Ökologie

Belegarbeit zur Exkursion in Rosenthal Inhalt

1. Einleitung
2. Ausarbeitung zum terrestrischen Ökosystem 2.1 Abiotische Faktoren 2.1.1 Umweltfaktor Licht 2.1.2 Umweltfaktor Wasser/Luftfeuchtigkeit 2.1.3 Umweltfaktor Temperatur 2.1.4 Umweltfaktor Boden 2.2 Biotische Faktoren 2.2.1 typische Pflanzen 2.2.2 typische Tiere

3. Ausarbeitung zum aquatischen Ökosystem 3.1 Abiotische Faktoren 3.1.1 Umweltfaktor Luft- und Wassertemperatur im Tagesverlauf 3.1.2 Umweltfaktor Luftfeuchtigkeit 3.1.3 Umweltfaktor Wassereigenschaften 3.2 Biotische Faktoren 3.2.1 typische Pflanzen 3.2.2 typische Tiere 3.2.3 Zusammenhang zwischen biotischen und abiotischen Faktoren 3.2.4 Nahrungsnetz

4. Ökosystem See 4.1 Gliederung des Sees 4.2 Anomalie des Wassers 4.3 Ursachen der Stagnationsphase des Sees und Auswirkungen der Zirkulationsphase 4.4 Lichtverhältnisse beim Übergang von oligotrophen zu eutrophen Zustand 4.5 Das Saprobiensystem 4.6 Faktoren die zur Eutrophierung führen

4.7 Hochmoorbildung als Beispiel einer Sukzession Ökologie \"Unter Ökologie verstehen wir die gesamte Wissenschaft von den Beziehungen der Organismen zur umgebenden Außenwelt .. theils organischer, theils anorganischer Natur.\" Ernst Haeckel (1866) Will man diese Wissenschaft verstehen, so ist es notwendig, sich mit Tieren und Pflanzen und deren Wechselwirkungen mit der Umwelt zu beschäftigen. Die Erkenntnisse der Ökologie werden in der Praxis für das Erkennen der Notwendigkeit von Naturschutz und Umweltschutz benötigt. Natur- und Umweltschutz sind, dringender denn je, erforderlich um die Existenz der Organismen und des Menschen auf der Erde zu sichern. In diesem Sinne verfolgt die Exkursion das Ziel, durch chemische und physikalische Messverfahren, durch Tier- und pflanzensoziologische Bestandsaufnahmen die Beziehungen der Organismen miteinander und zu ihrer Umwelt zu erkennen und darzustellen. Die Ergebnisse sollen dokumentarisch aufbereitet werden. Alle diese Tätigkeiten sollen dazu beitragen, das tiefgründige Verständnis für ökologische Sachverhalte zu sichern. 1. Einleitung Im Juni/Juli diesen Jahres traten alle Biologie-Leistungskurse eine Exkursion nach Rosenthal an, um ihre zuvor erlernten Kenntnisse im Bereich der Ökologie wissenschaftlich bzw. praktisch anzuwenden. Dabei war es unsere Aufgabe in Gruppen ( zu je 2 Schüler) 2 bestimmte Ökosysteme (ein terrestrisches und ein aquatisches) zu untersuchen. Doch zunächst einige Informationen zu unserem Aufenthaltsort. Rosenthal ist ein kleines Dorf im Erzgebirge, welches etwa 30km von Pirna entfernt ist. Es liegt etwa 440m über dem Meeresspiegel. Das Erzgebirge ist ein teil der mitteleuropäischen Mittelgebirgswelle. Es ist eine im Süden stärker angehobene Pultscholle, die entlang der tscheschischen Grenze von der Schönecktstufe im Westen bis zum Gottleubatal im Osten reicht. Das Erzgebirge ist vom Typ her ein kristallines Mittelgebirge, das an seiner höchsten Erhebung im Fichtelberg-Keilgebiet über 1200m (Fichtelberg 1215m) hoch ist. Die Entstehung des Erzgebirges begann vor etwa 340 Millionen Jahren. In dieser Zeit begann die Ablagerung von Erosionsmaterial und es kam zur Bildung des variskischen Faltengebirges. Vor etwa 150 Millionen Jahren wurde dieses dann durch das Thetysmeer, welches ein Flachmeer war, überflutet. In Folge dessen lagerten sich maritime Sedimente ab. Als das Wasser verschwand, begann die alpinische Gebirgsbildung. Das alte Gebirge zerbrach in einzelne Schollen und es kam zu Erdbeben, da sich diese Bruchschollen vertikal verschoben. An der Bruchlinie kam es durch diese Verschiebung ebenfalls zu starken Vulkanismus. Abtragungsprozesse schufen die heute Form des Erzgebirges, welche durch abgerundete Berge und tiefe Täler gekennzeichnet ist. Die Distanz zwischen den von uns zu untersuchenden Ökosystemen und unserer Unterkunft, das Rüstzeitheim, betrug etwa 3km. Meinem Gruppenmitglied Franz Held und mir wurden die Ökosysteme lichter Fichtenwald und See 1 zugeteilt. 2. Ausarbeitung zum terrestrischen Ökosystem 2.1 Abiotische Faktoren Abiotische Faktoren sind Standortfaktoren die von Nichtlebenden Vorgängen erzeugt werden. Sie beeinflussen die Tier- und Pflanzenwelt sehr stark, da diese bestimmte Tolleranzbereiche ihnen gegenüber haben. So sind bestimme Pflanzen bzw. Tiere auf räumlich abgrenzbare Standorte angewiesen. Diese müssen bestimme Ansprüche an Klima, Boden- und Wasserbeschaffenheit erfüllen. Diese Eigenschaften des Lebensraums charakterisieren Biotope. 2.1.1 Umweltfaktor Licht Allgemein: Durch Kernfusion wird auf der Sonne Wasserstoff in Helium umgwewandelt. Die dabei enstehende Energie erreicht die Erde n Form von kurzwelliger ultravioletter Strahlung (300 - 400nm), für den Menschen sichtbaren Licht (400- 700nm) und langwelliger Infarotstrahlung (700 - 1000nm). Man spricht zunächst von der Globalstrahlung (gesamt einfallende Strahlung). Die Globalstrahlung wird durch die Atmosphäre der Erde stark absorbiert. Etwa 40% der Globalstrahlung erreichen tatsächlich die Erde. Es handelt sich nun um die absorbierte Globalstrahlung. Das von der Sonne ausgestrahlte Licht ist die wichtigste Energiequelle für die auf der Erde lebenden Lebewesen und somit der wichtigste abiotische Faktor. Vorüberlegung: Die Beleuchtung ist das Verhältnis des auf eine Fläche auftreffenden Lichtstromes zur Größe der Fläche. Einheit: 1 Lux = 1lx = 1 lm/m² Licht ist für Pflanzen lebensnotwendig, da sie es zur Energiegewinnung, der Photosynthese, benötigen. Während der Photosynthese stellen Pflanzen aus Licht, Wasser und Kohlendioxyd Kohlenhydrate, Proteine und Fette her. Da die Beleuchtung nicht an allen Standorten gleich intensiv ist, haben sich die Pflanzen auf verschiedene Standorte spezialisiert. Während beispielsweise eine Lichtpflanze viel Licht benötigt und auf Sonneneinstrahlung angewiesen ist gibt sich eine Schattenpflanze mit schattigen, nicht Strahlungsintensiven Standorten zufrieden. Eine Pflanze kann erst dann gedeihen wenn ihr Kompensationspunkt (K) überschritten ist, d.h. die CO²Aufnahme ist gleich der CO² Abgabe. Das folgende Diagramm zeigt die unterschiedliche Erreichung des Kompensationspunktes bei Licht und Schattenpflanzen. Anhand des Diagramms kann man feststellen, das die Schattenpflanze ihren Kompensationspunkt zwar eher erreicht, aber insgesamt eine geringere Photosyntheserate (PS-Rate) als die Lichtpflanze aufweist, da die Lichtsättigungsgrenze bei einer Schattenpflanze wesentlich geringer ist als die der Lichtpflanze. Bei Bäumen ist die Lage der Blätter entscheidend. So ist die PS-Rate in der Baumkrone um einiges höher als in den tiefer liegenden Blattetagen. Protokoll(LF) Datum: Thema: Lichtgenuss Aufgabe: Untersuchen Sie die Beleuchtungsstärke im terrestrischen Ökosystem! Vorbetrachtung: Der Lichtgenuss einer Bodenpflanze ist geringer, als der einer freistehenden Pflanze, da das Licht nicht direkt sondern nur teilabsorbiert auf die Pflanze auftrifft. Geräte: Belichtungsmesser Durchführung: Zuerst wird der Lichtgenuss auf einer freien Fläche (Lichtung) gemessen. Dieser Wert entspricht dem 100-igen Lichtgenuss zu diesem Zeitpunkt. Danach wird der Lichtgenuss im lichten Fichtenwald an 3 markanten Stellen gemessen. ( Die genauen Stellen sind in der Skizze einsehbar). Die Witterungsverhältnisse (der 100%-ige Lichtgenuss) dürfen sich dabei aber nicht verändern. Mit den erhaltenen Werten kann man den Lichtgenuss des Biotops in Prozent ermitteln. Ergebnisse: (15°°) auf freier Fläche (Lichtung): 5 - x - 100% (Punkt 1) unter Nadelbaum: 3 - x - 60% (Punkt 2) Strauchschicht: 2 - x - 40% (Punkt 3) Auswertung: Wie erwartet ist der Lichtgenuss im Wald geringer als der auf einer freien Fläche. Je mehr Pflanzen den Lichteinfall im Wald behindern, desto geringer ist der Lichtgenuss. Im lichten Fichtenwald kann in der Strauchschicht noch 40% des gesamt einfallenden Lichtes auf einer freien Fläche aufgenommen werden. Dies ist aufgrund der Tatsache möglich, dass die Bäume nicht dicht sondern mit vereinzelten Zwischenräumen stehen. Das Blätterdach der Bäume ist also nicht so dicht stehend, dass es das Licht stark absorbiert. Dies ermöglicht ein Jungwuchs der Bäume, da diese ebenfalls akzeptable Lichtbedingungen vorfinden. Dies unterscheidet den lichten vom dichten Fichtenwald, da im dichten Fichtenwald der Lichtgenuss in den unteren Schichten so gering ist, dass eine Existenz für Jungbäume oder Kräuter nicht möglich ist. Somit existieren im lichten Fichtenwald stets mehrere Generationen von Bäumen, da ständig neue den Bestand bereichern. Dies ermöglicht eine größere Artenvielfalt, da verschiedene Lebensräume (Krautschicht, Strauchschicht, Baumschicht) für die Lebewesen geschaffen werden. 2.1.2 Umweltfaktor Wasser/Luftfeuchtigkeit Allgemein: Wasser stellt nach Sauerstoff den wichtigsten Lebensfaktor für Organismen auf unserer Erde dar. Es ist essentiell für den Stoffwechsel von Lebewesen, sowie für die Herausbildung und Prägung ihrer Standorte. Des weiteren ist es ein Hauptbestandteil der lebenden Materie und somit unentbehrlich für alle Organismen. Ökologisch gesehen spielt Wasser nur auf dem Land eine größere Rolle, da es dort häufig nur begrenzt zur Verfügung steht. Die größten Wasserreservoiren sind die Ozeane. Diese sind maßgeblich an dem ständigen globalen Wasserkreislauf der Erde beteiligt, welcher vor allem zwischen Land und See zirkuliert. Vorüberlegung: Alle Lebewesen bestehen zu 50 bis 95% aus Wasser. Es muss daher immer genügend Wasser für das Lebewesen zur Verfügung stehen. Auf der Erde existiert ein Wasservorrat von etwa 1260 Millionen Kubikkilometern. Es muss allerdings zwischen Süß- und Salzwasser unterschieden werden, da die Organismen vor allem Süßwasser für den Stoffwechsel benötigen. Nur 2,6 % des gesamten Wasserreservoirs (36 Millionen km3) liegen als Süßwasser vor. Wovon wiederum ein großer Teil als Gletschereis oder an den Polen gebunden ist und ca. 0,001% in Form von Wasserdampf in der Atmosphäre zirkuliert, sodass insgesamt noch etwa 0,3% der weltweiten Wasservorräte den lebenden Organismen zur Verfügung stehen. Wasser dient als: . Lebensraum . Lösungsmittel . Transportmittel . Kühlmittel . Reaktionspartner Da das Wasser auf der Erde nicht gleichmäßig verteilt vorkommt mussten sich auch in Bezug auf diesen Faktor alle Lebewesen anpassen. Im Tierreich unterscheidet man zwischen Trockenlufttieren, Feuchtlufttieren und Wassertieren (diese spielen im terrestrischen Ökosystem aber keine Rolle). Trockenlufttieren steht wenig oder gar kein H²O zur Verfügung. Sie schützen sich durch einen speziellen Körperbau vor Wasserverlust. Hierzu zählen Hornbildungen bei Säugern sowie Gehäusebildungen und Schleimhautbedeckungen. Einige Lebewesen decken ihren Wasserbedarf sogar durch das in der Endoxidation entstehenden Wassers vollständig, d.h. diese Wüstentieren nehmen kein Wasser extra auf. Feuchtlufttieren, wie Schnecken, Würmer und Amphibien, steht kein besonderer Schutz vor Wasserverlust zur Verfügung. Diese Lebewesen müssen durch Wasseraufnahme ihren Wasserhaushalt ständig in Balance halten. Sie benötigen eine hohe Luft- und Bodenfeuchtigkeit, um zu überleben. Auch die Pflanzen haben sich aufgrund ihrer Ortsgebundenheit dem Faktor Wasser angepasst. Man unterscheidet daher: poikilohydre (wechselfeuchte) Pflanzen die keinen Schutz vor Wasserverlust haben. Hierzu zählen z.B. die Thallophyten. homoiohydre (eigenfeuchte) Pflanzen die auf verschiedene Weise Schutzmechanismen gegen die Verdunstung des Wasser eingerichtet haben. Als Beispiel sind hier alle Gefäßpflanzen zu nennen. Poikilohydre Pflanzen besitzen keinen Verdunstungsschutz und sind daher von der Umgebungsfeuchtigkeit stark abhängig. Sie haben allerdings die Möglichkeit durch Inaktivität eine längere Trockenperiode zu überdauern. Dies ist ihnen möglich da sie sehr kleine Vakuolen haben und somit die Zellstruktur nicht besonders stark angegriffen wird, wenn diese leer sind. Homoiohydre Pflanzen sind unabhängig von der Umgebungsfeuchtigkeit und können ihren Wasserhaushalt selbst regulieren. Als typische Anpassungserscheinung können große Zentralvakuolen und diverse Beschichtungen ( wachs- und kutinhaltig) zum Schutz vor Wasserverdunstung gezählt werden. Das folgende Diagramm zeigt die Unterteilungen der Homoiohydren Pflanzen: Protokoll(LF) Datum: Thema: Luftfeuchte Aufgabe: Untersuchen Sie die Luftfeuchte im terrestrischen Ökosystem! Vorbetrachtung: Aufgrund der wechselnden Witterungsverhältnisse regnete es oft. Von daher nehme ich an, dass die Luftfeuchte im Wald recht hoch sein wird. Eine Luftfeuchte von ca. 50% ist daher zu erwarten. Geräte: Hygrometer Durchführung: Die Luftfeuchte wird mit elektrischen Hygrometer bzw. mit dem mech. Hygrometer gemessen. Die Werte für die maximale Luftfeuchte können der Taupunkttabelle entnommen werden. Die absolute Luftfeuchte errechnet sich wie folgt: Ergebnisse: 10³° 15°° 20³° Temperatur: 16,3°C 17,2°C 16,6°C rel. Luftfeuchte: 58,7% 55,4% 66% max. Luftfeuchte: 13,5g/m³ 14 g/m³ 13,6 g/m³ abs. Luftfeuchte: 7,92g/m³ 7,7g/m³ 9,0g/m³ Auswertung: Die erwartete hohe Luftfeuchte im Wald wurde bestätigt. Die Luftfeuchte ist ein sehr wichtiger Faktor im Wald, da der Wald zu den Vegetationsformen mit einer sehr hohen Transpiration gehört. Ein normaler Baumbestand verdunstet an warmen Sommertagen 20.000 bis 60.000 Liter Wasser pro Hektar. Aufgrund dieser Tatsache ist es dem Wald möglich das Kleinklima der näheren Region zu beeinflussen. Im Wald herrscht meist eine etwa 10% höhere Luftfeuchte als außerhalb. Protokoll(LF) Datum: Thema: Temperatur (im Tagesverlauf) Aufgabe: Untersuchen Sie die Temperatur im terrestrischen Ökosystem! Vorbetrachtung: Die Temperatur in Boden und Luft wird im Laufe des Tages schwanken, da die Sonneneinstrahlung zu den unterschiedlichen Tageszeiten verschieden groß sein wird und somit die Schichten zeitweise erwärmt werden. Die Bodentemperatur ist geringer als die Lufttemperatur. Geräte: Luft- und Bodenthermometer Durchführung: Die Thermometer werden zur angegebenen Zeit an ihren Orten ausgelegt. Nach kurzer Wartezeit wird die Temperatur abgelesen. Ergebnisse: 10³° 15°° 20³° Boden 11.5°C 12,0°C 12,0°C Luft 16,3°C 17,2°C 16,6°C Auswertung: Die Lufttemperatur zeigt eine Schwankung von etwa 1°C im Tagesverlauf. Der Maximalwert der Lufttemperatur ist mit dem Höchststand der Sonne erreicht, da zu diesem Zeitpunkt die Sonneneinstrahlung maximal wird und somit die Luft intensiv erwärmt wird. Die Lufttemperatur ist sehr wichtig für die im Wald lebenden Lebewesen, da diese die Stoffwechselvorgänge gemäß der RGT- Regel reguliert. Die Bodentemperatur schwankt im Tagesverlauf etwa 0,5°C. Diese geringe Schwankung ist auf die Feuchtigkeit des Bodens und der damit Verbundenen langsamen Erwärmung des Wasser zurückzuführen. Die Bodentemperatur ist vor allem für die Pflanzenwelt sehr wichtig, da auch sie die Aktivität der Pflanze nach der RGT - Regel steuert. Zunehmende Bodentemperaturen wirken sich daher positiv auf verschiedene Lebensvorgänge aus, z.B. auf Keimung und Wachstum von Pflanzen oder die Aktivität von Bodenorganismen. Darüber hinaus werden Bodenentwicklungsprozesse wie Verwitterung, Zersetzung und Humifizierung beschleunigt. Fehlerbetrachtung: Da die Witterungsverhältnisse (Wind, Sonneneinstrahlung, Niederschlag) ständig änderten ist eine genaue Messereihe nicht zu gewähren. Protokoll(LF) Datum: Thema: Boden Aufgabe: Untersuchen Sie den Boden des terrestrischen Ökosystems auf Mineralstoffe. (Amonium, Eisen, Phosphat, Nitrat, pH-Wert) Vorbetrachtung: Geräte: Durchführung: . Ergebnisse: Auswertung: Fehlerbetrachtung: Protokoll(SEE) Datum: Thema: Nährstoffgehalt des Sees Aufgabe: Bestimmen Sie den Nähstoffgehalt des Sees! Vorbetrachtung: Geräte: -visocolor ECO Nitrit -visocolor ECO Phosphat -visocolor ECO Ammonium -visocolor ECO Chrom -visocolor ECO Sulfit -visocolor ECO Nitrat -Reagenzgläser (-ständer) -Seewasserprobe Durchführung: siehe visocolor Beipackzettel Ergebnisse: Nitrit: 0,05mg/l Phosphat: 0,25mg/l Ammonium: 0,25mg/l Chrom: 0,05mg/l Sulfit: 0,5 mg/l Nitrat: 1mg/l Sauerstoffgehalt: 8,3mg/l Auswertung: Fehlerbetrachtung: Nahrungsnetz See Rohrkolben Kolbenfresser Zittergras Kaulquappe Libellenlarve Gelbbandkäfer Bitterling Wasserspinne Erdkröte Binsen Wasserskorpion Karpfen Grasfrosch Algen Wasserassel Kammmolch Jungfisch Ringelnatter Schilf Schlammschnecke Flusskrebs Zuckmückenlarve Borstenwurm Rotauge 4. Ausarbeitung zum aquatischen Ökosystem Allgemein: Für Lebewesen ist das Wasser ein unverzichtbarer Stoff. Doch es gibt Lebewesen die in ihrer Lebensweise stärker an das Wasser gebunden sind als andere. Sie sind entweder ihr ganzes Leben im Wasser oder sie benötigen das Wasser für die Fortpflanzung oder die Ernährung. Die gesamte Biosphäre kann in vier große Lebensbereiche eingeteilt werden: Das Meer, das Festland, Gewässer auf dem Festland und die Atmosphäre. Binnengewässer kann man bis auf wenige Ausnahmen zum Süßwasser zählen. Das ist der größte Unterschied zum Meer, denn das Meer hat eine viel höhere Salzkonzentration. So liegt der Salzkonzentration bei Süßwasser nur bei 1g/l. Binnengewässer werden weiterhin in Stillgewässer und Fließgewässer unterteilt. Das zu untersuchende Ökosystem ist ein See, d.h. es ist ein Stillgewässer. Stillgewässer Stillgewässer sind Wasseransammlungen einer, in sich abgeschlossenen Hohlfläche der Landoberfläche, die keinen unmittelbaren Anschluss zum Meer haben. Sie werden See oder Binnensee genannt. Im Laufe der Zeit hat der Mensch künstliche Seen angelegt, die auch Talsperren oder Baggersee genannt werden. Die Seen werden noch mal in Tief- und Flachseen unterschieden. Flachseen sind Seen, in denen bei einer Wassertiefe von 2-4 m noch Wasserpflanzen im gesamten Gewässer existieren können. Bei geringerer Größe spricht man dann von Weihern oder Tümpeln. 4.1 Ökosystem See Das Ökosystem See ist, wie auch andere Ökosysteme , einigen ständigen Veränderungen ausgesetzt. Entscheidend dabei sind die Wechselbeziehungen zwischen Biotop und Biozöse. Des weiteren unterliegt jeder See einer jahreszeitlichen Zirkulation beziehungsweise Stagnation. Ganz allgemein werden Seen in zwei Typen unterteilt. Diese Unterteilung wird nach dem Nährstoffbedingungen des jeweiligen Sees getroffen. Man unterscheidet oligotrophe und eutrophe Seen. Der oligotrophe See ist aufgrund des geringen Mineralstoffertrags nährstoffarm. Durch die geringe Photosyntheseproduktion und der damit verbundenen Algenbildung ist Sauerstoff das ganze Jahr bis in die tiefen Schichten des Sees vorhanden. Die Sedimentoberfläche des oligotrophen Sees wird ständig oxidiert da sich das absinkende Phosphat unter anaeroben Bedingungen mit verbindet und somit zu Eisenphosphat reagiert. Dadurch wird das Sediment zu einer Diffusionsbarriere, welche letztendlich eine Phosphatfalle (P-Falle) bildet. Durch die P-Falle ist die Rückresorption des Algenwachstums gehemmt. Der eutrophe See hat eine große Menge an Mineralien zur Verfügung. Wegen der großen Menge an Nährstoffen kommt es im Sommer zu einer regelrechten Algenexplosion die von den Planktonkrebsen nicht mehr reguliert werden kann, sodass sich die nicht abgebaute Biomasse als Faulschlamm am Boden des Sees absetzt. Durch die Tätigkeit der Destruenten wird der Sauerstoff im See fast völlig aufgebraucht. Dieses anaerobe Milieu führt dazu, dass die Sedimentschicht nicht oxidiert und somit das Phosphat wieder zurückgeführt werden kann.

Literaturquellen: Herausgeber Verlag "Biologie" Prof. Dr. Werner Buselmaier Bechtermünz Verlag "Seen und Flüsse" Dr. Günther Michler Silva Verlag "Das Leben der Jan Jenik Artia Verlag Seen" "Tiere-Pflanze Dr. Gisela Deckert Urania Verlag -Landschaften" "Exkursionsflora Rothmaler Gustav Fischer Verlag von Deutschland" "Fit fürs Abi in Micheal Walory Schrödel Biologie"