3x ν=c/λ=441thz λ=680nm Blattflächenindex, LAI Pflanzenarten und Dichte hängen von Niederschlag, Temperatur und Sonneneinstrahlung ab. Quelle: Dolores Gende, Parish Episcopal School, Dallas. Pedosphäre

7 Quelle: Tobias Siegfried, Columbia University. Pedosphäre Bsp.: Österreich Niederschlag 1100mm/a ET 600mm/a

8 Vegetationsarten und Biosphäre Quelle: Dolores Gende, Parish Episcopal School, Dallas. Das Wachstum hängt ab von PAR Dosis (Intensität & Dauer) Temperatur Wasser Nährstoffangebot (N, P,..) CO 2,O 2 (?) Boden (Feuchte) Liebigs law of the minimum (1828) besagt, daß jene Ressource mit dem geringsten Angebot das Wachstum begrenzt. Frederick Frost Blackman (1905): law of limiting factors erweitert die Aussage um einen Toleranzbereich Pedosphäre

9 Vegetationsarten und Biosphäre Österreich Quelle: Dolores Gende, Parish Episcopal School, Dallas. Pedosphäre

10 Biom = Grosslebensraum (natürliches stabiles Ökosystem) Quelle: Wikipedia. Bioformation (Biowissenschaftlich) Ökoregion, Ökozone (Geowissenschaftlich) Pedosphäre

11 Konzept: Anthropogene Biome 25% 75% Quelle: Pedosphäre

12 Die Vegetation als Primärproduzent Energie, PAR Produzent Wasser, Nährstoffe Energie, Biomasse Destuenten Primärkonsument Sekundärkonsument... Endkonsument Tote organische Materie Quelle: Dolores Gende, Parish Episcopal School, Dallas. Pedosphäre

13 Die Nahrungspyramide (Ökologische Pyramide) 10J 1MJ Pedosphäre

14 Pflanzen als Energiequelle Nach Schultze et. al. 289, 2058, Menschliche Nutzung

15 Pflanzen als Energiequelle Pflanzen sind die (Primär)Produzenten von Biomasse. Sie stehen am Beginn der Nahrungs- bzw. Verarbeitungskette als Masse- und Energiespeicher. In diesem Zusammenhang wird ihr GPP und NPP bewertet. Die gesamte Rate von Materialerzeugung in Einheiten Masse oder Energie pro Fläche und Zeit wird als Gross Primay Production definiert und berücksichtigt nur den Beitrag der Photosynthese. Zieht man die stattfindende pflanzliche Respiration davon ab, erhält man die Nettorate Net Primary Production die energetisch nutzbar bleibt. NPP von natürlicher Vegetation: Regenwald 38 MJm -2 a -1 Grasland 8,3 MJm -2 a -1 Wüste <0,2 MJm -2 a -1 Sonneneinstrahlung in Österreich: 3600 MJm -2 a -1 Nahrungsbedarf eines Menschen: 4600 MJm -2 a -1 Menschliche Nutzung

16 Möglicher Ertrag als Funktion der Ökoregion Regenwald Wüste Weizen Grasland Bedingt menschliche Kontrolle von: Bewässerung Mineralienzufuhr Schädlingsbekämpfung Quelle: IFF Social Ecology, Wien. Menschliche Nutzung

17 Ernährungssicherheit? Globale Entwicklung ( ): Bevölkerung +156% Anbaufläche +55% ( ha 1950) Ertrag +218% Quelle: Tobias Siegfried, Columbia University. Menschliche Nutzung

18 Entwicklung am Beispiel Weizen Weizen: 1m 2 benötigt 1,2m 3 ( 1200mm) Wasser und bringt einen Ertrag von 12MJa -1 (Durchschnittlicher Niederschlag in Österreich 1100mm) Jahr Weltbevölkerung Anbaufläche [m 2 ] Ertrag [MJm -2 ] Preis [USD/TJ] , , ,38 7,94 9,55 Rohölpreis [USD/TJ] 2008 (Zuwachs) 6, (+4%) 2, (+11%) 4,68 (+7%) 16,50 (+108%) 23,30 (+144%) Menschliche Nutzung

19 Ertragssteigerung durch zusätzlichen Ressourceneinsatz Künstlichen Bewässerung +100% Kunstdünger +413% Nutzung neuer (GM) Sorten und Pestizide erfordern einen höheren Energie zuschuss 22% der Gesamtfläche 1/3 d. Produktionskosten in US 30% 5EJ 1EJ Süsswasser aufbereitung : 18EJ natürlich Menschliche Nutzung

20 Landwirtschaftlicher (Energie)Ertrag ( ) Quellen: IFF Social Ecology, Wien.und W. Pekny, Greenpeace CEE 2004 trug die Landwirtschaft (inkl. Brandrodung) ohne fossilen Energiebedarf mit 40% zur antropogenen Gesamtemission von 49Pg CO 2 equiv./a bei. Hauptsächlich Stickstoffverbindungen und Methan. Menschliche Nutzung

21 Zusammensetzung der menschliche Ernährung Verbrauch/Kopf/Tag: Entwicklungsländer Industriestaaten Quelle: FAO Statistik. Getreide Pflanzenfett Wurzelgemüse Fleisch Zucker Milchprodukte Energiebedarf alleine entspricht der Produktion von 2kg Äpfel Menschliche Nutzung

22 Agrartreibstoffe Quelle: R. Zah, Schlussbericht Empa, Schweiz, 2007 Menschliche Nutzung

23 Zusammenfassung Zum Erreichen der Ernährungssicherheit für alle Menschen ist die Landwirtschaft (Bodennutzung) unerläßlich. Daraus ergibt sich unmittelbar eine Konkurrenz zu natürlichen Ökosystemen. Zur Entwicklung von Methoden der Nahrungsbereitstellung die nachhaltig und minimal umweltschädigend sind bedarf es eines Prüfverfahrens unter Berücksichtigung möglichst vieler Aspekte. Menschliche Nutzung

24 Zusammenfassung Eine vorurteilsfreie Bewertung verschiedener Formen der Bodennutzung kann unter Zuhilfenahme von möglichst aussagekräftigen Indikatoren versucht werden. Dazu ist es zuallererst erforderlich den Gegenstand der Untersuchung festzulegen, ihn eindeutig abzugrenzen und ein Ermittlungs- Prozedere zu formulieren. Das Resultat einer einzelnen Untersuchung ist wertlos. (100g CO 2 /100km) Erst ein Vergleich mehrerer Resultate erlaubt es eine Reihung vorzunehmen. (100g CO 2 /100km vrs. 85g CO 2 /100km) Eine Gruppe von Schlüsselindikatoren kann eine komplexe Situation umfassend charakterisieren OHNE sie jedoch per se zu bewerten. (100g CO 2 /100km vrs. 85g CO 2 /100km und doppelter Reifenverschleiß) Menschliche Nutzung