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Einführung zur Ökologie

Letzte Aktualisierung: 03.05.2022

Zusammenfassung

Ökologie ist die Wissenschaft von den Wechselbeziehungen zwischen den Lebewesen und ihrer Umwelt. Sie beschreibt in der Populationsökologie die Wechselwirkungen von Tierpopulationen untereinander und definiert die ökologische Nische. Zentraler Bestandteil ist das Verständnis von Nahrungsketten und Stoffkreisläufen. Über die Fotosynthese bilden Pflanzen energiereiche organische Verbindungen und damit die Grundlage der Stoffkreisläufe. Außerdem sind hochwertige Böden für ein fruchtbares Pflanzenwachstum eine Grundvoraussetzung.

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Grundlagen

Ökologie

  • Die Ökologie ist die Wissenschaft von den Wechselbeziehungen zwischen den Lebewesen und ihrer Umwelt.
    • Im Gegensatz zum Naturschutz ist die Ökologie eine objektive Wissenschaft.
  • Ökosystem: Gefüge aus Lebewesen untereinander (Biozönose) und mit ihrem Lebensraum (Biotop)

Ökologische Grundbegriffe

Ökologische Nische

  • Die ökologische Nische ist die Stellung einer Art in den Wechselwirkungen ihrer Umweltfaktoren („Beruf“ einer Art).
  • Beispiel: Turmfalke und Waldohreule
    • Ähnlicher Lebensraum (Kulturlandschaft)
    • Gleiche Nahrung (Feldmäuse)
    • Aber unterschiedliche Bejagungsmuster (Tag- und Nachtjäger)

Bioindikatoren

  • Bioindikatoren sind Organismen, die sehr sensibel auf ihre Umwelt reagieren und deshalb Rückschlüsse auf die Umweltqualität ermöglichen.
  • Flechten sind ein Beispiel für Bioindikatoren
    • Sehr sensibel auf Luftverschmutzung → Fehlen von Flechten als Hinweis für Luftschadstoffe
Flechte
Zeigerpflanzen
  • Zeigerpflanzen sind Pflanzen mit geringer Toleranz gegenüber Umweltfaktoren, die Rückschlüsse auf Boden und Umwelt ermöglichen.
  • Synonym: Indikatorpflanzen
Arnika
Beispiele für Zeigerpflanzen
BodenqualitätZeigerpflanzen
Stickstoffreich
Nährstoffarm und sauer
Nährstoffarm und alkalisch
  • Wiesensalbei
  • Hufeisenklee
  • Wundklee
Nährstoffarm und feucht
  • Breitblättriges Knabenkraut
  • Schlangenknöterich

Weitere Begriffe

  • Schlüsselarten: Arten, die eine Voraussetzung für das Vorkommen anderer Arten bilden
  • Leitarten: Arten mit sehr hohen Ansprüchen an ihren Lebensraum (z.B. Auerwild und Schwarzstorch)

Populationsökologie

  • Definition: Teilgebiet der Ökologie, das die Wechselwirkungen von Populationen untereinander und mit ihrer Umwelt untersucht
  • Population: Gesamtheit der Individuen einer Art in einem bestimmten Raum
  • Art: Organismen, die sich von anderen Organismen unterscheiden und sich untereinander fortpflanzen können.
  • Jagdlich für die Abschussplanung relevant
  • Die Populationsgröße ist abhängig von der Reproduktionsrate und der Sterblichkeit.

Fortpflanzungsstrategien

  • Unterscheidung von zwei Fortpflanzungsstrategien
  • R-Strategen sind Arten mit einer hohen Reproduktionsrate (R), die sich über ihre Kapazitätsgrenze hinaus vermehren und so nur ein geringer Teil der Nachkommen überlebt.
  • K-Strategen sind Arten mit einer niedrigen Reproduktionsrate, die sich nahe an der Kapazitätsgrenze (K) ihres Lebensraums vermehren und deren Nachwuchs höhere Überlebenschancen hat.
  • Fließende Übergänge zwischen den beiden Strategien

Je komplexer ein Lebewesen ist, desto eher verfolgt es eine K-Strategie.

R-Strategie

K-Strategie

ReproduktionsrateHochGering
KörpergrößeKleinGroß
LebensdauerKurzLang
PopulationsgrößeVariabelStabil
BeispielBlattlausRotwild

Nahrungskette

  • Die Nahrungskette ist ein Modell der Zusammenhänge von Organismen als Nahrung füreinander („Fressen und Gefressen werden“).
  • Mehrere Nahrungsketten bilden ein Nahrungsnetz

Stoffkreislauf

  1. Produzenten: Grüne Pflanzen
  2. Konsumenten
    1. Pflanzenfresser (Primärkonsumenten)
    2. Fleischfresser (Sekundärkonsumenten)
    3. Allesfresser (z.B. Schwarzwild)
  3. Reduzenten/Destruenten → Mineralisierung
    1. Bakterien
    2. Pilze
Stoffkreislauf

Nur grüne Pflanzen können energiearme (anorganische) Stoffe in verwertbare (organische) Stoffe umwandeln.

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Pflanzen

Hintergrund

  • Unterteilung in Samen- und Sporenpflanzen nach Art der Vermehrung
  • Nutzpflanzen sind vorwiegend Samenpflanzen
SamenpflanzenSporenpflanzen
VerbreitungsorganeSamen (aus Blüten)Sporen
BeispieleGemüse, Obst, NüsseAlgen, Moose, Farne

Aufbau der Samenpflanzen

Grundorgane

  1. Wurzel
  2. Spross
  3. Blatt
Pflanze Schema

Aufgaben der Organe

Wurzel
  1. Verankerung
  2. Nährstoffaufnahme (Wasser und Salze)
  3. Nährstoffspeicher (z.B. Knollen oder Rüben)
Spross
  • Transport
    • Wasser und Salze von den Wurzeln zu den Blättern
    • Nährstoffe von den Blättern in die Pflanze zum Wachstum
  • Wachstum
Blatt
  • Fotosynthese
    • Synthese organischer Verbindungen
    • Abgabe von Traubenzucker und Sauerstoff
  • Zellatmung
    • Abgabe von Wasser und Kohlendioxid

Bedürfnisse

  • Wasser
    • Wasserstoff (H)
    • Sauerstoff (O)
  • Luft
    • Sauerstoff (O)
    • Kohlenstoff (C)
  • Nährstoffe
    • Hauptnährelemente
    • Spurenelemente
  • Licht → Energie

Nährstoffe

Hauptnährelemente
  • Stickstoff (N): Grundbaustein von Eiweißen
  • Phosphor (P): Blüten, Früchte
  • Kalium (K): Standfestigkeit und Widerstandskraft
  • Calcium (Ca): Wachstum
  • Magnesium (Mg): Wasserhaushalt
  • Schwefel (S): Baustein von Eiweißen

Hauptnährelemente Pflanzen

Spurenelemente
  • Eisen
  • Mangan
  • Zink
  • Kupfer
  • Chlor
Gesetz des Minimums
  • Pflanzenwachstum ist abhängig vom am wenigsten vorhandenen Nährstoff
  • Überschuss anderer Nährstoffe kann nicht kompensierend wirken

Stoffwechsel

Fotosynthese (Assimilation)

Bei der Fotosynthese entstehen mithilfe von Blattgrün und der Energie des Sonnenlichts aus energiearmen (anorganischen) Stoffen energiereiche (organische) Verbindungen.

  • Kohlendioxid + Wasser + Sonnenlicht (und Blattgrün) → Traubenzucker (energiereich) + Sauerstoff
    • Kohlendioxid (CO₂) wird aus der Luft gezogen
    • Wasser (H₂O) wird aus dem Boden gezogen
    • Traubenzucker wird an die Pflanze abgegeben
    • Sauerstoff wird in die Luft abgegeben
Photosynthese

Zellatmung (Dissimilation)

Bei der Atmung von Pflanzen werden energiereiche (organische) Verbindung zur Energiegewinnung verbrannt. Es entstehen Kohlendioxid, Wasser und Wärme.

  • Traubenzucker + SauerstoffKohlendioxid + Wasser + Wärme
  • Zellatmung findet vor allem nachts zur Energiegewinnung bei Pflanzen statt
    • Nachts fehlt die Sonnenenergie
Zellatmung
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Böden

Allgemeines

  • Die Art des Bodens bestimmt, welche Eigenschaften er für Pflanzen hat.
  • Bodenfruchtbarkeit: Natürliche Fähigkeit des Bodens Pflanzen zu ernähren
  • Das Gemisch der Bodenarten bestimmt Wasserhaushalt, Luftdurchlässigkeit und Fruchtbarkeit

Bodenarten

  • Unterscheidung anhand der Korngrößen
  • Sandboden: Große Körner, leicht, trocken, nährstoffarm, gut erwärmbar
  • Tonboden: Kleine Körner, schwer, feucht, nährstoffreich, schlecht erwärmbar
  • Lehm ist ein Gemisch aus den drei Hauptböden (Sand, Schluff und Ton). Die Eigenschaften liegen meist zwischen denen von Sand- und Tonboden.
Bodenarten

pH-Wert

  • Der pH-Wert ist ein Maß für den Säuregehalt von Wasser.
    • pH < 7 → Sauer
    • pH = 7 → Neutral
    • pH > 7 → Alkalisch
  • Pflanzen haben unterschiedliche Anforderungen an den pH-Wert.
  • Saure Böden können mit Kalk neutralisiert werden.

Feuchtigkeit

  • Wasserhaushalt ist eine zentrale Voraussetzung für die Fruchtbarkeit von Böden.
  • Wasser ist zum Lösen der Nährstoffe notwendig.
  • Totwasser: Wasser, das von Pflanzen aufgrund der Tiefe nicht verwertet werden kann.
  • Stauwasser: Überschüssiges Wasser aufgrund von einer Wasserundurchlässigkeit tieferer Bodenschichten.

Fruchtbare Böden

  • Humus: Böden mit vielen organischen und mineralischen Bestandteilen, sowie Bodenlebewesen
  • Lössböden: Sehr fruchtbare Böden
    • Humushaltig, speichern Feuchtigkeit und sind durchlässig
    • Neutraler pH-Wert

Waldbodenprofil

  • Streuschicht
    • Abgestorbene und gefallene Pflanzenteile
    • Unzersetzte, organische Substanz
  • Humus
    • Zersetzte Pflanzenteile
    • Nährstoffreich
  • Oberboden/Unterboden
    • Abnehmender Anteil organischer Substanz
    • Zunehmender Anteil an Mineralien
Waldbodenprofil

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