Arten und Ökosystemprozesse

Ecological niche: The role an organism plays in a community

Ökosystemprozesse: Transfern von Energie und Material von einem Pool zum anderen

1) Klima (Mikroklima, Licht, Albedo, Wind)

2) Wasserkreislauf (Verdunstung, Versickerung)

3) Kohlenstoffkreislauf (Photosynthese, Atmung, Zersetzung)

4) Nährstoffkreislauf (N-Fixierung, Zusammensatzung Streu)

Arten können sehr unterschiedliche Effekte auf Ökosystemprozesse haben, da sie sich in ihren funktionellen Eigenschaften (functional traits) unterscheiden

Beispiel: Blatt vs. Nadel

• Strukturell

  • Blattform, -winkel

    • Lichtaufnahme

    • Verdunstung

    • Interzeption

• Biologisch/ Chemisch

  • Phänologie

  • Blattchemie

    • Frassschutz

    • Bodenbildung

    • Bodenorganismen

• -> Mikroklima, Wasserkreislauf, Produktivität

Albedo & Wärme

Lichteinfall

Übersicht Mikroklima-Effekte Wald

Interzeption

• Wasser, das direkt von der Vegetation aufgefangen wird

  • Verdunstung

  • Stammabfluss

  • Kronendurchlass

• Interzeption von Nadelwäldern größere als bei Laubwäldern

• -> Wasserbilanz

Artenvielfalt & Stand age

Blatt-Bodenprozesse

Stickstoff-Fixierer

• Aktinorhiza Symbios Francia mit Bäumen und Sträuchern

• Leguminosen-Rhizobium Symbiose

  • Fixierung von atmosphärischem N2

  • Rhizobie: molybdänhaltige Nitrogenase

  • Pflanze: Leghämoglobin bindet Sauerstoff

• Höhere N-verfügbarkeit = Wachstumszunahme

• Bestehende Arten können eventuell verdrängt werden

Invasive Arten I

• Invasion von Mycria faya einem N-fixierendem Gehölz in den Wäldern Hawaiis

  • Stickstoffgehalt verändert

  • Effekt auf Artenzusammensetzung langfristig

Invasive Arten II

• Knoblauchrauke Alliaria petiolate invasiv in Nordamerika

• Wurzelexudate: Senfölglycoside

  • Hemmt die Sporenkeimung von AM-Pilzen

  • Kaum Mykorrizierung

  • Reduziertes Wachstum von Baumsämlingen

Arten mit geringerer Häufigkeit, die trotzdem einen extrem starken Effekt auf ihre Umgebung & auf andere Organismen haben. Wichtige Player im Ökosystem

Beispiele

• Misteln

  • Misteln wurden von Woodlands entfernt: 1/3 der Vogelarten verschwanden

    • Früchte fehlen

    • Weniger Blattstreu = weniger Insekten

• Regenwürmer

  • Bodeningenierue

    • Durchmischung

    • Struktur

    • Humusbildung

    • Nährstoffverfügbarkeit

    • -> Noderamerika wurde auch unterirdisch besiedelt von Regenwürmern aus Europa

Der Effekt von Arten auf Ökosystemprozesse hängt neben den artspezifischen funktionellen und strukturellen Eingenschaften auch von ihrer Häufigkeit, Verteilung und Rolle im Ökosystem ab

Parasitismus

Herbivore

Räuber-beute

Mutualismus (z.B. Mykorrhiza)

Faszilation (erleichternd)

• Positive Interaktionen

  • die tief wurzelnde Tanne transportiert Wasser nach oben, welches dann auch den weniger tief wurzelnden Buchen bereit steht

  • oder durch einen N-Fixierer sind mehr Boden-Nährsotffe verfügbar, die auch andere Arten nutzen können

Konkurrenz (hemmend)

• Negative Interaktionen

  • Verfügbarkeit von Licht. In dichten Beständen herrscht oft ein Wettkampf um Licht, nicht nur zwischen Arten (inter-spezifisch) sondern auch innerhalb von Arten (intra-spezifisch)

  • Invasiver N-Fixierer verdrängt langsam wachsende Arten

Ökosystemprozesse & Artenanzahl

• Some processes (or stocks) may increase (as shown) with increasing species number; others may show an exponential decrease

Ökosystemprozesse & Artenhäufigkeit

• Removal of dominant species from an ecosystem has greater impact on ecosystem processes than does removal of rare species

Ökosystemprozesse & Speziestyp

• Similarly, the removal of keystone species has large ecosystem effects, whereas removal of one species of a functional type allows other species in that functional type to increase in abundance ; this compensation would cause only moderate ompact on ecosystem processes, until most species from that functional type have been removed

Ergebnisse aus einer Analyse vieler Experimente

• in den meisten Experimenten überwiegt der asymptotische Zusammenhang! d.h. werden weniger Arten entfernt ändert dies nicht die Größe des Ökosystemprozesses

Biodiversitätsexperimente: wichtigste Ergebnisse

• Produktivität steigt mit Artenzahl asymptotisch = bessere Ressourcenausnutzung

• Die Vielfalt innerhalb eines Funktionstyps kann die Effizienz der Ressourcennutzung und Ressourcenerhaltung in Ökosystemen verbessern

Die Vielfalt funktionell ähnlicher Arten stabilisiert die Ökosystemprozesse, da Arten ähnlich auf Umweltveränderungen reagieren

Die Vielfalt bietet eine Versicherung gegen Veränderungen unter extremen oder neuartigen Bedingungen

Aber: ein Ökosystem mit funktionell unterschiedlichen Arten, die verschieden aus Umweltfaktoren reagieren, können die Veränderungen stärken

Monokulturen machen es leichter für Schädlinge, wie z.B. den Borkenkäfer

mehr Arten = bessere Stabilität

mehr Arten = bessere Ressourcennutzung

Unterschiedliche Ausnutzung

• Krone (Licht)

• Wurzelraum (Nährstoffe)

mehr Arten = höhere Konkurrenz?!

Monokultur vs. 2 Arten-Mischung

Overyielding = höherer Ertrag als erwartet

Facilitation

Reduzierte Konkurrenz

Mögliche positive Effekte von Baumvielfalt auf Produktivität

mehr Arten sind wohl besser als weniger Arten

Die ausgewählten Baumarten sollen in ihren unter- und oberirdischen funktionellen Eigenschaften möglichst komplementär sein

Hohe Komplementarität bei vielen Arten = “das Risiko streuen und die Chance erhöhen”

da der Wasserverbrauch eng mit der Bestandsdichte zusammenhängt muss die Bestandsdichte kontrolliert werden

Balance zwischen Verringerung der Bestandsdicht und Erhaltung der Komplementarität der Arten

Arten haben Aufgrund ihrer unterschiedlichen funktionellen Eigenschaften unterschiedliche Effekte auf Ökosystemprozesse

Wie stark Arten Prozesse im gesamten Ökosystem beeinflussen hängt auch von ihrer Häufigkeit und Rolle im System ab

Zwischen den Arten gibt es positive und negative Wechselwirkungen (z.B. Mutualismus, Facilitation, Konkurrenz)

Produktivität steigt häufig mit Artenvielfalt, das bessere Ressourcenausnutzung

Stabilität von Ökosystemen bei höherer Diversität von ähnlichen Arten größer

Mischwälder erscheinen resilienter, vor allem wenn Arten sich ergänzen