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