Vorlesung2

Energieflüsse, Stoffflüssen, Nahrungsketten, Vielfalt (Raum, Zeit), Entwicklung und Evolution, Dynamik

Durch Transport-, Umwandlungs- und Speicherprozesse von Stoffen, Energie, und Information

Beobachtung von Mustern (zeitlich (Prozess), räumlich (Struktur) • Funktionelle Verknüpfung (verschiedener Beobachtungsebenen mit Standort und Umweltfaktoren • Beschreibender Ansatz (deskriptiv) • Kausalität ➔ Beobachten ohne Eingriff (Experimente der Natur), Experiment mit Eingriff (gezielte Manipulation), Theoretisches Modell (fiktive Simulation & Modellierung)

Beobachtetes Phänomen im lokalen Kontext, Hypothesen müssen durch Fakten begründet sein und sie müssen Aussagen (und nicht etwa Fragen) über Zusammenhänge oder Unterschiede zwischen Phänomenen darstellen, die überprüfbar und damit prinzipiell widerlegbar sein.

1. Beobachtung im Gelände: Untersuchungsobjekt &Umweltfaktoren 2. Versuche unter kontrollierten Bedingungen: Feldversuche 3. Verifizierung im Gelände

Zufalls- oder randomisierten Probenahme (Vermeidung systematischer Fehler: z.B. nur Südseite beproben) • geschichtete oder stratifizierte Probenahme

Auswahl der ausreichend genauen, wissenschaftlich objektiven und quantifizierbaren Messmethode – hinreichende Anzahl an Wiederholungen – Kontrolle C. F. Gauß (1777–1855) Potenzproduktgesetz der Fehlerfortpflanzung

vollständige, korrekte und nachvollziehbare Darstellung der Ergebnisse in Form von Texten, Tabellen und bildlichen Darstellungen 1.Einleitung; 2. Material & Methoden; 3. Ergebnisse; 4. Diskussion; 5. Schlussfolgerungen

Jedes Tier und jede Pflanze hat eine „Adresse“ Lage, Größe, Form und dem Alter von Verbreitungsgebieten von Organismen; Arealsysteme, -typen o Punktkarten o Rasterkarten o Arealkarten o Etc.

Jede systema8sche Einheit (Art, GaFungen, Familien…) hat ihr eigenes Verbreitungsgebiet (Areal) • Arealkunde untersucht Ursachen bes8mmter Verbreitungsmuster • Klassifizierung und Typisierung der Verbreitungsgebiete • Geographischer Ansatz

Verbreitungsgebiet einer Sippe, in der sich diese regelmäßig fortpflanzt und ohne ständige Zuwanderung von außen längerfristig halten kann

rein mechanische Ausbreitungsschranken (Barrieren) (z.B. Meeresküsten und Gebirge) • regionale und überregionale Erd- und Klimageschichte (z.B. Eiszeiten) • klimatische oder edaphische Eigenschaften, die eine absolute Dürre- oder Kältegrenze bedingen • klimatische oder edaphische Eigenschaften, die die Wettbewerbsfähigkeit beeinflussen (Wettbewerbsfaktor häufigste Ursache) • Konkurrenten die eine Ansiedlung verhindern (z.B. Fressfeinde)

“sind überall dort, wo durch die Umweltbedingungen die Wettbewerbsfähigkeit einer Art gegenüber Konkurrenten so stark herabgesetzt wird, dass sie sich nicht mehr mit Erfolg entwickeln kann.” (Walter, 1979: 18)

z.B. durch Landnutzungsänderungen (Degradation, Rohdung, Aufforstung, Sukzession, Polwärtsverschiebungen…)

Ausbreitung: Transport (=Ortsverlagerung) vegetativer oder generativer Ausbreitungseinheiten Samen Früchte Larven Organismen Organismenteile (z.B. Sprossteile)

Phylogenetische Systematik

• Pollenanalyse & Makrorestanalyse • Baumringkartierung

Radiokarbondatierung (Zerfall des instabilen Kohlenstoffisotops 14C)

Wiedergabe räumlicher Verteilungen in Karten • Kategorien, Abgrenzung, Mindestflächengröße • Flächenauswahl (homogene Flächen versus Transektkartierung) • Artenzusammensetzung, Kenn- Charakterarten: Syntaxa („Pflanzensoziologie“) • Langzeit-Monitoring: „Gold der Ökologie!“

• Essenziell: Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasser, Nährstoffe, Temperatur, Licht • bestimmen individuelle Entwicklung, Reproduktionserfolg, Überlebens Wahrscheinlichkeit, Wanderung, intra- und interspezifische Interaktion • Organismen beeinflussen Ressourcen • Ressourcen stehen nur limitiert zur Verfügung; Mangel oder Überangebot verursachen Stress, Abwanderung oder Absterben.

• entspricht einer bestimmten Konstellation von Ressourcenangebot und Störung (ist also nicht nur räumlich zu sehen) • Limitierung von Ressourcen: allgegenwärtiges Phänomen des Lebens, Angelpunkt der Ökologie, des Haushaltens mit Ressourcen • Ökologie: „Lehre des Haushalts“ • Zusammenwirken aller Umweltfaktoren bestimmt vieldimensionalen Raum, in dem eine Art leben kann =ökologische Nische (HUTCHINSON) ökofunktional:„Rolle oder Planstelle im Ökosystem“ (abstraktes Konzept) UNGLEICH Habitat (tatsächlich existierender Ort)

Wechselwirkung abiotischer und biotischer Faktoren und Störungen am Standort oder historische Gründe

Nische beschreibt ein Anspruchsprofil bzw. eine Belastbarkeit der Art

Raum den eine Art besiedeln könnte –innerhalb der eigenen Toleranzgrenzen) ohne Konkurrenz, Ausbreitungsgrenzen

Raum den eine Art real besiedelt mit Konkurrenz, Ausbreitungsgrenzen

• Aerenchym: Durchlüftungsgewebe • Hydrenchym: Wasservorratsgewebe; geschützte Stomata; Sukkulenz

• Xerophyten (auf trockenen sonnigen Standorten mit verdunstungsreduzierenden Mechanismen, Sukkulenz) • Mesophyten (mäßig feuchte bis mäßig trockne Standorte) • Hygrophyten (dauernd feuchte Standorte) • Helophyten (Sumpfpflanzen) • Hydrophyten (Wasserpflanzen)

• Eutrophierung der Gewässer: Steigerung der pflanzlichen Primärproduktion durch eine Zunahme der Nährstoffkonzentration im Gewässer • Natürlicher Vorgang: Verlandung von Gewässern • Anthropogen katalysierter Vorgang: „Umkippen der Seen“

Externe Maßnahmen: Fernhaltung aller Abwässer durch Ringleitungen; Phosphatfällung im Abwasser; Phosphatersatz in den Waschmitteln • Interne Maßnahmen: Hypolimnische Belüftung; Ableitung von hypolimnischem Wasser; Entfernung von Sediment aus dem See; Abdecken der Sedimentoberfläche; Seeinterne Phosphatfällung • Gewässerrenaturierung

• „Erkältungsempfindliche“ Pflanzen (tropische) werden schon bei T über 0 geschädigt • Gefrierempfindliche Pflanzen (subtropische) werden bei T unter 0 geschädigt • Gefrierbeständige Pflanzen (arktische, temperate) überleben den Fros

1) Reduzierung des Wassergehaltes in der Zelle, Bindung von freiem Wasser an Dehydrine (Proteine) über Winter 2.) Anreicherung von osmotisch wirksamen Substanzen wie Zucker (Glukose, Fruktose, Saccharose, Sorbitol), Mineralstoffen wie K und Mg und Aminosäuren wie z. B. Prolin; 3.) Anti-Freeze Proteine (AFP) ha=en an den Oberflächen der Eiskristalle; ihre Struktur und Wachstum beeinflussen und verhindern ihr Eindringen in die Pflanzenzelle; 4) ‘supercooling‘, Vermeidung intrazelluläre Eiskristallbildung 5) Strukturelle Eiskristallbarriere – keine Verbindung zum (wasserführenden) Xylem 6) Nachblüte bzw. zeitliche Verzögerung zwischen Blüten am ein- und zweijährigen Holz

• Nährelemente der Pflanzen Wasser & C02, Mineralstoffe primär aus dem anorganischen Ausgangsmaterial des Bodens (oder aus Flugstaub) • Stickstoff (stammt primär aus Atmosphäre stammt, durch Nährstoffkreislauf letztlich in derselben Bodenlösung (NO, NH4+) • Mangel ist wachstumslimitierend, Stress

N, P, S, K, Ca, Mg

: Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Se

Bodenversauerung ist in Böden des humiden Klimas ein natürlicher Prozess. • Boden pH: Ausgangsgestein (und sein Basenangebot), Klima, Laub-, Nadelstreu

können sich durch Selektionsdruck entwickeln • fakultative Spezialisten, • obligate Spezialisten z.B. Halophyten (Pflanzen auf Salzstandorten) in Trockengebieten, Wüsten, Küsten (Mechanismen: Salzaufnahme durch Wurzeln durch Filter reduziert; Anreicherung/ “Endlagerung“ in Zellvakuolen; Auscheiden durch Absalzhaare, Salzdrüsen, Sukkulenz z.B. Metallophyten (Schwermetallakkumulierend in Zellwänden)