Biogeochemische Kreisläufe und Nahrungsketten im Ökosystem

Ökosysteme: Struktur, Energiefluss und Stoffkreisläufe

1. Biozönose und Trophie

Die Biozönose ist die Lebensgemeinschaft eines Ökosystems. Ihre Organismen stehen in Beziehung zu ihrer Umgebung (Biotop) und tauschen Materie und Energie aus.

2. Organismen nach ihrer Ernährungsweise

• Produzenten: Autotrophe Organismen (Pflanzen, Algen usw.) erzeugen organische Substanz aus anorganischer Materie mithilfe von Lichtenergie (Photosynthese).
• Konsumenten: Heterotrophe Organismen ernähren sich von organischer Materie lebender Organismen. Man unterscheidet Pflanzenfresser (Primärkonsumenten), Fleischfresser (Sekundärkonsumenten) und Allesfresser.
• Destruenten: Heterotrophe Organismen (Pilze und Bakterien) ernähren sich von Detritus (abgestorbener Materie) und wandeln organische Verbindungen in anorganische um.

3. Nahrungsketten und Nahrungsnetze

Die Nahrungskette stellt die Abfolge von Organismen dar, die sich linear voneinander ernähren. Jede Stufe bildet eine Trophieebene. Miteinander verknüpfte Nahrungsketten bilden das Nahrungsnetz, das sich innerhalb eines Ökosystems etabliert.

4. Energiefluss

Ein Teil der von Produzenten gebundenen organischen Materie wird durch die Atmung abgebaut, ein anderer Teil wird in ihren Organen gespeichert. Die Energie fließt unidirektional durch das Ökosystem und wird als Wärme abgegeben; sie kann nicht wiederverwendet werden.

5. Stoffkreisläufe

Materie zirkuliert im Ökosystem zyklisch: Anorganische Verbindungen werden durch die Photosynthese in organische Substanz umgewandelt und gelangen über die Nahrungsketten zu den Konsumenten. Durch Atmung, Ausscheidung und Tod kehren sie schließlich zu den Destruenten und in den Boden zurück.

6. Biomasse und Produktion

• Biomasse: Gesamtmenge an organischer Materie einer Population, Trophieebene oder Lebensgemeinschaft zu einem bestimmten Zeitpunkt.
• Produktion: Biomassezuwachs pro Zeiteinheit.
• Primärproduktion (PPN): Biomassezuwachs der Produzenten.
• Sekundärproduktion (SPN): Biomassezuwachs auf den verschiedenen Konsumentenebenen.
• Nettoproduktion des Ökosystems (NPÖ): Akkumulierte Biomasse im Ökosystem während eines bestimmten Zeitraums. NPÖ = Photosynthese − Atmung.

7. Ökologische Pyramiden

Pyramidendarstellungen dienen zur Veranschaulichung der Verhältnisse zwischen den Trophieebenen. Sie können unterschiedliche Größen darstellen:

• Energiepyramide
• Biomassepyramide
• Zahlenpyramide

8. Biogeochemischer Kohlenstoffkreislauf

Dieser Kreislauf beschreibt, wie chemische Elemente zwischen Lebewesen und unbelebter Umwelt wechseln. Beim Kohlenstoff gilt:

1. Durch die Photosynthese wird CO₂ in organische Verbindungen umgewandelt.
2. Organischer Kohlenstoff zirkuliert durch die Nahrungsaufnahme.
3. Ein großer Teil kehrt durch die Atmung als CO₂ in die Atmosphäre zurück.
4. Destruenten zersetzen abgestorbene Organismen und Sedimente, sodass der Kohlenstoff in Gesteine eingelagert oder umgewandelt wird.
5. Atmosphärisches CO₂ wird durch Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt.
6. Meeresorganismen binden einen Teil des Kohlenstoffs in Verbindung mit H₂O; nach ihrem Tod sinkt er zum Meeresboden.