Wälder stellen wichtige Ökosystemleistungen und -güter bereit und tragen damit maßgeblich zur Lebensgrundlage der Menschen bei. Sie unterliegen jedoch vielseitigen Bedrohungen, welche die volle Funktionsfähigkeit des Ökosystems gefährden und deren Entwicklung beeinträchtigen. Inwiefern sich diese auf die Funktionsweise und die Walddynamik in Kasachstan äußert, ist aufgrund der wenigen durchgeführten dendroklimatischen Untersuchungen im Detail unklar. Hinzu kommt, dass für die qualitative Bewertung der Klima-Wachstums-Beziehungen diese Studien in ihrer räumlichen und zeitlichen Abdeckung unzureichend sind. Zu den bereits verfügbaren Informationen fehlen zur Einschätzung gemeinsamer Muster und Unterschiede hinsichtlich der Reaktion des Baumwachstums auf das Klima qualitative Analysen. Hierfür wurden alle verfügbaren Publikationen zu den dendroklimatischen Untersuchungen in Kasachstan analysiert. Diese Analyse ermöglichte nicht nur die Zusammenfassung der verfügbaren Informationen zu den Beziehungen zwischen Klima und Wachstum, sondern lieferte zudem konkrete Informationen zu vorhandenen Forschungslücken. Einige dieser Lücken wurden durch die Untersuchungen der variierenden Klima-Wachstums-Beziehungen der Schrenks Fichte im Einzugsgebiet des Ile-Flusses geschlossen. Die durchgeführte Studie verdeutlicht unterschiedliche Reaktion von Früh-, Spätholz und Gesamtringbreite auf den Klimawandel. Der starke Einfluss des Klimawandels wurde durch die Abnahme des Temperatursignals um die 1970er-Jahre beobachtet. Eine erkennbare Periodizität bei Schwankungen der Baumringindizes lässt auf einen Einfluss bestimmter Klimaindizes, z. B. der Nordatlantischen Oszillation u. a. schließen. Die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführten Untersuchungen tragen zur Entwicklung eines Baumring-Netzwerkes in Kasachstan bei. Die erhoben Daten sind für die Bewertung möglicher Auswirkungen des Klimawandels auf die Wälder der Schrenks Fichte in Kasachstan hilfreich. / Forests are very important for people’s livelihood. They provide important ecosystem services and goods. However there are many threats that interfere with the normal functioning and development of forest ecosystems. The influence of climate change processes on functioning and dynamics of forests in Kazakhstan is understudied, and is observed in the relatively small number of dendroclimatic studies. Additional limitations in understanding of climate-growth relationships arise from insufficient spatial and temporal coverage of those studies and the absence of a qualitative analysis of already available information for identification of common patterns and differences in the impacts of tree growth on climate. The main research goal of this thesis was accordingly to address these limitations. An analysis of all available publications on dendroclimatic studies in Kazakhstan was performed. This analysis not only summarized the available information on climate-growth relationships, but also provided certain information about existed research gaps. Some of those gaps were addressed by an investigation of variation of climate-growth relationships of Schrenk spruce in the Ile River basin. The study revealed certain differences in reaction of earlywood, latewood and total ring width on climate in four mountain ranges of the Ile River basin. The strong influence of climate change was observed in a decreasing temperature signal around the 1970s. Revealed periodicities in the fluctuation of tree-ring indices suggested an influence of certain climate indices such as North Atlantic Oscillation and the Tropospheric Biennial Oscillations. Collectively, the analysis in this dissertation contributes to development of the tree-ting network of Kazakhstan. Obtained information should help in assessment of possible impacts of climate change on Schrenk spruce forests in Kazakhstan.

Die Steppen Kasachstans haben seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion einen tiefgreifenden Wandel erfahren. Insbesondere die Veränderung der Landnutzung, welche traditionell von der Acker- und Weidenutzung geprägt ist, sowie die daraus resultierenden Effekte auf das Feuerregime sind aktuell noch nicht ausreichend verstanden. Das Hauptziel dieser Dissertation besteht daher in der Kartierung und Analyse der Veränderungen im Mensch-Umweltsystem des nördlichen Kasachstans seit den 1980er Jahren. Ein auf jährlichen Landsat-Zeitreihen basierender Ansatz wurde entwickelt, um den Zeitpunkt der Aufgabe und Rekultivierung von landwirtschaftlichen Flächen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu dokumentieren. Dieser Datensatz ermöglichte z.B. die Schätzung des Anteils organischer Kohlenstoffbindungen im Boden auf Basis der Nutzungsgeschichte der letzten Jahrzehnte. Eine Kartierung der Änderungen im Feuerregime zeigte eine siebenfache Zunahme an verbrannter Fläche und eine Verachtfachung von Bränden innerhalb des Untersuchungszeitraumes. Sowohl landwirtschaftliche Feuer als auch die Landaufgabe waren mit einem erhöhten Brandrisiko assoziiert. Darüber hinaus wurde mithilfe von Spektralindizes und einem Random Forest Modell quantifiziert, wie sich der Beweidungsdruck nach dem Zerfall der Sowjetunion verändert hat. Die Analyse ergab einen Rückgang des Beweidungsdrucks in der kasachischen Steppe nach 1992, meist in der Nähe von aufgegebenen Nutzviehhaltestationen. In dieser Dissertation konnte gezeigt werden, wie Landsat-Zeitreihen genutzt werden können, um den Einfluss von Landnutzungsänderungen auf die Ökologie von Steppen besser zu verstehen. Die entwickelten Datensätze ermöglichen es, die Prozesse, die zur Landaufgabe und den damit zusammenhängenden Auswirkungen auf die kasachische Steppe führten, zu entwirren und können zur Entscheidungsfindung in der Landnutzungs- und Naturschutzplanung verwendet werden. / The steppes of Kazakhstan are one of the world regions that experienced massive changes in land-use intensity and widespread land-use change after the breakdown of the Soviet Union. Cropping and grazing regime changes across the steppes of Kazakhstan are understudied, and related spatio-temporal changes, e.g. in fire regimes, are still poorly understood. The main research goal of this thesis was to develop a methodology to map related change at appropriate scales and to provide novel datasets to enhance our understanding of how the coupled human-environment in Northern Kazakhstan has changed since the 1980s. An approach was developed to identify the timing of post-Soviet cropland abandonment and recultivation in northern Kazakhstan. Knowing the timing of abandonment allowed for deeper insights into what drives these dynamics: for example, recultivation after 2007 happened mainly on land that had been abandoned latest. Knowing the timing of abandonment allowed for substantially more precise estimates of soil organic carbon sequestration. Mapping changes in fire regimes highlighted a sevenfold increase in burnt area and an eightfold increase in number of fires after the breakdown of the Soviet Union. Agricultural burning and abandonment were associated with increased fire risk. Grazing probabilities, derived from Landsat using a random forest, were found to provide the best metrics to capture grazing pressure. The analysis revealed a general decline in grazing pressure in the Kazakh steppe after 1992, especially near abandoned livestock stations. Collectively, the dissertation highlights how dense records of Landsat images can be utilized to better understand land use changes and the ecology of steppes across large areas. The datasets developed within this thesis allow to disentangle the processes leading to and the impacts of agricultural abandonment in the temperate Kazakh steppes, and may be used to support decision-making in land-use and conservation planning.