2. Populationsökologie Was ist eine Population?

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1 2. Populationsökologie Was ist eine Population?
Schwerpunkte: 1. Populationsgrösse 2. Populationsdynamik 45

2 Was ist eine Population?
Summe der Individuen einer Art in einem Siedlungsgebiet in Wechselwirkung miteinander z.B. Karpfen in einem Teich Löwenzahl in einer Wiesenlandschaft Eichenblattläuse in einem Eichenwald Menschen in einer Stadt intraspezifische Konkurrenz Genfluss 45

3 Populationen haben neue Eigenschaften:
Populationsgrösse (Gesamtzahl im Siedlungsgebiet / Areal) Populationsdichte = Abundanz räumliche Verteilung Altersstruktur mehr als „Summe der Individuen“ emergente Eigenschaften 45

4 Erster Schwerpunkt: Populationsgrösse Ziel: von Zeitpunkt t die Populationsgrösse zum Zeitpunkt t + Δ t berechnen 4 wichtige Parameter jeweils auf Δ t bezogen - Geburten (Natalität) - Sterbefälle (Mortalität) - Zuwanderung (Immigration) - Abwanderung (Emigration) N (t + Δ t ) = N (t) + Geburten – Sterbefälle Zuwanderung – Abwanderung fundamentale Gleichung für die Populationsgrösse 46

5 In natürlichen Populationen: unwahrscheinlich, dass
N Geburten = N Sterbefälle oder N Zuwanderung = N Abwanderung Populationsgrösse verändert sich regelmässige Erfassung nötig Zeitreihe Zeitschritte 47

6 grosse Schwankungen niedrige Populationsdichte Zyklen? sehr konstant
Dynamik einer Population unbegrenztes Wachstum? 47

7 Wie erfassen wir die Populationsdichte? Auszählen von Probeflächen
- repräsentative Probeflächen im Gebiet - sinnvolle Wahl der Flächengrösse - homogene Struktur? - genügende Anzahl Probeflächen 2. Fang-Wiederfang-Methode 49

8 je 5 Stichproben / je 100 Individuen
geklumpt Sozialverhalten Kolonien zufällig strukturierte Umwelt je 5 Stichproben / je 100 Individuen benötigte Probenzahl: wenige – eine - viele gleichmässig Territorialverhalten 49

9 Zweite Methode: Fang-Wiederfang-Methode (mobile oder kryptische Arten)
Zeitpunkt t: M Individuen fangen, markieren, entlassen Zeitpunkt Δ t : W Individuen fangen, Wmark. bestimmen ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 10 % markiert alle wieder nur Hälfte gefunden wieder gefunden 50

10 10 fangen und markieren (M) ideale Vermischung vorausgesetzt
Population mit 100 Tieren 10 fangen und markieren (M) ideale Vermischung vorausgesetzt weder Geburt noch Tod noch Migration Markierung behindert nicht und fällt nicht ab 10 Neufang (W), 1 markiert (Wmark) 10 x 10 / 1 = 100 50

11 weitere Möglichkeiten der Abschätzung der Populationsgrösse
- Fallen für Kleinsäuger - Fanggefässe mit Fixierflüssigkeit für Arthropoden Aktivitätsdichte: nicht quantitativ nur innerhalb der Methode vergleichbar tiergruppenspezifisch 50

12 Index zur Berechnung der Populationsgrösse Frassschäden nach
Rangskala geschätzt Einfarbige Ackerschnecke 51

13 der Populationsgrösse Auszählen von Larven pro kg Ast log Skala!
Index zur Berechnung der Populationsgrösse Auszählen von Larven pro kg Ast log Skala! Lärchentriebwickler 51

14 der Populationsgrösse Zählen aller Vögel auf standardisierten
Index zur Berechnung der Populationsgrösse Zählen aller Vögel auf standardisierten Exkursionen Schwarzhalstaucher 51

15 der Populationsgrösse Jagdstatistik
Index zur Berechnung der Populationsgrösse Jagdstatistik Marderhund 51

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18 Zweiter Schwerpunkt: Populationsdynamik Komplexer Zusammenhang:
erste Vereinfachung: ohne Ein- und Auswanderung N(t + Δt) = N(t) + Geburten - Sterbefälle zweite Vereinfachung: diskrete Zeitschritte N(t + 1) = N(t) + Geburten - Sterbefälle 53

19 Populationsdynamik: zwei wichtige Grössen
Wachstumsrate der Population = N(t + 1) - N(t) = Geburten – Sterbefälle Individuelle Wachstumsrate = 53

20 g = pro-Kopf-Geburtenrate s = pro-Kopf-Sterberate
Annahme: g und s = konstant, pro Zeitschritt gleich nicht umweltabhängig N(t + 1) = N(t) + g N(t) – s N(t) N(t + 1) = N(t) + (g – s) N(t) (g – s) = R individuelle N(t + 1) = N(t) + R N(t) Wachstumsrate = (1 + R) N(t) 54

21 Dynamik einer Population ergibt sich aus der
Berechnung aufeinanderfolgender Zeitschritte 54

22 negatives Wachstum 55

23 exponentielles Wachstum Ist das realistisch
exponentielles Wachstum Ist das realistisch? Viele Annahmen: - Zeitschritte (z.B. pro Jahr) - keine Ein- / Auswanderung - g und s unverändert - ressourcenunabhängig - alle Individuen gleich (Alter, Geschlecht) - dichteunabhängig Gibt es das? 56

24 unbegrenztes Wachstum möglich solange Ressourcen nicht begrenzt
Beispiel: invasive Arten 56

25 Lösung für Problem des unbegrenztes Wachstums
Individuen verbrauchen Ressourcen: N(R) R(N) ist bei N = 0 max, bei Nmax = 0 → Kapazität K 57

26 Rm und K bestimmen dynamisches Verhalten
dichteabhängige individuelle Wachstumsrate damit Regulation möglich (nicht unbedingt linear) Veränderung von R: mit zunehmender Dichte nimmt indiv. Geburtenrate ab, Sterberate zu aus ungebremstem Wachstum wird assymptotische Annährung an K (Kapazität, carrying capacity) s-förmiges Populationswachstum logistisches Wachstum 58

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28 assymptotisch zu K: logistisches Wachstum Dichteabhängigkeit
s-förmiges Wachstum assymptotisch zu K: logistisches Wachstum Dichteabhängigkeit Regulation 59

29 bei sehr kleinen Populationen ist R am grössten Aber:
bisherige Annahme: bei sehr kleinen Populationen ist R am grössten Aber: l Mindestgrösse einer Population Partnerfindung bei mehr Individuen leichter grosses Rudel jagt erfolgreicher als kleines grosse Vogelkolonie verteidigt besser als kleine Allee-Effekt 60

30 zwei Gleichgewichtssituationen stabiles und labiles Gleichgewicht
60

31 r (statt R) für Wachstumsrate der Population
r und K sind die zwei zentralen Faktoren Optimierung des Populationswachstums bezogen auf r bzw. K r-Selektion und K-Selektion 76

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33 viele Mikroorganismen (Bakterien) Kleinkrebse (ephemere Gewässer)
r-Strategen viele Mikroorganismen (Bakterien) Kleinkrebse (ephemere Gewässer) Gewässerinsekten wie Zuckmücken etc. Blattläuse Sperlinge, viele Kleinsäuger (Mäuse) Pionierpflanzen K-Strategen viele Säugetiere (Bären, Wale, Primaten, Elefanten) der Mensch soziale Insekten (Bienen) Bäume 76