Grundlagen der Ökologie: Ökosysteme und Biosphäre

Grundlagen der Ökologie und Ökosysteme

Biosphäre: Alle Lebewesen auf der Erde, die zusammen das globale System bilden. Ökosysteme: Die physische Umwelt, die Beziehungen zwischen den Organismen und die Dynamik eines komplexen Systems. Biotop: Der nicht lebende Teil des Ökosystems (abiotische Faktoren wie Umwelt, Substrat). Biozönose: Der lebende Teil des Ökosystems (alle seine Geschöpfe). Biotische Faktoren: Interaktionen zwischen Lebewesen. Abiotische Faktoren: Eine Reihe von physikalischen und chemischen Variablen. Population: Zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort lebende Gruppe von Individuen der gleichen Art. Lebensraum (Habitat): Der Wohnraum einer Population. Gemeinschaft (Community): Die Populationen verschiedener Arten an einem spezifischen Ort und zu einer bestimmten Zeit. Ökologische Nische: Die Rolle einer Art innerhalb eines Ökosystems.

Trophische Beziehungen und Energiefluss

Trophische Beziehungen: Ein Mechanismus für die Übertragung von Energie zwischen Lebewesen über die Nahrung. Trophieebene: Die Stufe innerhalb eines Nahrungsnetzes (Produzenten, Konsumenten, Unterebenen). Nahrungsketten: Im Ökosystem organisierte Serien von Nahrungsbeziehungen zwischen Organismen. Nahrungsnetz: Zwei oder mehr trophische Kanäle, die durch ein Netz von Organismen miteinander verbunden sind.

Ökologische Sukzession und Stoffkreislauf

Ökologische Sukzession: Ein dynamischer Prozess der Wechselwirkung zwischen abiotischen und biotischen Faktoren, der zur Schaffung eines komplexen und stabileren Ökosystems führt.

Recycling der Materie: Anorganische und organische Substanzen im Boden werden zersetzt, sodass Produzenten sie wiederverwenden können. Biologisch abbaubare organische Materie wird durch Destruenten (Zersetzer) recycelt. Zu den Destruenten gehören:

• Heterotrophe Destruenten: Saprotrophe Wesen (Boden: Bakterien, Pilze; Wasser: Bakterien).
• Mineralisierer: Chemosynthetische Destruenten (autotroph), die Mineralsalze an die Umwelt abgeben.

Es besteht ein geschlossener Kreislauf der Materie, wobei einige Nährstoffe durch Auswaschung (Lixiviation) oder Vergasung verloren gehen können. Ein Teil des organischen Materials kann ohne Sauerstoff begraben werden und sich ohne Recycling in Kohle oder Öl verwandeln.

Biomasse und Produktion

Biomasse: Die Menge der organischen Substanz auf einer Trophieebene oder im Ökosystem, gemessen in Masse (g C) oder Energieeinheiten (kcal) pro Fläche oder Volumen (g C / m², g C / m³). Produktion: Die Menge an Biomasse, die in einem bestimmten Zeitraum produziert wird (g C / m² / Tag oder kcal / ha / Jahr); sie gibt die Menge des Energieflusses auf den Trophieebenen an.

• Primärproduktion: Durch Autotrophe fixierte Energie.
• Sekundärproduktion: Die entsprechende Energie der Heterotrophen.
• Bruttoproduktion (P_go): In einer Zeiteinheit fixierte Energie; bei Produzenten durch Photosynthese, bei Konsumenten die assimilierte organische Substanz.
• Nettoproduktion (P_ga): Die Energie, die der nächsten Trophieebene zur Verfügung steht (P_ga = P_go - Respiration).

Produktivität / Erneuerungsrate: Das Verhältnis von Produktion zu Biomasse (P / B), welches die Erneuerung der Biomasse beschreibt. Erneuerungszeit: Die Zeit, die benötigt wird, um eine Trophieebene oder ein Ökosystem zu erneuern (B / P). Wirkungsgrad: Der Ertrag einer Trophieebene im Verhältnis zur vorherigen (in %); Produzenten: P_go / Sonnenstrahlung; Konsumenten: P_go / P_in der vorhergehenden Kategorie.

Ökologische Pyramiden und limitierende Faktoren

Ökologische Pyramide: Grafische Darstellung der trophischen Struktur einer Gemeinschaft. Organismen der unteren Ebenen versorgen die höheren Ebenen mit Energie. Da die Energie mit jeder Stufe abnimmt, entsteht eine Pyramidenform. Destruenten erscheinen hier meist nicht, da ihre Biomasse schwer zu berechnen ist, was die Nutzung der Pyramiden einschränkt.

Limitierende Faktoren der Primärproduktion:

• Temperatur und Luftfeuchtigkeit: Erhöhen die photosynthetische Aktivität. Zu hohe Temperaturen können Enzyme denaturieren und die Produktion abrupt senken.
• Nährstoffmangel: Stickstoff und Phosphor sind oft limitierende Faktoren für die Biosynthese. In Ozeanen erschwert die Distanz zwischen der photischen Zone (Synthese) und dem Meeresgrund (Zersetzung) die Nährstoffverwertung.
• Licht: In tiefen Gewässern begrenzt der Lichtmangel das Leben. Die Tiefe der photischen Zone variiert nach Breitengrad, Saison und Wasserqualität.

Selbstregulierung von Populationen

Bevölkerungswachstum: Änderung der Individuenzahl pro Fläche im Laufe der Zeit. Faktoren: Geburtenrate, Sterberate, Emigrationsrate und Immigrationsrate. Die Wachstumsrate (r) beschreibt die Änderung ohne Migration. Das biotische Potenzial ist der maximale Wert von r.

Lebensstrategien:

• K-Strategen (S-förmige Kurve): Langsame Entwicklung, geringe Reproduktion, langlebig, wettbewerbsfähig in stabilen Ökosystemen.
• r-Strategen (J-förmige Kurve): Schnelle Nutzung von Ressourcen, hohe Reproduktionsrate, Pioniere in leeren oder gestörten Räumen (opportunistisch).

Ökologische Valenz: Toleranzbereich einer Art gegenüber abiotischen Faktoren. Euroök (Generalisten): Weiter Toleranzbereich. Stenoök (Spezialisten): Enger Toleranzbereich.

Intraspezifische Beziehungen:

• Kolonien: Physisch verbundene Individuen (z. B. Korallen).
• Familien: Eltern und Nachkommen zur Fortpflanzung und Fütterung.
• Verbände: Vorübergehende Zusammenschlüsse zu einem Zweck.
• Staaten (Sozietäten): Arbeitsteilung nach morphologischen Merkmalen (z. B. Bienen, Ameisen).

Verlust der Artenvielfalt

Ursachen:

• Verschmutzung: Pestizide, Düngemittel und Blei (z. B. durch Jagdmunition), die Raubvögel schädigen.
• Fragmentierung und Zerstörung: Landwirtschaft, Industrie und Städtebau führen zur Entwaldung und Zerstörung von Lebensräumen.
• Direkte Nutzung: Übermäßige Jagd, Fischerei und Sammelleidenschaft.
• Invasive Arten: Fremde Arten verdrängen Einheimische oder schleppen Parasiten ein. Dies führt zur Instabilität der Ökosysteme. Beispiele sind historische Pflanzeneinführungen, Haustiere oder der versehentliche Transport durch den Welthandel (z. B. die Alge Caulerpa taxifolia im Mittelmeer).

Böden des Baskenlandes

Boden: Schnittstelle zwischen Mineralien und Lebewesen; eine dynamische Schicht aus Mineralien, organischer Substanz, Wasser und Luft. Die Bildung erfolgt durch Verwitterung des Muttergesteins und Zersetzung organischer Abfälle. Er ist eine lebenswichtige, in der Praxis nicht erneuerbare Ressource.

Bodenprofile: Organisiert in Horizonten: A (Humus), B (Anreicherung von Kationen), C (verwittertes Muttergestein), D (unverändertes Muttergestein).

Bodentypen im Baskenland:

• Litosol: Junger, nackter Boden ohne ausgeprägte Horizonte.
• Ranker: Junger Boden auf saurem Muttergestein (A/C-Profil).
• Rendzinen: Junger Boden auf basischem Muttergestein.
• Braunerde: Älterer Boden mit (B)-Horizont.
• Rote mediterrane Böden (Luvisol): Voll entwickelt, entstehen durch Errubefakzio (Wechsel von Regen und trockener Hitze).
• Podsol: Entsteht oft unter Nadelbäumen; führt zu Basenverlust und einer grauen Farbe des A-Horizonts.