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Ökologie Wolfgang Nentwig. Spektrum Verlag (Heidelberg) 2007 25 / 41 CHF Seitenangaben.

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Präsentation zum Thema: "Ökologie Wolfgang Nentwig. Spektrum Verlag (Heidelberg) 2007 25 / 41 CHF Seitenangaben."—  Präsentation transkript:

1 Ökologie Wolfgang Nentwig

2 Spektrum Verlag (Heidelberg) / 41 CHF Seitenangaben

3 …diese Vorlesung baut auf Vorlesung 1. Jahr (9 h) auf Vertiefung in allen Gebieten neue Teile kurze Wiederholungen Unterbrechen / Zwischenfragen erlaubt als PPT auf (Leistungseinheiten)

4 Gliederung Einführung Organismen (Autökologie) Populationen (Populationsökologie) Wechselwirkungen zwischen Arten (Synökologie) Lebensgemeinschaft (Synökologie)

5 Einführung (Wiederholung) Definition Ökologie ökologische Nische als zentraler Begriff effizientes Verhalten von Organismen physiologisches Optimum Überlappung von Nischen / Konkurrenz Nischenbreite / Einnischung 8

6 39 fundamentale vs. realisierte Nische

7 Einnischung ist… Spezialisierung / adaptive Radiation Prozess in der Zeit (Evolution) fördert Artbildung schöne Beispiele: Blütenökologie, Kleidervögel Hawaii, Darwinfinken Galapagos führt zu Konvergenz

8 Einnischung und Artenzahl Einnischung in unterschiedlich alten Lebensräumen Einnischung an Pflanzen potenziert Artenzahl Faustregel pro Pflanzenart 10 Tierarten LebensraumGemässigte Zone Tropenwald Alter (Jahre)10.000> Pflanzenarten regionaleinige 100einige 1000 globaleinige einige Tierarten regionaleinige 1000einige globaleinige Millionen Alter (Jahre)10.000>

9 1.2 Umwelt der Organismen 8 Faktor Anpassung Vermeidung Regulation Strategien Organismus euryök – breites Optimum stenök – enges Optimum passiv aktiv

10 Temperatur: wichtigster Faktor (1. Jahr) homoiotherm: Regelung der Temperatur poikilotherm: keine Regelung / Toleranz weitere wichtige Faktoren –Licht – Strahlung (phot) –Feuer (pyrrho) –Wasser (hydr, osmotisch) –biogene Elemente / Luft –Boden –usw. 8

11 1.2.2 Einstrahlung und Photosynthese 9 Spektrale Zusammensetzung Einstrahlung Abstrahlung / Reflexion Transmission Absorption Albedo E A R T A

12 Strahlungsqualität 10 nimmt in Vegetation ab (dunkle Wälder) –Licht- und Schattenarten –Licht- und Schattenblätter nimmt mit Wassertiefe ab –10 m absorbieren 90 % nm ROT –60 m absorbieren 90 % 500 nm GRÜN in 50 – 150 m Wassertiefe weder Farbsehen noch Photosynthese

13 Ökosystemare Konsequenzen 218 pflanzliche Primärproduktion PPP global sehr unterschiedlich Energieeffizienz gering 1-2 % (10-20 % Photovoltaik)

14 217

15 Wasserhaushalt Pflanzengesellschaft Variationsmuster globale Dimension Biodiversität (Makroökologie, Kap.4) Eingestrahlte Energie bestimmt

16 Tiere und Licht? heterotroph, aber 3 wichtige Bereiche: 1.Physiologisch 7-D-hydro-cholesterol kurzwelliges Licht / Haut Cholecalciferol (Vitamin D 3 ) Wirbeltiere: Rachitis, Calciumstoffwechsel 10

17 2. Orientierung im Raum optisch Schlupf vieler Wasserinsekten – weniger optisch jagende Feinde – höhere Luftfeuchigkeit (Cuticulaaushärtung) – reduzierte Transpiration Schwarmzusammenhalt

18 3. Orientierung in der Zeit Chronobiologie biochemische Prozesse triggern Biorhythmik Gene / Proteinbiosynthese / Kryptochrome Schrittmacherzentren (Insekten optische Loben, Mollusken Retina, Vertebraten Epiphyse) circadiane Rhythmik (24 h) Licht als Zeitgeber (Tageszeit, Jahreszeit) 10

19 Jahresperiodik (2 Generationen, Saisondimorphismus) Sommerform (Puppe kurzlebig,adult bei abnehmender Temperatur und Tageslänge, dunkel gefärbt) Winterform (Puppe langlebig, adult bei zunehmender Temperatur und Tageslänge, hell gefärbt) Wahrnehmung Tageslänge Licht + Temperatur 10 WS

20 1.2.4 Feuer typische feuergeprägte Lebensräume: mediterrane Hartlaubvegetation regelmässige Feuer verhindern dichte waldartige Vegetation 251

21 247

22 Korkeichenwald Korsika Chaparral Kalifornien Feuer ebenfalls häufig Steppen Savannen Tundra Taiga Kiefernwälder Eukalyptuswälder 249 ff

23 15

24 natürliche Ursachen (Blitze) weltweit verbreitet / in vielen Lebensräumen Gradient der Temperatur – 700°C im Feuer - Streuauflage 100°C - 5 – 10 cm im Boden: kaum Erhöhung - neben heissen immer kalte Bereiche - d.h. Schutzmöglichkeit / Überleben Mineralisierung toter Biomasse - ersetzt / beschleunigt biotischen Abbau 15

25 Anpassungsmöglichkeiten Pflanzen Korkeiche Quercus suber: Kork Eucalyptus: Rinde Pinus banksiana: Zapfen Erneuerungsknospen im Boden (Geophyten) Samen in der Erde (Therophyten) Regenerationsfähigkeit aus Wurzeln Pyrrhophyten 15/101

26 Anpassungsmöglichkeiten Tiere Vermeiden: Flucht Eingraben Nutzung frisch gebrannter Flächen: Melanophila acuminata (Buprestidae) Schwarze Kiefernprachtkäfer Infrarotsensoren 15

27 Problem Feuer = Sukzessionsbremse Feuerverhinderung –Anhäufung von Biomasse –weniger, aber heftigere Feuer –Schutzgebiete verwalden Konflikt mit Mensch –Waldnutzung –Siedlungen Lösung: kontrolliertes Brennen (fire management, fire ecology)

28

29 1.2.5 Wasser als Ressource 226 Organismen 70 % Wasser

30 Verfügbarkeit von Wasser für Organismus Wasseraufnahme, -transport, -speicher, -abgabe Pflanzen: Evapotranspiration Boden speichert elektrostatisch und kapillar Feldkapazität = max. Füllungsgrad mittlerer Bodenporen Wasserhaushalt von Organismen 17, 31

31 Regulation 17 osmotisch wirksame Stoffe in Zellen osmotischer Druck Osmoregulation Kontrolle innen / aussen Ionenkanäle / -pumpen ATP-Verbrauch, ionenselektiv z.T. Art der Ionen unwichtig, Ladungen! Gesamtkonzentration wichtig

32 mit Regulation innen konstant homoiosmotisch 19 keine Regulation tolerant innen = aussen poikilosmotisch

33 mg kg -1 Meerwasser Süsswasser 35 3 Blut 9 poikilohydre Organismen Blaualgen / Algen Pilze, Flechten, zT Moose Dauereier von Kleinkrebsen aride Lebensräume homoiohydre Organismen Zentralvakuole der Pflanzen Cuticula, Spaltöffnungen Wurzeln kontrollierte Aufnahme, -abgabe von Wasser 18

34 poikilohydre Flechte Ramalina maciformis 35

35 21 Höhere Pflanzen - cuticuläre Transpiration - stömatäre Transpiration - enge Kopplung mit PS - Dilemma Verhungern / Verdursten - diverse PS-Strategien

36 Unterschiede bezüglich Lebensraum taxonomische Gruppen Physiologie / Morphologie 26

37 Ökologische Anpassungen Epiphyten (Bromelien, Orchideen) Xerophyten (aride Lebensräume) Sukkulenz (Konvergenz!) Hydrophyten (Staunässe) Halophyten (Mangroven) 21/22

38 Tiere - Integument - Atmung Insekten Tracheensystem Landcrustaceen Kiemen in Körperhöhlen Sommerschlaf, Nachtaktivität, Eingraben Wasserrückgewinnungsmechanismen - Exkretion (Aminosäureabbau!) Ammoniak (wasserlöslich) Wassertiere Harnstoff (weniger Wasser) Säugetiere Harnsäure (kristallin) Reptilien, Vögel - Oxidationswasser (100 g Fett = 107 g H 2 O) 22/23

39 1.2.6 Biogene Elemente H 2 O und Kohlenstoff, N, P, S Makronährstoffe Ca, K, Mg, Na, Cl Mikronährstoffe / Spurenelemente Photosynthese: Mn, Fe, Cu, Zn, Va, Mg N-Stoffwechsel: Mn, Fe, Cu, B, Co, Mo Hämoglobin Fe Hämocyanin Cu Thyroxin J Zähne, Knochen F spezielle Enzyme mit Ni, Se Hämoglobin Thyroxin Chlorophyll a 23

40 24

41 Kohlenstoff / CO 2 Photosynthese (s.o.) schwerer als Luft für Pflanzen potentiell limitierend (Gewächshaus!) hohe Konzentrationen am Boden, in Erdlöchern Bodenarthropoden sind oft CO 2 -tolerant 25

42 Sauerstoff 21 %, meist nicht limitierend in grosser Höhe O 2 -Partialdruck (40 % 5000 m) Wasserkörper: Diffusion spezifische Atmungsorgane staunasser Boden: Anpassungen (Rhizophoren) 27

43 Silicium 2. häufigstes Element der Erdkruste wenig benötigt 4wertig wie C, reaktionsträge wichtig für Kieselalgen Poaceae Herbivorenschutz 30

44 23 Elemente plus Strontium plus …. etwa 30 von 89 stabilen Elementen biogen einige definitiv nicht essentiell ( z.B. Hg, Pb, Cd) 30

45 1.2.7 Boden als Ressource GesteinBodentyp Vegetation Klima Temperatur Niederschlag Verwitterung 30

46 C Ausgangsgestein Rohboden: A Mineralhorizont (Hochgebirge) Ranker: +h humusangereichert (Steppenböden Osteuropas) Braunerde: + Bv verwitterter Mineralhorizont, häufigster Boden Mitteleuropas Parabraunerde: Tonauswaschung Al Bt Pseudogley: S Stauwasser w-d Wasserstau Gley: G Grundwasser o-r oxidierend/reduzierend 31

47 - Verwitterung von Tonmineralien - verschiedene Bodenstruktur - Kationenaustauschkapazität - zu Ende verwitterte tropische Böden 32 KAK gering --- mittel -- hoch

48 32 organische Auflage des Bodens: Streu Humus: organische Anteile des Bodens (Pflanzen- und Tierreste) C : N Verhältnis wichtig für Abbaubarkeit Huminstoffe (stabile Komplexe organischer Stoffe) Wie viele / welche Nährstoffe sind im Boden? N, P, … entscheidend für Produktivität Bodenfruchtbarkeit

49 Verwitterungsintensität EuropaTropen Niederschlag (mm)< 1000 mind Jahrestemperatur (°C)1025 – 30 Alter (a)5.000 – > Tiefe von Acm – dm - mmm – cm Tiefe von B0.5 – 1 m10 – 20 m chemische Verwitterunghält anbeendet KAKmittel – hochniedrig Nährstoffgehalthochniedrig Diversität Floraniedrighoch Diversität Faunaniedrighoch typische BödenBraunerdeLaterosole (Roterde, Laterite, Fe, Al)

50 Serpentinböden Serpentin [Mg,Fe,Ni,Co,Cr] 6 Si 4 O 10 (OH) 8 CH: Davos, Zermatt nur durch Spezialisten besiedelbar Serpentingrasnelke Armeria maritima serpentini Galmai-Veilchen Viola calaminaria Serpentin-Streifenfarne Asplenium 33

51 Kalkböden weit verbreitet (Kalkalpen) essentiell für einige –Arthropoden: Isopoden, Diplopoden –Mollusken: Gastropoden Konsequenzen für Tiergemeinschaft –Buntsandstein, Granit –andere Destruentengilden


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