Einführung

• Ökologie ist die Lehre von den Beziehungen der Lebenwesen untereinander und mit ihrer unbelebten Umwelt

• Auch die von den Lebewesen beeinflussten Stoff- und Energieflüssen und -speicher sind Gegenstand der Ökologie

• Zum biotischen Teil zählt auch der Mensch

• Ökosystem: alle Organismen in einem Gebiet und Umwelt, mit der sie interagieren

• Womit befasst sich die Ökologie?

  • 1. Ökosystemforschung: Stoff- und Energieflüsse und -speicher an einem Ort

  • 2. Physiologische oder Autökologie: Interaktion einzelner Organismen mit ihrer Umwelt

  • 3. Ökologie der Lebensgemeinschaften oder Synökologie: Prozesse, die in Lebensgemeinschaften ablaufen (z.B. Interaktionen wie Konkurrenz, Populationsdynamik etc.)

• Wie groß ist ein Ökosystem? Wie es die Frag verlangt

• Global -> Erdsystemforschung

• Regional

• Landschaftsebene

• Lokal

Ecosystem processes: Inputs or losses of materials and energy to and from the ecosystem and the transfers of these substances among components of the system

• Schwankungen und Shifts in Systemzuständen

• Trends

• Störungen

• vorhersehbare, periodische Schwankungen

• weniger vorhersehbare Regime-Shifts (Durchzug Wetterfront, “Kippen” des Monsuns, …)

• können ebenfalls Regime-Shifts einleiten oder auf höherer Zeitskala Teil von Schwankungen sein:

• Windbruch, Insektenbefall, Feuer, …

• Abrupte, zeitlich begrenzte Veränderung der Umwelt

• Je weniger das System darauf eingestellt ist, desto stärker der Effekt

• Störungen können auch Regime Shifts einleiten

• Oder der Systemerhaltung dienen

-> dann stellt sich die Frage, ob sie als Störungen zu bezeichnen sind

• Ökologischer Störungsbegriff umstritten:

  • relative Definition: Störungen als einzelnes, abruptes Ereignis, das nicht “zu erwarten” war, also auf das das System nicht eingestellt war

  • absolute Definition: Störungen als einzelnes, abruptes Ereignis, das die Ressourcen oder das abiotische Umfeld verändert

• Weiter wird differenziert:

  • Störungen 1. Ordnung: wesentliche Arten und Beziehungen bleiben vor Ort erhalten (z.B. bei Mahd)

  • Störungen 2. Ordnung: wesentliche Arten und Beziehungen gehen verloren

• Weitere Unterscheidungsmöglichkeiten:

  • Endogene (im System angelegte) vs. Exogene Störungen

    • erstere wäre, z.B. der spontan umstürzende Baum im System “Wald”

    • Letztere im Wald z.B. durch Ereignisse wie Windbruch etc.

    • Beides “zu erwartende” Ereignisse - zumindest für einen Teil des Systems

• Ökologie ging im letzten Jhd. von der Existenz idealer Zustände aus:

  • 1. Geschlossene Stoffkreisläufe

  • 2. Stabile Endprodukte oder -zyklen der Ökosystementwicklung

• Nach heutigem Verständnis:

  • Externe Einflüsse und vergangene Ereignisse bestimmen stark das Bild

  • Störung integraler Bestandteil

  • Unausgeglichene Stoff- und Energiebilanzen, es gibt keine stabilen Endzustände

  • Statische Betrachtung wird daher eine dynamischere Sicht

• Idealvorstellung von Ökosystemen im Gleichgewicht überdauert jedoch außerhalb der Wirtschaft

• Dabei Ungleichgewicht als bedrohlich empfunden:

  • “Störung” des “ökologischen Gleichgewichts” erfordert nach populärer Ansicht Widerherstllung desselben

  • “Gestört” wäre dann weniger “wertvoll”

• Jedoch: gerade als “Schutz würdig” eingestufte Systeme sind oft störungsabhängig

  • bsp.: viele Heiden, Trockenrasen

  • Sie brauchen Mahd oder Beweidung, also physische Beschädigung/ Entfernung von Pflanzen für ihre Erhaltung (absolute Störung 1. Ordnung)

(Begriff oft in Verbindung mit “Ökologischem Gleichgewicht” oder “Stabilität” verwendet)

• Wissenschaft wertet nicht

  • Aussagen der Ökologie: Es gibt z.B. produktive und unproduktive Systeme oder hohe und niedrige Biodiversität

• Wertung durch Gesellschaft

  • Rolle der Ökologie im Naturschutz: Wege aufzeigen, wie seitens der Gesellschaft gesetzte Zeile erreicht werden können

• Response: Richtung und Ausmaß der veränderung im System

• Stabilität: Fähigkeit, Strukturen und Funktionen beizubehalten oder wiederzuerlangen

Wichtige Stabilitätskonzepte:

• Konstanz: Fortdauernd ohne wesentliche Veränderungen

• Resistenz: Fähigkeit, auch bei Störungen im Wesentlichen unverändert zu bleiben

• Resilienz: Fähigkeit, nach Störungen in einen früheren Zustand zurückzukehren (Abfederungsvermögen)

• Größe des “Tals” beschreibt Ausmaß an Veränderung, das ein System verkraften kann (=Resilienz)

• bei breitem “Tal” auch nach starken veränderungen des Systems Rückkehr in früheren Zustand (a)

• unter veränderten Bedinungen kann Resilienz sinken (b)

• Systeme oft resilienter gegen “erwartete” regelmäßige täglich oder saisonal Schwankungen innerhalb der Lebensspanne von Individuen

• Schwieriger sind starke, länger anhaltende, gerichtete Veränderungen und Regimeshifts

• Maße der Resilienz von jeweils betrachtetem Aspekt abhängig:

  • Primärproduktion reagiert schneller als z.B. Biomasse

  • Vergleich von Ökosysteme hins. Resilienz also Kontextabhängig

• Punkt, den dem schon eine geringe Störung den Übergang in ein anderes System auslöst

• Übergang oft reversibel

• Bsp. Savanne vs. Wald in Trockengebieten mit gleichem physischem Standort aber unterschiedlicher Störungsgeschichte

• Die hell grauen Pfeile geben an in welche Richtung das System sich bewegen würde, wenn es nicht im Gleichweicht ist (also nicht auf der schwarzen Linie) - it can be seen from these arrows that all curves represent stable equilibria, except for the the dashed middle section in c and d. If the system is slightly driven away from this part of the curve, it will move further away instead of returning. Hence, equilibria on this part of the curve are unstable and represent the border of the basin of attraction of the two alternative stable states on the upper and lower branches

• (c): Wenn das System sehr nah an einem Gabelungspunkt (bifurcation point, F1 oder F2) ist, kann eine kleine Änderung der Konditionen eine große Systemänderung hervorrufen

• (d): auch nah an dem Gabelungspunkt kann eine kleine Störung große Änderungen im System hervorrufen

• -> diese Gabelungen sind tipping points wo eine kleine Änderung große Auswirkungen haben kann

• (b): kleine Störungen können auch große Auswirkungen haben, wenn nicht eine solche Gabelung vorliegt

• (a): eine äquivalente Systemänderung kann auch einfach durch sehr große Störungen hervorgerufen werden

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• “Natural systems are … complex adaptive systems that will probably change and become new systems in the face of environmental stresses. What is fragile, however, is the maintenance of the services on which humans depend”