Einführung Flashcards
Was ist Ökologie?
Lehre vom Haushalt der Natur
Ernst Haeckel: Ökologie ist die wissenschaftliche Erforschung der Beziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt (belebt und unbelebt)
Ökosysteme
Umgebung, in der Organismen mit ihrer spezifischen Umwelt in Wechselbeziehung stehen
Ökosysteme bestehen aus zwei Grundbausteinen (Komponenten)
belebt (biotisch) → Lebensgemeinschaft (Biozönose)
unbelebt (abiotisch) → Lebensraum (Biotop)
Biozönose (Lebensgemeinschaft)
Karl Möbius: Gemeinschaft von lebenden Wesen, für eine den durchschnittlichen äußeren Lebensverhältnissen entsprechenden Auswahl und Anzahl von Arten und Individuen welche sich gegenseitig bedingen und durch Fortpflanzung in einem abgemessenen Gebiet dauernd erhalten.
- die Gesamtheit aller Organismen in einem Biotop
- Individuen stehen miteinander direkt oder indirekt in Wechselwirkung
- setzt sich aus einer Phytozönose (Pflanzengesellschaft), Zoozönose (Tiergemeinschaft) und Mikroorganismengemeinschaft (Bakterien & Pilze) zusammen
Biotop (Lebensraum)
Dahl und Hesse: Lebensstätte einer Biozönose (Raum)
- bestimmter Lebensraum mit gleichen Umweltbedingungen
- beherbergt lokale Populationen verschiedener Arten, z.B. Regenwald
Habitat
Linné: Das Habitat bezeichnet die typische Lebensstätte (Standort) einer Art.
Assoziation
Humboldt: Pflanzengemeinschaft
Regionen mit ähnlichem Klima beherbergen Pflanzen mit ähnlichem Lebensformtyp (Sukkulenten in der Wüste haben ähnliche physiognomische Eigenschaften, sind aber taxonomisch meist wenig verwandt)
Ökosystemkonzept
- Woraus besteht der Lebensraum auf der Erde?
- Wodurch sind sie gekennzeichnet?
Der Lebensraum auf der Erde besteht aus abgrenzbaren funktionellen Einheiten (Ökosystemen= Gefüge aus Biotop und Biozönose). Ökosysteme sind gekennzeichnet durch Energiefluss, Stoffkreisläufe, Mannigfaltigkeitsmuster in Raum und Zeit, Regelmechanismen, Entwicklung und Evolution. Global gesehen bilden die Ökosysteme der Erde das übergeordnete System der Biosphäre.
Quantitative Ökologie
Untersuchung einer repräsentativen Stichprobe aus der Grundgesamtheit
Achtung:
- gefundene Korrelation könnte rein zufällig sein
- Andere Faktoren können wirken, zB pH-Wert, Bodenfeuchtigkeit
Quantitative Ökologie - Überprüfung der Hypothese
im Freiland, Vorteile/Nachteile?
im Labor, Vorteile/Nachteile?
im Freiland:
- homogenes Versuchsfeld
- schwer alle Faktoren bis auf Stickstoff gleich zu halten
im Labor:
Vorteile:
- konstante Umweltbedingungen
- gute Argumente zur Stützung der Hypothese
Einschränkungen:
- Resultate nicht direkt auf Feld übertragbar
- dort sind Pflanzen Teil eines Ökosystems (Interaktionen mit anderen Arten und Umwelt)
Quantitative Ökologie - Bildung von Modellen
Hypothese zu Verhältnis von Pflanzenwachstum und Stickstoffverfügbarkeit zunächst nur qualitative Aussage.
Mathematische Modelle ermöglichen quantitative Voraussagen.
Zum Beispiel einfaches lineares Regressionsmodell
Humanökologie
Wechselbeziehungen zwischen Mensch und Umwelt
Problem: Bevölkerungswachstum
Nachhaltigkeit
Wodurch wird der globale Ressourcenverbrauch bestimmt?
Modell der Ressourcennutzung
Globaler Ressourcenverbrauch wird bestimmt durch: Bevölkerungszahl und pro-Kopf-Verbrauch
Modell der Ressourcennutzung: Die Menge, welche zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbar ist, ergibt sich aus der Differenz von Input (Zufuhr) und Output (Verbrauch).
Nachhaltige Ressourcennutzung → Verbrauch übersteigt Nachlieferung nicht.
Nachhaltigkeit - Prinzip der Ökologischen Nachhaltigkeit
Turnuszeit?
Turnuszeit = Regenerationszeit, zB bei Waldvernichtung
Turnuszeit ist abhängig von Wachstumsgeschwindigkeit der jeweiligen Baumart und lokalen Umweltbedingungen.
(Diagramm sieh VL1), 2
Beispiel Aralsee:
nicht nachhaltige Ressourcennutzung
Nachhaltigkeit - Prinzip des maximalen Dauerertrages
Logistisches Populationswachstum:
Eine Tierpopulation wächst ohne Nutzung (d.h. ohne Ressourcenentnahme durch den Menschen) bis an ihre Kapazitätsgrenze K heran. Für das Wachstum einer Population ist K maßgeblich, dies sind dichteabhängige Umweltfaktoren (zB Nahrungsmenge), die eine begrenzende Rolle einnehmen.
- Wachstum ist am höchsten bei mittlerer Populationsdichte
Zur Optimierung des Ertrags sollte man nur so viele Individuen entnehmen, damit sich die Population bei mittlerer Dichte befindet. Damit erreicht man den maximalen Dauerertrag MSY=K/2
Nachhaltige Nutzung erfordert ökosystemaren Ansatz
Was muss beachtet werden bei der wirtschaftlichen Nutzung einer Art?
In der Regel werden genutzte Arten als getrennte biologische Einheiten betrachtet. Jede einzelne Art wird wirtschaftlich maximal genutzt. Jede Art ist jedoch Bestandteil des Ökosystems und ein gewisser Teil der Population muss erhalten bleiben um u.a. die Struktur des Nahrungsnetzes (Räuber/Beute) zu erhalten.
Biologische Vielfalt
Was war ursprünglich der Grund für Massensterben (durch den Menschen) und was ist es jetzt?
Es kam mehrfach zum Massenaussterben. Ursprünglich war die globale Ursache die Jagd. Jetzt verursachen Habitatzerstörung, sowie die Fragmentierung von Lebensräumen einen Rückgang der Arten.
Biologische Vielfalt - Rückgang geeigneter Habitate (Hauptursache)
- Ausweitung des menschlichen Lebensraumes
- Brennpunkt Tropische Regionen: überdurchschnittlicher Artenreichtum, stark wachsende Bevölkerung und schnelle wirtschaftliche Entwicklung
Biologische Vielfalt - Fragmentierung von Habitaten
MDA, MVP
Ursachen für das Überleben ab einer bestimmen Zahl?
Beispiele für Fragmentierung
- großflächig geschlossene Waldflächen werden in kleine Teilflächen zersplittert und fragmentiert, durch zB Straßen oder landwirtschaftliche Nutzung
- häufig in gemäßigten Breiten
Minimallebensraum (MDA-minimum dynamic area)
- abhängig von Körpergröße und Lebensformtyp
- Flächenbedarf x Individuengröße = Minimallebensraum
Minimale überlebensfähige Populationsgröße (MVP-minimum viable population size)
- Mindestanzahl an Individuen, welche das langfristige Überleben einer Art sichert trotz vorhersehbarer negativer Auswirkungen und Begrenzungen durch die Umwelt
- bei Wirbeltieren: ca. 100 Arten
- bei Invertebraten: ca. 10000
- Ursache für Überleben ab einer bestimmten Zahl ist Habitatstruktur, Zu-und Abwanderung und das Bestehen der Quellpopulation, welche über Korridore mit Subpopulationen verbunden sind
Beispiel Ausbau von Autobahnen
- Verminderung der Effekte: Bau von Grünbrücken
Voraussetzungen für die Nutzung der Wildbrücken:
- Mindestbreite 50m
- Lage an bekannten Wildwechseln
- Sicht auf Verkehr abgeschirmt
- Bepflanzung
Beispiel Fragmentierung der Flusslandschaft durch Bau von Laufwasserkraftwerken
- hindert Langdistanzwanderfische (zB Meerforelle, Meerneunauge, Lachs) daran flussaufwärts zu schwimmen
- Verminderung der Effekte: Bau von Fischpässen (Kosten ca. 10 Mio Euro)
- künstlicher Wasserlauf, Flusstreppen mit naturnaher Führung
Biologische Vielfalt - invasive Arten
Oft bedrohen vom Menschen eingeschleppte invasive Arten einheimische Spezies.
Apophyten = einheimische (indigene) Arten
Adventive Arten = außerhalb des natürlichen Verbreitungsgebietes angesiedelte Arten
- Archäophyten = vor 1492 eingebürgert
- Neophyten = nach Entdeckung Amerikas eingebürgert
Biologische Vielfalt - Hybridisierung (Kreuzung von Arten)
Beispiele
wenig wahrgenommenes Phänomen des Artensterbens
- Beispiel Arktis: Hybride aus Eisbären und Grizzlys, Hybride von Walen
Grund: schwindendes Meereis, Kontakt wird erleichtert
- Beispiel Schweiz: Hybridisierung von Weißfischen mit unterschiedlichen Nischen (Laichort Ufer, Laichort tiefes Wasser)
Grund: Eutrophierung bewirkt Sauerstoffzehrung in der Tiefe und viele Arten laichen nun gemeinsam im Flachwasser
Biologische Vielfalt - Ökologische Grundlagen zur Erhaltung der biologischen Vielfalt
Erhalt der Arten durch Berücksichtigung von?
Erhalt von Lebensräumen und Lebensgemeinschaften durch Berücksichtigung von?
SLOSS-Problematik
Erhalt der Arten durch Berücksichtigung von:
- MVP
- MDA
- Ansprüche an das Habitat
Erhalt von Lebensräumen und Lebensgemeinschaften durch Berücksichtigung von:
- Wechselbeziehungen der Arten untereinander
- Zusammenhang zwischen Topographie, Geomorphologie und abiotischer Umwelt
SLOSS-Problematik:
- großes Schutzgebiet oder mehrere kleine?
- eine große Fläche: wenige Randeffekte, Minimallebensraum gegeben → Bestandserhaltung großer Spitzenräuber, aber Artenrealkurve verläuft sigmoid
- viele kleine Flächen: Netzwerk schafft hohe Habitatvielfalt → langfristige Bewahrung der Artenvielfalt
Globales Klima
CO2 Konzentration steigt kontinuierlich. Hauptursachen: - Verbrennung fossiler Energieträger - Holzeinschlag in Waldflächen (vorallem Brandrodung) - veränderte Landnutzung
Globales Klima - Pflanzen und erhöhte CO2-Konzentrationen
direkte, kurzfristige Effekte:
- Photosyntheserate steigt
- Verringerung der Transpiration und somit verbesserter Wasserhaushalt
langfristige Effekte:
- Abnahme der Phytomassezuwachsrate durch Verringerung des RUBISCO-Enzyms (Schlüsselenzym der Photosynthese), geringere Bildung von Spaltöffnungen
Standortfaktoren können Klimaeffekte teilweise puffern.
Globales Klima - Klimawandel und menschliche Gesundheit
direkte und indirekte Effekte
direkte Effekte:
- Hitzestress, Herz- Kreislauf- und Atemwegserkrankungen
indirekte Effekte:
- Anstieg der Verbreitung und Übertragungsraten von Infektionskrankheiten
