Trophische Systeme

• Transport von C, Nährstoffen und Energie von Organismus zu Organismus

• Fragen z.B.

  • Wie wirkt Überweidung auf Ökosysteme?

  • Wie wirkt Ausrottung von Prädatoren (z.B. großen Fischen, Wölfen etc.) auf Ökosysteme?

• Was kontrolliert die Größe von Populationen auf verschiedenen trophischen Ebenen?

• Wovon hängt G ab?

  • Limitierende Faktoren wie Nährstoffe, Wasser, Wärme, …

  • G niedrig -> weniger tropische Ebenen

• Alternierende Reaktionen auf G

• Bei ungerader Zahl von TE nimmt die Masse der Primärproduzenten zu

• -> d.h. Ressourcen und Prädation wirken zusammen

• Experimente bestätigen Modell

  • Aber: in echten Ökosystemen positive Reaktion aller TE auf G beobachtet

  • Usachen z.B. Ausweich- und Verteidigungsstrategien

  • z.B. keine Zunahme essbarer Pflanzen in 2 TE-System, aber Zunahme Ungenießbarer

  • Druck auf die eine Art steigt, auf die andere nicht

• Top-Down, Trophische Kaskaden: Veränderung der Produktion eines Systems durch den Einfluss von Prädatoren

• Bottom up: Effekte durch Ressourcenlimitation (Nahrungsangebot)

• Trotz aller top-down Effekte:

  • Pflanzenproduktion deckelt den Energiefluss

  • Global betrachtet steigt die Herbivorenmasse mit der Pflanzenmasse

• Aber auch im Vergleich innerhalb von kleineren Systemen

  • Unterschied zw. Gemanaged und ungemanaged

    • Kontrolle Prädatoren

    • Kontrolle Parasiten

      • -> Top-down Effekte

    • Zus. Trinkwasser

• Sekundärproduktion ist Biomassezuwachs durch Konsumenten

  • Liegt theoretisch unter Primärproduktion

  • Aber: “Quersubventionen” können Sekundärproduktion zeitl. und räuml. begrenzt über NPP heben

• Beispiel:

  • Nährstoffreiche Gewässer -> hohe Fischerträge

  • Nährstoffarme Gewässer -> niedrige Fischerträge

  • Profitiert ein Fischbesatz von Zufütterung (Quersubvention)

  • Umgekehrt profitieren terr. Systeme über Fisch als Nahrung

• Ökosysteme ohne nennenswerte Primärproduktion z.B. Tiefsee, Höhlen haben trotzdem Konsumenten

• Unter einem bestimmten Nahrungsangebot können keine Populationen von Konsumenten aufrechterhalten werden, so dass komplettes Abweiden unmöglich ist

  • Aber: auch wenn komplette Vernichtung der Ressourcen unmöglich ist, können bestimmte Ressourcen “nebenher” vernichtet werden, wenn andere zur Verfügung stehen

  • bsp. Waldschäden bei falscher Winterfütterung von Rotwild oder fehlendem jagdlichem Ausgleich

• Phytomasse ist nicht gleich Phytomasse

  • Je nach Verdaulichkeit und Verteidigung unterschiedlicher Ausnutzungsgrad

  • z.B. Phytoplankton gut verdaulich, Landpflanzen und v.a. Wälder i.d.R. weniger gut verdaulich (Cellulose, Lignin, …)

  • -> geringerer Anteil durch Tiere vereinnahmter Energie

• Konsumenten durch die (notwendige) Ressource limitiert, die am meisten fehlt (Minimumgesetz)

  • Konsumenten suchen aktiv limitierte Substanzen und nehmen sie auch besser auf

  • dadurch z.B. bessere Kopplung und Beschleunigung von N- und P-Kreisläufen

Beispiele:

• Rinderpest fördert Feuerauftreten in Savannen

• Hummerfischerei fördert Krankheitsepidemien bei Seeigeln

• Barschbesatz reduziert die CO2-Aufnahme eines Gewässers

• Polarfüchse senken die Nährstoffverfügbarkeit (P)

• Im aquatischen Systemen offenbar stärkere top-down Effekte

  • Mögliche Gründe:

    • Primärproduzenten oft weniger groß, weniger langlebig oder resistent

    • An Land mehr Generalisten unter den Konsumenten, daher “verteilen” sich top-down-Wirkungen stärker

• Sind alle top-down Effekte in Wasser?

-> Effekte additiv (beeinflussen sich nicht)

• 1. Energielimitierung - Energie geht zwischen Ebenen verloren (75-99%). Mehr Energie -> Mehr Ebenen

• Nur bis zu einem Schwellenwert gültig (wenige Ebenen). Darüber gilt in Näherung:

• 2. Mehr Diversität -> mehr Ebenen

• Selten weniger als drei Ebenen (in Wüsten, Arktis), oft mehr als fünf

• die Breite jeder Box ist proportional zu transportierter Energie

• Trophische Effizienz nie 100%, daher nimmt die durch eine Ebene transportierte Energie nach oben ab

• Bei der dabei gebildeten Biomasse ist es anders:

  • An Land häuft sie sich in Form schlecht verdaulicher Pflanzen an

  • Im Wasser wird Biomasse sofort vertilgt und akkumuliert nicht

• v.a. durch Nahrungsqualität und Physiologie des Konsumenten

• Terr. Herbivore: ca. 5 - 20%

• Carnivore und manche aquatische Herbivore ca. 80%

• -> because carnivores eat food that has less structural material and is more digestible than in terrestrial plants. Carnivore that kill large prey can avoid eating indigestible parts such as bones, whereas most terrestrial herbivores consume low-quality cell contents

• Assimilation efficiency is the proportion of ingested energy that is digested and assimilated into the bloodstream

• unassimilated material returns to the soil as feces, a component of the detrital input to ecosystems

• 
  

• Production efficiency is the proportion of assimilated energy that is converted to animal production

• Production efficiency includes both growth of individuals and reproduction to produce new individuals