Okologie



kologie

Belegarbeit zur Exkursion in Rosenthal Inhalt 1. Einleitung 2. Ausarbeitung zum terrestrischen kosystem 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 kosystem 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. kosystem See 4.1 Gliederung des Sees 4.2 Anomalie des Wassers 4.3 Ursachen der Stagnationsphase des Sees und Auswirkungen der Zirkulationsphase 4.4 Lichtverh ltnisse beim bergang von oligotrophen zu eutrophen Zustand 4.5 Das Saprobiensystem 4.6 Faktoren die zur Eutrophierung f hren 4.7 Hochmoorbildung als Beispiel einer Sukzession kologie 'Unter kologie verstehen wir die gesamte Wissenschaft von den Beziehungen der Organismen zur umgebenden Au enwelt .. theils organischer, theils anorganischer Natur.' Ernst Haeckel <1834 - 1919> (1866) Will man diese Wissenschaft verstehen, so ist es notwendig, sich mit Tieren und Pflanzen und deren Wechselwirkungen mit der Umwelt zu besch ftigen. Die Erkenntnisse der kologie werden in der Praxis f r das Erkennen der Notwendigkeit von Naturschutz und Umweltschutz ben tigt. 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 T tigkeiten sollen dazu beitragen, das tiefgr ndige Verst ndnis f r kologische 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 kologie wissenschaftlich bzw. praktisch anzuwenden. Dabei war es unsere Aufgabe in Gruppen ( zu je 2 Sch ler) 2 bestimmte kosysteme (ein terrestrisches und ein aquatisches) zu untersuchen. Doch zun chst einige Informationen zu unserem Aufenthaltsort. Rosenthal ist ein kleines Dorf im Erzgebirge, welches etwa 30km von Pirna entfernt ist. Es liegt etwa 440m ber dem Meeresspiegel. Das Erzgebirge ist ein teil der mitteleurop ischen Mittelgebirgswelle. Es ist eine im S den st rker angehobene Pultscholle, die entlang der tscheschischen Grenze von der Sch necktstufe im Westen bis zum Gottleubatal im Osten reicht. Das Erzgebirge ist vom Typ her ein kristallines Mittelgebirge, das an seiner h chsten Erhebung im Fichtelberg-Keilgebiet ber 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, berflutet. 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 T ler gekennzeichnet ist. Die Distanz zwischen den von uns zu untersuchenden kosystemen und unserer Unterkunft, das R stzeitheim, betrug etwa 3km. Meinem Gruppenmitglied Franz Held und mir wurden die kosysteme lichter Fichtenwald und See 1 zugeteilt. 2. Ausarbeitung zum terrestrischen kosystem 2.1 Abiotische Faktoren Abiotische Faktoren sind Standortfaktoren die von Nichtlebenden Vorg ngen erzeugt werden. Sie beeinflussen die Tier- und Pflanzenwelt sehr stark, da diese bestimmte Tolleranzbereiche ihnen gegen ber haben. So sind bestimme Pflanzen bzw. Tiere auf r umlich abgrenzbare Standorte angewiesen. Diese m ssen bestimme Anspr che an Klima, Boden- und Wasserbeschaffenheit erf llen. 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), f r den Menschen sichtbaren Licht (400- 700nm) und langwelliger Infarotstrahlung (700 1000nm). Man spricht zun chst von der Globalstrahlung (gesamt einfallende Strahlung). Die Globalstrahlung wird durch die Atmosph re der Erde stark absorbiert. Etwa 40% der Globalstrahlung erreichen tats chlich die Erde. Es handelt sich nun um die absorbierte Globalstrahlung. Das von der Sonne ausgestrahlte Licht ist die wichtigste Energiequelle f r die auf der Erde lebenden Lebewesen und somit der wichtigste abiotische Faktor. Vor berlegung: Die Beleuchtung ist das Verh ltnis des auf eine Fl che auftreffenden Lichtstromes zur Gr e der Fl che. Einheit: 1 Lux = 1lx = 1 lm/m Licht ist f r Pflanzen lebensnotwendig, da sie es zur Energiegewinnung, der Photosynthese, ben tigen. W hrend 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. W hrend beispielsweise eine Lichtpflanze viel Licht ben tigt 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) berschritten ist, d.h. die CO Aufnahme ist gleich der CO 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 Lichts ttigungsgrenze bei einer Schattenpflanze wesentlich geringer ist als die der Lichtpflanze. Bei B umen ist die Lage der Bl tter entscheidend. So ist die PS-Rate in der Baumkrone um einiges h her als in den tiefer liegenden Blattetagen. Protokoll(LF) Datum: Thema: Lichtgenuss Aufgabe: Untersuchen Sie die Beleuchtungsst rke im terrestrischen kosystem! Vorbetrachtung: Der Lichtgenuss einer Bodenpflanze ist geringer, als der einer freistehenden Pflanze, da das Licht nicht direkt sondern nur teilabsorbiert auf die Pflanze auftrifft. Ger te: Belichtungsmesser Durchf hrung: Zuerst wird der Lichtgenuss auf einer freien Fl che (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 Witterungsverh ltnisse (der 100%-ige Lichtgenuss) d rfen sich dabei aber nicht ver ndern. Mit den erhaltenen Werten kann man den Lichtgenuss des Biotops in Prozent ermitteln. Ergebnisse: (15 ) auf freier Fl che (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 Fl che. 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 Fl che aufgenommen werden. Dies ist aufgrund der Tatsache m glich, dass die B ume nicht dicht sondern mit vereinzelten Zwischenr umen stehen. Das Bl tterdach der B ume ist also nicht so dicht stehend, dass es das Licht stark absorbiert. Dies erm glicht ein Jungwuchs der B ume, 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 f r Jungb ume oder Kr uter nicht m glich ist. Somit existieren im lichten Fichtenwald stets mehrere Generationen von B umen, da st ndig neue den Bestand bereichern. Dies erm glicht eine gr ere Artenvielfalt, da verschiedene Lebensr ume (Krautschicht, Strauchschicht, Baumschicht) f r die Lebewesen geschaffen werden. 2.1.2 Umweltfaktor Wasser/Luftfeuchtigkeit Allgemein: Wasser stellt nach Sauerstoff den wichtigsten Lebensfaktor f r Organismen auf unserer Erde dar. Es ist essentiell f r den Stoffwechsel von Lebewesen, sowie f r die Herausbildung und Pr gung ihrer Standorte. Des weiteren ist es ein Hauptbestandteil der lebenden Materie und somit unentbehrlich f r alle Organismen. kologisch gesehen spielt Wasser nur auf dem Land eine gr ere Rolle, da es dort h ufig nur begrenzt zur Verf gung steht. Die gr ten Wasserreservoiren sind die Ozeane. Diese sind ma geblich an dem st ndigen globalen Wasserkreislauf der Erde beteiligt, welcher vor allem zwischen Land und See zirkuliert. Vor berlegung: Alle Lebewesen bestehen zu 50 bis 95% aus Wasser. Es muss daher immer gen gend Wasser f r das Lebewesen zur Verf gung stehen. Auf der Erde existiert ein Wasservorrat von etwa 1260 Millionen Kubikkilometern. Es muss allerdings zwischen S - und Salzwasser unterschieden werden, da die Organismen vor allem S wasser f r den Stoffwechsel ben tigen. Nur 2,6 % des gesamten Wasserreservoirs (36 Millionen km3) liegen als S wasser vor. Wovon wiederum ein gro er Teil als Gletschereis oder an den Polen gebunden ist und ca. 0,001% in Form von Wasserdampf in der Atmosph re zirkuliert, sodass insgesamt noch etwa 0,3% der weltweiten Wasservorr te den lebenden Organismen zur Verf gung stehen. Wasser dient als: Lebensraum L sungsmittel Transportmittel K hlmittel Reaktionspartner Da das Wasser auf der Erde nicht gleichm ig 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 kosystem aber keine Rolle). Trockenlufttieren steht wenig oder gar kein H O zur Verf gung. Sie sch tzen sich durch einen speziellen K rperbau vor Wasserverlust. Hierzu z hlen Hornbildungen bei S ugern sowie Geh usebildungen und Schleimhautbedeckungen. Einige Lebewesen decken ihren Wasserbedarf sogar durch das in der Endoxidation entstehenden Wassers vollst ndig, d.h. diese W stentieren nehmen kein Wasser extra auf. Feuchtlufttieren, wie Schnecken, W rmer und Amphibien, steht kein besonderer Schutz vor Wasserverlust zur Verf gung. Diese Lebewesen m ssen durch Wasseraufnahme ihren Wasserhaushalt st ndig in Balance halten. Sie ben tigen eine hohe Luft- und Bodenfeuchtigkeit, um zu berleben. 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 z hlen z.B. die Thallophyten. homoiohydre (eigenfeuchte) Pflanzen die auf verschiedene Weise Schutzmechanismen gegen die Verdunstung des Wasser eingerichtet haben. Als Beispiel sind hier alle Gef pflanzen zu nennen. Poikilohydre Pflanzen besitzen keinen Verdunstungsschutz und sind daher von der Umgebungsfeuchtigkeit stark abh ngig. Sie haben allerdings die M glichkeit durch Inaktivit t eine l ngere Trockenperiode zu berdauern. Dies ist ihnen m glich da sie sehr kleine Vakuolen haben und somit die Zellstruktur nicht besonders stark angegriffen wird, wenn diese leer sind. Homoiohydre Pflanzen sind unabh ngig von der Umgebungsfeuchtigkeit und k nnen ihren Wasserhaushalt selbst regulieren. Als typische Anpassungserscheinung k nnen gro e Zentralvakuolen und diverse Beschichtungen ( wachs- und kutinhaltig) zum Schutz vor Wasserverdunstung gez hlt werden. Das folgende Diagramm zeigt die Unterteilungen der Homoiohydren Pflanzen: Protokoll(LF) Datum: Thema: Luftfeuchte Aufgabe: Untersuchen Sie die Luftfeuchte im terrestrischen kosystem! Vorbetrachtung: Aufgrund der wechselnden Witterungsverh ltnisse 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. Ger te: Hygrometer Durchf hrung: Die Luftfeuchte wird mit elektrischen Hygrometer bzw. mit dem mech. Hygrometer gemessen. Die Werte f r die maximale Luftfeuchte k nnen der Taupunkttabelle entnommen werden. Die absolute Luftfeuchte errechnet sich wie folgt: Ergebnisse: 10 15 20 Temperatur: 16,3 C 17,2 C 16,6 C rel. Luftfeuchte: 58,7% 55,4% 66% max. Luftfeuchte: 13,5g/m 14 g/m 13,6 g/m abs. Luftfeuchte: 7,92g/m 7,7g/m 9,0g/m Auswertung: Die erwartete hohe Luftfeuchte im Wald wurde best tigt. Die Luftfeuchte ist ein sehr wichtiger Faktor im Wald, da der Wald zu den Vegetationsformen mit einer sehr hohen Transpiration geh rt. Ein normaler Baumbestand verdunstet an warmen Sommertagen 20.000 bis 60.000 Liter Wasser pro Hektar. Aufgrund dieser Tatsache ist es dem Wald m glich das Kleinklima der n heren Region zu beeinflussen. Im Wald herrscht meist eine etwa 10% h here Luftfeuchte als au erhalb. Protokoll(LF) Datum: Thema: Temperatur (im Tagesverlauf) Aufgabe: Untersuchen Sie die Temperatur im terrestrischen kosystem! Vorbetrachtung: Die Temperatur in Boden und Luft wird im Laufe des Tages schwanken, da die Sonneneinstrahlung zu den unterschiedlichen Tageszeiten verschieden gro sein wird und somit die Schichten zeitweise erw rmt werden. Die Bodentemperatur ist geringer als die Lufttemperatur. Ger te: Luft- und Bodenthermometer Durchf hrung: Die Thermometer werden zur angegebenen Zeit an ihren Orten ausgelegt. Nach kurzer Wartezeit wird die Temperatur abgelesen. Ergebnisse: 10 15 20 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 H chststand der Sonne erreicht, da zu diesem Zeitpunkt die Sonneneinstrahlung maximal wird und somit die Luft intensiv erw rmt wird. Die Lufttemperatur ist sehr wichtig f r die im Wald lebenden Lebewesen, da diese die Stoffwechselvorg nge gem 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 Erw rmung des Wasser zur ckzuf hren. Die Bodentemperatur ist vor allem f r die Pflanzenwelt sehr wichtig, da auch sie die Aktivit t der Pflanze nach der RGT Regel steuert. Zunehmende Bodentemperaturen wirken sich daher positiv auf verschiedene Lebensvorg nge aus, z.B. auf Keimung und Wachstum von Pflanzen oder die Aktivit t von Bodenorganismen. Dar ber hinaus werden Bodenentwicklungsprozesse wie Verwitterung, Zersetzung und Humifizierung beschleunigt. Fehlerbetrachtung: Da die Witterungsverh ltnisse (Wind, Sonneneinstrahlung, Niederschlag) st ndig nderten ist eine genaue Messereihe nicht zu gew hren. Protokoll(LF) Datum: Thema: Boden Aufgabe: Untersuchen Sie den Boden des terrestrischen kosystems auf Mineralstoffe. (Amonium, Eisen, Phosphat, Nitrat, pH-Wert) Vorbetrachtung: Ger te: Durchf hrung: . Ergebnisse: Auswertung: Fehlerbetrachtung: Protokoll(SEE) Datum: Thema: N hrstoffgehalt des Sees Aufgabe: Bestimmen Sie den N hstoffgehalt des Sees! Vorbetrachtung: Ger te: -visocolor ECO Nitrit -visocolor ECO Phosphat -visocolor ECO Ammonium -visocolor ECO Chrom -visocolor ECO Sulfit -visocolor ECO Nitrat -Reagenzgl ser (-st nder) -Seewasserprobe Durchf hrung: 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 Gelbbandk fer Bitterling Wasserspinne Erdkr te Binsen Wasserskorpion Karpfen Grasfrosch Algen Wasserassel Kammmolch Jungfisch Ringelnatter Schilf Schlammschnecke Flusskrebs Zuckm ckenlarve Borstenwurm Rotauge 4. Ausarbeitung zum aquatischen kosystem Allgemein: F r Lebewesen ist das Wasser ein unverzichtbarer Stoff. Doch es gibt Lebewesen die in ihrer Lebensweise st rker an das Wasser gebunden sind als andere. Sie sind entweder ihr ganzes Leben im Wasser oder sie ben tigen das Wasser f r die Fortpflanzung oder die Ern hrung. Die gesamte Biosph re kann in vier gro e Lebensbereiche eingeteilt werden: Das Meer, das Festland, Gew sser auf dem Festland und die Atmosph re. Binnengew sser kann man bis auf wenige Ausnahmen zum S wasser z hlen. Das ist der gr te Unterschied zum Meer, denn das Meer hat eine viel h here Salzkonzentration. So liegt der Salzkonzentration bei S wasser nur bei 1g/l. Binnengew sser werden weiterhin in Stillgew sser und Flie gew sser unterteilt. Das zu untersuchende kosystem ist ein See, d.h. es ist ein Stillgew sser. Stillgew sser Stillgew sser sind Wasseransammlungen einer, in sich abgeschlossenen Hohlfl che der Landoberfl che, die keinen unmittelbaren Anschluss zum Meer haben. Sie werden See oder Binnensee genannt. Im Laufe der Zeit hat der Mensch k nstliche 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 Gew sser existieren k nnen. Bei geringerer Gr e spricht man dann von Weihern oder T mpeln. 4.1 kosystem See Das kosystem See ist, wie auch andere kosysteme , einigen st ndigen Ver nderungen ausgesetzt. Entscheidend dabei sind die Wechselbeziehungen zwischen Biotop und Bioz se. Des weiteren unterliegt jeder See einer jahreszeitlichen Zirkulation beziehungsweise Stagnation. Ganz allgemein werden Seen in zwei Typen unterteilt. Diese Unterteilung wird nach dem N hrstoffbedingungen des jeweiligen Sees getroffen. Man unterscheidet oligotrophe und eutrophe Seen. Der oligotrophe See ist aufgrund des geringen Mineralstoffertrags n hrstoffarm. Durch die geringe Photosyntheseproduktion und der damit verbundenen Algenbildung ist Sauerstoff das ganze Jahr bis in die tiefen Schichten des Sees vorhanden. Die Sedimentoberfl che des oligotrophen Sees wird st ndig 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 R ckresorption des Algenwachstums gehemmt. Der eutrophe See hat eine gro e Menge an Mineralien zur Verf gung. Wegen der gro en Menge an N hrstoffen 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 T tigkeit der Destruenten wird der Sauerstoff im See fast v llig aufgebraucht. Dieses anaerobe Milieu f hrt dazu, dass die Sedimentschicht nicht oxidiert und somit das Phosphat wieder zur ckgef hrt werden kann. Quellen Bildquellen: https://www.u-helmich.de/bio/stw/reihe4/faktoren/pics/licht01.jpg https://home.foni.net/~bastian-haas/see/zonierung.htm#see Arbeitsblatt Biologiehefter 11 (Homoiohydre Pflanzen) https://home.foni.net/~bastian-haas/see/na-s71-3.jpg Literaturquellen: Herausgeber Verlag Biologie Prof. Dr. Werner Buselmaier Bechterm nz Verlag Seen und Fl sse Dr. G nther 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 f rs Abi in Micheal Walory Schr del Biologie