Ökosysteme verstehen: Energiefluss, Stoffkreisläufe, Sukzession & Schädlingsbekämpfung

Energie- und Stoffkreisläufe in Ökosystemen

In Ökosystemen wird Energie durch trophische Beziehungen von einem Organismus zum anderen übertragen.

Energiefluss

Der Energiefluss ist ein unidirektionaler, offener Prozess. Ökosysteme benötigen eine kontinuierliche Energiezufuhr für ihre Funktion. Die Energie, die in ein Ökosystem gelangt, stammt von den Produzenten. Die Energie, die die Erde erreicht, wird durch Photosynthese für diesen Prozess genutzt. Dabei wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Der Teil der Energie, der als organische Materie gespeichert ist, kann auf die nächste trophische Ebene übertragen werden.

Stoffkreislauf

Der Stoffkreislauf ist ein geschlossener, zyklischer Prozess. Materie findet sich sowohl in lebenden Organismen als auch in der Umwelt, wie der Atmosphäre, der Erdkruste und dem Wasser des terrestrischen Ökosystems. Materie wird ständig recycelt. Produzenten nutzen anorganische Stoffe und wandeln sie in organisches Material um.

Biomasse und Produktion in Ökosystemen

Biomasse

Biomasse ist die Menge an organischer Substanz, die in einer individuellen trophischen Ebene oder einer Ökosystempopulation angesammelt ist. Sie wird in Kilogramm oder Gramm pro Flächen- oder Volumeneinheit gemessen.

Produktion

Produktion ist die Menge an Energie, die als Biomasse auf jeder trophischen Ebene pro Zeiteinheit gespeichert wird.

Primär- und Sekundärproduktion

Je nach trophischer Ebene unterscheidet man:

• Primärproduktion: Die von Produzenten durch Photosynthese in einem Ökosystem eingefangene Energieerzeugung.
• Sekundärproduktion: Die von Konsumenten durch Nahrungsaufnahme erfasste Energie.

Brutto- und Nettoproduktion

Innerhalb der Produktion wird unterschieden zwischen:

• Bruttoproduktion (BP): Der Gesamtbetrag der von einem Organismus erzeugten Biomasse.
• Nettoproduktion (NP): Der Gesamtbetrag der Biomasse, die für die nächste trophische Ebene übrig bleibt.

Produktivität

Produktivität bezieht sich auf den Rentabilitätsstatus eines Organismus, der seine Produktion mit der Biomasse in Beziehung setzt. Sie ist umso größer, je geringer der Biomasseverlust zwischen den trophischen Ebenen ist.

Natürliche Veränderungen in Ökosystemen

Ökosysteme sind dynamische Strukturen, die im Laufe der Zeit schwanken. Alle tendieren zu einem Gleichgewicht oder einem Zustand der Stabilität, in dem nur wenige Veränderungen auftreten.

Stabilität und Gleichgewicht

Bedingungen für Stabilität

Für die Stabilität eines Ökosystems müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

• Umweltfaktoren bleiben stabil.
• Die Individuenzahl der Populationen sollte mehr oder weniger konstant bleiben.
• Es dürfen keine externen Faktoren das Ökosystem verändern.

Ursprung der Veränderungen

Abhängig von der Herkunft der Veränderung kann diese sein:

• Natürlich: Als natürliches Ergebnis der inneren Dynamik des Ökosystems.
• Künstlich: Verursacht durch anthropogene Aktivitäten des Menschen auf die Umwelt.

Dauer der Veränderungen

Abhängig von der Dauer der Veränderung kann diese sein:

• Schrittweise: Findet langsam über längere Zeiträume hinweg statt.
• Katastrophal: Geschieht schnell in einem kurzen Zeitraum.

Natürliche Veränderungen in der Biozönose, die über einen bestimmten Zeitraum (Hunderte von Jahren) auftreten, werden als biologische Zeit bezeichnet. Veränderungen, die durch menschliches Handeln verursacht werden, treten in der sogenannten sozialen Zeit auf.

Globaler Wandel

Im Laufe der Erdgeschichte kam es zu abrupten Veränderungen in den Umweltbedingungen, die auf die eine oder andere Weise global waren und den gesamten Planeten betrafen. Große Landflächen, die von Gletschereis bedeckt waren, sind ein Beispiel dafür.

Rhythmische Veränderungen

In allen Ökosystemen treten zyklische und vorhersehbare Veränderungen auf.

Tag-Nacht-Rhythmus

Diese Veränderungen können direkt beobachtet werden und sind auf die Dynamik der Erde und die Bewegungen von Erde, Sonne und Mond zurückzuführen. Der Tag-Nacht-Rhythmus beeinflusst alle Ökosysteme, außer jenen, die kein direktes Licht erreichen. Tagsüber dominiert im marinen Ökosystem die Photosynthese über die Respiration. Tagsüber befinden sich photosynthetische Organismen nahe der Oberfläche, nachts die Tiere. In terrestrischen Ökosystemen können Tiere nachts oder tagsüber aktiv sein.

Jahreszeitenwechsel

Betrifft alle Ökosysteme, insbesondere in den gemäßigten Zonen, wo sich die Organismen an die zyklischen Veränderungen im Laufe des Jahres anpassen müssen.

Ökologische Sukzession

Sukzession ist die Abfolge von Veränderungen, die nacheinander in einem Ökosystem als Ergebnis seiner eigenen internen Dynamik auftreten. Es ist ein langsamer und schrittweiser Prozess, der eine progressive Evolution des Ökosystems von einem ursprünglichen Zustand geringer biologischer Vielfalt zu einem Endzustand größerer Vielfalt darstellt.

Merkmale der Sukzession

Generelle Veränderungen während einer Sukzession:

• Erhöhung der Artenvielfalt
• Zunehmende strukturelle Komplexität
• Zunahme der Biomasse
• Erhöhte Effizienz der Energienutzung
• Zunehmende Produktivität des Ökosystems
• Erhöhte Stabilität

Klimaxstadium

Das Klimaxstadium ist ein idealer Endzustand eines Ökosystems nach einem Sukzessionsprozess.

Primärsukzession

Die Primärsukzession tritt in einem Gebiet auf, das zuvor nicht besiedelt war und keine Lebensgemeinschaft oder Bodenbildung aufwies.

Sekundärsukzession

Die Sekundärsukzession tritt nach einer Störung in einem Gebiet auf, in dem zuvor eine Gemeinschaft existierte, die teilweise oder vollständig eliminiert wurde.

Schädlinge und ihre Bekämpfung

Schädlinge können mit verschiedenen chemischen Produkten, sogenannten Pestiziden, bekämpft werden. In der Landwirtschaft werden Pestizide eingesetzt, um Insekten zu kontrollieren, Herbizide zur Unkrautvernichtung und Fungizide zur Beseitigung oder Vorbeugung von Schimmelbildung im Boden.

Chemische Schädlingsbekämpfung

Vorteile und Nachteile chemischer Pestizide

Die wichtigsten Aspekte der Verwendung von Pestiziden sind:

• Vorteile:
  • Verbesserung des Ernteertrags
  • Kontrolle bestimmter Epidemien
• Nachteile:
  • Entwicklung von Resistenzen
  • Umweltverschmutzung
  • Hohe Persistenz in der Umwelt
  • Mangelnde Selektivität
  • Bioakkumulation

Biologische Schädlingsbekämpfung

Die biologische Schädlingsbekämpfung ist der Einsatz von Lebewesen (wie Parasiten oder spezifischen Prädatoren), um die Populationsdichte der schädlichen Arten zu regulieren und auf ein sehr niedriges Niveau zu reduzieren. Es ist eine langsamere Methode als die chemische Bekämpfung und erfordert eine präzise Steuerung sowie eine sorgfältige Untersuchung der Populationsdynamik.