Was ist eine „Ressource“?
Mittel, das in einem Prozess genutzt werden kann
„Ressource“ beschreibt also Nutzbarkeit (nicht automatisch Nachhaltigkeit)
Was sind „Naturressourcen“ (UBA 2012)?
Naturressource = Ressource, die Bestandteil der Natur ist
dazu zählen:
erneuerbare & nicht erneuerbare Primärrohstoffe
physischer Raum (Fläche)
Umweltmedien (Wasser, Boden, Luft)
strömende Ressourcen (z. B. Wärme-, Wind-, Gezeiten-, Sonnenenergie)
Biodiversität
Unterschied „Nutzung“ vs. „Verbrauch“
Nutzung: jeglicher Zugriff auf die Ressource
Verbrauch: Umwandlung, sodass sie nicht mehr in ursprünglicher Form nutzbar ist
Verbrauch → häufig nicht nachhaltig
Beispiele Naturressourcen: Nahrungsmittel
Nahrungsmittel stammen aus Biodiversität (Pflanzen, Tiere, Pilze etc.)
Biodiversität → Basis der Ernährung (Produktion/Verfügbarkeit/Vielfalt)
Beispiele Naturressourcen: Rohstoffe (biologisch)
Rohstoffe aus Organismen (v. a. Pflanzen, teils Tiere)
Beispiele (aus den Folienbildern):
Holz/Bau (Hausbau)
Fasern/Textilien
weitere Naturmaterialien
Beispiele Naturressourcen: Bionik
Bionik = Technik inspiriert von biologischen Vorbildern
Beispiele:
Otto Lilienthal (1889): Vogelflug → Grundlagen der Flugtechnik
Lotuseffekt: Selbstreinigung durch Wasserabperlen an feiner Oberflächenstruktur
Lotuseffekt in den 1970ern von Wilhelm Barthlott erforscht (Barthlott & Neinhuis 1995)
Beispiele Naturressourcen: Pharmazie
viele Arzneimittel:
in Pflanzen/Tieren/Pilzen/Bakterien entdeckt
teils noch direkt aus ihnen gewonnen
Acetylsalicylsäure (schmerzstillend, entzündungshemmend)
Morphium (schmerzstillend)
Tectitethya crypta → Azidothymidin (HIV/AIDS)
Problem: Artensterben (warum relevant für „Ressource“ Biodiversität?)
Beispiel: Echte Arnika (Arnica montana) stark gefährdet (v. a. Lebensraumzerstörung)
nur ca. ~50% der vaskulären Pflanzen auf pharmazeutischen Nutzen untersucht
40–75% aller vaskulären Pflanzen sind vom Aussterben bedroht
Folge: Unbekanntes Potential geht verloren (z. B. neue Wirkstoffe)
Warum „Artenvielfalt ≠ Biodiversität“?
Biodiversität ist mehrdimensional
Artenzahl (Species richness) ist nur ein Aspekt (taxonomisch)
weitere Ebenen: genetisch, Ökosysteme, Funktionen, Verwandtschaft etc.
Definition Biodiversität (CBD, Rio 1992)
„Variabilität zwischen lebenden Organismen“ (terrestrisch, marin, aquatisch …)
umfasst Vielfalt:
innerhalb der Arten (genetische Diversität)
zwischen den Arten (Arten-/taxonomische Diversität)
in Ökosystemen (Ökosystem-/Habitatdiversität)
Organisationsebenen der Biodiversität
genetische Diversität: genetische Variabilität/Vielfalt von Organismen
taxonomische Diversität: Vielfalt an Arten/Gattungen/…
ökologische Diversität: Vielfalt von Lebensräumen/Ökosystemen
Biodiversitätsattribute (wie man Biodiversität „beschreibt“)
kompositionelle Diversität: „Welche Einheiten sind da?“ (z. B. Artenliste, taxonomische Diversität)
strukturelle Diversität: räumliche Anordnung/Struktur (z. B. Habitatheterogenität)
funktionelle Diversität: Abundanz & Divergenz funktioneller Gruppen/Traits
Warum Biodiversität erfassen/messen?
um den Nutzen von Biodiversität als Ressource untersuchen zu können, muss sie zuerst erfasst werden
ohne Messung/Indikatoren: kein Vergleich, keine Bewertung, kein Management
Warum ist taxonomische Diversität das häufigste Maß?
einfach zu erfassen
gut zu quantifizieren
schnelle Vergleiche möglich
lange Tradition → Vergleiche über lange Zeiträume (Whittaker 1960)
α-, β-, γ-Diversität (Grundidee)
α-Diversität: Diversität innerhalb einer Beobachtungseinheit (z. B. ein Plot)
β-Diversität: Diversität zwischen Beobachtungseinheiten (Unterschiede/Turnover)
γ-Diversität: Diversität aller Beobachtungseinheiten zusammen (Gesamtregion)
Beispiel: Zusammenhang α, β, γ
In den Folien: Beispiel mit „Site 1“ und „Site 2“
Wichtige Merksätze:
β kann z. B. über Sørensen-Index oder Horn-Index beschrieben werden
Beziehung: α * β = γ (als anschauliche Verknüpfung)
Funktionelle Diversität (Definition & Idee)
Arten haben unterschiedliche Funktionen (z. B. Zersetzer, Bestäuber …)
oder: sie erfüllen die gleiche Funktion unterschiedlich effizient/auf unterschiedliche Art
funktionelle Diversität betrachtet Traits/Funktionsgruppen, nicht nur Artenzahl
Phylogenetische Diversität (Definition & Zusammenhang)
Maß für den Grad der evolutionären Verwandtschaft in einer Gemeinschaft
hängt oft mit funktioneller Diversität zusammen:
nah verwandte Arten sehen sich oft ähnlicher
und erfüllen häufig ähnliche Funktionen
Was ist eine „Ökosystemfunktion“?
physikalischer, chemischer oder biologischer Prozess
Arten können an einer oder mehreren Funktionen beteiligt sein
„Funktionieren“ eines Ökosystems = Gesamtheit der ablaufenden Prozesse
Ökosystemdienstleistungen / NCP (Einordnung)
anthropogener Nutzen wird oft als:
Ökosystemdienstleistungen
bzw. Nature’s Contributions to People (NCP) beschrieben
wichtig: Das ist die Nutzensicht auf Funktionen/Prozesse
Warum ist Stabilität wichtig?
Ökosysteme werden z. B. durch Menschen gestört (Ökosystemdegradation)
Degradation → Funktionalität nimmt ab (z. B. durch Artverlust)
Stärke der Degradation hängt ab von Resistenz
Dauer der Degradation hängt ab von Resilienz
Resistenz vs. Resilienz (klar unterscheiden)
Resistenz: wie stark eine Funktion bei Störung „einbricht“
Resilienz: Fähigkeit, nach Störung grundlegende Funktionalität zu behalten/wiederzuerlangen
statt in einen anderen Zustand überzugehen
Foliengrafik zeigt: Resistenz = „Einbruchhöhe“, Resilienz = „Erholungsweg/-zeit“
Kipppunkte der Klimaerwärmung (Warum relevant?)
Klimasystem hat potenzielle Kipppunkte (Rahmstorf et al. 2019)
Kipppunkte = Übergänge, nach denen sich Systeme sprunghaft/irreversibel verändern können
Relevanz zur Biodiversität: Stabilität/Resilienz kann überschritten werden
Welche Biodiversität–Stabilität-Beziehungen gibt es? (Überblick)
funktionelle Redundanz: Gelb (durchgezogen/gestrichelt), mehrere Arten/Traits erfüllen die gleiche Funktion
Nietenhypothese: Gelb (gepunktet), sukzessiver Zusammenhang
Singularhypothese: Grün, jede Art/Trait spezifischer Beitrag
Ökosystemfunktion für bestimmtes Biodiversitätswert-Maximum: Blau, höhere Biodiversität führt zu Verschlechterung
Keystone Species: Rot, einzelne Art/Trait erfüllt Schlüsselrolle
kein Zusammenhang: Lila
keine Vorhersage möglich: Schwarz
Keystone Species (Definition)
„stark interagierende Art“ mit großem Top-down-Effekt auf Artenvielfalt & Konkurrenz
Effekt ist groß im Verhältnis zu ihrer Dominanz (Biomasse) innerhalb einer funktionellen Gruppe
Keystone Species (Beispielidee aus den Folien)
klassische Top-down-Kaskade (Bildbeispiel):
Räuber beeinflusst Herbivore
Herbivore beeinflussen Produzenten/Habitat (z. B. Seeigel–Kelp–Seeotter-Logik)
Ergebnis: Eine Art kann „ganze Systeme“ strukturieren
Ecosystem Engineers (Definition)
Organismen, die Verfügbarkeit von Ressourcen für andere kontrollieren, indem sie:
physikalische Zustände in biotischem/abiotischem Material verändern
direkt oder indirekt
Kerngedanke: Sie bauen/umbauen Lebensräume
Ecosystem Engineers (Beispiel & Wirkung)
Beispiel in den Folien: Biber
Wirkung: verändert strukturelle Diversität von Landschaften (z. B. durch Dämme/Überflutungen)
Folge: neue Habitate → andere Arten profitieren/werden ausgeschlossen
Primärproduktion: Grundprinzip
Produzenten: Photo-/Chemoautotrophe Organismen
Konsumenten: Chemoheterotrophe Organismen
Photosynthese-Gleichung: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Bruttoprimärproduktion (BPP): Rate, mit der Licht in chemische Energie (Biomasse) umgewandelt wird
Nettoprimärproduktion & Messprobleme
Primärproduktion ist schwer zu messen
NPP = BPP – Energieverlust durch Atmung
Unterschied:
Primärproduktion: Umsatzrate von Energie/Volumen/Zeit
Biomasseproduktion: Masse/Volumen organischen Materials
hohe Produzenten-Biomasseproduktion → ermöglicht hohe Biomasse höherer trophischer Ebenen
Globale Muster der NPP (Folie mit Balkendiagrammen)
Folie zeigt drei Perspektiven:
(A) Anteil an Erdoberfläche je Ökosystemtyp
(B) durchschnittliche NPP (g/m²/Jahr)
(C) Anteil an globaler Gesamt-NPP
Kernaussagen aus den Sprechblasen:
Offener Ozean: NPP pro Fläche niedrig, aber sehr große Fläche
Tropischer Regenwald: kleine Flächenanteile, aber sehr produktiv
Algenbänke/Korallenriffe: sehr hohe NPP, aber selten
Biodiversität & Biomasse im Grasland (Cedar Creek)
experimentelle Zusammenstellung verschiedener Pflanzenarten
typisches Ergebnis: mehr Arten → oft mehr Biomasse/Produktivität
Bezug: Mueller et al. (2013) (in den Folien genannt)
Minimumgesetz nach Sprengel/von Liebig
Primärproduktion hängt grundsätzlich von der relativ knappsten Ressource ab
limitierende Faktoren je nach Ökosystem:
Stickstoff, Phosphor, Kohlenstoff, Licht, Wasser, Temperatur …
multiple limitation möglich (mehrere Faktoren begrenzen gleichzeitig)
Artenzahl vs. Evenness (Cedar Creek Erweiterung)
neben Artenzahl ist auch Evenness wichtig (Gleichverteilung der Häufigkeiten)
Evenness kann beeinflussen:
wie effizient Ressourcen genutzt werden
wie stark einzelne Arten dominieren
Waldbeispiel: Baumartensterben & Produktivität
Folie thematisiert: Produktivitätsabnahme von Wäldern, wenn
10% (bis 99%) der Baumarten aussterben
Kerngedanke: Baumartendiversität kann Produktivität stabilisieren/steigern
Ökosystemfunktion: Stickstoffkreislauf (Biodiversitätsbezug)
Artenvielfalt kann N-Auswaschung verringern
Effekt ist stark abhängig von der funktionellen Gruppe der Pflanzen
Begriffe aus der Folie:
Total N deposition: Eintrag über Niederschlag
N fixation: durch Bakterien (v. a. Leguminosen)
NEA: nitrifying enzyme activity
DEA: denitrifying enzyme activity
DON: dissolved organic nitrogen
TDN: total dissolved nitrogen
Ökosystemfunktion: Kohlenstoffkreislauf (Pflanzenarten & Boden-C)
Anzahl der Pflanzenarten kann Kohlenstoffgehalt im Boden erhöhen
Kohlenstoffspeicher im Wald (Baumartendiversität)
Baumartendiversität erhöht:
oberirdischen Kohlenstoffspeicher (AGC)
unterirdischen Kohlenstoffspeicher (BGC)
Einschränkung in den Folien:
Muster scheinen nicht in borealen Gebieten aufzutreten
dort ist Feuerregime relevanter
Ökosystemfunktion: Abbau organischen Materials (Grundidee)
Abbau = Rückführung von Nährstoffen durch Mineralisationsprozesse
wichtig für Nährstoffkreisläufe und Bodenfruchtbarkeit
Abbau organischen Materials: Was limitiert den Umsatz?
Biomasseumsatz/Abbaurate wird limitiert durch:
Temperatur
Feuchtigkeit
Pflanzendiversität & Bodenmikroben
meist positive Effekte von Pflanzendiversität auf Bodenmikroben
betrachtet werden:
taxonomische Pflanzendiversität
funktionelle Pflanzendiversität
Merksatz: mehr mikrobielle Biomasse → mehr Umsatz organischen Materials
Warum sind Vergleiche oft kontextabhängig?
„Generell gilt: Vergleiche immer Kontextabhängig“
Distance Decay: Ähnlichkeit von Gemeinschaften nimmt mit Distanz ab
Folge: Ergebnisse sind abhängig von Region/Standort/Umweltbedingungen
Holzzersetzende Pilze: Spezialisierung
holzzersetzende Pilze oft hoch spezialisiert auf bestimmte Baumarten
Abbau (z. B. von Totholz) stark abhängig von:
Zersetzergemeinschaften
Region
Artzusammensetzung kann Funktionen dominieren
manche Arten sind extrem kompetitiv
nutzen Ressourcen sehr effizient
Konsequenz: Funktion (z. B. Abbau) kann stark von wenigen Arten geprägt sein
Ökosystemfunktion: Artinteraktionen (Mykorrhiza)
Beispiel: Mykorrhiza = Mutualismus Pilz ↔ Pflanze
Pilz liefert/verbessert:
Wasseraufnahme
Nährstoffaufnahme
Schutz vor Boden-Pathogenen
Pflanze liefert:
Kohlenhydrate
Häufigkeit:
~90% aller Pflanzenarten mykorrhiziert
Gymnospermen fast 100%
Mykorrhizatypen: Dominanz kann Biodiversität & Produktivität senken
Dominanz einzelner Mykorrhizatypen → geringere
Baumartendiversität
Produktivität
wichtig: nicht nur „reine Artenzahlen“ entscheiden, sondern Interaktionen/Typen/Dominanz
Phylogenetische Diversität & Ökosystemfunktionen (Ausblick)
phylogenetische Diversität kann mit Ökosystemfunktionen zusammenhängen
Idee: evolutionäre Unterschiedlichkeit → unterschiedliche Traits/Funktionen → Effekte auf Prozesse
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