Ökoregionen & Makroökologie. 8. Trockene Mittelbreiten

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1 Ökoregionen & Makroökologie 8. Trockene Mittelbreiten

2 Verbreitung und Klima Aus Schultz 2000

3 Verbreitung und Klima Gesamtfläche 16,5 Mio. km² (11,1 % der Festlandsfläche) N-Amerika Eurasien S- und Mittelamerika Afrika Australien (mit Neuseeland) Great Plains (Saskatchewan und Alberta in Kanada bis Texas in den USA ); Grosses Becken. Innerkontinentaler 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).

4 Verbreitung und Klima Außertrop. Westwindzone oder zyklonale Westwinddrift Leelage oder kontinentale Lage Jahresniederschläge mm; ungleichmäßige Verteilung (längere Trockenperioden); unregelmäßig; Meist winterkalt (mind. 1 Monat mit t mon < 5 C) und sommerheiß (t mon der wärmsten Monate C) Sonneneinstrahlung während des Hochsommers erreicht Beträge vergleichbar den trop./subtrop. Trockengebieten

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6 Verbreitung und Klima Abgrenzung: Zu Feuchten Mittelbreiten & Borealen Zone a) > 200 mm Regen in Monaten mit t mon +5 C b) > 4 Monate humid Zu Trop./subtrop. Trockengebieten a) t mon des kältesten Monats > +5 C b) Mind. 5 Monate mit t mon > +18 C

7 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

8 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

9 Boden Änderungen 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

10 Boden Phaeozeme (Gr. 'phaios' = schwärzlich-grau) Feuchteste Steppenstandorte ( mm Jahresniederschlag) Humusreich, dunkelbraune bis schwärzlich-graue, tiefgründige Böden Entstehung aus basenreichen Sedimenten (häufig Löss) Kalkanreicherungshorizont fehlt Hohe biologische Aktivität

11 Boden Chernozeme (Russisch 'tschern' = schwarz) Vorkommen bei 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)

12 Boden Kastanozeme (L. 'castanea' = Kastanie) Vorkommen bei 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

13 Boden Phaeozeme Waldsteppe N = mm/a T = 5-7 C Chernozeme Langgrassteppe N = mm/a T = 6-10 C Kastanozeme Kurzgrassteppe N = mm/a T = 5-9 C

14 Vegetation r/fur/habitats/prarie.html Aus Schultz 2000 Pflanzenformationen in den zentral-eurasiatischen Teilgebieten der Trockenen Mittelbreiten und borealen Zone.

15 Vegetation Steppen: 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 )

16 Waldsteppe: Vegetation Übergangsbereich von der Borealen Zone bzw. den Feuchten Mittelbreiten zu den Trockengebieten Lichter Baumbestand, Grasinseln

17 Smith & Smith 2009

18 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

19 Vegetation Aus Schultz 2000 Änderungen in der ostpatagonischen Vegetation entlang eines Ariditätsgradienten. Mit zunehmender Aridität verringern sich Phytomasse und Blattindices, wobei die Abnahme der oberirdischen Phytomasse rascher als die der unterirdischen erfolgt.

20 Vegetation Stressfaktoren Kältestress Hemikryptophyten, Frühlingsgeophyten und -therophyten Dürrestress, Salzstress Xeromorphe Merkmale, Laubabwurf Beweidung Feuer

21 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

22 Vegetation Aus Schultz 2000 Die Beziehung zwischen Sprossproduktion und Niederschlägen in den Steppen der Mittleren Breiten.

23 a) Photosynthese b) Aus Bick 1998 a) Physiologische Kenngrößen zur CO 2 - Assimilation von C 3 -, C 4 -, und CAM- Pflanzen; b) Tagesgang der CO 2 -Aufnahme von C 3 -, C 4 - und CAM-Pflanzen. Aus Schultz 2000

24 Photosynthese Aus Schultz 2000 Anteile der C4-Pflanzenarten an der Steppenflora in Nordamerika in Abhängigkeit von der geographischen Breite.

25 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

26 Fauna: Carnivore Säuger Coyoten, Dachse, Wiesel Vögel Zahlreiche Greifvogelarten (Adler, Bussarde, Milane, Weihen, Falken)

27 Vereinfachtes Ökosystemmodell einer winterkalten Steppe. Aus Schultz 2000

28 Nutzung Die agrare Nutzung der Kurz- und Langgrassteppengebiete in der Ukraine und in Nordamerika. Agronomische Trockengrenze Aus Schultz 2000

29 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 )

30 Nutzung Der Effekt der Brache im Dry-Farming- System. Mit der Fruchtfolge 3 werden die höchsten Flächenerträge erzielt. Aus Schultz 2000

31 Nutzung Extensive stationäre Weidewirtschaft und Wildbewirtschaftung (Ranching) Extrem große Betriebsflächen 500 bis 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 mm 5-16 GVE) Pot. Folgen: Veränderung der Steppenflora, Bodenverdichtung ( Overland Flows, Gully Erosion)

32 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

33 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