Ökosystem. Grundlagen der Ökologie.

Viele Ökosysteme unserer Heimat sowie weltweit sind von Verschmutzung, Zerstörung oder Raubbau betroffen. Auch die globalen Klimaveränderungen haben vielen Ökosystemen stark zugesetzt und die Artenvielfalt sinkt stetig. Hier erklären wir Dir einige ökologische Grundbegriffe.

abiotische Umweltfaktoren
  • Begriff → nichtlebende Umweltfaktoren, die in einem Biotop vorliegen und somit die einzelnen Populationen im Ökosystem beeinflussen
  • Übersicht zu abiotischen Umweltfaktoren ↓
    Faktorengruppe abiotische Umweltfaktoren [Beispiele]
    Klimafaktoren Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Luftbewegung [Wind], Jahreszeit ...
    Wasserfaktoren Niederschlag, Sauerstoffgehalt, pH-Wert [Gewässer bzw. Niederschlag], Wasserhärte ...
    Bodenfaktoren pH-Wert des Bodens, Bodenart, Humusanteil, Mineralien [Nährsalzionengehalt], Feuchtigkeit, Kalkgehalt [Gehalt an Calciumcarbonat] ...
    Luftfaktoren Gehalt an Sauerstoff sowie an Kohlenstoffdioxid, Luftdruck [siehe auch Klimafaktoren], Schadstoffe, Lautstärke von Geräuschen ...
    Lichtfaktoren Tageszeit, Sonnenlicht, Lichtintensität, Wärmestrahlung, UV-Anteile ...
    Standort Geografie, Landschaftsrelief, Brutplatz, Unterschlupf ...
  • Ermittlung einiger abiotischer Umweltfaktoren ↓
    abiotischer Faktor experimentelle/praktische Ermittlung
    pH-Wert pH-Messgerät, Indikatorpapiere oder -lösungen
    [Bodenproben vorher mit Aqua dest. aufschlämmen und filtrieren, Schmutzwasser ebenfalls filtrieren, falls Indikatoren benutzt werden]
    pH 0...6,9 sauer, pH 7 neutral , pH 7,1...14 alkalisch
    Kalkgehalt mittels Salzsäure [an Hand der Intensität des Aufschäumens] oder mittels Testreifen
    Bodenfeuchtigkeit Fingerprobe oder durch genaue Wägung [vor und nach Erhitzen einer Probe wägen]
    Lichtstärke Belichtungsmessgerät
    Temperatur Thermometer
    Luftfeuchtigkeit Hygrometer
    Luftdruck Barometer
    Wasserhärte Teststreifen
    Nitratgehalt Teststreifen
    Lärm Messgerät [Messung des Geräuschpegels in dB]
  • Ermitteln abiotischer Umweltfaktoren im Experiment↓
    Thema Dateien
    Ermittlung abiotischer Umweltfaktoren
    [Protokollanleitung, Grundprinzipien, Experimentieranweisungen und Erläuterungen;
    pH-Skalen, Abstufungen für weitere Faktoren]
  • Übersicht → Überblick einiger Umweltfaktoren am Beispiel Sonnenblume [hier]
biotische Umweltfaktoren
  • Begriff → biotische Umweltfaktoren sind die Beziehungen zwischen den Lebewesen; es gibt Beziehungen zwischen Individuen einer Art und zwischen Lebewesen verschiedener Arten
  • Übersicht zu einigen biotischen Umweltfaktoren ↓
    innerartliche Beziehungen zwischenartliche Beziehungen
    Beziehungen oder Wechselwirkungen zwischen Lebewesen einer Population [also Individuen der gleichen Art] Beziehungen oder Wechselwirkungen zwischen Lebewesen verschiedener Arten
    • Fortpflanzungsbeziehungen und –verhalten sowie Fortpflanzungskonkurrenz
    • Brutverhalten, Beziehungen zwischen Eltern und Nachkommen
    • Nahrungskonkurrenz
    • Raumkonkurrenz [z.B. Revierkampf]
    • Kommunikation, Rangordnung
    • Organismenanzahl und –dichte
    • u.a.
    • Nahrungskonkurrenz
    • Raumkonkurrenz
    • Feinde, Parasiten, Schmarotzer
    • Nahrungsbeziehungen [Nahrungsketten, Nahrungspyramiden, Nahrungsnetze]
    • fördernde/hemmende Stoffausscheidungen
    • u.a.
  • Übersicht ↓
    Einige ausgewählte
    abiotische und biotische Umweltfaktoren
    am Beispiel einer Sonnenblume

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Nahrungsketten
  • Nahrungsketten → Nahrungsbeziehungen in einem Ökosystem
  • Beteiligung des Menschen ↓
    Nahrungsketten ohne menschlichen Eingriff Nahrungsketten mit menschlichem Eingriff
    stabiles ökologisches Gleichgewicht kein stabiles ökologisches Gleichgewicht
    stabile Nahrungsketten, besitzen gute Fähigkeit zur Selbstregulation [Eingriffe werden gut kompensiert, viele Nahrungskettenglieder bzw. umfangreiche Nahrungsnetze] häufig muss der Mensch eingreifen, da wenig Nahrungskettenglieder [z.B. Jagd infolge fehlender Raubtiere], z.T. Monokulturen [kaum Selbstregulation - Fressfeinde, Parasiten etc. richten großen Schaden an]
  • Einfache Nahrungskette ↓
    Nahrungsketten sind eigentlich Kreisläufe zwischen Produzenten, Konsumenten und Reduzenten
    Im Bild: Einfacher Nahrungskreislauf inklusive Reduzenten.

    Möchte man nur eine Nahrungskette darstellen, lässt man die Reduzenten einfach weg.

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  • Nahrungspyramide → Nahrungskette unter Berücksichtigung der Biomasse [Individuenzahl]
  • Nahrungskreislauf → siehe Stoffkreislauf im Ökosystem
  • Nahrungsnetze → entstehen durch die Verknüpfung mehrerer Nahrungsketten im Ökosystem
Stoffkreislauf [in den Nahrungskreisläufen] im Ökosystem
  • Übersicht Nahrungskreislauf in einem Ökosystem ↓
    Ein Nahrungskreislauf ist ein Stofffluss [anorganische Stoffe (Mineralsalze, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff), organische Stoffe (Biomasse; d.h. Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße)] zwischen den Organismen im Ökosystem. Stoffwechselprodukte werden zwischen Lebewesen ausgetauscht sowie Lebewesen von anderen konsumiert.

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  • Stoffkreislauf in einem Ökosystem und Stoffwechselprozesse ↓
    Die autotrophen Produzenten betreiben in den Chloroplasten Fotosynthese und produzieren so mit Hilfe von Licht und Chlorophyll aus Wasser und Kohlenstoffdioxid energiereiche organische Stoffe. Nebenbei geben sie auch Sauerstoff ab. Alle anderen Lebewesen können nicht allein organische Stoffe bilden und müssen diese in form von Nahrung aufnehmen. Alle Organismen produzieren aus organischen Stoffen mit Hilfe der biologischen Oxidation [Zellatmung] in den Mitochondrien Energie, wobei als Produkte Wasser und Kohlenstoffdioxid entstehen. [Einige Bakterien, Schimmel- und Hefepilze betreiben statt der Zellatmung verschiedene Gärungsformen.]

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Biotop, Biozönose, Ökosystem und Biosphäre
  • Biotop [Lebensraum] → von weitgehend angepassten Lebewesen bewohnter, relativ abgeschlossener Raum mit allen darin wirkenden Umweltfaktoren; z.B. Biotop Feuchtwiese
  • Biozönose [Lebensgemeinschaft] → Gemeinschaft aller Individuen [verschiedener Arten] in einem Lebensraum; setzt sich aus vielen Populationen zusammen; z.B. sämtliche Lebewesen in einem See
  • Ökosystem → Einheit von Lebewesen und Umweltfaktoren in einem relativ abgegrenzten Lebensraum; z.B. Ökosystem Hecke
  • Merke → Ökosystem = Biotop + Biozönose
  • Ökosystem Kiefernwald im Frühling → ein Beispiel ...
    • Biotop-Merkmale mineralstoffarmer, trockener, saurer Sandboden, dünne Humusschicht, relativ starke Bodenwärme, rascher Wasserabfluss etc.
    • Biozönose → Pflanzengesellschaften aus Kiefer, Heidekraut, Heidelbeere, Wurmfarn, Torfmoos u.a.
      Tiergesellschaften [Rehe, Hasen, Rotfüchse ...], auch Tierstaaten [Rote Waldameise], Mikroorganismen [z.B. Fäulnisbakterien], Pilze [Pfifferling, Steinpilz], Flechten
  • Biosphäre → gesamter Raum der Erde, in dem Leben vorkommt; bestehend aus allen Ökosystemen unseres Planeten
Populationen, Populationsdynamik und ökologische Nische
  • Population [Fortpflanzungsgemeinschaft] → Gemeinschaft der Individuen einer Art in einem relativ abgeschlossenen Lebensraum; z.B. Wurmfarnpopulation eines Kiefernwaldes
  • Populationsdichte → Größe einer Population [Individuenanzahl bezogen auf die Größe eines Biotops]
  • Abhängigkeit der Populationsdichte → hängt von Umweltbedingungen ab [z.B. Klima, Bodenfaktoren, Feinde, Biotopgröße, Parasiten, Nahrungsangebot, Konkurrenz]
  • ökologische Nische → Gesamtheit der abiotischen und biotischen Umweltfaktoren, die das Überleben der Individuen einer Art [Population] gewährleisten und beeinflussen
  • Populationsschwankungen → ständiges Schwanken der Populationsdichte [Individuenzahl einer Population] in einem Ökosystem um einen Mittelwert, beeinflusst durch [sich ändernde] Umweltfaktoren; dadurch entsteht eine Populationsdynamik im Ökosystem
  • Extremschwankungen → bei sich plötzlich bzw. extrem verändernden Umweltbedingungen möglich [z.B. Aussterben einer Population; Massenvermehrung von Schädlingen]
  • Beispiel → natürliche Populationsschwankungen in einem unbewirtschafteten Teich; in 6 Jahren werden folgende Fischfänge gemacht [Kilogramm]:
    Fischfänge pro Jahr in kg 2002 2004 2006 2008 2010 2012
    Friedfische 1400 820 2310 3500 1220 560
    Raubfische 470 2490 3600 1920 380 2100
    Prinzip → 1. Je mehr Friedfische, umso mehr Raubfische 2. Je mehr Raubfische, desto weniger Friedfische 3. Je weniger Friedfische, desto weniger Raubfische 4. Je weniger Raubfische, umso mehr Friedfische (Kreislauf beginnt von vorn, = ökologisches Gleichgewicht)
  • Populationsschwankungen grafisch → Beispiel; Schwankungen der Populationsdichten von Beute- und Raubtier [Ökosystem ohne menschlichen Eingriff in das biologische Gleichgewicht]
Biologisches Gleichgewicht [ökologisches Gleichgewicht]
  • biologisches Gleichgewicht → ist gekennzeichnet durch ...
    • relative Stabilität der Größenverhältnisse zwischen den Populationen eines Ökosystems
    • Populationsdichte [bei allen Populationen] schwankt um einen relativ konstanten Mittelwert
    • ausgeglichener Stoffumsatz in stabilen Nahrungsketten
  • Beispiel → biologisches Gleichgewicht zwischen Borkenkäfer [Beutetier] und Specht [Räuber] ...
    1. Je mehr Borkenkäfer, umso mehr Buntspechte 2. Je mehr Buntspechte, desto weniger Borkenkäfer 3. Je weniger Borkenkäfer, desto weniger Buntspechte 4. Je weniger Buntspechte, umso mehr Borkenkäfer (Kreislauf beginnt von vorn, = biologisches Gleichgewicht zwischen den Populationen)
  • Störungen des biologischen Gleichgewichts → durch ...
    • Naturereignisse [z.B. Sturm, Waldbrand, Massenvermehrung von Schädlingen durch günstige Umweltfaktoren]
    • den Menschen [z.B. unkontrollierte Jagd, Düngemitteleinsatz, Umweltverschmutzung]
  • Einfluss des Menschen auf Ökosysteme ↓
    Einfluss des Menschen auf ein
    naturbelassenes Ökosystem
    Einfluss des Menschen auf ein
    künstliches Ökosystem
    artenreich artenarm
    z.B. Kiefernmischwald z.B. Monokultur Getreidefeld
    kaum Beeinflussung des biologischen Gleichgewichts, wenig nachteilig starke Beeinflussung des biologischen Gleichgewichts, sehr nachteilig
    da stabile Nahrungsketten und gutes Regulationsvermögen da labile Nahrungsketten und geringes Regulationsvermögen
Angepasstheit an den Lebensraum [Beispiele]
  • Tiere → einige Beispiele für Anpassungen sind ...
    • Anpassung an die Jahreszeit Winterfell und Sommerfell [Wolf], Winterstarre [Erdkröte], Winterschlaf [Feldhamster]
    • Anpassung an die Tageszeit → tages- [Reh] und nachtaktive [Fledermaus] Tiere
    • Leben auf Gewässern → z.B. Schwimmhäute [Entenvögel]
    • Leben in Gewässern → z.B. Kiemenatmung [Fische]
    • Anpassung an Landleben → z.B. Lungenatmung, Schutz gegen Austrocknung [Hornhaut], Schutz vor Kälte [z.B. Fell, Federn] u.v.a.
  • Pflanzen → Anpassungen an den Lebensraum sind z.B. ...
    • Anpassung an die Jahreszeit Laubfall im Herbst u.a.
    • Anpassungen an feuchte Standorte dünne, weiche, großflächige Blätter mit vielen Spaltöffnungen [z.B. Springkraut]
    • Anpassung an Gewässeroberflächen Spaltöffnungen an Blattoberseite [z.B. Teichrose]
    • Anpassungen an trockene Standorte kleine schmale Blätter oder Nadelblätter mit vertieften Spaltöffnungen [z.B. Kiefer], tote Blatthaare [z.B. Königskerze] oder dicke Kutikula [Kohlgewächse]; Rollblätter [Heidekraut]; Pfahlwurzeln [z.B. Kiefer]
    • Anpassung an viel Licht Sonnenpflanzen [Lichtpflanzen; z.B. Thymian] bzw. Lichtblätter [klein, dick, derb, hellgrün; dicke Kutikula, mehrschichtiges Palisadengewebe]
    • Anpassung an wenig Licht Schattenpflanzen [z.B. Sauerklee] bzw. Schattenblätter [groß, dünn, zart, weich, sehr dunkelgrün; dünne Kutikula, einschichtiges Palisadengewebe]
    • Anpassung an Lichtfaktor Licht- und Schattenblätter an ein und derselben Pflanze möglich [z.B. Buche]
  • einige Vorteile → Überlebens- und Fortpflanzungsvorteile durch verschiedene ökologische Nischen; Nebeneinander verschiedener Populationen im gleichen Biotop durch unterschiedliche Anpassungen
Waldökosysteme unserer Heimat
  • Laubwald → Frühjahr: viel Licht [siehe z.B. Frühblüher], Sommer: schattig; Blätter bilden gut durchlüftete Streu, daher gute Humusbildung
  • Mischwald → aus Laub- und Nadelgehölzen
  • Nadelwald → relativ gleichbleibende Bedingungen; Nadelstreu ergibt Rohhumus [saurer pH-Wert, nährstoffarm]
    • Fichtenwald sehr dunkel, wenig Bodenbewuchs [besonders in Monokulturen]
    • Kiefernwald mehr Licht, mehr Bodenvegetation
  • Schichtung des Waldes → Schichten des Waldes mit jeweils charakteristischer Artenzusammensetzung und bestimmten Umweltfaktoren
    • Baumschicht Kronenschicht, Stammschicht
    • Strauchschicht
    • Krautschicht
    • Moosschicht
    • Bodenschicht mit Wurzelstockwerken
  • Monokulturen → viele Nadelwälder sind immer noch Monokulturen [überwiegend wirtschaftliche Nutzung; Wirtschaftswälder]; nachteilig, da Artenarmut, geringe Stabilität ökologisches Gleichgewichts, labile Nahrungsketten, Anfälligkeit gegenüber Schädlingen oder Krankheiten
Ökosystem Regenwald
  • Kurzcharakteristik → immergrün, hohe Artenvielfalt, hohe Fotosyntheseleistung und damit hohe Biomasseproduktion, relativ nährstoffarmer Boden, hohe Luftfeuchtigkeit und Niederschlagsmengen
  • Bedeutung → Regulation des territorialen und des globalen Klimas [z.B. Sauerstoff- sowie Kohlenstoffdioxidhaushalt, Luftfeuchtigkeit etc.]
  • Gefährdung der Regenwälder → beispielsweise durch ...
    • Brandrodung z.B. zwecks Plantagen- oder Weidewirtschaft, Anbau von Pflanzen zur Kraftstoffgewinnung
    • hoher Fleischkonsum der Menschen [z.B. Weideflächen der Rinder für Fast-Food]
    • Raubbau an Holz und Rohstoffen
    • Umweltgifte [z.B. Quecksilber-Einsatz bei Goldgewinnung]
    • Ausrotten ganzer Arten durch den Menschen [z.B. bedrohte Orang-Utans]
    • Globalisierung und zunehmende Mobilität
  • Tipp→ Mehr zu Regenwäldern findest Du auch auf der Homepage des Eine Welt Ladens Weißwasser, und zwar genau hier.
Hinweise und einige Fachbegriffe
  • pH-Wert → Anteil von Wasserstoffionen [H+; saure Lösung] bzw. Hydroxidionen [OH-; alkalische Lösung] in einer wässrigen Lösung; pH 0...6,9 saure Lösung, pH 7 neutrale Lösung, pH 7,1...14 alkalische [basische] Lösung
  • Indikator → Farbstofflösungen [oder -papiere], bei denen Wasserstoffionen bzw. Hydroxidionen charakteristische Farbumschläge hervorrufen, so dass der pH-Wert ermittelt werden kann
  • Aqua dest. → destilliertes Wasser [lat. aqua destillata]
  • Art → Gesamtheit von Lebewesen, die in grundlegenden Merkmalen übereinstimmen und sich untereinander [geschlechtlich] fortpflanzen können sowie fruchtbare Nachkommen hervorbringen; bezogen auf einen Lebensraum bilden Individuen einer Art eine Population
  • autotrophe Ernährungsweise → Organismen ernähren sich von anorganischen energiearmen Stoffen und wandeln sie mit Hilfe von Licht und Chlorophyll in körpereigene organische Stoffe um [grüne Pflanzen, Grünalgen]; betreffende Organismen betreiben meist Fotosynthese
  • heterotrophe Ernährungsweise → Organismen ernähren sich bereits von organischen Stoffen und wandeln sie in körpereigene organische Stoffe um [Mensch, Tiere, Pilze]
  • Standort → Bezeichnung für den Lebensraum [Biotop] von Pflanzen und der herrschenden Umweltfaktoren
Quellenangaben
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  • Für die Gestaltung dieser Internetseite verwendeten wir zur Information, fachlichen Absicherung sowie Prüfung unserer Inhalte auch folgende Internetangebote: wikipedia.de, schuelerlexikon.de, seilnacht.com, darüber hinaus das Schroedel-Lehrbuch Erlebnis Biologie Klassen 7 [Ausgaben 2005, Sachsen]. Zitate oder Kopien sind entsprechend gekennzeichnet.

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