Agrarökologie

Aktuelles und kompaktes Grundwissen für Studenten der Agrarwissenschaften, Biologie, Agrarbiologie und Geografie Als naturwissenschaftliche Disziplin befasst sich die Agrarökologie mit der Analyse und Darstellung von Mustern und Prozessen in den Ökosystemen, die vom Mensch für die Produktion landwirtschaftlicher Kulturpflanzen etabliert wurden. Ausgehend von einem ganzheitlichen ökologischen Ansatz und unter Berücksichtigung globaler Aspekte behandelt dieses Buch: o natürliche und anthropogene Einflussfaktoren auf die Kulturpflanzen und ihre Erträge o Interaktionen der Arten in Agrobiozönosen o Möglichkeiten der Bekämpfung von Schaderregern und Unkräutern o Auswirkungen von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf die Umwelt o agrarökologische Aspekte zukünftiger Entwicklungen (Anstieg der Weltbevölkerung und Klimawandel) Inhaltsverzeichnis: Vorwort . 10 1 Einführung. 12 1.1 Grundbegriffe und Inhaltsübersicht . 12 1.1.1 Ökosysteme . 14 1.1.2 Agrarökosysteme . 15 2 Beginn und Entwicklung der Landwirtschaft. . 18 2.1 Die ersten Menschen 18 2.2 Beginn der Landwirtschaft 20 2.2.1 Von der Wild- zur Kulturpflanze . 21 2.2.2 Entstehungszentren der Landwirtschaft. . 24 2.2.3 Ausbreitung von Landwirtschaft und Kulturpflanzen . 26 2.3 Fortschritte und Folgen der Landwirtschaft. 28 2.3.1 Technische Entwicklung und Mechanisierung. 30 2.3.2 Künstliche Bewässerung. . 30 2.3.3 Dünger und Pflanzenschutzmittel 31 2.3.4 Pflanzenzüchtung . 32 2.3.5 Auswirkungen intensiver Landbewirtschaftung . 34 2.4 Einteilung der Agrarökosysteme . 36 2.4.1 Wechselsysteme 38 2.4.1.1 Feldwaldwirtschaft 38 2.4.1.2 Feldbuschwirtschaft . 39 2.4.1.3 Feldgraswirtschaft. 40 2.4.2 Dauersysteme 41 2.4.2.1 Permanenter Ackerbau. 41 2.4.2.2 Dauerkulturen . 44 3 Muster und Prozesse in Ökosystemen 47 3.1 Biotische Interaktionen 47 3.1.1 Nahrungsbeziehungen . 47 3.1.1.1 Autotrophe Organismen. . 47 3.1.1.2 Heterotrophe Organismen 48 3.1.1.3 Trophische Ebenen und Nahrungsnetze. . 50 3.1.2 Konkurrenz. . 51 3.1.3 Mutualismus. 52 3.2 Biozönosen 54 3.3 Biodiversität . 58 3.3.1 Artendiversität in natürlichen Systemen . 58 3.3.2 Artendiversität in Agrarökosystemen. . 60 3.4 Sukzession 63 3.5 Energie- und Stoffflüsse 65 3.5.1 Energieflüsse durch Nahrungsnetze . 65 3.5.2 Stofftransport durch Wasser und Wind 68 3.5.3 Energie- und Stoffflüsse in Agrarökosystemen 69 3.6 Globale Stoffkreisläufe . 70 3.6.1 Wasser (H2O) 70 3.6.2 Kohlenstoff (C) . 73 3.6.2.1 Anthropogene Einflüsse auf den CO2-Haushalt. . 75 3.6.3 Sauerstoff (O) 77 3.6.4 Stickstoff (N). 79 3.6.4.1 Prozesse im Stickstoffkreislauf . 79 3.6.4.2 Anthropogene Einflüsse auf den Stickstoffkreislauf .. 83 3.6.5 Phosphor (P). 86 4 Die Kulturpflanze und ihre Umwelt 89 4.1 Strahlung und Energie . 89 4.1.1 Fotosynthese. 89 4.1.1.1 C3-Pflanzen 91 4.1.1.2 C4-Pflanzen 92 4.1.1.3 CAM-Pflanzen . 93 4.1.1.4 Einstrahlung in Agrarökosysteme 93 4.1.2 Wärmeenergie . 96 4.1.2.1 Temperatur und Standort . 97 4.1.2.2 Einfluss der Temperatur auf die Entwicklung von Kulturpflanzen . . 98 4.2 Wasser. . 100 4.2.1 Bodenwasserhaushalt 100 4.2.1.1 Infiltration. 100 4.2.1.2 Verdunstung . 102 4.2.2 Bewässerung. 102 4.3 Boden 105 4.3.1 Bodenentwicklung und Bodeneigenschaften. . 106 4.3.2 Identifizierung und Einteilung von Böden . 108 4.3.3 Pflanzennährstoffe 109 4.3.3.1 Verfügbarkeit der Nährstoffe 111 4.3.4 Bodenreaktion (pH-Wert) 113 4.3.5 Bodenorganismen. 114 4.3.5.1 Zusammensetzung und Funktionen von Bodenbiozönosen .. . 115 4.3.5.2 Einflussfaktoren auf Bodenbiozönosen 117 4.3.5.3 Bedeutung von Humus in Agrarökosystemen . 121 4.3.6 Bodenerosion 122 4.4 Ackerbegleitflora. . 124 4.4.1 Konkurrenz zwischen Kulturpflanzen und Unkräutern . . 124 4.4.1.1 Konkurrenz um Licht 124 4.4.1.2 Konkurrenz um Nährstoffe . 126 4.4.1.3 Konkurrenz um Wasser 126 4.4.1.4 Kombinierte Konkurrenzwirkungen 127 4.4.1.5 Spezielle Konkurrenzsituationen . 127 4.4.2 Allelopathie. . 130 4.4.3 Parasitische Blütenpflanzen . 130 4.5 Phytophagen. 131 4.5.1 Trophische Gruppen der Phytophagen. 132 4.5.1.1 Ektophage Konsumenten des Kormus. 132 4.5.1.2 Endophage Konsumenten des Kormus 134 4.5.1.3 Konsumenten an Blüten, Samen und Früchten . . 136 4.5.2 Wirtspflanzenspektrum der Phytophagen 137 4.5.3 Schädlinge und ihre Wirkungen auf den Ertrag. .. . 139 4.5.3.1 Kompensationsfähigkeit der Pflanze 141 4.5.3.2 Ressourcenversorgung und Schädlingsbefall 142 4.5.4 Pflanzliche Abwehr von Phytophagen . 143 4.5.4.1 Morphologische Merkmale. . 145 4.5.4.2 Sekundäre Pflanzenstoffe . 146 4.5.4.3 Induzierte Abwehr 152 4.5.4.4 Effektivität der pflanzlichen Abwehr 156 4.6 Phytopathogene 158 4.6.1 Viren . 159 4.6.2 Bakterien . 160 4.6.3 Pilze. . 161 4.6.4 Pflanzliche Abwehr von Pathogenen 162 4.6.4.1 Konstitutive Mechanismen. . 163 4.6.4.2 Induzierte Mechanismen . 164 5 Bekämpfung unerwünschter Organismen . 168 5.1 Unkrautbekämpfung 168 5.1.1 Herbizide. . 168 5.1.2 Herbizid-resistente Kulturpflanzen. . 169 5.1.3 Kulturmaßnahmen. . 170 5.1.4 Weitere Methoden der Unkrautbekämpfung 172 5.2 Schädlingsbekämpfung. 173 5.2.1 Chemische Schädlingsbekämpfung . 173 5.2.1.1 Synthetische Insektizide 174 5.2.1.2 Natürliche Insektizide. . 175 5.2.1.3 Pheromone 176 5.2.1.4 Unerwünschte Insektizidwirkungen 177 5.2.2 Schädlingsresistente Kulturpflanzen 180 5.2.2.1 Transgene schädlingsresistente Kulturpflanzen 181 5.2.3 Kulturmaßnahmen zur Schädlingsbekämpfung . 183 5.2.3.1 Fruchtfolge 183 5.2.3.2 Aussaattermin. . 183 5.2.3.3 Bestandesdichte 184 5.2.3.4 Bodenbearbeitung 185 5.2.4 Biologische Schädlingsbekämpfung . 186 5.2.4.1 Hauptgruppen der Antagonisten . 186 5.2.4.2 Beziehungen zwischen Antagonisten und Schädlingen. . . 192 5.2.4.3 Beziehungen zwischen Antagonisten und Kulturpflanzen . 200 5.2.4.4 Beziehungen zwischen Antagonistenarten . 204 5.2.4.5 Konservative biologische Schädlingsbekämpfung 208 5.2.4.6 Inundative biologische Schädlingsbekämpfung 213 5.2.4.7 Klassische biologische Schädlingsbekämpfung. 214 5.2.4.8 Biologische Schädlingsbekämpfung mit Pflanzen 216 5.3 Bekämpfung von Phytopathogenen. 218 5.3.1 Viren . 218 5.3.2 Bakterien . 218 5.3.3 Pilze. . 218 6 Klimazonen und Landnutzung . 222 6.1 Globale atmosphärische Zirkulation. 222 6.1.1 Klima 225 6.2 Klimazonen. . 226 6.2.1 Tropen. . 230 6.2.1.1 Immerfeuchte Tropen. . 230 6.2.1.2 Wechselfeuchte Tropen 237 6.2.2 Subtropen . 242 6.2.2.1 Trockene Subtropen . 242 6.2.2.2 Winterfeuchte Subtropen . 244 6.2.2.3 Immerfeuchte Subtropen . 248 6.2.3 Gemäßigte Breiten 249 6.2.3.1 Feucht-gemäßigte Breiten 249 6.2.3.2 Trocken-gemäßigte Breiten . 253 6.2.4 Boreale Klimazone 255 6.2.5 Subpolare und polare Klimazone. 256 7 Agrarökologische Aspekte des Globalen Wandels. .. 258 7.1 Der Globale Wandel . 258 7.1.1 Anstieg der Weltbevölkerung 259 7.1.2 Entwicklung der landwirtschaftlichen Produktion . 260 7.1.2.1 Ausweitung der Anbauflächen. 261 7.1.2.2 Intensivierung des Anbaus 262 7.1.2.3 Potenziale der Zukunft . 265 7.1.3 Klimawandel. 268 7.1.3.1 Ursachen des Klimawandels. 268 7.1.3.2 Klimaprognosen für das 21. Jahrhundert 273 7.1.4 Ausblick 280 Literaturverzeichnis 282 Sachregister 293 Inhaltsverzeichnis