Die geoökologischen Folgewirkungen der Steppenumbrüche in den 50er Jahren in Westsibirien. Dissertation

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1 Die geoökologischen Folgewirkungen der Steppenumbrüche in den 50er Jahren in Westsibirien Ein Beitrag für zukünftige Nutzungskonzepte unter besonderer Berücksichtigung der Winderosion Dissertation Zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät (mathematisch-naturwissenschaftlicher Bereich) der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg von Hansgeorg Tobias Meinel geb. am 24. Juli 1970 in Leipzig Gutachter: 1. Prof. Dr. M. Frühauf 2. Prof. Dr. V.V. Rudsky 3. Prof. Dr. K. Billwitz Halle (Saale), urn:nbn:de:gbv: [

2 Inhalt Danksagung Tabellen- und Abbildungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis I II III 1 Problemstellung und Zielsetzung 1 2 Einleitung Anthropogene Einflüsse auf das Steppenökosystem Das Dust bowl - Syndrom als globales Umweltproblem Bodendegradation in semiariden Ökosystemen Winderosion Wassererosion Versalzungserscheinungen Geschichte und Hintergründe der Neulandaktion Die Phase der Intensivierung Heutige Situation der russischen Landwirtschaft Untersuchungsgebiet Kulundasteppe Auswahl des Untersuchungsgebietes Naturräumliche Einordnung Geologie Klima und Vegetation Boden Besiedlung der Kulundasteppe 24 3 Methoden Geländemethoden Auswahl der Standorte Cäsium137 als Tracer Profilansprache und Probennahme Bodenfeuchtemessung Geländekartierung Erhebung aktueller Klimadaten Labormethoden Bodenparameter Nährstoffe Cäsium Anlage des Versuchsfeldes 35

3 4 Die agrarwirtschaftliche Inwertsetzung (Neulandaktion) im Untersuchungsgebiet und ihre geoökologischen Folgen Formen und Dimension der agrarwirtschaftlichen Inwertsetzung Erscheinungsformen und Intensitäten von Bodenschädigungen Winderosion Veränderungen des Profilaufbaus und der Bodeneigenschaften Deflationsräume Akkumulationsräume Wirkung von Windschutzstreifen Regionale Erscheinungsformen der Winderosion Wassererosion Versalzungstendenzen Natürliche Rahmenbedingungen Regenfeldbau Bewässerungsfeldbau 69 5 Das Wirkungsgefüge Klima/ Bodennutzung/ Bodendegradation/ landwirtschaftlicher Ertrag Zusammenhang zwischen Bearbeitungsform, Bodenfeuchte und Bodenerosion Ertragsentwicklung seit der Neulandaktion Klimatische und pedologische Faktoren Auswirkungen der Bodendegradation Nutzungsbedingte Faktoren 86 6 Sozioökonomische Folgen der Ertragsentwicklung Bevölkerungsentwicklung in den Neulandgebieten Die gegenwärtige Situation der deutschstämmigen Bevölkerung Ökonomische Aspekte der landwirtschaftlichen Nutzung 97 7 Ableitung von Empfehlungen für zukünftige Nutzungskonzeptionen Minimumfaktor Bodenfeuchte Trockensteppe Typische Steppe Waldsteppe Bewässerungsfeldbau Zusammenfassende Thesen Literatur- und Quellenverzeichnis Anhang

4 Tabellen- und Abbildungsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis Abbildung 2.1: Staubsturm in Oklahoma in den 30er Jahren des vergangenen Jahrhunderts 3 Abbildung 2.2: Erosionsauslösende Schwellenwerte der Windgeschwindigkeit 6 Abbildung 2.3: Schematische Darstellung Vorgänge der Winderosion 7 Abbildung 2.4: Umbruch natürlicher Steppe 1954 in der Kulundasteppe 11 Abbildung 2.5: Durchschnittlicher Hektarertrag (Sommerweizen) in der Russischen Föderation 15 Abbildung 2.6: Klimadiagramm von Slavgorod 20 Abbildung 3.1: Stipa pennata auf unbearbeitetem Tschernosem 27 Abbildung 3.2: Überlagerter fossiler Ah- Referenzhorizont in einer Windschutzanlage 28 Abbildung 3.3: Bewässerung mittels Rundregner 29 Abbildung 3.4: Versuchsschema der Anlage Schumanowka 35 Abbildung 3.5: Ausgangssituation (Stoppeln) auf dem Versuchsfeld Schumanowka 36 Abbildung 4.1: CaTs2 Tiefenverteilung Cäsium Abbildung 4.2: CaTs1 Tiefenverteilung Cäsium Abbildung 4.3: Degradierter südlicher Tschernosem (CaTs 02) 43 Abbildung 4.4: Unbearbeiteter südlicher Tschernosem (CaTs 01) 43 Abbildung 4.5: Vergleich Humusgehalte CaTs1/CaTs2 43 Abbildung 4.6: Selektiver Korngrößenverlust im Ap eines bearbeiteten Tschernosem (CaTS2) 44 Abbildung 4.7: 137 Cs-Aktivitätsverteilung am Profil DNR Abbildung 4.8: Fossiler Ah-Horizont unter Sandakkumulation (DNR 07) 45 Abbildung 4.9: Humusgehalte der Ap-Horizonte im Testgebiet DNR (Grishkowka) 47 Abbildung 4.10: Testgebiet Grischkowka (DNR) 47 Abbildung 4.11: Korngrößenverteilung der Ap-Horizonte im Testgebiet Grischkowka (DNR) 48 Abbildung 4.12: Winderosionsereignis am Abbildung 4.13: Überlagerung von Weizenkeimlingen 49 Abbildung 4.14: Korngrößenverteilung der Akkumulation am Standort DNR Abbildung 4.15 Eintrag von äolisch transportiertem Material in einen Windschutzstreifen 50 Abbildung 4.16: Akkumulation am Straßenrand 51 Abbildung 4.17: Mehrreihiger Windschutzstreifen 52 Abbildung 4.18: Humusgehalt im Ap- Horizont in Abhängigkeit zum Abstand zur Windschutzanlage (Testgebiet Kulunda) 53 Abbildung 4.19: Schematisches Profil durch eine Windschutzanlage 54 Abbildung 4.20: Schneeakkumulation im Leebereich einer Windschutzanlage 55 Abbildung 4.21: Lee der Windschutzanlage zum Aussaattermin ( ) 55 Abbildung 4.22: Stark geschädigter heller Kastanosem 59 Abbildung 4.23: Rillenerosion (Akkumulationsbereich) 62 Abbildung 4.24: Grabenerosion bei ackerbaulicher Nutzung des Oberhanges 62 Abbildung 4.25: Aktuelle Ovragbildung 63 Abbildung 4.26: Aktuelle Akkumulation 63 Abbildung 4.27: Blockschema schmelzwasserbedingte Schluchtenerosion 64 Abbildung 4.28: Ovragbildung in unmittelbarer Nähe einer Windschutzanlage 64 Abbildung 4.29: Salzpfanne in der zentralen Kulundasteppe 66 Abbildung 4.30: Profilgrabung zur Feststellung der Bodenfeuchte im Unterboden 67 Abbildung 4.31: EC südliches Tschernosem 68 Abbildung 4.32: EC heller Kastanosem 68 Abbildung 4.33: Bewässerung durch Berieselung 70 Abbildung 4.34: Abbildung 4.35: Abbildung 4.36: Abbildung 4.37: (unbewässerter südlichen Tschernosem) 71 (bewässerter südlichen Tschernosem) 72 (unbewässerter dunkler Kastanosem) 73 (bewässerter dunkler Kastanosem) 74

5 Tabellen- und Abbildungsverzeichnis II Abbildung 5.1: Entwicklung der Hektarerträge im Rajon Bajewo 78 Abbildung 5.2: Niederschlagsverteilung Rajon Bajewo (Waldsteppe) 79 Abbildung 5.3: Entwicklung der Hektarerträge im Rajon Slavgorod (Trockensteppe) 80 Abbildung 5.4: Überlagerte Weizenkeimlinge 84 Abbildung 5.5: Verbrennen von Stroh des Vorjahres 85 Abbildung 5.6: Hektarerträge/ Jahresniederschläge/ Humusgehalt im Oberboden (Kolchose Grischkowka) 86 Abbildung 5.7: Sommerweizenerträge der Kolchose Grischkowka 87 Abbildung 5.8: Entwicklung der Sommerweizenerträge im Altai- Krai im letzten Jahrhundert 89 Abbildung 7.1: Pflanzenverfügbare Bodenfeuchte im agrarökologischen Wirkungsgefüge 101 Abbildung 7.2: Anordnung des Versuchsfeldes Schumanowka in den Vegetationsperioden 2000 und Abbildung 7.3: Bodenfeuchtedynamik im Jahr 2000 auf dem Versuchsfeld Schumanowka 105 Abbildung 7.4: Bodenfeuchteangebot zur Aussaat 106 Abbildung 7.5: Hektarerträge Sommerweizen auf dem Versuchsfeld Schumanovka 107 Abbildung 7.6: Korrelation der monatlichen Niederschläge mit den Hektarerträgen seit 1954 (Rajon Slavgorod) 108 Abbildung 7.7: Periodizität der Niederschläge in den Rajonen Uglovskoje und Bajewo 111 Tabellenverzeichnis Tabelle 2.1: Non-effect-level (NEL) der Salzkonzentration der Bodenlösung (elektrische Leitfähigkeit im Sättigungsextrakt) und relative Produktivität ausgewählter Pflanzen 10 Tabelle.2.2: Verteilung der Neulandflächen in der UdSSR 12 Tabelle 3.1: Vergleich der Korngrößenfraktionen (russische und deutsche Nomenklatur) 33 Tabelle 6.1: Anteil der deutschstämmigen Bevölkerung 92 Tabelle 6.2: Zu- und Abwanderung in den Dörfern des DNR Halbstadt Tabelle 6.3: Wirtschaftlichkeit der Weizenproduktion in der Kulundasteppe 98 Tabelle 7.1: Wirtschaftlichkeit der Trockenbrache 114 Tabelle 7.2: Empfehlungen zur Ackerbaukonzeption (typische Steppe) 117 Kartenverzeichnis Karte 2.1: Hauptzielgebiete der Neulandaktion 13 Karte 2.2: Naturräumliche Gliederung Eurasiens 17 Karte 2.3 Naturräume im Untersuchungsgebiet 19 Karte 2.4: Bodenkarte Kulundasteppe 22 Karte 3.1: Untersuchungsgebiet und Testgebiete 26 Karte 4.1: Zuwachs der Ackerfläche während der Neulandaktion in der Kulundasteppe 38 Karte 4.2: Flächenhafte Dimension der Bodenschäden 60 Karte 5.1 Niederschläge und Erträge in der Kulundasteppe 81 Karte 6.1: Die Wirtschaftlichkeit des Weizenanbaus in der Kulundasteppe 100

6 Abkürzungsverzeichnis III Abkürzungsverzeichnis Abb. Abbildung AAS Atomabsorbtionsspektrometer bzw. beziehungsweise BS Bewässerung Schumanowka Ca Kalzium ca. Zirka CaTS Catena Tschernosem CAL Calzium-Azetat-Lactat CaCl 2 Kalziumchlorid cm Zentimeter CO 2 Kohlendioxid Cs 137 Cäsium 137 DNR Deutschnationaler Rajon dz Doppelzentner (100 kg) EC elektrische Leitfähigkeit EGH Entwicklungsgesellschaft Halbstadt elektr. elektrisch EW Einwohner GUS Gemeinschaft unabhängiger Staaten gu Grobschluff ha Hektar K Kalium Kap. Kapitel kg Kilogramm km Kilometer km 2 Quadratkilometer m Meter m 2 Quadratmeter m 3 Kubikmeter mm Millimeter Mio. Million ms Millisiemens Na Natrium NaCl 2 Natriumchlorid Na 2 SO 4 Natriumsulfat NEL Non-effekt-level NS Niederschlag org. organisch r Radius RUR Russische Rubel russ. russisch SW Südwest Tab. Tabelle TDR Time-domain-reflectrometer UFZ Umweltforschungszentrum Vf Versuchsfläche vgl. vergleiche z.b. zum Beispiel