Terrestrische Biome - Walz

Durch Pflanzenformationen abgegrenzte Lebensgemeinschaften mit den in ihnen lebenden Tierarten und sonstigen Organismen.

• Karte von Biomen zeigt Landgebiete, die von Pflanzen mit charakteristischen Ausprägungen (Wuchsform, Bau und physiologischen Prozessen) dominiert sind.

• Zahl der Biome je nach Grad der Betrachtungstiefe unterschiedlich

Aridität und Humidität

• n = 2 t

• n = mittlerer Monatsniederschlag in mm

• t = mittlere Monatstemperatur

Humides Klima: 10–12 humide Monate

semi-humides Klima: 6–9 humide Monate

semi-arides Klima: 3–5 humide Monate

arides Klima: 0–2 humide Monate

Beinhaltet Grasland, Savannen, Buschland in niedrigen bis mittleren Breiten (> 33% der globalen Biome)

Große biologische Vielfalt solcher Flächen

Stark durch Konsumenten beeinflusst

Konsumenten sind: FEUER und HERBIVOREN

“Wiederaufforstung” zur Kohlenstoffbindung (Klimaschutz)

• Unterstützt durch IUCN, Deutsche Regierung und andere

• Wiss. Unterstützung durch World Resources Institute, Washington

• Ziel: ‘Wiederaufforstung’ 1.5 Millionen km2 von ‘degradierten’ Wäldern weltweit bis 2020

• 3.5 Millionen km2 by 2030

Finanziert von internationalen Geldgebern und den Vertragspartnern des “Bonn-Vertrags”

Vertragsstaatenkonferenz (Conference of the Parties, COP) in Paris versprach $30 Millionen für 10 Afrikanische Staaten zur “Aufforstung”

Fast alle Vorgänge im Regenwald spielen sich im Kronenraum ab.

• nicht nur Fotosynthese

• auch Blühen, Fruchten, Prädation und Herbivorie

größtenteils Pflanzenformen, die nur mit Hilfestellung in den Kronenraum gelangen: Tropischer Regenwald

• klettern in die Baumkronen (Kletterpflanzen und Lianen)

• Epiphyten auf den feuchten oberen Ästen

  • von den knappen Ressourcen mineralischer Nährstoffe abhängig, aus humusgefüllten Spalten und Höhlen in den Ästen

Klimadiagramme für repräsentative Messstationen

Tropische Regenwald

• artenreicher Wald mit einem üppigen und dichten Bewuchs

• Stockwerkartig aufgebaut

• produziert die größte Biomasse auf der Erde

Tageszeitenklima

• größere tägliche Temperaturschwankungen als jährliche Schwankungen

Beispiele:

• a) Rotschnabeltukan (Rhamphastos tucanus)

• b) Der Erdbeerfrosch (Dendrobates pumilio)

• c) Die Baumphyton (Chondropython viridis)

• d) Der Zipfelfalter (Arawacus torgana)

Alle anderen Biome leiden unter einer relativen Ressourcenknappheit oder stärker einschränkenden Umweltbedingungen

sehr hoher Artenreichtum

Lebensgemeinschaften höchstens in Ausnahmefällen von einer oder wenigen Arten dominiert

Ursachen des hohe Artenreichtums:

• vergleichsweise hohen Stabilität der Patches von Regenwäldern während der Eiszeiten

• Diversität der Baumarten des Regenwalds sorgt für eine entsprechende Diversität von Ressourcen für Herbivoren

• Diversität der Blüten wie zum Beispiel von epiphytischen Orchideen

produktivster Biom der Erde

Die meisten Tier- und Pflanzenarten des tropischen Regenwalds sind das ganze Jahr über aktiv

Produktion wird zum überwiegenden Teil in der dichten Kronenschicht aus immergrünem Blattwerk geleistet

Frucht- oder Samenproduktion in tropischen Wäldern:

Frucht- oder Samenproduktion in Wäldern der gemäßigten Breiten:

Tiere die sich von Baumfrüchten ernähren, im Regenwald von zu verschiedenen Jahreszeiten:

Im Boden herrscht eine intensive biologische Aktivität

Schnelle Freisetzung mineralischer Nährstoffe aus der Streu

Daher werden im Regenwald fast alle mineralischen Nährstoffe in den Pflanzen selbst zurückgehalten

Rodung tropischer Wälder zu landwirtschaftlichen Zwecken oder zur Holznutzung Tropischer Regenwald

vollständige Regeneration des Bodens und des Nährstoffhaushalts in neuen Wäldern kann Jahrhunderte dauern

Vegetation charakteristischerweise aus Grasland

zerstreut vorkommende kleine Bäumen

weite Gebiete sind baumfrei

Die Entwicklung von Wäldern wird verhindert durch:

• Herden weidender Herbivoren

• Feuer

• ungünstigen Umweltbedingungen (Staunässe, starker Trockenheit oder Mineralstoffmangel)

Verbuschung bei künstlicher Verhinderung von Bränden

Klimadiagramme für repräsentative Messstationen

Dornen(strauch)savanne

• niedrige Gräser mit weitem Abstand, Dornensträucher

Trockensavanne

• Gräser dichter und höher

• Bäume (Schirmakazien) mit weitem Abstand untereinander

Feuchtsavanne

• mannshohe Gräser (Elefantengras)

• Bäume in Gruppen v.a. an Wasserläufen

Die Saisonalität der Regenfälle:

• stärkste Einschränkung für die Diversität von Pflanzen und Tieren in der Savanne

Während eines Teils des Jahres ist das Pflanzenwachstum durch Trockenheit eingeschränkt

jahreszeitlich bedingtes Überangebot an Nahrung wechselt mit Nahrungsknappheit

• größere Weidegänger leiden in trockeneren Jahren unter extremem Nahrungsmangel und hoher Mortalität.

Vorkommen aufgrund von Jahresniederschlag und Bodenart

In ihrer extremen Ausprägung sind die heißen Wüsten für jede Form von Vegetation zu trocken

ebenso kahl wie die Kältewüsten der Antarktis.

Wo und wann es in trockenen Wüsten genügend Niederschlag gibt, um Pflanzenwachstum zu ermöglichen, ist nie genau vorhersehbar

Beispiele:

Wüsten

• Arider Wasserhaushalt

• Keine oder kaum Vegetation

Trockenes Passatklima

• Grund für geringen Niederschläge:

  • trockene Passatwinde

  • Passatinversion

    • absinkende Luft bildet eine Inversion (Passatinversion)

    • Bildung genügend hoher Wolken wird verhindert

    • durch die eingeschränkte Wolkenbildung können auch keine Niederschläge fallen

Opportunistische Lebensweise:

• Pflanzen werden durch die unvorhersehbaren Regenfälle zum Keimen gebracht

  • physiologische/ „innere“ Uhren sind in diesem Lebensraum nutzlos Wüsten

• Schnelles Wachstum

• Vollendung des Lebenszyklus mit der Anlage neuer Samen nach nur wenigen Wochen

  • Bringen gelegentlich eine Wüste zum Blühen

Langlebigkeit mit langsamen physiologischen Prozessen:

• Kakteen und andere Sukkulenten sowie kleine strauchförmige Arten

  • mit kleinen, dicken und oft behaarten Blättern

  • können ihre Stomata schließen (CAMPhotosynthese !)

  • Ertragen lange Perioden physiologischer Inaktivität Wüsten

• In trockenen Wüsten sind nächtliche Temperaturen unter dem Gefrierpunkt häufig

  • Frosttoleranz fast ebenso wichtig wie Toleranz von Trockenheit

Schutz vor Herbivorie

bezüglich der Wassernutzungseffizienz sogar noch effektiver:

• CAM-Photosynthese (CAM = crassulacean acid metabolism, Crassulaceen-Säuremetabolismus)

  • CAM-Pflanzen öffnen Stomata bei Nacht, absorbieren Kohlendioxid und binden es in Form von Äpfelsäure (Malat)

  • Tagsüber bleiben Spaltöffnungen geschlossen, das Kohlendioxid wird intern für die Photosynthese freigesetzt

  • nachts sind Temperaturen niedriger und Luftfeuchtigkeit höher, d.h. weniger Wasser geht über die Blätter verloren

Diversität von Tieren in Wüsten ist gering

geringe Produktivität der Vegetation

Unverdaulichkeit vieler Pflanzen

• relative Armut tierischen Lebens in trockenen Wüsten

Samen stehen relativ zuverlässig über das gesamte Jahr zur Verfügung

• Nahrung von Ameisen und kleinen Nagetiere

Vogelarten müssen Wasser zu finden

• weitgehend nomadische Lebensweise

Carnivoren der Wüste können mit dem Wasser überleben, das in ihrer Nahrung enthalten ist

Prärie, Steppen, Puszta, Pampa, Baragan, Grassveld

durch moderate Niederschläge und nährstoffreiche Böden geprägte Prärie Nordamerikas

die Pampa Südamerikas mit hochwüchsigen Gräsern

durch niedrigwüchsige Gräser gekennzeichnete Steppe Eurasiens, typisch für stärker semiaride Bedingungen

Große Teile dieses natürlichen Graslands wurden in Kultur genommen

• durch ackerbaulich genutztes, annuelles „Grasland“ aus Weizen, Hafer, Gerste, Roggen und Mais ersetzt

Annuellen Gräser der gemäßigten Breiten stellen die Hauptnahrung für die menschlichen Populationen weltweit

• zusammen mit Reis in den Tropen

Starke Zunahme der Weltbevölkerung nur durch die Domestikation von Gräsern für die menschliche Ernährung und als Futter für Haustiere möglich

• Von allen Biomen dasjenige, das von Menschen am stärksten begehrt, genutzt und verändert wurde

Beispiele:

Sommerwarmes Kontinentalklima

• winterkalte Steppen, Halbwüsten und Wüsten

Ostseitenklima

• sommergrüne Laub- und Mischwälder, Steppen, Tundra

Klima durch große jahreszeitliche Unterschiede gekennzeichnet

• lange Winter mit viel Regen (Lage in der Westwindzone, ca. 65 Prozent des Jahresniederschlags)

• Trockene Sommer (Lage in der trockenen Passatzone) mit mindestens einem völlig trockenen Monat

• In diesen Phasen besteht häufig die Gefahr von Bränden

Immergrüne Sträucher und Hartlaubgewächse herrschen vor

• haben sich an das charakteristische Klima mit sommerlicher Trockenheit und kühleren und feuchten Wintern angepasst

Hohe Artenvielfalt und hohe Endemitenzahl

Beispiele:

• a) Chamise (Adenostoma fasciculatum, Rosaceae)

• b) Straucheiche (Quercus dumosa)

• c) Chinquapin (Chrysolepis sempervirens, Fagaceae)

Wasserverlust während des heißen, trockenen Sommers wird vermindert durch:

• kleine sklerophyllreiche Blätter

• eine verdickte Cuticula

• Drüsenhaare und Rollblätter mit tiefliegenden Spaltöffnungen

• Speicherorgane und ausgeprägte Wurzelsysteme

• Viele Arten sind auch reich an ätherischen Ölen

  • Rosmarin (Rosmarinus officinalis)

  • Thymian (Thymus)

  • Lavendel (Lavandula)

  • Wacholderarten (Juniperus)

  • Zistrosen (Cistus)

sommergrüner Laub- und Mischwald

Südliche Verbreitungsgrenze (z.B. Florida, Neuseeland)

• Milde Winter, kaum Frost und Trockenheit: hauptsächlich immergrüne Laubbäume

Nördliche Verbreitungsgrenze (z.B. Maine (USA)

• Jahreszeiten stark ausgeprägt, kurze Wintertage sind kurz, Frost bis zu sechs Monate

meist herrschen laubabwerfende Bäume vor

Waldboden mit artenreicher Flora aus mehrjährigen Kräutern

Entgehen der sommerlichen Lichtarmut auf dem Boden vieler europäischer Laubwälder

Wälder sind heterogen

• alte Bäume sterben, schaffen offene Räume für die Ansiedlung anderer Arten.

• Stürme, Orkan oder Feuer Laubwälder der gemäßigten Zone

Kronenschicht oft Mischung aus langlebigen Arten und Besiedlern von Lücken

• z.B. Roteichen (Quercus rubra) im mittleren Westen der Vereinigten Staaten und Zuckerahorn (Acer saccharum)

Wälder der gemäßigten Breiten stellen Tieren nur zu bestimmten Jahreszeiten Nahrungsressourcen zur Verfügung

reich an organischem Material

• kontinuierlich zugeführt

• von Regenwürmern und anderen Detritivoren (Organismen, die von toter organischer Substanz leben) abgebaut und verarbeitet

Wo Staunässe und niedriger pH-Wert den Abbau organischer Stoffe behindern

• Rohhumus wird akkumuliert

• teilweise in Form von Torf

Große Laubwaldflächen in Europa und den Vereinigten Staaten wurden für die Landwirtschaft gerodet

• nur noch kleine Reste dieser ursprünglichen Vegetation

Reste werden stark forstlich genutzt

• auch hier nur noch Teil der ursprünglichen Fauna vorhanden

Rotbuche (Fagus sylvatica) ist eine auf Europa beschränkte Baumart

Hoher Anteil an Moor- und Sumpfflächen

Moose & Flechten

• -> arten- und individuenreich

Die Vegetationszonen der Tundra und borealen Nadelwälder

• während der letzten Eiszeit von einer Eisdecke überzogen

• begann sich erst vor 20 000 Jahren zurückzuziehen

Vegetation hat mit der Klimaänderung nicht Schritt gehalten

• Wälder breiten sich immer noch nach Norden aus

sehr geringe Diversität der borealen Flora und Fauna

• teilweise auf nur langsame Erholung von den Katastrophen der Eiszeit zurückzuführen

Kühles Kontinentalklima

• Borealer (Nördlicher) Nadelwald

beherrschende Einschränkung des Lebensraums in borealen Fichtenwäldern

geringe Diversität der borealen Nadelwälder bietet ideale Voraussetzungen

Wechsel Polartag/Polarnacht

• -50 °C mit Wassermangel

• kalt & trocken (200-600mm)

Sommer sehr kurz und kühl

• kein Baumwachstum

Permafrostboden & spezifische Vegetation & Wärmeisolation

• Vegetation & organisches Material absorbiert Sonnenstrahlung

• schützt Permafrostboden vor Auftauen

• Kälte limitiert Pflanzen-Wachstum

Gefrieren/Auftauen der obersten Bodenschicht führt zu charakteristischen Bodenoberflächenstrukturen

(a) linienförmige Strukturböden

(b) Buckelwiesen - isl. Thufur

(c) Polygonböden

(d) Solifluktionsterrasse

charakteristisch für boreale Biome

Herbivoren (Lemmingen, Mäusen, Wühlmäusen, Hasen) sowie pelztragende Carnivoren (z.B. Luchs und Hermelin)

• durchlaufen Zyklen von Zuwachs und Zusammenbruch

• Räuber-Beute-Zyklen

Rentiere treten in wandernden Herden auf

• Winter: Waldzonen

• Sommer: wandern in den Norden, in die Tundren

Anzahl der Arten höherer Pflanzen sinkt je weiter nördlich

Biologische Produktivität und die Diversität der Antarktis

• Konzentriert sich auf die Küsten

• fast völlig von Ressourcen aus dem Meer abhängig

Polarklima

• Polare Eiswüste

Bezüglich Muster kaum Parallelen zu terrestrischen Lebensräumen

Ausnahmen in Randbereichen der Ozeane

Die Ozeane bedecken den größten Teil der Erdoberfläche und empfangen den größten Teil der auf die Erde einfallenden Sonnenstrahlung

• Die Lebewesen, die im offenen Ozean fotosynthetisch aktiv sind:

  • zum Plankton gehörende, hauptsächlich einzellige Algen

  • nutzen die Sonneneinstrahlung sehr effizient

Große Bereiche der Ozeane haben jedoch eine sehr niedrige biologische Aktivität

• Durch Knappheit an mineralischen Nährstoffen eingeschränkt

Bereiche der größten marinen Produktivität, wo eine verlässliche Zufuhr von Mineralstoffen herrscht (insbesondere von Stickstoff, Phosphor und Eisen)

• Auswaschung aus den Landflächen über Flüsse und Mündungsbereiche

• wo Tiefenströme im Ozean an die Oberfläche treten und gelöste Nährstoffe in die obere Zone verfrachten (z.B. vor Peru)

Gruppierung nach physikalischen Bedingungen:

• Große Seen des äquatorialen Flachlands

  • weisen gewöhnlich eine dauerhafte Stratifikation auf

• In gemäßigten Breiten

  • jahreszeitliche Muster von Stratifikation (im Sommer) und Durchmischung (im Herbst)

• Innerhalb der Polarkreise

  • große Seen durch permanente Eisbedeckung und fehlende Durchmischung gekennzeichnet.

Weitere Faktoren in Seen

• Lokale geologische Bedingungen

• Größe und Form des Seebeckens

Ökologie von Wasserläufen

• Bäche und Flüsse enthalten nur einen winzigen Anteil des globalen Wasservorrats (0,006%)

  • aber einen sehr großen Anteil des Süßwassers, das von den Menschen genutzt werden kann

  • seit dem Beginn der Zivilisation angezapft, eingedämmt, begradigt, verlegt, ausgebaggert und verschmutzt

• Bäche und Flüsse gekennzeichnet durch

  • linearen Verlauf

  • vorgegebene Fließrichtung

  • schwankender Abfluss und instabile Flussbetten

• Flussbetten eng mit der umgebenden terrestrischen Umwelt verbunden

  • Wasserlauf und sein Einzugsgebiet muss als eine Einheit betrachtet werden

ist an den turbulenten Stellen des Oberlaufs oft hoch

• Aktive Arten des Oberlaufs wie die Europäische Forelle (Salmo trutta) haben einen hohen Sauerstoffbedarf

ist weiter flussabwärts niedrig, wo hohe Temperaturen zu einer geringeren Sauerstofflöslichkeit führen

• trägere Arten wie der Hecht (Esox lucius) tolerieren die geringeren Sauerstoffkonzentrationen in ihren Habitaten der Flussunterläufe

chemische und physikalische Umweltbedingungen variieren von einem Bach zum nächsten oder entlang des Verlaufs

Beispiel: Gewässernetz in England

Abfluss reagiert auf Ereignisse wie Gewitter und Schneeschmelze

Beispiele für die verschiedenen Kategorien wirbelloser Konsumenten in Lebensräumen von Wasserläufen

enge Beziehung zwischen Land und Wasser

Viele Überschwemmungsgebiete der Erde sind heute

• planmäßig eingedeicht und trockengelegt

• Flußläufe begradigt

• Durch Staudämme auggestaut

• von den mit ihnen in Verbindung stehenden Flussläufen abgeschnitten worden (Altarme)

Verringerung des Retentionsraumes

Schnellerer Abfluß

Fähigkeit zur Selbstreinigung sinkt

Verstärkte Tiefenerosion

Absenkung des Grundwasserkörpers

Verlust von typischen Lebensräumen

Verlust von biologischer Vielfalt