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Der kurze Abriss gibt eine leicht veränderte Darstellung wieder, die J. Prochazka et al. 2001 zur Einführung in ihre Publikation „Effect of different management practices on vegetation development, losses of soluble matter and solar energy dissipation in three small sub-mountain catchments“ verfassten:

Stratigrafische Studien an Seesedimenten zeigen, dass sich die Wasser- und Stoffströme in der Landschaft seit dem Ende der letzten Eiszeit, d.h. während der letzten 15000 Jahre, merklich gewandelt haben. Die Entwicklung der Landschaft nach der Eiszeit kann, in die folgenden vier Stadien unterteilt werden, wenn man sich an der Sedimentationsrate, dem Gehalt an Nährstoffen und organischen Resten in den Sedimenten orientiert:

1.    Nachdem sich die Gletscher zurückgezogen hatten, begann die Entwicklung der Vegetation und des Bodens. Die Gletscher bedeckten den Norden Europas (Skandinavien, Norddeutschland, Nordpolen usw.) und die Gebirge Zentraleuropas, die Tiefländer Zentraleuropas waren von einer spärlichen, tundraähnlichen Vegetation bedeckt. Die hielt wenig Wasser zurück. Das Regenwasser floss schnell aus der Landschaft und nahm feste wie gelöste Stoffe von dem erosionsempfindlichen Boden mit sich. Der Wasserkreislauf war offen (lang). Die Sedimentationsrate war hoch und unregelmäßig. Die Stoffverluste waren anfänglich hoch, aber die Verlustraten sanken als sich die Vegetationsdecke in den Wassereinzugsgebieten entwickelte.

2.    Die Landschaft war mit einer komplexen Vegetationsdecke überzogen, der Boden enthielt einen hohen Prozentsatz an organischem Material. Boden und Vegetation hielten Wasser fest. Das Regenwasser wurde durch die Biozönose (Lebensgemeinschaft) wieder verwendet. Der Wasserabfluss aus den Einzugsgebieten war gleichmäßig und langsam, ein großer Anteil der Sonnenenergie wurde zur Evapotranspiration genutzt, der kurze (geschlossene) Wasserkreislauf herrschte vor. Temperaturschwankungen und Stoffverluste waren gering.

3.    Die Tragfähigkeit der Naturlandschaft für Menschen als Sammler und Jäger war gering (3-5 Menschen/km²). Die durch Selbstorganisation entstandenen Zönosen prägten die Landschaft bis etwa 1500 v. Chr., als die Menschen begannen diese Systeme mit steigender Intensität zu kultivieren. Die Bevölkerung wuchs mit der Entwicklung der Landwirtschaft. Anfänglich bei geringen Bevölkerungsdichten erlaubten die Kontrollmechanismen der Landschaft noch eine nachhaltige Entwicklung, solange der Mensch nicht ganze Einzugsgebiete veränderte. Der Übergang zu stationärer Landwirtschaft, die Ausbeutung der Wälder, die Dränage von Ackerland und die Umwandlung der ursprünglichen Wälder in Monokulturen führten zu einer schnellen Mineralisation des organischen Materials im Boden und einem schnellen Abfluss von Wasser und Material. Kulturpflanzen wie Getreide ertragen keine mit Wasser voll gesogenen Böden, deshalb musste Ackerland entwässert werden. Mineralisation und schneller Austrag vornehmlich von basischen Kationen (Kalzium, Magnesium, Kalium) führen einerseits zur Bodenversauerung und andererseits zur Eutrophierung der Gewässer. Eine lockere, unzusammenhängende Vegetationsdecke hält kaum Wasser zurück, weshalb die Evapotranspiration abnahm. Der Wasserkreislauf wurde wieder offen (lang), der Wasserabfluss schnell und unregelmäßig. Dadurch waren der Stoffaustrag aus der Landschaft und die Sedimentationrate hoch.

4.    Der Bestand an Nährstoffen und basischen Kationen im Boden war begrenzt, die Bodenmineralisation und die Kationenverluste führten zu einer Bodenversauerung, der niedrige pH der Bodenlösung setzte Schwermetalle und Aluminium aus den Bodenmineralien frei. Der Boden wurde für empfindliche Organismen toxisch, die funktionstüchtige Vegetationsdecke nahm ab und es dauerte länger, die Ökosysteme wieder zu regenerieren. Der Wasserabfluss aus einem Einzugsgebiet war schnell, das Wasser war sauer und die Stoffverluste niedrig, weil die basischen Kationen und Nährstoffe schon aus dem Boden ausgewaschen waren. Überflutungen und Dürren wechselten sich ab.

Für den Haushalt einer Landschaft spielt außer den Stoffausträgen aus den Einzugsgebieten und dem Typ des Wasserkreislaufs (offen oder geschlossen) auch die Art und Weise, wie die Sonnenenergie dissipiert wird, eine sehr wichtige Rolle. Bei einer durch Selbstorganisation entstandenen Vegetationsdecke wird der größte Teil der eingestrahlten Sonnenenergie zur Evapotranspiration genutzt. Sonnenenergie, gebunden in Form latenter Wärme, wird dann in der Landschaft verteilt und an kühlen Stellen freigesetzt, wo der Wasserdampf wieder zu flüssigem Wasser kondensiert. Die Temperaturunterschiede in der Landschaft (Wärmepotentiale) werden auf diese Weise gedämpft. Hohe Temperaturunterschiede über großen Arealen stellen ein großes Potential für Wind und Staubtransport dar, kleine Temperaturunterschiede in kleinen Arealen führen zu einem milden Lokalklima. Lebende Systeme mit hohem Energieinput sind durch Selbstorganisation, ein Netzwerk von Rückkopplungen und Nichtvorhersagbarkeit charakterisiert. Die Sonnenenergie gelangt in Pulsen und Zyklen (Tag und Nacht, Jahreszeiten) in die Landschaft, die durch die Wechselwirkung von Ökosystemen und Energie geformt wird. Eine Landschaft, die ihrer komplexen, lebenden Systeme (Zönosen) beraubt wird, wird in ein System umgewandelt, das entartet, weil ihm die Fähigkeit zur Selbstorganisation (Autopoese) weitgehend verloren gegangen ist.

Die Änderung der Erosionsrate im Einzugsgebiet eines Sees während der letzten 9000 Jahre durch die nacheiszeitliche Sukzession und Eingriffe des Menschen dokumentiert beispielhaft eine Untersuchung der Sedimentationsrate im Llangorse Lake in Wales:

ZeitraumSedimentationsrate
in cm pro 100 Jahr
7000 bis 5500 v. Chr. 3,5
5500 bis 3000 v. Chr. 1,0
3000 bis 800   v. Chr.13,2
800 v. Chr. bis 1840 n. Chr.14,1
1840 bis heute59,0

Kurz geschlossener Wasserkreislauf vs. offenem Wasserkreislauf:

Ursprüngliche Waldlandschaft vs. heutige Agrarlandschaft, geändert. Ripl et.al. 2004Ursprüngliche Waldlandschaft mit kurz geschlossenem Wasserkreislauf versus heutige Argrarlandschaft mit maximierten Stoffverlusten durch einen offenen Wasserkreislauf (geändert, aus Ripl et.al. Funktionale Landschaftsanalyse im Albert Rothschild Wildnisgebiet Rothwald, 2004. Österreich)

Untersuchungen zu Stoff- und Energiehaushalt in der Landschaft finden seit 1955 im Hubbard-Brook-Experimental Forest, New Hampshire, USA, statt. Unter Anderem wird ein vergleichendes Ökosystemmonitoring an einem manipuliertem Bachtal und einem weitgehenden unberührtem Bachtal durchgeführt. Dadurch sollen komplexe Prozesse in der Landschaft erforscht werden.

Literatur

J. Prochazka, P. Hakrova, J. Pokorny, E. Pecharova, T. Hezina, M. Sima, L. Pechar: Effect of different management practices on vegetation development, losses of soluble matter and solar energy dissipation in three small sub-mountain catchments
in J. Vymazal (ed.): Transformations of Nutrients in Natural and Constructed Wetlands, S. 143-175, Leiden (Niederlande), 2001

R. Jones, K. Benson-Evans, F.M. Chambers: Human influence upon sedimentation in Llangorse Lake, Wales
Earth surface processes and landforms, Vol. 10 (1985), S. 227-235

Prof. Dr. W. Ripl
unter Mitarbeit von Forstdirektor a.D. Dipl. Ing. Karl Splechtna, Dr. A. Brande,Dr. K. D. Wolter, Dipl. Ing. T. Janssen und W. Ripl jun., C. Ohmeyer:                                                                            Funktionale Landschaftsanalyse im Albert Rothschild Wildnisgebiet Rothwald, Abschlußbericht Januar 2004.

www.aquaterra-berlin.de