Grundlagen der Ökologie: Ökosysteme, Kreisläufe & mehr

Ökosysteme und trophische Ebenen

Ein Ökosystem kann als ein offenes System definiert werden, das aus einem physikalisch-chemischen Teil (Biotop) und einem biotischen Teil (Biozönose), also allen Lebewesen, die darin zusammenleben, besteht.

Trophische Ebenen im Ökosystem

• Produzenten: Sie bilden die erste trophische Ebene, da sie autotrophe Organismen sind, d.h. sie produzieren organische Substanz aus anorganischer Materie und einer Energiequelle.
• Konsumenten: Ein Teil der von den Produzenten produzierten organischen Substanz dient den Konsumenten als Nahrung, die für die ATP-Gewinnung durch Zellatmung genutzt wird, um sich zu vermehren und zu wachsen.

Arten von Konsumenten:

• Pflanzenfresser (Primärkonsumenten)
• Sekundär- und Tertiärkonsumenten
• Allesfresser

Aasfresser und Destruenten:

• Aasfresser: Organismen, die sich von toten Tieren ernähren.
• Destruenten (Zersetzer): Sie sind unverzichtbar für das Recycling und die biologische Abbaubarkeit von organischem Material.

Arten von Destruenten:

• Transformatoren
• Mineralisierer

Nahrungsketten und Nahrungsnetze

Nahrungsketten sind sehr vereinfachte Darstellungen von trophischen Beziehungen, da ein Organismus Individuen verschiedener Arten fressen und selbst von verschiedenen Arten gefressen werden kann. Daher ist eine genauere Darstellung das Nahrungsnetz, das, wenn es umfassend dargestellt wird, die trophischen Beziehungen in einem Ökosystem exakt widerspiegelt.

Biomasse

Biomasse ist die Gesamtmenge der Trockenmasse pro Flächeneinheit oder Volumen eines Organismus oder einer bestimmten trophischen Ebene.

Produktion in Ökosystemen

Produktion ist die Zunahme der Biomasse pro Zeiteinheit.

Arten der Produktion:

• Primärproduktion: Die von autotrophen Organismen (Produzenten) erzeugte Biomasse.
• Sekundärproduktion: Die von heterotrophen Organismen (Konsumenten) erzeugte Biomasse.

Details zur Produktion:

• Bruttoproduktion: Die gesamte Biomasse, die pro Zeiteinheit von einem Individuum oder einer trophischen Ebene produziert wird, einschließlich der durch Atmung verbrauchten Biomasse.
• Nettoproduktion: Die Bruttoproduktion abzüglich der durch Atmung entstandenen Verluste.

Produktivität

Produktivität definieren wir als das Verhältnis von Nettoproduktion zu Biomasse. Man kann auch sagen, dass Produktivität die Rate ist, mit der Biomasse erzeugt bzw. erneuert wird. Sie wird daher auch als Umsatzrate bezeichnet.

Effizienz in Ökosystemen

Effizienz ist ein Parameter, der verwendet wird, um die Leistung einer trophischen Ebene oder eines Systems auszudrücken. Sie wird berechnet als das Verhältnis zwischen der abgegebenen Energie und der aufgenommenen Energie.

Stoffkreisläufe (Biogeochemische Kreisläufe)

Stoffkreisläufe (oder biogeochemische Kreisläufe) beschreiben die Bewegung von chemischen Elementen durch die Teilsysteme der Erde und der Biosphäre. Sie werden in zwei Hauptkategorien unterteilt:

Gasförmige Kreisläufe:

Diese Kreisläufe besitzen eine flüchtige Komponente. Die Elemente zirkulieren durch die Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre und Biosphäre. Die Bewegung ist rasch, und laterale Verluste sind in der Regel unproblematisch.

Der Kohlenstoffkreislauf:

Kohlenstoff ist in der Atmosphäre als CO₂, in der Erdkruste in Form von Karbonatgestein und in der Hydrosphäre hauptsächlich als gelöstes Bikarbonat und CO₂ vorhanden. In der Biosphäre ist er in organische Moleküle integriert und bildet auch Strukturen wie Skelette als gelöstes Karbonat und Bikarbonat in verschiedenen Organismen.

Der Stickstoffkreislauf:

Stickstoff ist in der Atmosphäre als N₂ und in wesentlich geringerem Maße in Molekülen wie NO, N₂O und NO₂ (zusammenfassend als N_xO_y bezeichnet) vorhanden.

Sedimentäre Kreisläufe:

Diese Kreisläufe besitzen keine flüchtigen Komponenten und sind daher hauptsächlich auf die Hydrosphäre, Lithosphäre und Biosphäre beschränkt. Die Bewegung ist langsam, und laterale Verluste sind hier von Bedeutung.

Der Phosphorkreislauf:

Phosphor ist im Boden in Form von Phosphaten zu finden. Er stammt aus Gesteinen, wo er durch chemische und mechanische Verwitterung freigesetzt wird.

Der Schwefelkreislauf:

Schwefel wird von Pflanzen und Algen in Form von Sulfat in organische Substanz aufgenommen und in Form von organischen Molekülen weitergegeben.

Population

Eine Population ist die Gesamtheit der Individuen einer Art, die in einem bestimmten Ökosystem leben.

Toleranzbereich

Der Begriff des Toleranzbereichs: Dies ist der Bereich eines Umweltfaktors, innerhalb dessen eine bestimmte Art wachsen und sich entwickeln kann. Dieser Bereich wird durch die Toleranzgrenzen der Art festgelegt.