Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III

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1 Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III
© H. Kehl

2 Grenze zwischen tropischen und subtropischen Trockengebieten
Kalifornien Texas Mexiko Nord-Afrika Asien kalte Meeresströmung Küste Peru, Bolivien, Chile Ost-Brasilien, Argentinien SW-Afrika Zentral- Australiens Grenze zwischen tropischen und subtropischen Trockengebieten Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)

3 Sommer in südlichen Breiten
Winter = Nov. bis Febr. - der nördlichen Breiten (niedrigster Sonnenstand) Sommer in südlichen Breiten Zyklone greifen weit nach Süden aus Wendekreis des Krebses Wendekreis des Steinbocks Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)

4 Sommer in nördlichen Breiten
Wendekreis des Krebses Die monsunalen Niederschläge greifen weit nach Norden aus Wendekreis des Steinbocks Winter = Juni bis Sept. - der südlichen Breiten (niedrigster Sonnenstand) Sommer in nördlichen Breiten Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)

5 Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)
Übergangsräume zu den Winterfeuchten Subtropen: Gras- und Strauchsteppen Nordhemisphäre Südhemisphäre Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)

6 Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)
Übergangsräume zu den Sommerfeuchten Tropen: Dornsavannen - Dornsteppen (die wichtigsten Vorkommen) Nord- und Westafrika: Sahel (tw Halbwüste) Eritrea-Somalia Tanaland-Massaisteppe Nord und Mittelamerika: Chihuahua (Mexiko) Sonora (USA) Asien: Tharr (Pakistan) Rajastan (Indien) Südamerika: Caatinga (Brasilien) Gran Chaco, Monte (Arentinien) Südafrika: Kalahari (Botswana) SW-Madagaskar Australien: Zentrum - jedoch kaum echte Wüsten! Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)

7 Halbwüsten und Wüsten:
(die wichtigsten Vorkommen) Nord-Afrika: Sahara Nord und Mittelamerika: KEINE echten Wüsten! Asien: Arabische Halbinsel Teilgebiete von Iran und Tharr (Pakistan) Südamerika: Atacama Süd-Afrika: Namib Australien: sehr kleine Teilgebiete im Zentrum Tropische / Subtropische Trockengebiete (ZB III)

8 Polwärts: Äquator- wärts:
Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III Grenzen und Unterteilungen in Abhängigkeit vom Niederschlag: Polwärts: Winterfeuchte Steppen - Hartlaub - Strauchformationen (winterfeuchte Subtropen) 300 mm 200 mm Halbwüste - Winterfeuchte Steppen Wüste - Halbwüste 100 mm Äquator- wärts: Wüste - Halbwüste 125 mm Halbwüste - Dornsavanne 250 mm Dornsavanne - Trockensavanne (Sommerfeuchte Tropen) 500 mm © H. Kehl aus Schultz 2000, verändert

9 Einige Fakten Vegetationsperiode: 0-4 (5) alle tmon³50C Monate a mit
Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III Einige Fakten Vegetationsperiode: 0-4 (5) alle tmon³50C Monate a mit tmon³100C tmon³180C 12 (9-) Jahresnieder schläge (in mm) polwärts: <300 äquatorwärts: <500 Die sommerliche bzw. winterliche Trockenzeit verkürzt die Vegetationsperiode auf 0-4 (5) Sommer- bzw. Wintermonate oder schränkt das Pflanzenwachstum zumindest deutlich ein. Die Lufttemperaturen liegen während der winterlichen Vegetationsperiode (Subtropen !!) selten unter dem Optimum für Lebensprozesse. Monatsmittel von <18°C finden sich in einigen subtropischen Trockenräumen und dort insbesondere an Küsten mit kalten Meeresströmungen. © H. Kehl aus Schultz 2000

10 Niederschlagsverteilung Ägypten (in mm/y):
Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III Niederschlagsverteilung Ägypten (in mm/y): M i t t e l m e e r 100 Alexandria 50 20 Kairo 10 5 1 Assuan-Staudamm © H. Kehl aus Bornkamm & Kehl 1990

11 Änderung der Zusammensetzung der Florenelemente an der Vegetation
Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III Änderung der Zusammensetzung der Florenelemente an der Vegetation mediterran (m) irano-turanisch (it) saharo-arabisch (Sa) ca. 130km sudanisch (Su) © H. Kehl aus Bornkamm & Kehl 1990

12 (subtropisch humid nach subtropisch arid
Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III Übergang von der diffusen zur kontrahierten Vegetation - Dynamik der Dichte der Vegetation (subtropisch humid nach subtropisch arid A) Die Vegetationsdichte ist abhängig von der Niederschlagshöhe. Für einen Vergleich müssen der Boden, die Temperatur und der Vegetationstyp gleich bleiben! B) Die Pflanzenmasse (damit die transpirierende Oberfl.) nimmt proportional mit den Niederschlägen ab. C) Z.B. werden große Grasarten der humiden Gebiete von kleineren xeromorpheren Arten abgelöst, die eine kürzere Entwicklungszeit benötigen. D) Pro Einheit transpirierender Fläche steht - in etwa - in humiden und ariden Gebieten etwa die gleiche Wassermenge zur Verfügung. Dies gilt nicht für Sukkulenten. E) Mit zunehmender Aridität nimmt die oberirdische Pflanzenmasse ab und die unterirdische (das Wurzelsystem) zu. © H. Kehl aus Walter & Breckle 1983

13 (subtropisch humid nach subtropisch arid)
Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III Übergang von der diffusen zur kontrahierten Vegetation - Dynamik der Dichte der Vegetation (subtropisch humid nach subtropisch arid) A) Solange das Wasser im Boden einigermaßen gleich verteilt ist, ist die Vegetationsdecke noch geschlossen (Niederschlag > 100mm). Phanerophyten nur noch an Flussläufen (oder Wadis) oder Scarpments (vgl. 1 und 2 - diffuser Typ). 1 2 in Senken größere Dichte! B) Bei Niederschl. < 100mm ist das Bodenwasser ungleich verteilt. Ursache: lückige Pflanzendecke, Oberflächenabfluss durch Verkrustung oder Schaumbodenbildung (vesicular Strata). Sammlung des Wassers in Rinnen oder Senken (Depressionen). C) Nur noch Senken und Ablussrinnen tragen Vegetation (kontrahierter Typ). Durch die Akkumulation in den Senken kommt es oft zur Bildung eines tief reichenden Wasservorrats. Das Tiefen- wachstum der Wurzeln kann hier extreme Werte erreichen. am Rand flache, weit ausgreifende Wurzeln in der Mitte tief reichende Wurzeln © H. Kehl aus Walter & Breckle 1983

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© H. Kehl

15 Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III
Vegetationsmerkmale subtropisch / tropischer Trockengebiete (zum Vergleich Sommerfeuchte Tropen) MERKMALE WÜSTE HALBWÜSTE DORNSAVANNE ECHTE SAVANNE Deckungsgrad der Vegetation in % meist <10 10-50 > 50, aber lückig 100 Verteilung der Kraut- schicht: kontrahiert diffus geschlossen Anteil der Chamaephyten an der Krautschicht in % meist weit >50 gegen Null Therophyten artenreich artenarm Phanerophyten linienhaft (Trockental, Gebirgsfuß) clusterhaft bis weitständig Wuchshöhe der Krautschicht: < 50cm < 80cm 80-200cm Phytomasse der Gräser (pro Grundfläche): extrem niedrig sehr niedrig max. 2-5 t ha-1 meist > 5 t ha-1 © H. Kehl aus Schultz 2000

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Vegetationsmerkmale subtropisch / tropischer Trockengebiete (zum Vergleich Sommerfeuchte Tropen) Einige Arten der Halb- bis Vollwüste: Pituranthos tortuosus (Umbelli. - Halbwüste - Wüste - nicht Extremwüste) Zilla spinosa (Cruci. - Wüste - Extremwüste) Fagonia indica (Zygoph. - Wüste - Extremwüste) Zygophyllum album (Zygoph. - Extremwüste) Anabasis articulata (Chenop. - Wüste - Extremwüste) Hamada elegans (Chenop. - Wüste - Extremwüste) Cornulaca monocantha (Chenop.- Wüste – Extremwüste) Traganum nudatum (Chenop. - Wüste - Extremwüste) Salsola tetrandra (Chenop. - Halbwüste - Wüste) Tamarix spec. (Wüste – Extremwüste (vgl. Hummocks bzw. Hillocks) Phoenix dactylifera (Dattelpalme) Phragmitis australis (Schilf) Sporobolus spicatus © H. Kehl aus Schultz 2000

17 Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III
Einige Bemerkungen zu den Böden und zur Bodenbildung in Wüsten: 1. Generell sind zur Bodenbildung Wasser und Temperaturunterschiede sowie Pflanzen mit ihrer Produktion organischer Stoffe notwendig. 2. In der Wüste stehen jedoch nur wenig Wasser und selten Pflanzen zur Verfügung. Dagegen sind die Temperaturunterschiede sehr hoch. 3. Deshalb hier vorwiegend sogenannte Rohböden (Lithosole), deren Eigenschaften von dem jeweiligen Ausgangsgestein bestimmt werden. 4. Die Geländemorphologie wird weitgehend von dem geologischen Aufbau und den damit unterschiedlichen Verwitterungsvorgängen bestimmt (Plateaus, Canyons, vertikal aufragende Einzelberge). 5. Nach Art der Ablagerung der Verwitterungsprodukte werden unterschieden: a) Steinwüste oder Hammada b) Kieswüste oder Serir c) Sandwüste oder Erg d) Tonwüste mit Tonpfannen (Dayas) c) Salzwüste mit Salzpfannen oder Sebkhas (Schotts) d) Erosionstäler oder Wadis (Queds) © H. Kehl aus Walter & Breckle 1984

18 Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III
Land Suitability for irrigated agriculture (Egypt - Gilf Kebir Region / Rain 1-2mm/y) Potential Suitability Dunes: not relevant Hamadas: not relevant Kieswüste (Serir / Reg): suitable Steinige Plateaus: not suitable © H. Kehl aus Alaily 1990

19 Subtropisch / Tropische Trockengebiete / ZB III
Landnutzung nur bei ausreichenden Wasserangebot: Bewässerungslandwirtschaft (größtes Problem ist die Versalzung wg. hoher Verdunstung): Halbwüste bis Wüste - Water Harvesting (Bildung von Wasserkörper, Anlage von Zisternen) - Beregnungsanlagen offen (großer Verdunstungsverlust, Versalzung) - Tröpfchenbewässerung (geringer Wasserverbrauch, Gefahr Versalzung) - Verwendung von fossilem Grundwasser oder Niederschlagswasser Oasenbewirtshaftung: - Flussoasen z.B. Nil - Oasen sind grundwasserabhängig - in der Regel artesisches Wasser - Bewässerungskulturen müssen stets entwässert werden - Wasser sammelt sich im tiefsten teil der Oase, wo Salzpfannen entstehen. © H. Kehl

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26 Traditional Irrigation and Water Harvesting in Semi-Arid Areas
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 21 Dr. H. Kehl Traditional Irrigation and Water Harvesting in Semi-Arid Areas Only a selection: Runoff agriculture (involves rain water harvesting, since thousands of years) source: www - WDDA / Israel Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

27 Traditional Irrigation and Water Harvesting in Arid Areas
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 22 Dr. H. Kehl Traditional Irrigation and Water Harvesting in Arid Areas Only a selection: Runoff Collection (e.g. also good to built up artificial ground water bodies, S-Medit. area). source (mod.): www - Wag. Univ. Env. Sci. Runoff water harvesting during the rainy season to bypass the dry season. The deeper the soil the better it is suited as cropping area. runoff collection infiltration Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

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Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 23a Dr. H. Kehl Traditional Irrigation and Water Harvesting in Semi-Arid Areas Only a selection: Canal irrigation with Archimedes‘ Screw (e.g. Iraq, Egypt, since thousands of years) It was first used to pump water out of ships and was later used in irrigation. ( BD) Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

29 Traditional Irrigation and Water Harvesting in Arid Areas
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 24 Dr. H. Kehl Traditional Irrigation and Water Harvesting in Arid Areas Only a selection: „ZAY“ pitting holes (since thousands of years) source: FAO copied witout permision! Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

30 Traditional Irrigation and Water Harvesting in Arid Areas
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 25 Dr. H. Kehl Traditional Irrigation and Water Harvesting in Arid Areas Only a selection: Porous clay jars (Near East, North Africa, India, etc. since thousands of years) Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

31 Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Arid Zones
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 31 Dr. H. Kehl Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Arid Zones Only a selection: Center Pivot System Technical very ambitious! Water Use Efficiency (WUE) of high pressure systems about 65 to 75%, depending on air humidity and wind. Sprinkler irrigation (e.g. portable, solid, travelling sprinklers, center pivot systems - high pressure / low pressure, etc. utilizing clean (!) ground or surface water). ET=Evapotranspiration Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

32 Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Semi-Arid Zones
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 33 Dr. H. Kehl Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Semi-Arid Zones A) Surface Drip Irrigation Water Use Efficiency (WUE) is about 97% Only a selection: Localized Irrigation (e.g. drip resp. trickle, subsurface drip, bubblers, micro-sprinklers etc.). e.g. four emitter or dripper for trees fig.source: FAO e.g. one emitter for outdoor vegetable Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

33 Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Arid Zones
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 34 Dr. H. Kehl Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Arid Zones Only a selection: Localized Irrigation (e.g. drip resp. trickle, subsurface drip, bubblers, micro-sprinklers etc.). B) Water Use Efficiency (WUE) is about 97% Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

34 Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Arid Zones
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 35 Dr. H. Kehl Modern Irrigation Methods in Semi-Arid and Arid Zones Only a selection: Localized Irrigation (e.g. drip resp. trickle, subsurface drip, bubblers, micro-sprinklers etc.). C) Water Use Efficiency (WUE) is about 97% Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

35 Soil Water Availability for Plants - some Basics:
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 35a Dr. H. Kehl Soil Water Availability for Plants - some Basics: fixed water not available Plant available water coarse texture lost water runoff percolation fine texture (e.g. loam) Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

36 Effects of Traditional & Modern Irrigation Methods:
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 36 Dr. H. Kehl Effects of Traditional & Modern Irrigation Methods: Only a selection: The problem of Salinization occurs with nearly any type of irrigation in arid zones. Especially with sprinkler irrigation and loamy soils. Soil structure and soil texture also have an impact on and thus on water management efficiency: water losses from evaporation or runoff are either reduced or increased when soil structure is modified. Soils developed under arid and semi-arid conditions can be changed irreversible by irrigation, solely the soil structure is more fragile than anywhere. Generally, on a long-term basis, large-scale sprinkler irrigation is a delicate tool that can endanger the farming system's sustainability (long-term profitability) instead of increasing it: Potentially, it can shrink the biodiversity, cause irreversible soil property changes, can dry out underground and surface water resources, and last but not least, it can be too expensive for forthcoming generations. Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH

37 Population, Lifestyle, Culture, Re-Adaptation to the Environment
Ecosystem Analysis and Integrated Ground Water Management 46 Dr. H. Kehl Population, Lifestyle, Culture, Governance, Policies Re-Adaptation to the Environment The Tripartite Inter-Relationship WATER THE KEY RESOURCE Society Environmental Services Goods and Services Impacts Labor and Institutions IMPACTS & SERVICES Natural Resources Impacts Land Climate Hydrology Ecosystems Biota Agriculture Households Industry Transport Services Environ- ment Economy adapted from Gallopin & Raskin 2002 Internationale Weiterbildung und Entwicklung GmbH