Ökologie

• I

• Äquatoriales ZB

• Tageszeitenklima, immer feucht

• Immergrüne tropische Regenwälder

1. Absorption

2. Transpiration

3. Wärmestrahlung

4. Rückstrahlung

5. Einstrahlung

• II

• Tropisches ZB

• Tropisch mit Sommerregen

• Tropische laubwerfende Wälder und Savannen

• III

• Subtropisches ZB

• Subtropische

• Trockenzone Heiße Wüsten

• IV

• Mediterranes ZB

• Winterregen & Sommerdürre

• Hartlaubwälder

• V

• Ozeanisches ZB

• Warmtemperiert, immerfeucht, mit milden Wintern

• Lorbeerwälder

• VI

• Nemorales ZB

• Typisch gemäßigt mit Sommerregen

• Winterkahle Laubwälder

• IX

• Polares ZB

• Kurze, kühle Sommer ohne Nächte

• Tundren

• VIII

• Boreales ZB

• Kühle Sommer, sehr kalte Winter

• Boreale Nadelwälder

• VII

• Kontinentales ZB

• Gemäßigt mit geringen Niederschlägen und kalten Wintern

• Steppen und kalte Wüsten

• Der urbane Lebensraums ist ein Systeme mit starker anthropogener (menschengemacht) Überprägung. Sie gelten als ‚hotspots‘ (weil die vielen Böden Vielfalt geben und keine Pestizideinsatz) der Biodiversität – ABER: Große Anzahl an Neobionten in urbanen Räumen.  

• Stadtklima hat ‚Klimawandel-Charakteristika‘ (immer 1-2 Grad heißer). Urban-rurale Gradienten dient als Modelle für Klimawandel. Parallel zum Klimagradienten tritt eine zunehmende Fragmentierung (Zerteilung durch bspw. Straßen) der natürlich geprägten Lebensräume auf 

• Was gibt es für Schutzgebiete in Hamburg?  

Schutzgebietssystem sind überwiegend am Rand von Hamburg verteilt (außer eins in Eppendorf). Funktion des Rings unverbauter Lebensräume: dienen als Übergang zum Biotopverbund der Metropolregion.  

• Welche Rolle nehmen die Landschaftsachsen als Wanderwege entlang klimatischer Gradienten ein?  

(1) Artenzahl in Landschaftsachsen deutlich erhöht. Vor allem bei Wirbellosen (Tagfalter, Heuschrecken, Libellen und Wildbienen)  

(2) Sie sind „gangways“ für Tierarten von außen in das Stadtzentrum 

(3) Sind Hauptvorkommen von Wirbeltierarten (siehe Beispiel Säuger) 

• Was sind Landschaftsachsen?  

Die Landschaftsachsen sind weiträumig zusammenhängende Grün- und Freiflächen, die sich zwischen den Siedlungsräumen vom Umland bis in den Stadtkern erstrecken. Sie sind die verbliebenen Zwischenräume der Stadtentwicklungsachsen. Hauptentwicklungsachsen erkennbar an den Bahnlinie: Entlang dieser Wege haben sie die Siedlungen entwickelt.  

Anthropogene Eingriffe (Landwirtschaft, Parzellierung, Flussbegradigung usw.) können zur Fragmentierung von Lebensräumen führen. Diese Fragmentierung führt wiederum zu kleinere Populationen, den Verlust von Teilpopulationen, den Verlust trophischer Ebenen (Gesamtheit der Organismen mit gleicher Position in der Nahrungskette) und Bildung künstlicher Metapopulationen.  

= Insgesamt kann man festhalten, dass die Fragmentierung zu Reduktion der Biodiversität beiträgt.  

1. Tiere müssen mit einer stark fragmentierten Landschaft zurechtkommen 

2. Eine hohe Diversität im Stadtrandbereich verarmt Richtung Zentrum 

3. Synanthrope Arten und Neozoen charakterisieren die Kernräume 

4. Wärmegeprägte Arten können sich mehr im Stadtbereich, als im Randbereich durchsetzen 

1. durch eine sogenannten “Wärmeinsel“, die 1-2°C über der Umlandtemperatur liegt 

1. Natürliche Lebensräume sind vom Stadtrand zum Kern hin immer stärker fragmentiert oder verschwinden 

2. Neobionten treten verstärkt auf. Durch den Hafen ist in Hamburg dieses Phänomen verstärkt 

3. Arten zeigen eine veränderte Jahresphänologie (verfrühtes Blüten, verschobene Reproduktionszeiten) 

4. Biozönosen verarmen an sensiblen Arten komplexer Ökosysteme 

5. Viele seltene Arten der Roten Liste fehlen 

6. Populationen sind weniger groß als im Umland und in der Regel stark isoliert. Sie bilden Metapopulationen 

• Meisen: die Art nimmt hochsignifikant mit der Versiegelung ab. Zudem sinkt die Gelegegröße vom ländlichen Raum bis in Stadtzentrum. Auch die Schlüpfrate sinkt und die Verlustrate steigt je mehr man sich dem Stadtzentrum nähert.

• Zusammenfassen kann man sagen, dass in Summe der Bruterfolg von Meisen im nichturbanen Raum 4 - 6 mal größer ist als im Stadtzentrum.

• Auch Totalverlust durch Prädation (z.B. Katzen) und Störungen (menschliche Eingriffe) steigt noch stärker zum Stadtzentrum hin an. Und die körperliche Kondition der Meisenjungen im urbanen Bereich ist ebenfalls deutlich schlechter als im Umland...  

ABER DENNOCH: je urbanisierter die Lage, desto mehr Meisenpaare brüten dort. WARUM? Ökologische Falle.... 🪤   

• Die ökologische Falle ist eine Phänomen, bei dem Arten manchmal einen Lebensraum von geringer Qualität bevorzugen.

• Der Lebensraum ist schlecht, aber die Tiere nehmen ihn als gut wahr. Grund sind beispielsweise

  • Nisthilfen in pessimalen (Gegensatz zu optimal) Arealen,

  • Regenrückhaltebecken als Laichbereich für Amphibien, die austrocknen können,

  • Lichtquellen für Insekten, die fototaktisch wirken und

  • Blühstreifen für Insekten, die abgemäht werden können.  

Regimeklassifikation nach Pardé (1933)

= Ein Abflußregime ist „das typische, regelmäßig wiederkehrende Abflußverhalten eines Flusses in der jahreszeitlichen Abfolge“. Unter Abflußregime versteht man den charakteristischen Gang des Abflusses eines Gewässers, wie er durch die Milieufaktoren Klima, Relief, Vegetation und durch den hydrogeologischen Aufbau eines Gebietes bedingt ist. 

1. Speisungsart der Flüsse

   • pluvial (durch Regen gespeist) – (Weser)

   • nival (durch Schnee) –

   • glazial (durch Gletscher) – (Rhein)

   • Kombinationen z.B. nivo-pluvial, (Elbe), pluvio-nival, nivo-glazial

2. der Anzahl der Abflussminima und -maxima

3. dem Schwankungskoeffizienten der monatlichen Abflüsse

Die Höhepunkte der Wasserführung im Jahr in Reihenfolge:

1. Winterlicher Regenabfluss

2. Schneeschmelze

3. Glaziales Schmelzwasser

• Bedrohung (1) Fischfeindliche Gewässerstrukturen:  Wasserkraftwerke, Kanalisierung, Staustufen und Wehre stellen ein Problem dar, WEIL: Negativfaktoren wie Keine Durchgängigkeit, Strömungsveränderungen, keine Laichplätze und Sauerstoffveränderungen.  

• Bedrohung (2) Gewässerverbau:  Gewässerverbau stelt ein Problem dar, weil es Beschleunigt den Abfluss des Wassers in Fließgwässern, Reduziert Überschwemmungsflächen, Verhindert die Retention des Wassers, macht stark Hochwasserwellen möglich und Begünstigt Extremwasserstände 

• Bedrohungen (3) Noch vieles Mehr... Gefährdung der Fließgewässer (ohne Tidebereich):  Eutrophierung und Verschmutzung, Kanalisierung und Begradigung, Fehlende Retentionsräume, Keine Durchgängigkeit des Gewässers mehr, Selbstreinigungsvermögen der Flüsse wird behindert, Erwärmung der Gewässer, Schiffbarmachung (Gewässervertiefung, Buhnen).  

Gefährdung der Flüsse im Tidebereich: Kanalisierung und Vertiefungen erhöhen die Strömungsgeschwindigkeit, Umkehr von Ebbstrom zu Flutstrom geprägten Gewässern, Einsetzen und Verstärkung des Tidal Pumping (Sedimenttransport aufwärts), Verschlicken von Nebenarmen, Prielen und Flachwasserzonen, Tiefe und stark strömende Wasserkörper mit hoher Sedimentfracht, Sauerstofflöcher die länger andauern und größere Bereiche umfassen, Vordringen der mesohalinen Zone, Reduktion der Süßwasserwatten, Verstärkte Umlagerung von Sedimenten führen zur permanenten Mobilisierung flottierender Giftstoffe in die Nahrungsketten, Zusammenbrechen von Nahrungsnetzen, Verstärktes Ausgasen von CO2.

• Sauerstofflöcher

• Zunahme der Trübung

• Strömung

• Massive Zunahme des Tidenhubs

Tidal Pumping: Der Flutstrom ist stärker als der Ebbstrom und transportiert Unmenge von Feinsedimenten den Fluss herauf.

Gewässer werden nach ihrer Gewässergüteklasse eingeteilt. Entscheidende Merkmale dabei sind:

• Sauerstoffgehalt

• Ammonium-Konzentration

• Nitrit und Nitrate

• Phosphate

Saprobienwert und Indikationsgewicht

Der Wert in der Spalte Saprobiewert (zwischen 1,0 und 4,0) kennzeichnet die Gewässergüte, in denen der Organismus normalerweise aufzufinden ist. Die Daten in der Spalte Indikationsgewicht (4,8,16) dokumentieren, wie stark dieser Organismus auf eine mögliche Veränderung der Wasserqualität reagiert. 

typische Zeigerartengruppen

Eintagsfliegen, Köcherfliegen, Libellen, Zweiflügler

typische Artengruppen für hohe und niedrige Saprobienwerte

Alle Eintagsfliegen-Arten haben einen niedrigen Saprobienwert und ein hohes Indikationsgewicht

Rattenschwanzlarve (Diptera) hat einen sehr hohen Saprobienwert und ein hohes Indikationsgewicht.

1. Grundwasser, Oberflächenwasser 

2. Quellen 

3. Natürliche Fließgewässer: Bach, Fluss und Strom 

   1. Epirithal mit FORELLE (Oberlauf)

   2. Hyporithral mit ÄSCHEN

   3. Epipotomal mit BARBEN (Mittellauf)

   4. Metapotomal mit BACHSEN (Unterlauf)

1. Natürliche Stillgewässer: Temporäre Kleingewässer, 

2. Weiher, Teiche und Seen 

Heiden entwickeln sich auf sandigen, nährstoffarmen Böden durch spezifische Nutzung (Plaggen)

Norddeutschland Öffnung des Waldes durch Waldweide und Rodung

Heidebauernwirtschaft

• Beweidung und „Plaggen“ von Heideflächen. Plaggen bezeichnet das Abschlagen der oberen Pflanzendecke und Humusschicht. Die so gewonnenen Plaggen wurden als Einstreu in die Ställe gebracht

• Mit Dung der Tiere versetzte Einstreu wurde als natürlicher Dünger auf die Äcker gebracht

• Heideflächen wurden ständig die in Humus angereicherten Nährstoffe entzogen

• Verhältnis Heide zu Acker: 10 zu 1 (ewiger Roggenanbau)

Heiden sind seit Mitte des 19. Jahrhunderts aufgrund wirtschaftlich-technischer Entwicklung (Erfindung Kunstdünger) sehr stark zurückgegangen…

Pflege von Heiden zur Erhaltung von Relikten der historischen Kulturlandschaft

Maßnahmen

• Beweidung mit Heidschnucken

• Abschieben der oberen Bodenschicht

• Mähen oder Brennen alter Heide

Naturschutz: Heidepflege imitiert Heidebauernwirtschaft, zum Erhalt ist ständige Pflege notwenig. Ist eher Kulturlandschaft, als Natur.

Einige Naturlandschaft der Heide ist: Küstenheiden, natürliches Vegetationsstadium auf Dünen

Was sind Grasländer? 

Vegetation der Grasländer differenziert vor allem nach Hydrologie und Nutzungsregime

Einwanderung von Grasland-Arten 

Starke Zunahme der Anzahl von Grasland-Arten in Mitteleuropa vor 2000 Jahren. Durch die Erfindung der Sensen während der Römerzeit.  

Trockenmasse-Erträge in Grasländern

Saisonale Entwicklung der Futterqualität

Futterqualität nimmt mit Alterung der Pflanzen vom Frühjahr zum Sommer ab! Verlieren an Nährstoffe, wenn sie austrocknen. Trade-off für Bauer: Wollen so viel Biomasse wie möglich für Tierfutter, aber muss auch Nährstoffreich sein. Früher Nutzungsbeginn ökonomisch sinnvoll, aber mit negativen Auswirkungen auf (Flora und) Fauna 

Vegetationsstruktur

• Vegetationsstruktur: Heterogene Schichtung (Krautschicht mit Unter-, Mittel- und Obergräsern; Moosschicht) und Biomassemaximum in Bodennähe 

• Mikroklima: Temperaturschwankungen im Jahres- und Tagesverlauf ausgeprägter als im Wald und Hohe Lichtverfügbarkeit auch in Bodennähe 

Wie verändert Nutzungsintensivierung die Biodiversität in Grasländern? 

Die Artenvielfalt nimmt durch Nutzungsintensivierung (Düngung, häufigere Mahd, stärkere Beweidung) stark ab! 

Veränderung der Grasländer in jüngerer Zeit 

Abnahme von „Extensiv-“ und Zunahme von „Intensiv-“Grasländern seit Mitte 20. Jh.  

Nutzungsintensivierung und Ertragsentwicklung: Brachesukzession 

Was gibt es für Nutzungsintensivierung:  

1. Entwässerung von feuchten Standorten 

2. Erhöhung der Stickstoff-Mineralisation 

3. Erhöhter Einsatz von Kunstdüngern 

4. Erhöhung der Schnittfrequenz auf Wiesen 

5. Erhöhung der Beweidungsdichte auf Weiden 

Nutzungsintensivierung führt zu starkem Anstieg der Erträge der Grasländer seit 1950 

Grasländer der traditionellen Kulturlandschaft: Feuchtgrünland 

Bsp. Brenndolden-Wiesen der Auen: Artenreiche Lebensräume der traditionellen Kulturlandschaft. Sind durch menschliche Nutzung in Auen entstanden; zur Erhaltung regelmäßige Mahd notwendig; ersetzen Weich- und Hartholz-Auwälder. Kennzeichnende Arten: Selinum dubium (Brenndolde), Gratiola officinalis (Gottes-Gnadenkraut); Lathyrus palustris (Sumpf-Platterbse) 

Definition Auen: Auen sind die flussparallel verlaufenden, geomorphologischen Senken, die regelmäßig von Hochwassern überflutet werden. Sie sind oft durch eine mehr oder weniger markante Geländestufe von der umgebenden Landschaft abgegrenzt

Stromlandschaften

Einzugsgebiet: > 100.000 km2

Stromlänge: > 500 km;

• Rhein & Donau: mit alpinem Teileinzugsgebiet; regelmäßig Sommer- und Winterhochwässer

• Elbe & Oder: ohne alpines Teileinzugsgebiet; regelmäßig Winterhochwässer

• (Größere) Flusslandschaften

  Weser, Isar, Lech

• Krenal: Quellregion; kaltstenotherm, sauerstoffreich

• Rhitral: Oberlauf, starkes Gefälle, stark strömend, erosiv; sauerstoffreich

• Potamal: Mittel- und Unterlauf; mäßiges bis geringes Gefälle; mäßig bis gering strömend; vorwiegend Sedimentation; feinklastische Sohle; sommerwarm; nächtliche O2 Defizite

• Mündungsbereich als Ästuar (stark tide-beeinflusst, trichterförmig) oder aber Delta (nicht/kaum tidebeeinflusst, fächerförmig)

Die Aue ist das Überschwemmungsgebiet eines Flusses. Natürliche Flüsse verändern ihren Lauf mit der Zeit und so kann eine Aue nach und nach räumlich vom neuen Flusslauf soweit entfernt sein, dass sie nicht mehr überschwemmt wird. Dann ist es eine Altaue. Im Gegensatz dazu wird die Rezente Aue noch immer regelmäßig vom Fluss überschwemmt.

• Morphologische Aue: 15.000 km2, etwa 4,4 % Deutschlands

• Altaue: etwa 66%; an Rhein, Elbe, Donau und Oder in großen Bereichen 80-100%

• Rezente Aue: etwa 33%; überwiegend als Grünland (47%); Wälder 13% (naturnahe Hartholz-Auwälder nur 1%)

Weichholz-Auenwälder: Häufige, langanhaltende Überflutung (80-120 Tage pro Jahr) und Starke mechanische Beanspruchung mit Silberweide

= Starker Rückgang von Auen- wäldern

Hartholz-Auenwälder: Sporadische Überflutung (15-80 Tage pro Jahr), Teilweise ausgeprägte Trockenheit im Sommer mit Eiche, Esche und Ulme.

= Große, jährliche mittlere Wasserstandsänderung

Pionierfluren: Einjährige Arten, die nach Trockenfallen zur Keimung gelangen, Hydrochore Ausbreitung

Röhrichte und Hochstaudenfluren: Im Bereich des Mittelwassers ausgebildet, sehr produktive Vegetation; ausdauernde, hochwüchsige Gräser mit großer Brennnessel.

Ein Ökosystem besteht aus einem Biotop, dem Lebensraum von Organismen, und einer Biozönose, der Lebensgemeinschaft aus Pflanzen und Tieren. Zu einem Ökosystem gehören also sowohl unbelebte (abiotische) als auch lebende (biotische) Bestandteile. Ein See bildet beispielsweise ein Biotop. Die Biozönose sind zum Beispiel Krebse, Algen, Fische und Insekten. Gemeinsam bilden also das Biotop und die Biozönose das Ökosystem See. 

relative Zuwachsrate von Gräsern ist im Vergleich zu Bäumen deutlich höher. 

Bäume: Der Teil des Systems (Phytomasse der Blätter), der die Energie liefert, ist mit der Zeit beträchtlich kleiner als die von ihm versorgte übrige Phytomasse. Wenn ein Gehölz also heranwächst, fließt ein großer Teil der Energie in die Ernährung und Erhaltung (Respiration) > Allokation.

= Gesetze der Thermodynamik: Der Energiefluss in den Ökosystemen macht das Leben der Organismen möglich. Energie unterliegt den Gesetzen der Thermodynamik.

1. Der Erste Hauptsatz besagt, dass Energie weder neu gewonnen noch verloren gehen kann.

2. Nach dem Zweiten Hauptsatz steht stets ein Teil der Energie, die übertragen wird, nicht mehr zur Verfügung.

   • Von der Energie, die durch ein Ökosystem fließt, entweicht ein großer Teil durch Respiration als Wärme.

   • Dabei geht die Energie von einem höher organisierten (von kalt) in einen geringer organisierten Zustand (zu warm) über, das heißt, die Entropie nimmt zu.

   • Durch die stete Energiezufuhr von der Sonne wird jedoch verhindert, dass Ökosysteme ihren funktionsfähigen Zustand verlieren. 

Die hoch geordneten biologischen/ökologischen Systeme der Erde können nur unter ständiger Energiezufuhr von außen aufrecht erhalten werden = Sonne  

• Primärproduktion = Der Prozess, bei dem durch die Photosynthese organische Verbindungen und damit Biomasse aufgebaut wird, bezeichnet man als Primärproduktion; sie ist die erste, grundlegende Form der Energiespeicherung und des Aufbaus organischer Substanz aus anorganischen Elementen oder Verbindungen. 

• Bruttoprimärproduktion = Als Bruttoprimärproduktion (BPP) bezeichnet man die gesamte organische Substanz, die im Laufe eines bestimmten Zeitraums (in der Regel eines Jahres) durch die photoautotrophen Pflanzen über die Photosynthese in einem Ökosystem gebunden wird.   

• Nettoprimärproduktion = Nettoprimärproduktion (NPP) erreichnet sich aus der Bruttoprimärproduktion unter Abzug der Energie R (R = Respiration), die von den Primärproduzenten zur Atmung im Rahmen des Bau- und Betriebsstoffwechsels verbraucht wird. Die Nettoprimärproduktion lässt sich demnach mit folgender Gleichung beschreiben: Nettoprimärproduktion (NPP) = Bruttoprimärproduktion (BPP) – Respiration der autotrophen Organismen (R) 

• Sekundärproduktion = Die Nettoprimärproduktion steht den Konsumenten unmittelbar in Form von Phytomasse oder indirekt als Zoomasse zur Verfügung. Die Energie wird in die Biomasseerhaltung, in das Wachstum und in die Reproduktion investiert. Ein Teil der Energie geht über Ausscheidungsprodukte wieder verloren. Was in das Wachstum und in die Reproduktion investiert wird, stellt die Sekundärproduktion dar. Diese ist von der Größe der Primärproduktion abhängig. Jede umweltbedingte Einschränkung der Primärproduktion führt in einem Ökosystem auch zur Verringerung der Sekundärproduktion. 

In Ökosystemen gibt es zwei Hauptnahrungsketten: die Lebendfresserkette, die auch als Phytophagen-, Herbivoren- oder Abweidenahrungskette bezeichnet wird (englisch grazing food chain), und die Zersetzerkette (englisch detritus food chain).

Ihr Unterschied liegt in der Quelle, aus der die Konsumenten erster Ordnung (Herbivoren) ihre Energie beziehen. In der Lebendfresserkette handelt es sich dabei um lebende pflanzliche Biomasse oder Nettoprimärproduktion. Die Energie der Zersetzerkette dagegen stammt aus abgestorbenem Pflanzenmaterial (Detritus).  

Zersetzungsprozesse = Zersetzung (Dekomposition) besteht aus der Auflösung organischer chemischer Verbindungen, die von Pflanzen- und Tierarten im Rahmen ihres Baustoffwechsels synthetisiert wurden.  

Mineralisation = Wenn Destruenten abgestorbenes organisches Material abbauen, wandeln sie die in organischen Verbindungen gebundenen Nährstoffe in eine anorganische Form um.  

Humifizierung = Neben dieser Mineralisation kommt es auch zur Humifizierung (Bildung hochmolekularer Humusstoffe). Dieser Zersetzungs- und Umbauvorgang besteht aus zahlreichen Einzelprozessen, wie zum Beispiel das Zerkleinern des organischen Materials und das Verändern seiner physikalischen und chemischen Struktur.  

Beteiligte Organismengruppen = Eine wesentliche Aufgabe der Destruenten besteht in der Umwandlung organisch gebundener Stoffe in eine anorganische Form. Die Vielzahl der Bodenorganismen, die an den Zersetzungsprozessen mitwirken, teilt man anhand ihrer Funktion und Größe in verschiedene Gruppen ein. Die Gruppe, die man am häufigsten mit der Zersetzung in Verbindung bringt, sind (1) Bakterien 🦠 und (2) Pilze 🍄 . (3) Wirbellose Detritusfresser 🕷️ werden aufgrund ihrer Körpergröße klassifiziert. 

Experimentelle Untersuchung = Litterbag-Experimente zu Zersetzungsprozessen. Destruenten beziehen ihre Energie und den größten Teil ihrer Nährstoffe aus den aufgenommenen organischen Verbindungen. Erkenntnisse über den Abbauvorgang des organischen Materials gewinnt man experimentell über die Analyse des Zerfalls abgestorbenen Pflanzen- und Tiergewebes über einen längeren Zeitraum. Ein bewährtes Verfahren ist die Netzbeutel- oder Litterbag-Methode. Dabei füllt man eine festgelegte Menge abgestorbenen organischen Materials in einen Netzbeutel mit definierter Maschenweite und verfolgt den Abbauprozess (Zersetzungsrate).  

Stickstoff ist ein unentbehrlicher Bestandteil der Proteine, die ihrerseits wieder lebendes Gewebe aufbauen. In der Regel steht Stickstoff den Pflanzen nur in zwei chemischen Formen zur Verfügung: als Ammonium (NH4+) und als Nitrat (NO3–). Das Stickstoffgas, das fast 80 Prozent der Erdatmosphäre ausmacht, steht in dieser Form (N2) den Pflanzen nicht für die Aufnahme (Assimilation) zur Verfügung. Daher müssen neue Wege der Gewinnung geschaffen werden.  

Ein wichtiger Weg ist durch symbiontische Bakterien, die in einer mutualistischen Beziehung mit speziellen Pflanzentaxa leben. In bestimmten landwirtschaftlich genutzten Ökosystemen, zum Beispiel extensiv genutzten Grünlandgesellschaften, erfolgt die Stickstofffixierung vorwiegend durch Bakterien der Gattung Rhizobium, die mit ungefähr 200 Pflanzenarten aus der Gruppe der Leguminosen (Hülsenfrüchtler) in Symbiose leben.  

Kohlenstoffkreislauf: Die Quelle für den gesamten Kohlenstoff aller lebenden Organismen und fossilen Ablagerungen ist das Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre und in den Gewässern. Die Photosynthese entzieht der Luft und dem Wasser CO2 und baut es innerhalb der Produzentenstufe in das Ökosystem ein. Wie die Energie, die durch die Lebendfresserkette fließt, so gelangt auch der Kohlenstoff zu den Herbivoren und von dort zu den Carnivoren. Primärproduzenten und Konsumenten setzen Kohlenstoff durch ihre Respiration in Form von CO2 wieder in die Atmosphäre frei. Der Kohlenstoff im Gewebe von Pflanzen und Tieren geht letztlich in das Reservoir des abgestorbenen organischen Materials ein und wird von den Destruenten durch Respiration wieder in die Atmosphäre entlassen. 

Die Hauptursache für die seit Jahrzehnten hohen Nitratwerte des Grund- und Oberflächenwassers ist die Intensivierung der landwirtschaftlichen Bodennutzung und Viehhaltung.  

Zusammenfassung der Waldentwicklung:

• Die Diversität der Waldfauna entwickelt sich in einer weit größeren Raumskala, als die der Flora. Arten-Areal-Beziehungen zeigen Entwicklungen über Flächen von bis zu 1000 Hektar

• Die Abhängigkeit der Diversität in Wäldern wird weiterhin durch den Strukturreichtum bestimmt. Je mehr Grenzlinien, desto mehr Arten pro Hektar.

• Im Verlaufszyklus einer Waldentwicklung besteht die größte Faunen-Diversität erst in der Zerfallsphase. Viele Arten können nur im Totholz existieren.

Aus Naturschutzgründen besonders schutzwürdige Waldtypen:

1. Nass- und Feuchtwälder (Auen-, Erlen- und Birkenbruchwälder)

2. Wärmeliebende Laubwälder (Subkontinentale bis Kontinental, Kiefer- und Eichenwälder)

3. Ahorn- und eschenreiche Mischwälder

4. Reife Waldökosysteme (Großräumige Urwaldgebiete, Zusammenhängende naturnahe nicht bewirtschaftete Wälder)

Je älter der Bestand der Bäume, desto höher die Anzahl der Arten ingesamt und desto höher die Anzahl der seltenen Vogelarten.

Diversität ist Abhängig von Art der Wälder. Fichten sind beispielsweise langweilig für Vögel.

Wühlmäuse und Langschwanzmäuse

• Populationen von Rötelmaus und Gelbhalsmaus folgen starken zyklischen Schwankungen

• Sie werden bestimmt von der Fruchtbildung der Bäume, die den Zyklus vorgeben (Mastjahre)

Schläfer oder Bilche

• Der Siebenschläfer „verschläft“ den Winter von Mitte Oktober bis Mitte Mai, das heißt etwa 7 Monate

Zusammenhang

Buchenmast und Nachkommenzahl hängen zusammen.

• Bäume entwickeln mit der Fruchtentwicklung sogenannte Mastjahre.

• Viele Tierpopulationen folgen diesem Fruchtzyklus. Sie reagieren mit Invasionsbewegungen (Eichelhäher), Reproduktionssteuerung (Schläfer) oder Massenentwicklungen (Mäuseartige)

• Die Entwicklung der Waldfauna folgt daher sowohl der Altersentwicklung eines Waldes, als auch kurzperiodischen Entwicklungen

Forstwirtschaft Definition:

Forst- oder Waldwirtschaft bezeichnet in erster Linie die Bewirtschaftung von Forsten zur Produktion von Holz

Waldbausystem:

1. Hochwald = Waldbau, dessen Bestände aus Samen, bzw. Setzlingen entstanden sind (Kernwüchse)

2. Schlagweiser Hochwald: Hieb oder Verjüngung wird in konzentrierter Form auf Flächen ("Schlag") durchgeführt. Wichtigste Formen:

   1. Kahlschlagbetrieb

   2. Schirmschlagbetrieb

   3. Saumbetrieb

3. Plenterwald: waldbauliche Eingriffe finden nicht flächenabschnittweise statt, sondern auf der ganzen Waldfläche einzelbaumbezogen

4. Zweihiebige Hochwaldformen

5. "Naturgemäße Waldwirtschaft"

• Durch „Plenterung“ = Einzelstammentnahme reich gestufter Wirtschaftswald

• Plenterwald ... gilt heute wegen seiner Stufigkeit und der Baumartenmischung vielen Leuten als Inbegriff unberührter Naturlandschaft.

• Die Plenterwaldbewirtschaftung gilt heute als die hohe Schule des Waldbaus.

Steigende Betandszahlen bei Vögeln dank Zunahme von Totholz

Spechte als Schlüsselarten in Wäldern Mitteleuropas: Wenn Spechte verschwinden, verschwinden auch alle anderen.

1. Schaffung von (Nist-)Höhlen

2. Kontrolle von Holzschädlingen

3. Entrinden kranker und abgestorbener Bäume

Fichten-Monokultur

Buchenwald mit Totholz

Boden ist ...

... das mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzte, unter dem Einfluss der Umweltfaktoren an der Erdoberfläche entstandene und im Ablauf der Zeit sich weiterentwickelnde Umwandlungsprodukt mineralischer und organischer Substanzen mit eigener morphologischer Organisation, das in der Lage ist, höheren Pflanzen als Standort zu dienen und die Lebensgrundlage für Tiere und Menschen bildet.

Als Raum-Zeit-Struktur ist der Boden ein vierdimensionales System. (Schroeder 1992)

Als Faktoren der Bodenbildung werden alle Einflussgrößen bezeichnet, die die Art, die Intensität und die Dauer der bodenbildenden Prozesse steuern.

• Stoffumwandlung: Typische Transformationsprozesse sind Verwitterung der Gesteine, Mineralneubildung aus den Verwitterungsprodukten (Tonminerale aus Glimmern), Zersetzung der abgestorbenen Biomasse und Bildung von Huminstoffen.

• Stoffverlagerung: Typische Translokationsprozesse sind Auswaschung von Kalk, Salzen und die Verlagerung von Humus, Ton oder Eisenverbindungen.

Im Ergebnis entstehen durch die Prozesse der Bodenbildung untereinander angeordnete Lagen mit untereinander und vom Gestein verschiedenen Merkmalen, die als Horizonte bezeichnet werden.

Böden unterschieden sich in:

• Farbe

• Körnung

• Porenraum / Wasser

  • Porenraum: Raum für Wurzeln und (Mikro-)organismen, Luft für Organismen und Pflanzenwurzeln, Wasserspeicherung und Nachlieferung

• Gefüge /Struktur

• Humus

• Quelle und Speicher von Pflanzennährstoffe

  • Mineralische Substanz: Nährstoffspeicherung, Nachlieferung von Nährstoffen in die Bodenlösung und Unterstützung bei Verankerung der Pflanzenwurzeln

• Als Neophyten ("Neu-Pflanzen") bezeichnet man Pflanzenarten, die nicht von Natur aus in Europa heimisch sind.

• Contra: Haben Auswirkungen auf heimische Pflanzen (z.B. Verdrängung),

• Pro: Pflanzen sind Pflanzen, immer erstmal positiv.

In Braundüne: In einigen Bereichen Ausbreitung von Kartoffelrose (Roso rugosa); Neophyt, eingeführt aus Ostasien; gepflanzt als Zierpflanze & zur Befestigung von Dünen

Erhöhte Salinität führt zu:

• Physiologischer Trockenheit

• Ionen-Ungleichgewicht und Störung im Zellstoffwechsel

Anpassungen

• Erniedrigung des Wasserpotenzials um Wasser aus dem Boden aufnehmen zu können

• Salztoleranz durch Einlagerung nieder- molekularer Substanzen (z.B. Prolin)

• Salzvermeidung durch: Abschottung (Salzschwaden), Verdünnung (Sukkulenz: Queller), Ausscheidung (Absalzhaare: Melden)

Wellendämpfung

Küstenvegetation als natürlicher Uferschutz. Um den Küstenbereich zu stärken, wird vermehrt auf ökosystemstärkenden Küstenschutz, wie beispielsweise Seegraswiesen gesetzt. Ein solch natürlicher Wellendämpfer ist nicht nur kostengünstiger und „wartungsärmer“ als gebaute Strukturen, sondern ist auch eingebettet in die bestehende Kulturlandschaft und Ökosysteme. Allerdings sind zahlreiche komplexe physikalische Prozesse an der Interaktion von Wellen und Strömungen mit der Vegetation beteiligt.

Kohlenstoffsequestrierung

Marine Lebensräume im Meer (Salzwiesen, Mangroven, Seegraswiesen) bedecken 0,2 % der Meeresoberfläche, tragen aber zu 50 % der Kohlenstoffeinlagerung in Meeressedimenten bei.

• Jede Überflutung trägt Sedimente in Salzmarschen ein

• Überflutungsfrequenz beeinflusst Sedimentationsrate (je öfter Überflutung, desto mehr Akkretion)

• Vegetationsdichte beeinflusst Sedimentationsrate (je mehr Pflanzen, desto mehr Sedimenten bleiben liegen)

• Wattenmeer-Salzmarschen resilient gegenüber moderatem Meeresspiegelanstieg

• Definition Düne: Dünen sind hochdynamische Lebensräume im Übergangsbereich zwischen Meer und Land.

• Dünen entstehen durch äolische (durch Wind bedingte) Sandverdriftungen.

• Wirksame Stressfaktoren für Pflanzen sind: Sandschur, Übersandung, Nährstoffarmut, erhöhte Salinität

• Dünen zeigen im Laufe ihrer Entwicklung eine charakteristische Vegetationsabfolge: Primärdünen, Weißdünen, Graudünen, Braundünen

Primärdünen

• Strand-Roggen (Blätter eingerollt)

Weißdünen

• Strand-Hafer (Blätter eingerollt), erträgt starke Übersandung und bildet „Wurzelhorizonte“

• Oft für Küstenschutz gepflanzt

Graudünen

• Relativ artenreiches, mittleres Sukzessionsstadium der Dünenentwicklung

• Sauergräser (Sandsegge)

Braundünen

• Von Zwergsträuchern dominiertes, spätes Sukzes- sionsstadium von Dünen

• Besenheide (Calluna vulgaris) und Krähenbeere (Empetrum nigrum) an trockenen Standorten; Glockenheide (Erica tetralix) in feuchten Mulden

• Mykorrhiza von großer Bedeutung für Nährstoffver- sorgung

Dünentäler

• Geländehöhe auf Höhe des Grundwasserniveaus

• Junge Stadien nährstoff- arm

• Pioniervegetation; später Bildung von Niedermooren

• Hohe Anzahl gefährdeter Pflanzenarten

• Primäre Dünentäler durch Aufwehen von Weißdünen; sekundäre Dünentäler durch Ausblasung

• Geländehöhe auf Höhe des Grundwasserniveaus

• Junge Stadien nährstoffarm

• Pioniervegetation; später Bildung von Niedermooren, Großseggen-Riedern, Röhrichten

• Hohe Anzahl gefährdeter Pflanzenarten

Ein Wattenmeer kann nur entstehen und erhalten bleiben, wenn die folgenden geologischen Bedingungen zusammentreffen:  

• allmählich abfallender Meeresboden,  

• Inseln, Strandwällen oder vorgelagerte Sandbänke zum Schutz gegen die Brandungswellen der See und damit zum Schutz der Sedimentationsräume,  

• Gezeiten mit einem Tidenhub von mindestens 1,50m, deren Strömung so   stark ist, daß die Tiefs zwischen den Inseln offengehalten werden und sich   somit keine Ausgleichsküste bildet,  

• Zufuhr von Feinmaterial aus dem Meer und einmündenden Flüssen,  

• Meeresspiegelanstieg über lange Zeiträume hinweg,  

• gemäßigtes Klima mit der zugehörigen Pflanzen- und Tierwelt.  

Anstieg des Meeresspiegels seit 20.000 Jahren

Die drei Bereiche des Wattenmeer  

= Durch den Einfluß der Gezeiten wird das Wattenmeer in drei Bereiche gegliedert:  

• Das Sublitoral schließt sich seewärts an. Es bleibt ständig von Wasser bedeckt. Über ein Netz von Prielen , Wattströmen, greift das Sublitoral weit in das Eulitoral hinein.  

• Das Eulitoral umfaßt das eigentliche Watt, das bei Ebbe trocken fällt; es liegt zwischen dem mittlerem Hochwasser und dem mittleren Niedrigwasser.  

• Das Supralitoral folgt landseitig auf das Eulitoral. Es wird nur bei höheren Spring- und Sturmfluten überspült. Hier liegen die Salzwiesen. Sie grenzen an den Seedeich, den Dünenrand oder die Kliffküste des Festlandes.  

Die Temperaturunterschiede sind oft beträchtlich: im Jahresgang sind Temperaturunterschiede von 40°C möglich: Während sich das Watt im Sommer bei Sonnenbestrahlung bis auf 35°C aufheizen kann, werden in strengen Wintern bei Eisgang Temperaturen von -5°C und weniger registriert. Aber auch im Tagesgang können die Temperaturen erheblich schwanken: von 35°C bei freiliegendem Watt auf 15°C Wassertemperatur bei Hochwasser.  

• Muschelbänke (Biogene Hartböden):  

 bieten in der Gezeitenzone über 40 Tierarten (verschiedene Seepockenarten, Strand- und Käferschnecken) einen Lebensraum  

Je nach Strömungs- und Brandungsexposition überwiegt Erosion oder Sedimentation. Lokale Faktoren wie Ausrichtung zu den Gezeitenströmungen, Neigung der Wattflächen oder auch Organismenbesiedlung greifen verändernd und steuernd in die Sedimentablagerung.

3 Wattarten: Schlickwatt, Mischwatt und Sandwatt

Bereiche unterschiedlichen Spring-Tidenhubs

• Zweimal täglich fällt der Meeresboden trocken und wird bei der Flut wieder überspült.

• Der durch kosmische Kräfte erzeugte Tidenhub beträgt auf dem freien Meere lediglich ca. 50cm.

• Durch die Strömungsverhältnisse in der Nordsee und der Trichterwirkung der Deutschen Bucht entsteht im Wattenmeer jedoch ein Tidenhub von etwa 2 m

Kegelrobbe – ein echter Rückkehrer

Kegelrobbenvorkommen im Wattenmeer und Helogland: Winter 2017/2018 insgesamt 1377 Junge

1. Manipulative Experimente

Der/die Experimentator*in manipuliert Umweltbedingungen. Beispiel: Gewächshaus, Klimakammer, Petrischale & Freiland (KONZA (s.u.))

1. Natürliche Experimente

Extremereignisse verändern Umweltbedingungen – dramatische Veränderung . Beispiel: Vulkanausbruch, Überflutung, Feuer.

Nachteil: Keine Replikation, Vergleichsflächen ökologisch abweichend; Vorteil: Natürlicher ökologischer Prozess

1. Mensurative (beobachtend-messende) Experimente

Messen der natürlichen Variation eines Phänomens (Bsp.: Artenvielfalt in Abhängigkeit von Biomasse).

Nachteil: Vergleichsflächen ökologisch abweichend

Vorteil: Wiederholung in Zeit und/oder Raum ermöglichen schärfere Aussage

= Mensurative Experimente bilden oft die Grundlage zur Ableitung von Hypothesen und somit auch für manipulative Experimente

• Gliederungsansatz (1): Molekulare Ökologie

• Gliederungsansatz (5): Ökosystemökologie

  = Ökosystem: Wie beeinflussen die jährlichen Niederschlagsschwankungen die Produktivität der Pflanzen in diesem Präriegrasland-Ökosystem?

• Gliederungsansatz (6): Landschaftsökologie

  = Landschaft: Wie beeinflussen die Unterschiede in der Topografie und den Böden in der Landschaft die Muster der Artenzusammensetzung und -vielfalt in den verschiedenen Präriegemeinschaften?

• Gliederungsansatz (7): Biome & Biosphäre

  = Biome: Welche geologischen und klimatischen Merkmale bestimmen den Übergang von Wald- zu Präriegrasland-Ökosystemen in Nordamerika?

  Biosphäre: Welche Rolle spielt der Grasland-Biom im globalen Kohlenstoffkreislauf?

Zentrale Bereiche der Ökologie:

• Interaktionen zwischen Organismen (Individuen, Populationen, Lebensgemeinschaften) > Beziehungen

• Interaktionen zur abiotischen Umwelt inklusive Energiefluss und Stoffhaushalt

Definition von Ernst Haeckel* (1866 – gilt auch noch heute):

* Ernst Haeckel (1834 – 1919) Biologe, Philosoph und wissenschaftlicher Zeichner

• Nur 51% der Solarstrahlung, die die Atmosphäre der Erde erreicht, wird durch die Erdoberfläche absorbiert

• 49% der Solarstrahlung wird reflektiert und/oder durch Wolken in der Atmosphäre gestreut

Die Erde emittiert (in die Luft abgeben) langwellige Strahlung. Die daraus resultierende Energie (also die Energie der von der Erdoberfläche emittierten Strahlung) ist größer als die absorbierte Solarstrahlung. Warum?

(1) Solarstrahlung nur am Tag wirksam und die Abstrahlung der Erde hingegen am Tag und in der Nacht.

(2) Atmosphäre der Erde “fängt” Großteil der von der Erde emittierten Strahlung, die zur Erde zurückgestrahlt wird (“greenhouse effect” - Treibhaus - Effekt).

1. Räumliche Muster

= Menge der an einem Punkt der Erdoberfläche einfallenden Solarstrahlung variiert mit geographischer Breite (latidudinaler Gradient).

• Warum: An höheren Breitengraden fällt die Sonnenstrahlung in einem steileren Winkel auf die Erdoberfläche. Durch den Neigungswinkel verteilt sich die Solarstrahlung dort auf größeres Areal auf der Erdoberfläche.

• Deshalb: Abnehmende Temperatur vom Äquator zu den Polen

1. Zeitliche Muster

= Saisonalität einfallernder Solarstrahlung, der Temperatur und der Tageslänge steigt entlang des latidudinalen Gradienten vom Äquator zu den Polen

Heißt: Am Äquator variiert die Solarstrahlung, die Temperatur und die Tageslänge stärker als an den Polen. Grund: räumliche Muster

Temperatur = Variabilität der einfallenden Solarstrahlung steuert Temperaturverteilung auf der Erde

Niederschlag ist nicht gleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt. Grundsätzlich gilt: Niederschlagsmenge am größten am Äquator mit Abnahme in Richtung der Pole

Die ITKZ ist räumlich nicht stabil, sondern verlagert sich im Laufe des Jahres

1. Nordsommer: ITKZ über Nordhalbkugel

2. Nordwinter: ITKZ über Südhalbkugel

Blattflächenindex (LAI) = Blattfläche pro Bodenfläche

Ein Blattflächenindex von 3 (LAI = 3) bedeutet demnach, dass über jedem Quadratmeter Bodenfläche 3 m2 Blattflächen vorhanden sind. Je größer der Blattflächenindex ist, desto weniger Licht erreicht den Erdboden. Von der Oberfläche des Kronendaches bis zur Bodenoberfläche steigen Blattfläche und LAI kumulativ an. Entsprechend sinkt die Strahlungsintensität.

Organismen interagieren mit ihrer abiotischen Umwelt auf zwei unterschiedlichen zeitlichen Maßstäben:

1. Über viele Generationen sind die abiotischen Umweltbedingungen eine wesentliche Kraft der Selektion (evolutive Anpassung)

2. Über kurze Zeiträume beeinflusst die abiotische Umwelt den physiologischen Zustand der Organismen und ihre anatomisch-morphologische Struktur (modulative Anpassung) Beispiel: Sonnen- und Schattenblätter

1. Herbivore: Pflanzenfresser (Merkhilfe: Herbs – Kräuter) 🌿 Kuh

2. Carnivore: Fleischfresser (Carne – Fleisch) 🍖 Kegelrobbe

3. Omnivore: Allesfresser (Krümmelmonster „mononom“) Wellhornschnecke 🍪

4. Detritivore: tote Pflanzen- und Tierreste (Destruenten) 💀 Köcherfliegen

Das Problem dabei: Fleisch liefert eher langfristig Energie und weniger kurzfristig und bei Pflanzen ist das genau andersrum. Beispiel: Ein Sportler isst während eines Spiels auch eher eine Banane.

Grazers (Gras) und Browsers (Blätter) leben von Futter mit hohen Zellulose- und niedrigen Proteinanteilen.

= Diese Tiere können selbst nicht die notwendigen Enzyme produzieren, um Zellulose zu verdauen. Deshalb brauchen sie endosymbiontische Mikroorganismen, die die Verdauung übernehmen.

• Nachmagenfermentierer (Beispiel: Kanninchen > Gärkammer im erweiterten Blinddarm = Blinddarmfermentierer)

• Vormagenfermentierer (Wiederkäuer wie Kuh) mithilfe 4-kammeriger Magen

Wichtig: Resorption von Aminosäuren im Dünndarm

• Wird bedingt durch Nahrungszusammensetzung

• Ändert sich bei unterschiedlichem Futter

• Unterscheidet sich zwischen Männchen und Weibchen

Hat immense Konsequenzen auf den Wirt

• Erlaubt Verdauung von bestimmtem Futter, aber möglicherweise nicht von anderem (Bsp.: Koala) > Umsiedlungen enden daher oft bei der Verendung

• Liefert Vitamine

• Beeinflusst, ob ein Tier fett wird oder nicht

• Beeinflusst das Immunsystem

• Beeinflusst, ob ein Tier explorativ (erforschend) ist oder nicht

Essentielle Komponenten: Mineralien, essentielle Amino- und Fettsäuren

= Neben Energie brauchen Lebewesen auch wichtige Mineralien

• Beispiel Natrium: Na ist selten in terrestrischen Ökosystemen; Nutzung von Salzlecken. In Na-armen Gebieten: Tiere kauen oder lecken Holz, das Mineralien aufgenommen hat (Wasser ist verdunstet; Mineralien bleiben zurück).

• Beispiel Magnesium: Kalium-Gehalt ist in Neuaustrieben im Frühjahr erhöht; erhöhte Aufnahme bewirkt Ausschüttung von Aldosteron, das Ausscheidung von K und Mg fördert. Dies führt zu Mg-Mangel (u.a. Muskelkrämpfe).

• Beispiel Essentielle Fettsäuren: Fettsäuren, die nicht vom Körper synthetisiert werden können, müssen mit der Nahrung aufgenommen werden (pflanzliche Öle: z.B. Raps, Oliven, Distel, Soja)

Weil Insekten meistens einzeln vorzufinden sind und große Primaten einen höheren Energiebedarf haben. Sie müssten daher zu viele und zu lange nach Insekten suchen.

Große Tiere können mehr in sich aufnehmen und sich hinlegen und fermentieren Kleinere Tiere nehmen selektierter auf und verdauen dementsprechend schneller

Fressaktivitäten unterschiedlich (mal alle 2 Stunden und mal alle 8 Stunden). Grund: Je größer der Magen, desto mehr kann gefressen werden und desto länger muss verdaut werden.

Konkurrenz und Umweltbedingungen

• Konkurrenz findet um (limitierte) Ressourcen wie Licht, Nährstoffe, Wasser statt

• Aber: Umweltbedingungen wie Temperatur und pH-Wert des Bodens, relative Luftfeuchtigkeit und Salzgehalt der Bodenlösung beeinflussen auch das Konkurrenzverhalten

• Beispiel: Annuelle Acker-Unkräuter und ihre Temperaturabhängigkeit der Keimung, Variabilität der Witterungsbedingungen beeinflusst Konkurrenz und Sukzession auf Ackerbrachen

= Konkurrenzkraft variiert entlang von Umweltgradienten

fundamentale und realisierte Nische

• Die Fundamentalnische beschreibt die optimalen Lebensbedingungen einer Art ohne interspezifische Konkurrenz. Diese Nische ist mehr ein theoretisches Konstrukt und kann nur unter Laborbedingungen ermittelst werden. 

• Die realisierte Nische ergibt sich als Kombination aus fundamentaler Nische und Konkurrenz

  • Unimodale Verteilung = Einengung der fundamentalen Nische durch (beidseitige) Konkurrenz von Arten mit unterschiedlichen Ressourcen- ansprüchen

  • Bimodale Verteilung = Verdrängung aus Optimalbereich der fundamentalen Nische durch konkurrenzstarke Art. Beispiel: Fagus sylvatica und Pinus sylvestris in Mitteleuropa

Konkurrenz und Koexistenz

Unter welchen Bedingungen kann Koexistenz entstehen? Störungen bzw. zeitlich variable Umweltbedingungen fördern Koexistenz

Ökologische Nische

• Definition: n-dimensionaler Raum, in dem jede Achse eine Variable einnimmt, die Überleben, Wachstum und Reproduktion von Organismen beeinflusst

• Beispiel: Dreidimensionaler Raum mit Temperatur, Feuchtigkeit und Nahrungsgröße als Achsen der ökologischen Nische

Allelopathie -/0 (Amensalismus)

Verschiedene chemische Substanzen haben dabei verschiedene Auswirkungen: Reduzierte Keimung, Etablierung, Wachstum, Überleben, Fekundität

Facilitation +/0 (Kommensalismus)

• Beispiel: Nurse plants, Keimlinge in räumlicher Nähe zu etablierten Individuen.

• Mechanismen: Änderung Nährstoffverfügbarkeit, Wasser- und/oder Lichthaushalt, Temperatur

• Bedeutung: Vor allem in extremen Lebensräumen (z.B. Wüste, Salzmarsch, Dünensysteme, Tundra, alpine Lebensräume)

Grundlagen:

• Mutualismus beruht auf Maximierung des eigenen Nutzens, nicht auf Kooperationsbereitschaft

• Übergänge zu parasitischen Beziehungen oft fließend

fakultativer vs obligater Mutualismus

• fakultativer Mutualismus: lockerste Form einer symbiotischen Beziehung, da sie für beide Arten zum Überleben nicht zwingend ist.

• obligater Mutualismus: Partner alleine nicht mehr überlebensfähig

  
  

Mutualismus und Nährstofftransfer (N-Fixierung, Mykorrhiza)

• N2 mit 78% Hauptbestandteil der Atmosphäre; dieser aber nicht für Pflanzen nutzbar. Daher ist Stickstoff (N) ein limitierender Faktor der Primärproduktion in vielen Ökosystemen

• Lösung: N-Fixierung durch symbiontische Bakterien 🦠 (Bsp.: Rhizobium mit Fabaceen, also Hülsenfrüchtler). Rhizobien reduzieren Stickstoff so, dass die Wirtspflanzen ihn nutzen kann.

• Lösung: Mykorrhiza, also eine Pflanze–Pilz–Symbiose

  • Vorteil der Pflanze: Aufnahme von Wasser und Nährstoffen über Pilzpartner, vor allem Verbesserung der P - Versorgung

  • Vorteil des Pilzes: Versorgung mit Kohlehydraten und Energie durch die Pflanze

Mutualismus und Bestäubung

• Zoophilie: Bestäubung durch Tiere. Anlockung der Bestäuber über Struktur, Farbe, Geruch. “Belohnung” der Bestäuber durch zuckerreichen Nektar, eiweißreichen Pollen und/oder Öle. Hoher Energiebedarf für Produktion dieser ‘awards’

• Beispiel: Seidenpflanze investiert in Blütephase 37% des Photosynthese- gewinns in Produktion von Nektar

• Etwa 90% der Blütenpflanzen werden durch Tiere bestäubt

  • Vorteil für die Pflanzen: Sicherstellung der generativen Fortpflanzung

  • Vorteil für den Bestäuber: ‚Award‘ (Nektar, Pollen)

• Anthropogene Änderungen von Pflanze–Bestäuber–Interaktionen: Habitatfragmentierung, Landnutzungswandel, Intensive Landwirtschaft und Einsatz von Pestiziden und Herbiziden und Biologische Invasionen

Mutualismus und Samenausbreitung

• Zoochorie: Ausbreitung durch Tiere

• Beispiel: Myrmecochorie, Ausbreitung durch Ameisen z.B. bei Veilchen. Samen mit Elaiosomen (nährstoffhaltige Anhängsel). Verschleppung in Ameisenbau sichert Samentransport

  
  

• Natürliche Selektion: Anpassungen an Umweltbedingungen und Ressourcennutzung.

• Sexuelle Selektion: Anpassungen zur Optimierung des Fortpflanzungserfolgs  

• gerichtete Selektion: Phänotypen an einem Ende der Verteilung benachteiligt. Bsp.: Große Fische sind öfter Beute von Ottern. Dadurch verschiebt sich die Kurve zu kleineren Fischen. 

• stabilisierende Selektion: Abweichungen des Phänotyps in beide Richtungen nachteilig. Bsp: Große Fische werden vom Otter gefressen und kleine von Vögeln (verschiedene Fressfeinde).  

• disruptive Selektion: mittlerer Phänotyp benachteiligt, Aufspaltung in zwei Optima. Bsp.: Möve findet mittelgroße Fische am geilsten.  

• Life Histories: Organismen müssen sich begrenzte Ressourcen wie beispielsweise Energie, Nahrung und Zeit auf mehrere lebensnotwendige miteinander konkurrierende Prozesse, wie beispielsweise Wachstum, Gesundheit und Fortpflanzung aufteilen

• Life History Traits: Anpassungen einer Art, die als Ergebnis von natürlicher und sexueller Selektion in der Evolution entstanden sind

   

Faktoren, die Fortpflanzung und Tod eines Organismus zeitlich beeinflussen, bestimmen seinen Lebenszyklus. Häufig Kompromisse (trade-offs) zwischen Überlebenswahrscheinlichkeit und Reproduktionserfolg

= Evolutionary trade off beschreibt das Problem des Abwägens zwischen verschiedenen Merkmalen im Laufe der Evolution von Organismen. Organismen werden bildlich als rational denkende Individuen dargestellt, die zwischen den Nutzen und Kosten einer Merkmalsänderung "abwägen" und dann die ihnen zugänglichen Ressourcen (z. B. Energie) bestimmten Merkmalen zuteilen (Allokation). 

Beispiele:

• Habitatwahl (Ideal Free Distribution)

  Konkurrenten passen ihre Verteilung im Raum der Qualität des Habitats so an, dass jedes Individuum die limitierende Ressource im gleichen Ausmaß nutzen kann.

• Territoriumsgröße, Territorialität

  Energiegewinn (Ergebnis aus Kosten für Verteidigung und Nutzen durch exklusive Nutzung von Futterressourcen) ist bei einer bestimmten Größe des Territoriums optimal.

• Optimale Gruppengröße (Räuber – Futterkonkurrenz)

  Trade-off zwischen Konkurrenz bei Nahrungswahl und Vorteile bei Feinderkennung (Schutz in der Masse)

• Optimale Nahrungswahl (Kosten – Nutzen / Energieaufwand - Energiegewinn)

  Trade-off zwischen Kosten für „Fang“ + „Behandlung“ und „Gewinn bei größerer Beute“

Kritik: Optimalitätsmodelle sind nicht „optimal“

• Reflektieren Anpassungen an vergangene Bedingungen

• Eher „besser“ als andere Lösungen

• „Optimum“ wird „sabotiert“ durch Zwänge durch andere (z.B. optimale Gruppengröße)

• Daher sind Optimalitätsmodelle eher Denkmodelle, mit deren Hilfe man Vorhersagen treffen kann.

= Es gibt mehr als eine Möglichkeit, in der Evolution Erfolg zu haben. Was ein Tier tut oder welche Merkmale es entwickelt, kann auch davon abhängen, was die anderen Individuen tun oder welche Merkmale sie entwickelt haben. Dies führt zu unterschiedlichen Anpassungen zur Lösung des gleichen Problems.

Ultimate Ebene: WARUM Infantizid (Kosten & Nutzen, evolutive Analyse, Wie entstehen Verhaltensvarianten? Was kostet Verhalten?)  

Proximate Ebene: WIE Infantizid (Wie finden Männchen den Kokon? Welche Hormone oder Neurone triggern das Hinauswerfen? Was ist der Stimulus? Wird Infantizid gelernt oder geschieht es instinktiv? Wie wird Verhalten gesteuert?)  

Beispiel Kiez:

Life Tables

Vorteile: Klar strukturiert, einfach zu verstehen, Erlauben Extrapolation (Vorhersagen), Viel von Versicherungen verwendet (verdienen damit Geld; scheint also zu funktionieren)

Nachteile: Kohorten-Tafel berücksichtigt 1 Kohorte und Stationäre Tafel basiert auf Mittelwerten, ohne Berücksichtigung ungewöhnlicher Ereignisse (keine Stochastik)

• Kohorten-Lebenstafel  = Dokumentation eines Jahrgangs  

• Stationäre Lebenstafel  = Querschnittsuntersuchung, zu einem bestimmten Zeitpunkt werden alle Individuen pro Altersklasse erfasst 

• Lösung: Dynamische Modelle = können mehr verschiedene Einflussgrößen berücksichtigen. Liefern eher Vorhersagen, als dass sie die Wirklichkeit wiederspiegeln.  

  Beispiele: Kapazitätsgrenzen, Dichte-abhängige Wachstumsrate, Interaktionen zwischen Arten, Stochastische Ereignisse  

• Logistisches Wachstum: Wachstumsrate abhängig von der Kapazität des Lebensraums

• Exponentielles Wachstum: Dauer der Verdoppelung konstant

• Hyperexponentielles Wachstum: Zeitraum zur Verdoppelung ist nicht konstant sondern der Zeitraum nimmt ab

Human Development Index = Index für den Lebensstandard einer Gesellschaft

Berücksichtigt drei Parameter:

1. Lebenserwartung

2. Bildung

3. Einkommen

Funfact: Je höher der HDI, desto niedriger die Geburtenrate. ABER: Bei einem HDI von etwa 0,9 (also nearly perfect) geht die Geburtenrate wieder bergauf. Im Sinne von: Wir haben eh genug Kohle.  

1. Top down: Limitierung durch Räuber

2. Bottom-up: Limitierung durch Nahrung

   • „Income breeder“: Konsumenten erhöhen auf der Basis des derzeitigen Futterangebots ihre Reproduktion; Bsp.: Schneeschuhhase, Luchs

   • „Capital breeder“: Organismen, die in guten Zeiten Ressourcen akkumulieren und dann reproduzieren, wenn die Zeit günstig ist; Bsp.: Mastjahre

• Dichteabhängige Faktoren: kommen zum Tragen, wenn die Zahl der Individuen sich einer Grenze (Umweltkapazität) nähert oder diese überschreitet.

  Beispiele: Nahrungsressourcen, Reviere, Sozialer Stress, Spezifische Fressfeinde, Ansteckende Krankheiten (Infektionskrankheiten) und Zwischenartliche Konkurrenz

• Dichteunabhängige Faktoren: unabhängig von der Zahl der Individuen, die ein Gebiet besiedeln

  Beispiele: Wetter und Witterung, Katastrophen, Nicht-spezifische Fressfeinde, Nicht-ansteckende Krankheiten

• Herbivore = Räuber fressen nur Teile

• Räuber = Räuber töten Beute direkt    

• Parasitismus = Art A lebt von Art B, tötet sie aber nicht.

• Parasitoide = Art A lebt von Art B über längere Zeit und tötet sie letztendlich    

• Hyperparasitoide = Parasitieren Parasiten  

• Lebensformen nach Raunkiaer (1937):

• Schlüsseldominanten (dominants) = Arten, die den größten Teil der Biomasse eines Ökosystems stellen und damit auch seine wesentlichen Eigenschaften bestimmen, z. B.: Buche (Fagus sylvatica) in Buchenwäldern oder Schilf (Phragmites australis) in Schilfröhrichten 

• „Schlusssteinarten“ (key stone species): Arten, die einen disproportional großen Einfluss relativ zu ihrer Biomasse auf die Ökosystemeigenschaften haben. Beispiel: Meerotter (Enhydra lutris), fressen Seeigel, ohne Meerotter breiten sich Seeigel stark aus, diese dezimieren die Tangwälder aus Braunalgen (Laminariales) und dadurch ist die arten- und strukturreiche Lebensgemeinschaft insgesamt gefährdet. Kurz: Ohne diese Arten bricht das gesamte Gemeinschaft zusammen.  

Es ist selten eine Nahrungskette (food chain), weil die wenigsten Tierarten monophag sind. Daher ist es i.d.R. ein Nahrungsnetz (food web).

Trophische Ebenen

• Autotrophe = Primärproduzenten

• Heterotrophe = Sekundärproduzenten

  • Herbivore (fressen nur Pflanzen, z. B. H1)

  • Omnivore (fressen Pflanzen und Tiere, z. B. C1)

  • Carnivore (fressen nur Tiere, z. B. C2)

Sukzession meint die gerichtete, entweder natürliche oder anthropogene Veränderung der Artenzusammensetzung einer Biozönose im Laufe der Zeit.

Es gibt drei Typen von Sukzessionen:   

1. Typisierung nach der Vorgeschichte des Standortes. Primärsukzession: Auf einem zuvor von Organismen gänzlich unbesiedelten Standort (z. B. Naturkatastrophen, Gletschervorfeld, Lavastrom)

   Sekundärsukzession: auf einem zuvor schon von Organismen besiedelten Standort (z. B. Kahlschlag eines Waldes, Ackerbrache) 

2. Typisierung nach Verortung der steuernden Faktoren: Im Laufe von Sukzessionen finden autogene (von innen kommende) Standortveränderungen statt, z. B. Bodenverhältnisse und Lichtklima.

   Im Gegensatz dazu stehen allogene (von außen kommende) Standortveränderungen, z. B. Änderung des Klimas.  

3. Typisierung nach Entwicklungsrichtung: Im Laufe einer progressiven Sukzessionen entwickelt sich die Vegetation über Pionier- und Jugendstadien hin zu einem stabileren Klimax-Stadium (Schlussgesellschaft). Bsp.: in Mitteleuropa meist Wälder.

   Im Gegensatz dazu stehen regressive Sukzessionen, bei denen aus Schlussgesellschaften durch (häufig anthropogene) Störungen wieder frühe Stadien oder offene Landschaften mit wenig Vegetation werden. 

   Bsp. regressive Sukzessionen: Häufige Brandrodungen oder unkontrollierte Brände bewirken eine Regression von tropischem Primär-Regenwald zu Sekundärwäldern und schließlich zu spärlicher Pioniervegetation. 

Es gibt in der Natur teils schärfere, teils weniger scharfe Grenzen. Bestimmte Artenkombinationen kommen auf der Welt viel häufiger vor als andere. Bestimmte Artenkombinationen sind mit bestimmten Umweltbedingungen korreliert (noch keine Kausalität!) > Daher sind solche „Pflanzengesellschaften“ sinnvolle Einheiten für die Beschreibung und Analyse von Ökosystemen. 

a) vertikale Struktur  

Beispiel: Im tropischen Regenwald gibt es verschiedene Schichten (Straten): oben mehrere Baumschichten, dann Strauchschicht, weiter unten verschiedene Krautschicht und am Boden mehrere Moos- und Flechtenschicht. Diese Straten haben Einfluss auf die Vertikalverbreitung von Brutvogelarten.  

b) Lebensformen 

Die Einteilung der Lebensformen nach Raunkiaer (1937): ist die 1. einfachste und wichtigste Lebensformklassifikation und 2. kombiniert sie Wuchsform mit funktionellen Merkmalen. Definiert durch: (a) Ausmaß an periodischer Sprossreduzierung und (b) Lage der Überdauerungsorgane.

5 Hauptlebensformen, die weiter unterteilt werden können:

Phanerophyten (P)

Chamaephyten (C)

Hemikryptophyten (H)

Kryptophyten (K) = Geophyten (G)

Therophyten (T)

• Es gibt zwei Aspekte des Diversitätsbegriffs: Anzahl von “Elementen” und die Unterschiedlichkeit der “Elemente” 

• Es gibt drei Komplexitäts-Ebenen von Biodiversität: Die genetische Diversität, die organismische Diversität (Artenvielfalt und taxonomische Isolation) und die Ökosystemare Diversität (Vielfalt an Ökosystemen, Vielfalt von Prozessen, Funktionen, trophischen Ebenen, Nischen).  

• Es gibt vier Bedeutungs-Ebenen der Biodiversität: Zusammensetzung (Wie sind die Gemeinschaften zusammengesetzt?), Funktion (Was machen die Organismen?), Struktur (Wie ist die Morphologie?) und Evolution (Wie haben sich die Organismen verändert? Ein System lässt sich selten durch den jetzigen Zustand erklären).  

= Whittaker (1972) führt die Bezeichnungen Alpha-, Beta- und Gamma-Diversität ein. Artenvielfalt wird nun auf unterschiedlichen Maßstabsebenen betrachtet.

• Die Alpha-Diversität bzw. α-Diversität, auch „Punktdiversität“, beschreibt die Anzahl der in einem Habitat oder Biotop vorkommenden Arten.  

• Die Beta-Diversität (β-Diversität) ist die Entwicklung der Artenzahl zwischen unterschiedlichen Teil-Lebensräume desselben Lebensraumtyps, z.B. entlang eines ökologischen Gradienten, charakterisiert (Artenwechsel).

• Die Gamma-Diversität (γ-Diversität) ist als Maß für die Diversität auf höherer räumlicher Ebene, z.B. für einen ganzen Gebirgsstock (vorgeschlagen für eine Ebene von ca. 1 bis 100 Quadratkilometer) 

• Abhängigkeit von der Produktivität (meist hump-shaped) = größte Richness bei mittlerer Biomasse

• Abhängigkeit von der Störungsintensität/-häufigkeit (meist hump-shaped: Intermediate Disturbance Hypothesis) 

Intermediate Disturbance Hypothesis = Hypothese beschreibt, wie sich verschieden starke Störungen (auch Stress oder Prädation) auf die Artenvielfalt von Lebensgemeinschaften auswirken.

• Latitudinale Muster = Muster der Änderung von Biodiversität in Abhängigkeit vom Breitengrad.  

• Altitudinale Muster = Muster der Änderung von Biodiversität nach Höhengradient 

Erklärungen der Großräumige Biodiversitätsmuster 

1. Abhängigkeit von der Energie 

2. Habitatdiversität bedingt Artendiversität (z. B. Gebirge) 

3. Einfluss der Insellage (Inselbiogeographie: Artenvielfalt auf Inseln ist im Wesentlichen bedingt durch Besiedlungs- und Aussterbeereignisse. Inseln haben weniger Arten als vergleichbare Festlandsbereiche gleicher Größe.

Bisher mindestens fünf Aussterbe-Ereignisse im Laufe der Erdgeschichte 

Droht 6. Massensterben? Ingesamt Zunahme der anthropogenen Einflüsse 

= Messung des Wandels durch Monitoring. Probleme:

1. Ungleiche Verteilung der „Observatorien“. In Europa und Nordamerika extrem viele Messstationen, sonder eher weniger…

2. Homogenisierung der Biodiversität Abnahme der Endemiten (nur in einer bestimmten Umgebung vorkommend) und Ausbreitung der „Allerweltsarten“ (Kosmopoliten).  

• 1992: „UN-Konvention zur Biodiversität“ (CBD). Erhalt und Nutzung der Biodiversität. 

• 2012: "Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services" (IPBES) 

• 2014: „Nagoya Protocol on Access to Genetic Resources and the Fair and Equitable Sharing of Benefits Arising from Their Utilization” 

Moore sind „vegetationsbedeckte Torflagerstätten“ mit einer über 30 cm mächtigen Torfschicht (Torf enthält über 30% organische Substanz) 

• Niedermoore sind nährstoffreich(er) und durch Grundwasser geprägt. 

• Hochmoore sind kennzeichnend für feuchte und sehr nährstoffarme Standorte, die durch Regenwasser geprägt sind. 

Vegetations- zusammensetzung der Moore geprägt von Trophie und pH- Wert

Erlenbruchwälder = Geringe, jährliche mittlere Wasserstandsänderung 

• Standortbedingungen: Vergleichsweise nährstoffreich und pH leicht sauer bis basisch (rechts).  

• Vegetation: Schwarz-Erle mit Anpassungen an Staunässe; Symbiose mit N-Fixierer; Abwurf grüner Blätter im Herbst 

  
  

Birkenburchwälder = Geringe, jährliche mittlere Wasserstandsänderung 

• Standortbedingungen: Vergleichsweise nährstoffarm und pH mäßig bis stark sauer (links).   

• Vegetation: Betula pubescens (Moor-Birke) oft mit Heidekrautgewächsen und Torfmoosen im Unterwuchs 

Großseggenrieder  = kennzeichnend für feuchte, nährstoffreiche Standorte 

• Vegetation: Großseggen und Hochstauden

• Standortbedingungen: Nährstoffreich (eutroph) und Hohe Biomasseproduktion (800-1200 g/m2) 

Kleinseggenrieder  

• Vegetation: Kleinseggen und Orchideen

• Standortbedingungen: Mäßignährstoffarm (mesotroph) und Mittlere Biomasseproduktion (400-600 g/m2) 

Hochmoore sind kennzeichnend für feuchte und sehr nährstoffarme Standorte

• Ericaceen: Hungerkünstler der Hochmoor-Bulte

• Pfeifengras mit unterirdischem Speicherorgan: Recycling von Nährstoffen im Herbs 🍁 Wie? Effektive Rückverlagerung der Nährstoffe aus der oberirdischen Biomasse in basales Speichernodium. Zudem: Pfeifengras dominiert oft Vegetation (leicht) entwässerter Hochmoore (Hochmoore, die nicht mehr intakt sind).  

• Sonnentau (Drosera): 🪰 Insektivore Pflanzen. Aufnahme tierischer Nahrung als zusätzliche N-Quelle 

• Torfmoose (Sphagnum), Moorspezialist der Moose = Biomasse der Gattung Sphagnum speichert soviel Kohlenstoff wie keine andere Gattung. Wie? Wasserspeicherung („Schwamm“; 20-fach) + Wächst oben, stirbt unten ab; interne Nährstoffverlagerung 🪣  

• Moornutzung erfordert Entwässerung  

Voraussetzung für jegliche Moornutzung ist eine Entwässerung. Durch Entwässerung werden Moore von einer C-Senke zu einer C-Quelle 

• Landwirtschaftliche Nutzung 

Wofür? (1) Landwirtschaftliche Nutzfläche (Grünland- und Ackernutzung) und (2) Torfabbau für Brennstoff (bäuerliche Handtorfstiche; industrieller Torfabbau) 

Wie groß ist der Anteil durch den Menschen unveränderter (natürlicher) Moore?  

0 %, Moore sind Ökosysteme der Naturlandschaft, die heute in Mitteleuropa durch unterschiedliche Nutzungen (stark) verändert sind 

• Torfabbau 

Wohin „verschwindet“ der Torf? Was entsteht bei „Torfschwund“? Kohlenstoff geht in die Atmosphäre > Daher auch große C-Quelle und nicht mehr C-Senke.  

• Gesetzlicher Schutz nach BNatSchG 

Moore nach BNatSchG(§28) geschützt, Zerstörung oder Beeinträchtigung verboten  

• Wiedervernässung als Grundvoraussetzung der Regeneration 

Renaturierung von Mooren seit 1980er Jahren, Wichtigste Maßnahme ist Vernässung, Regenrationskomplexe entwickeln sich bei geeigneten Bedingungen rasch (ca. 5 Jahre), Akkumulation von Torf erfolgt langsam, Flächensicherung von großer Bedeutung. 

Was ist Natur? Hemerobie beschreibt Intensität menschlicher Einflüsse

Temperaturschwankungen (in 150.000 Jahren)

Glazial = Eiszeit

Interglazial = Warmzeit

Sommer-Temperaturschwankungen in Deutschland (in 18.000 Jahren)

Pollen von verschiedenen Pflanzen unterscheiden sich und sich fossil überliefert = daher rekonstruierbar.

Norddeutschland (1): Marsch

Marsch liegt an der Nordsee und ist durch Meeresspiegelanstige entstanden. Bei jeder Flut kommt es zu Ablagerungen.

Norddeutschland (2): Geest

Sandiger und nährstoffarmer Boden. Die maximale Vereisung der Weichsel-Eiszeit markiert die Grenze von 'Geest' und 'Hügelland'

Norddeutschland (3): Hügelland

Moränen sind durch Ablagerungen der Gletscher aus der Eiszeit entstanden. Die maximale Vereisung der Weichsel-Eiszeit markiert die Grenze von 'Geest' und 'Hügelland'

= Die Potentiell Natürliche Vegetation bezeichnet diejenige (gedachte) Vegetation, die sich unter den heutigen Bedingungen bei Ausbleiben des menschlichen Einflusses einstellen würde

Waldanteil

• 32% der Landesfläche Deutschlands

• Zunahme um 200.000 ha seit 1990

Buchenwälder

• Großflächige PNV, auf etwa 65% der Fläche Deutschlands

• Verbreitung heute auf etwa 5% der Fläche Deutschlands

• „Alte“ Buchenwälder (> 160 Jahre) nur auf 0,3 % der Fläche Deutschlands

• Lebensraum: Mehr als 4300 Pflanzen- und Pilzarten sowie mehr als 6700 Tierarten

Was bedeutet das – was ist zonale Vegetation? Vegetation, die dem Klima eines Gebietes entspricht

Gibt es auch azonale Vegetation? Was ist das? Vegetation, die in keiner Vegetationszone großflächig verbreitet ist, aber in mehreren Zonen mit verschiedenem Allgemeinklima in ungefähr gleicher Form erscheint, weil sie die gleichen Standortsfaktoren vorfindet.

In der borealen Zone bilden Nadelwälder die zonale Vegetation, hier kommen auf wärmebegünstigten Standorten (Südhängen) auch Buchenwälder außerhalb ihres zonalen Areals in Mitteleuropa vor. Wie lassen sich diese Vorkommen kennzeichnen? Extrazonal: an Sonderstandorten außerhalb ihres Hauptareals auftretende Pflanzengesellschaften.

Buchenwälder

• Großflächige PNV, auf etwa 65% der Fläche Deutschlands

• Verbreitung heute auf etwa 5% der Fläche Deutschlands

• „Alte“ Buchenwälder (> 160 Jahre) nur auf 0,3 % der Fläche Deutschlands

• Lebensraum: Mehr als 4300 Pflanzen- und Pilzarten sowie mehr als 6700 Tierarten

  
  

Artenzahl der Bodenvegetation – generelle Zusammenhänge

• Lichtangebot: Höhere Artenzahl bei besserer Lichtversorgung

• Boden pH: Höhere Artenzahl bei besserer Basenversorgung

• C/N-Verhältnis: Höhere Artenzahl bei guter Nährstoffversorgung (enges C/N Verhältnis)

Artenvielalt der Krautschicht in Buchenwäldern

= Abnehmende Anzahl Pflanzenarten mit abnehmender Lichtverfügbarkeit

Eigenschaften

• Schattentolerant als Jungpflanze

• Dichte, stark beschattende Krone

  (konkurrenzstark) mit Licht- und Schattenblätter

• Empfindlich gegenüber Spätfrösten und Staunässe

• Breite Amplitude hinsichtlich Boden pH und Nährstoffversorgung

Ein Abflußregime ist „das typische, regelmäßig wiederkehrende Abflußverhalten eines Flusses in der jahreszeitlichen Abfolge“

glazial (durch Gletscher) – (Rhein)

nival (durch Schnee)

pluvial (durch Regen gespeist) – (Weser)

Kleinschotter bzw. Grobkies, Ei- bis haselnußgroß (bis ca. 1/3 Grob- und Feinsand)

Anwachsen des Krustenmaterials einer Platte durch tektonische oder magmatische Prozesse.

von engl. allocate = einen Platz zuweisen, die Zuweisung von Ressourcen zur Ausbildung bestimmter Merkmale in einem Organismus, auch Merkmale der Lebensgeschichte eines Organismus, als Folge eines Prozesses des Abwägens und der "Entscheidungsfindung" zwischen möglichen Alternativen der Verteilung und Nutzung dieser Ressourcen (decision-making).

bezeichnet biologisch das vollständige Fehlen von Sauerstoff.

durch die Wirkung des Windes hervorgerufene Erosionsprozesse im Lockermaterial oder im Festgestein. Die vom Wind auf den Boden übertragene Energie muss größer sein als die zum bloßen Durchtransport von Material nötige Energie. Je nach Windenergie und Sättigungsgrad des Windes mit Sand findet die Abtragung durch passives Austragen von Material (Deflation) statt oder durch aktives Schleifen am Objekt (äolische Korrasion).

Gliederfüßer

Ästuare sind die Mündungsbereiche großer Flüsse ins Meer. Sie sind der von Ebbe und Flut beeinflusste Übergang vom Süßwasser des Flusses ins Salzwasser des Meeres. Im Durchmischungsbereich von Süß- und Salzwasser, in der Brackwasserzone, leben zum Teil hoch spezialisierte Arten, die nur in diesem begrenzten Bereich überleben können. In Deutschland gibt es vier Ästuare, die Eider, Elbe, Weser und Ems.

Neben ausgedehnten sandigen und schlickigen Wattflächen bilden biogene Hartböden wie Muschelbänke und Austernriffe Lebensräume von hoher Biodiversität im Wattenmeer.

Buckel, die aus Torfmoosen aufgebaut werden und zusammen mit den tieferliegenden Schlenken (Flarken) das Mikrorelief der Hochmoore formen. Je nach Lage zum mooreigenen Wasserspiegel werden die Bulte von Wollgräsern und Simsen oder von Zwergsträuchern besiedelt.

Massenverhältnis von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) im Boden. Beide Elemente liegen, organisch gebunden, im Humus vor und werden von Mikroorganismen mineralisiert (Mineralisation), d. h. in anorganische Verbindungen überführt; N wird dadurch pflanzenverfügbar. Böden mit einem engen C/N-Verhältnis (hoher N-Gehalt) sind nährstoffreich und fruchtbar (in Schwarzerden ist C/N ca. 10:1; Tschernosem); ein weites C/N-Verhältnis (bei Hochmooren ca. 50:1) zeugt von geringer biologischer Aktivität und einer Vegetation mit stickstoffarmer Streu.

230.000 – 130.000 BP - Ganz Norddeutschland eisbedeckt

120.000 – 10.000 BP - Östliches Schleswig-Holstein eisbedeckt & Mecklenburg Vorpommern und Teile Brandenburgs eisbedeckt. Entstehung der Elbe: Elbe-Urstromtal führt Wassermassen der schmelzenden Gletscher ab

Aufsitzerpflanzen werden Pflanzen bezeichnet, die auf anderen Pflanzen wachsen. Epiphyten wachsen auf den Halmen des Seegrases. Diese sogenannten Aufsitzerpflanzen sind ein klares Anzeichen dafür, dass das Meerwasser zu viele Nährstoffe enthält.

Unter Erosion versteht man das Abtragen von Gestein

reich an Nährstoffen, auf Gewässer bezogen; Gegensatz: oligotroph.

Anreicherung von Nährstoffen in einem Ökosystem. Im engeren Sinne ist meist die durch den Menschen bedingte (anthropogene) Erhöhung des Nährstoffgehalts von Gewässern durch gelöste Nährstoffe, besonders Stickstoff und Phosphor gemeint

die Lehre von den Formen der festen Erdoberfläche und den Faktoren und Prozessen ihrer Entstehung und Weiterbildung

Stark verschmutztes Wasser der Gewässergüteklasse III (und III bis IV)

Mäßig belastetes Wasser, Gewässergüteklasse II (und II bis III)

Bez. für kaum verunreinigtes Wasser, Gewässergüteklasse I (und I bis II)

Übermäßig verschmutztes Wasser der Gewässergüteklasse IV

Heiden sind Ökosysteme der traditionellen Kulturlandschaft

Intensität des menschlichen Einflusses. In eigenen Worten: Wie stark ist ein Lebensraum durch den menschlichen Einfluss gepärgt

kein Kultureinfluss (kaum bis gar nicht möglich…). Wo? Einige Vegetationstypen der alpinen Stufe

schwacher Kultureinfluss. Wo? Küstendünen; Küstenmarschen schwach forstlich genutzte Wälder mit standortgerechterBestockung; schwach entwässerte Hoch- und Niedermoore

mäßiger oder periodischer Kultureinfluss; nach Ende des Kultureinflusses Entwicklung in oligohemeroben Zustand. Wo? extensiv genutzte Wiesen, Heiden, Magerrasen

anhaltend starker Kultureinfluss; Böden sind gegenüber ursprünglichem Zustand vollständig verändert, mit Nährstoffen angereichert und/oder (stark) entwässert. Wo? Äcker, Intensivgrünland, Ruderalstandorte. Alles, was wir i.d.R. sehen

Hochmoore sind durch Regenwasser geprägt

Minderversorgung des Körpers mit Sauerstoff (O 2 ).

Bezeichnung für Organismen (und die sich aus diesen gegebenenfalls bildenden Sedimente), die im Bereich des Süßwassers vorkommen. Gegensatz: halinen Bereich

submerse epilithische Moos-/ Algenpolster auf großen Steinen oder anstehendem Fels

Felsen und Oberseite großer Steine, grobes Blockwerk, kopfgroße Steine (ca. 2/3 entfallen der Substrate in Fließgewässern auf diese Korngröße, bis 1/3 auf Grob- und Klein schotter und Kies)

Ablagerungen aus grobem. organischem Material wie Fallaub und Asten mit variablen Anteilen an Kies oder Sand

Während alle Vogelarten in der Dichte zum Stadtzentrum abnehmen, nehmen Kohl- und Blaumeisen zu, obwohl ihr Bruterfolg deutlich schlechter in der Stadt ist und die Kondition der ausfliegenden Nestlinge ebenfalls schlechter ist. Grund ist die „ökologische Falle“ der Stadt.

mittlerer Nährstoffzustand, d.h. allgemein ein Lebensraum mit mittlerer Produktivität. Auf Gewässer bezogen bezeichnet mesotroph einen mittleren Gehalt an gelösten Nährstoffen und organischer Substanz und liegt somit zwischen dem eutrophen und dem oligotrophen Zustand.

Ein System von Teilpopulationen, bei dem sich durch Aussterben einer lokalen Population sowie deren Neubegründung durch Immigration ein ständiger Wandel der räumlichen Verbreitung einer Art über die potentiellen Siedlungsgebiete hinweg ergibt.

Moore sind „vegetationsbedeckte Torflagerstätten“ mit einer > 30 cm mächtigen Torfschicht (Torf enthält > 30% organische Substanz). Moore speichern 30% der globalen terrestrischen C- Vorräte, bedecken aber nur 3% der Oberfläche

Als Mykorrhiza wird eine Form der Symbiose von Pilzen und Pflanzen bezeichnet, bei der ein Pilz mit dem Feinwurzelsystem einer Pflanze in Kontakt ist.

Niedermoore sind durch Grundwasser geprägt

Drei Landschaftstypen in Norddeutschalnd. Marsch liegt an der Nordsee und ist durch Meeresspiegelanstige entstanden. Bei jeder Flut kommt es zu Ablagerungen.

Drei Landschaftstypen in Norddeutschalnd. Sandiger und nährstoffarmer Boden. Die maximale Vereisung der Weichsel-Eiszeit markiert die Grenze von 'Geest' und 'Hügelland'

Drei Landschaftstypen in Norddeutschalnd. Moränen sind durch Ablagerungen der Gletscher aus der Eiszeit entstanden. Die maximale Vereisung der Weichsel-Eiszeit markiert die Grenze von 'Geest' und 'Hügelland'

Die ökologische Falle ist eine Phänomen, bei dem Arten manchmal einen Lebensraum von geringer Qualität bevorzugen. Der Lebensraum ist schlecht, aber die Tiere nehmen ihn als gut wahr. Grund sind beispielsweise (1) Nisthilfen in pessimalen (Gegensatz zu optimal) Arealen, (2) Regenrückhaltebecken als Laichbereich für Amphibien, die austrocknen können, (3) Lichtquellen für Insekten, die fototaktisch wirken und (4) Blühstreifen für Insekten, die abgemäht werden können.

Bezeichnung für Gewässer (Seetypen), die aufgrund ihres geringen Nährstoffangebots eine geringe organische Produktion aufweisen.

Grenzwert eines Toleranzbereichs einer biologischen Art, innerhalb dessen der jeweilige Organismus gerade noch existieren kann. Gegensatz dazu ist das Optimum.

Mit Phytal bezeichnet man den Lebensraum des Meeres, der von Makrophyten, in diesem Fall von Großalgen, gebildet wird. Der Begriff wird auch für belichtete Zonen am Meeresgrund, als Gegensatz zu dem dunklen Aphytal, verwendet.

Pflanzen, die im Gegensatz zu Halophyten nicht auf deutlich salzbeeinflußten Böden vorkommen.

Als Neophyten ("Neu-Pflanzen") bezeichnet man Pflanzenarten, die nicht von Natur aus in Europa heimisch sind. Sie gelangten als Samen oder Pflanzen nach Mitteleuropa und konnten sich aufgrund geeigneter Umweltbedingungen in der freien Natur ansiedeln und ausbreiten.

Plaggen bezeichnet das Abschlagen der Pflanzendecke und Humusschicht

Die Potentiell Natürliche Vegetation bezeichnet diejenige (gedachte) Vegetation, die sich unter den heutigen Bedingungen bei Ausbleiben des menschlichen Einflusses einstellen würde

Feinkies und Sand (bis ca. 1/3 Schluff)

on lat. Zurückschreiten: wird in der Geologie das seewärtige Wandern einer Küstenlinie

lat. retinere „zurückhalten“, auch beibehalten

der Salzgehalt von Gewässern (oder auch Böden), Maßzahl für die im Wasser gelöste Salzmenge (Summe der verschiedenen Salze). Die Salinität – ein abiotischer Faktor – wird in Promille oder Prozent (bzw. g/l) angegeben.

Leitformen, also Organismen, die eine sehr enge Bindung an ganz bestimmte Umweltfaktoren zeigen, können durch ihr Vorkommen Hinweise auf chemische und/oder physikalische Eigenschaften ihres Lebensraumes geben, sie sind Indikatoren.

Das Saprobiensystem ist ein Bewertungssystem zur Ermittlung der biologischen Wasserqualität von Fließgewässern und ihrer Einordnung in Gewässergüteklassen.

Der Wert in der Spalte Saprobiewert kennzeichnet die Gewässergüte , in denen der Organismus normalerweise aufzufinden ist. Die Daten in der Spalte Indikationsgewicht dokumentieren, wie stark dieser Organismus auf eine mögliche Veränderung der Wasserqualität reagiert.

ist das Ablagern von Teilchen aus Flüssigkeiten oder Gasen unter dem Einfluss der Gewichtskraft oder der Zentrifugalkraft. Die sich bildende Schicht von Schwebstoffen heißt Sediment, Bodensatz, oder Lockersediment.

Als Springtide, teilweise fachlich ungenau Springflut, wird eine Tide mit besonders großem Tidenhub bezeichnet.

Sukkulenten sind saftreiche Pflanzen (Bsp. Aloe), die an besondere Klima- und Bodenverhältnisse angepasst sind. Je nach dem Pflanzenorgan, das zur Wasserspeicherung umgebildet ist, wird zwischen Blatt-, Stamm- und Wurzelsukkulenten unterschieden, wobei alle Kombinationen möglich sind.

die gesetzmäßige zeitliche Abfolge von Lebensgemeinschaften innerhalb eines Lebensraums. Bei der primären S. handelt es sich um die Erstbesiedlung eines neuen Lebensraumes, der z.B. durch Vulkanismus, den Rückzug eines Gletschers oder Bildung eines neuen Gewässers entstanden ist. Bei gleich bleibenden Klimafaktoren treten zunächst Pioniergesellschaften, anschließend Folgegesellschaften und letztendlich die so genannte Klimaxgesellschaft auf. Sekundäre S. sind die Wiederherstellungsprozesse, nachdem die ursprünglichen Lebensgemeinschaften durch natürliche Faktoren wie z.B. Feuer, Überschwemmungen und Muren (Überschüttungen an Hängen) oder durch menschliche Eingriffe wie Kahlschlag oder Brandrodung zerstört sind.

An den Siedlungsraum angepasste Arten (Kulturfolger). Beispiele synanthroper Fledermausarten

die Differenz zwischen dem mittleren Niedrigwasser und dem mittleren Hochwasser

Torf entsteht bei ganzjährig wassergesättigten Bedingungen im Boden (Moore). Die Produktion von Biomasse ist hier höher als deren Abbau.

von lateinisch transgredior ‚überschreiten, übertreten, übersteigen: bezeichnet das landwärtige Vorrücken einer Küstenlinie

Das Trophiesystem ist ein Klassifizierungs- und Bewertungssystem, welches den Zustand von stehenden Gewässern hinsichtlich der Nährstoffe charakterisiert.

Vegetation, die in keiner Vegetationszone großflächig verbreitet ist, aber in mehreren Zonen mit verschiedenem Allgemeinklima in ungefähr gleicher Form erscheint, weil sie die gleichen Standortsfaktoren vorfindet.

Weiter: Außer der kennzeichnenden zonalen Vegetation gedeiht in allen Vegetationszonen in der Gebirgs- und Hochgebirgsstufe (Höhengliederung) eine abweichende Vegetation, die von den Klimabedingungen der Tieflagen unabhängig ist (azonale Vegetation).

an Sonderstandorten außerhalb ihres Hauptareals auftretende Pflanzengesellschaften. In der borealen Zone bilden Nadelwälder die zonale Vegetation, hier kommen auf wärmebegünstigten Standorten (Südhängen) auch Buchenwälder außerhalb ihres zonalen Areals in Mitteleuropa vor. Wie lassen sich diese Vorkommen kennzeichnen?

Vegetation, die dem Großklima eines ausgedehnten Gebietes entspricht, z.B. einer Steppen-, Laubwald- oder Nadelwaldzone entsprechende Pflanzengesellschaften. Besondere Relief- oder Bodenfaktoren haben bei der z.V. im Gegensatz zur azonalen Vegetation keinen besonderen Einfluss. In Mitteleuropa besteht die z.V. vorwiegend aus verschiedenen Buchenwald-Typen.

Holzteil, Gefäßteil, Hadrom, Bezeichnung für das wasserleitende Gewebe der pflanzlichen Leitbündel, das vornehmlich aus Tracheen (Gefäßglieder) und/oder Tracheiden besteht

altersspezifische Mortalitäts- und Geburtenraten: Querschnittsuntersuchung/ Momentaufnahme

auch Dichte, Häufigkeit oder Mengengrad, bezeichnet in der Ökologie die Anzahl der Individuen einer Art, bezogen auf ihr Habitat.

Anzahl der Individuen einer Art, bezogen auf ihr Habitat.

Bei niedrigen Populationsdichten kann die Wachstumsrate reduziert oder negativ sein. Bsp.: Leks

Im Gegensatz zur autogene Sukzession stehen allogene (von außen kommende) Standortveränderungen, z. B. Änderung des Klimas.

Organismen interagieren mit ihrer abiotischen Umwelt auf zwei unterschiedlichen zeitlichen Maßstäben. Evolutiv: Über viele Generationen sind die abiotischen Umweltbedingungen eine wesentliche Kraft der Selektion

Organismen interagieren mit ihrer abiotischen Umwelt auf zwei unterschiedlichen zeitlichen Maßstäben. Über kurze Zeiträume beeinflusst die abiotische Umwelt den physiologischen Zustand der Organismen und ihre anatomisch- morphologische Struktur.

dto., aber bezogen auf Flächen gleicher Größe. Wie viele Arten ingesamt leben in diesem Habitat?

Anzahl der Arten eines beliebigen Untersuchungsobjektes (geografische Einheit, Probe, Pflanzengesellschaft). Wie viele verschiedene Arten leben in diesem Habitat?

Zunahme der Artenzahl mit zunehmender Flächengröße ist eines der wenigen echten Gesetze in der Ökologie! Mit zunehmender Flächenvergrößerung um den gleichen Betrag kommen immer weniger neue Arten hinzu. Artenzahl-Areal-Kurven streben scheinbar einem oberen Grenzwert (“Sättigung”) entgegen.

aus der Tiefe aufsteigende Wässer, zumeist mit erhöhter Konzentration der Grundwasserinhaltsstoffe.

Stoffumwandlung körperfremder in körpereigene Stoffe.

Im Laufe von Sukzessionen finden autogene (von innen kommende) Standortveränderungen statt, z. B. Bodenverhältnisse und Lichtklima.

Das Biotop ist der unbelebte Lebensraum dieser Lebewesen. Jedes Biotop ist durch bestimmte unbelebte (abiotische) Umweltfaktoren, wie Temperatur oder Lichtverhältnisse, gekennzeichnet.

Die Biozönose ist die Lebensgemeinschaft verschiedener Tier-, Pflanzen- und Pilzarten. Alle Wechselwirkungen zwischen den Lebewesen, wie Konkurrenz um Nahrung, werden als belebte (biotische) Umweltfaktoren zusammengefasst.

Blattfläche pro Fläche Erdboden

Alle Bodeneigenschaften verändern sich im Verlauf der Zeit. Die zeitabhängige Veränderung der Böden wird als Bodenentwicklung oder Bodengenese bezeichnet.

Limitierung durch Nahrung

Organismen, die in guten Zeiten Ressourcen akkumulieren und dann reproduzieren, wenn die Zeit günstig ist; Bsp.: Eichhörnchen

Enzym, durch das Cellulose hydrolytisch (Hydrolyse) zu Cellobiose und Glucose abgebaut wird. (Enzym, dass Planzenzellwände durchbrechen kann)

Hierzu zählen alle Pflanzen, deren Überdauerungsknospen sich zwischen 1 und 30 cm über der Erdoberfläche befinden. Zu den Chamaephyten zählen Zwergsträucher und Polsterpflanzen. Chamaephyten sind beispielsweise Rosmarin, Lavendel und Preiselbeere. Lebensformen nach Raunkiaer

Untersuchung der Faktoren, die die Größe einer Population beeinflussen

Organismen, die organische Substanzen in anorganische Substanzen zersetzen.

(von lateinisch determinare ‚festlegen‘, ‚Grenzen setzen‘, ‚begrenzen‘) ist die Auffassung, dass alle – insbesondere auch zukünftige – Ereignisse durch Vorbedingungen eindeutig festgelegt sind.

kommen zum Tragen, wenn die Zahl der Individuen sich einer Grenze (Umweltkapazität) nähert oder diese überschreitet.

unabhängig von der Zahl der Individuen, die ein Gebiet besiedeln

Verteilungsmuster durch geographischen Grenzen definiert

aggregierte (geklumpte) Verteilung: lokale Anhäufung

uniforme (homogene) Verteilung: gleichmäßiger Abstand

zufällige Verteilung: beliebiger, unvorhersehbarer Abstand

Bezeichnung für diejenigen zwischenartlichen Wechselbeziehungen von Organismen, bei denen der Symbiont außerhalb des Wirtskörpers und nicht in demselben lebt (Gegensatz Endosymbiose). Bei den meisten Ektosymbiosen steht für einen Partner der Gewinn von Nahrung im Vordergrund der Beziehung.

Abwandern

in die Luft abgeben

Sippen (z.B. Arten) oder Gesellschaften, deren Vorkommen auf ein eng umgrenztes Areal beschränkt ist. Gegensatz Kosmopoliten

Als Endoparasitoid bezeichnet man einen Parasiten, der innerhalb des Körpers eines deutlich größeren Wirtsorganismus lebt (präfix: endo) und diesen Wirt durch die Schädigung aufgrund des Ernährungsverhaltens gewöhnlich tötet.

Bezeichnung für diejenige Form der Symbiose, bei der der Symbiont (Endosymbiont) innerhalb des Wirtsorganismus lebt (Gegensatz Ektosymbiose), sei es in einem Körperhohlraum (Darmlumen oder Leibeshöhle bei Tieren) bzw. zwischen den Zellen bestimmter Gewebe (extra- bzw. interzelluläre Endosymbiose) oder im Cytoplasma bestimmter Zellen (intrazelluläre Endosymbiose).

Aufsitzerpflanzen, also Pflanzen, die auf anderen Pflanzen wachsen

Abfließendes Wasser

Der/die Experimentator*in manipuliert Umweltbedingungen

Extremereignisse verändern Umweltbedingungen

Messen der natürlichen Variation eines Phänomens

Ausschwitzung (z.B. Reflexbluten, bei Berührung oder Störung erfolgender Sekretaustritt aus Hautöffnungen)

Unter abiotischen Faktoren werden alle Einflüsse zusammengefasst, die von der unbelebten Umwelt ausgehen (Lebewesen nicht direkt beteiligt). Dazu zählen: Temperatur, Licht, Wasser (Menge und Zusammensetzung), Klima (u.a. Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung), pH-Wert, Stoffkonzentration (z. B. Nährstoffe, Salze, Giftstoffe), Wetter (u.a. Wind, Blitze, Niederschlag).

Darunter verstehst du alle belebten Teile des Ökosystems, also die Lebewesen (Tiere, Pflanzen, Pilze usw.), die miteinander interagieren (u.a. Konkurrenten, Symbiose). Gemeinsam bilden sie eine Lebensgemeinschaft (Biozönose).

potentiell erreichbare Zahl an Nachkommen

reale Zahl an Nachkommen

gebraucht für Formen und Prozesse, die in Zusammenhang mit der Tätigkeit fließenden Wassers stehen.

durch Flüsse oder in stehendem Gewässer abgelagerte Gesteine