Ökoregionen & Makroökologie

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- 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).

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 t mon < 5°C) und
sommerheiß (t mon 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 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

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

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

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

http://www.geo.unizh.ch/bodenkunde/kapitel/steppen.html
Boden
Phaeozeme
Waldsteppe
N = 650-500
mm/a
T = 5-7 °C
Chernozeme
Langgrassteppe
N = 600-300
mm/a
T = 6-10 °C
Kastanozeme
Kurzgrassteppe
N = 350-250
mm/a
T = 5-9 °C

Vegetation
http://www.inhs.uiuc.edu/dn
r/fur/habitats/prarie.html
Aus Schultz 2000
Pflanzenformationen in den zentral-eurasiatischen Teilgebieten der Trockenen
Mittelbreiten und borealen Zone.

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 )

Waldsteppe:
Vegetation
• 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 Ariditätsgradienten.
Mit zunehmender Aridität verringern sich Phytomasse und Blattindices,
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.

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

Photosynthese
Aus Schultz 2000
Anteile 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, Wiesel
Vögel
• Zahlreiche Greifvogelarten (Adler,
Bussarde, Milane, Weihen, Falken)

Vereinfachtes
Ökosystemmodell
einer winterkalten
Steppe.
Aus Schultz 2000

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

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

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