Die Ökologie untersucht die Beziehungen der Lebewesen untereinander und zu ihrer abiotischen Umwelt.
Unter Umwelt versteht man alle äußeren Einflüsse, die auf einen Organismus einwirken. Gehen diese Einflüsse von anderen Lebewesen aus, so spricht man von den biotischen Umweltfaktoren. So gehören z.B. Nahrungsbeziehungen zwischen den Lebewesen zu diesen Faktoren. Aber auch die unbelebte Umwelt beeinflußt das Gedeihen eines Organismus: Zu den abiotischen Faktoren zählen Wärme, Licht, Wasser und andere chemisch-physikalische Bedingungen des Lebensraumes.
Die Gesamtheit aller in einem geographisch abgrenzbaren Raum vorkommenden
Organismen bilden eine Biozönose oder Lebensgemeinschaft. In ihr sind die Lebewesen durch vielfältige Wechselbeziehungen voneinander abhängig. Der räumlich abgrenzbare Lebensbereich einer Biozönose wird Biotop genannt. Er bedingt die abiotischen Umweltfaktoren, die sich aus Klima, Boden- und Wasserbeschaffenheit und Oberflächengestalt des Lebensraumes ergeben. Biozönose und Biotop bilden eine funktionelle Einheit, das Ökosystem. Die Gesamtheit aller Ökosysteme der Erde ergibt die Biosphäre.
Gliederung und Wechselbeziehungen im Ökosystem
1. Biotop (abiotische Umwelt): Dazu gehört der Raum des Ökosystems mit Licht-, Wärme- und Wasserverhältnissen sowie dem Gehalt an Mineralstoffen, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid.
2. Biozönose (Lebensgemeinschaft): Sie gliedert sich in
a) Produzenten (Erzeuger): Grüne Pflanzen und wenige autotrophe Bakterienarten, die organische Substanz (Biomasse) aus anorganischen Stoffen aufbauen. Von dieser Biomasse leben alle anderen Organismen eines Ökosystems.
b) Konsumenten (Verbraucher): Tiere und der Mensch. Die Pflanzenfresser bezeichnet man als primäre Konsumenten, die kleineren Fleischfresser als sekundäre Konsumenten. Großraubtiere, die kleinere Raubtiere (sekundäre Konsumenten) fressen, sind tertiäre Konsumenten. In einem Ökosystem können nur so viele Konsumenten existieren, wie dies die Produktion der Produzenten ermöglicht.
c) Destruenten (Zersetzer oder Reduzenten): Organismen, welche die organische Substanz toter Lebewesen zu einfacheren Stoffen und schließlich zu Wasser, CO2 und Mineralstoffen abbauen. Diese anorganischen Stoffe werden wieder zu Bestandteilen der abiotischen Umwelt. Man unterscheidet Abfallfresser (Saprophage) und Mineralisierer. Abfallfresser sind viele Würmer und andere Kleintiere des Bodens, Mineralisierer sind Bakterien und Pilze. Destruenten sind zur Aufrechterhaltung des Kreislaufes der Stoffe unerläßlich.
Ökosystem See
Gliederung des Sees:
Bodenregion (Benthal, Gewässerrand bis größte Wassertiefe)
Freiwasserbereich (Pelagial, Oberfläche bis größte Wassertiefe)
Die Uferregion ist durch autotrophe und die anschließende Tiefenregion durch hetero-trophe Organismen gekennzeichnet. Beide Regionen werden durch die Kompensa-tionsebene getrennt. Im Bereich dieser Ebene halten sich Photosynthese und Atmung die Waage. Die über der Kompensationsebene liegende Schicht bezeichnet man als Nährschicht, in ihr überwiegt die photosynthetische Stoffproduktion. Unter der Kompen-sationsebene liegt die Zehrschicht, hier überwiegt die Dissimilation.
Auch der Freiwasserbereich wird durch die Kompensationsebene in zwei Zonen getrennt: in das lichtdurchflutete Epilimnion und in das lichtlose Hypolimnion.
Die Lebensgemeinschaft der Wasseroberfläche nennt man Pleuston. Dort leben: Bakterien, Algen, Protozoen, Pilze und Wasserläufer. Die Organismen des Pleuston besitzen die Fähigkeit unter Ausnutzung der Oberflächenspannung des Wassers die Grenze zwischen Wasser und Luft als Lebensraum zu benutzen. Die anschließend freie Wasserschicht ist allen im Wasser schwebenden Lebewesen, dem pflanzlichen und tierischen Plankton vorbehalten. Diese Lebewesen haben entweder gar keine oder nur eine sehr geringe Eigenbewegung. Aktiv im Wasser schwimmende Lebewesen sowohl in der oberen als auch in der unteren Wasserschicht bezeichnet man als Nekton.
In den Biotopen herrscht jeweils ein biologisches Fließgleichgewicht zwischen den verschiedenen Arten der Lebensgemeinschaft, dies bedeutet, daß Zu- und Abgänge der Arten langfristig gesehen um einen Mittelwert schwanken.
Nahrungsbeziehungen / Aufbau eines Ökosystems am Beispiel des Teiches
Alle höheren Pflanzen, Algen und einige Bakterien schaffen als autotrophe Produzenten die stoffliche und damit auch die energetische Grundlage für die übrigen Organismen im Ökosystem See. Die heterotrophen Lebewesen, die von den Produzenten leben, werden als Konsumenten bezeichnet. Die abgestorbenen Produzenten bzw. Konsumenten und andere tote Biomasse werden schließlich von den Destruenten bis zu den anorganischen Bestandteilen abgebaut.
Die chlorophyllhaltigen Wasserpflanzen treiben Photosynthese, d.h. sie bauen aus anorganischen Stoffen hochmolekulare organische Stoofe auf. Von diesen Stoffen ernähren sich die Tiere: die Pflanzenfresser unmittelbar und die Tiere, die andere als Beute fressen, mittelbar. Die grünen Pflanzen sind die Produzenten der Biomasse, welche die Tiere verbrauchen. Die Tiere sind die Konsumenten. Die Ausscheidung der Tiere, ihre Leichen und die abgestorbenen Pflanzenteile bauen Bakterien und Pilze zu einfachen, anorganischen Stoffen ab. Man bezeichnet Bakterien und Pilze daher als Destruenten (Reduzenten). Die durch ihre Tätigkeit entstandenen anorganischen Stoffe stehen dann für das Wachstum der Pflanzen wieder zur Verfügung. Zwischen den grünen Pflanzen, den Tieren und den Mikroorganismen findet also ein dauernder Kreislauf der Stoffe statt, Abbauprozesse in den Tieren und in den Mikroorganismen sowie Aufbauprozesse in den grünen Pflanzen halten sich die Waage (biologisches Gleichgewicht). Der Teich ist stofflich und energetisch ein offenes System. Das einfallende Sonnenlicht liefert Energie für die Photosynthese der Wasserpflanzen. In ihm bleiben Zahl und Art der Individuen innerhalb gewisser Grenzen konstant. Der Teich hat somit die Fähigkeit zur Selbstregulation, d.h. Anzahl und Art seiner Organismen bleiben nahezu gleich (Fähigkeit zur Homöostase). Die Lebensgemeinschaft des Teiches ist gegenüber äußeren Einflüssen in gewissen Grenzen stabil.
Von ökologischer Stabilität eines ökologischen Systems spricht man, wenn sich das System nicht spontan selbst verändert, sich auch durch kurzandauernde äußere Störungen nicht verändern läßt oder nach einer Veränderung wieder in die Ausgangslage zurückkehrt.
Beispiel einer Nahrungskette (Nahrungspyramide):
P Algen werden gefressen von
Konsumieren organische
K1 Rädertierchen werden gefressen von
Substanzen, um Energie
K2 Wasserflöhe werden gefressen von
und Biomasse zu gewinnen.
K3 Libellenlarven werden gefressen von
Produzieren Glukose (Bio-
K4 Blaufelchen werden gefressen von
masse) aus CO2 und H2O
EK Hecht wird nicht gefressen.
mit Lichten.
D Bakterien, Pilze mineralisieren die
organische Substanz Destruieren organischer
Substanzen zu anorganischen
Molekülen.
Gewässeruntersuchung
1. Saprobieklassen (oligosaprob, ß-mesosaprob, alpha-mesosaprob, polysaprob)
2. Gewässergüteklasse I - IV
3. Organismen
4. Planktongehalt
5. Gesamtkoloniezahl
6. Sichttiefe
7. Lichtverhältnisse
8. O2-Gehalt
9. Anzahl coliformer Keime
10. Bestimmung des Sulfatgehalts
11. Wasserinhaltsstoffe
12. ph-Wert
13. Schwefelwasserstoffgehalt
14. Kaliumpermanganatgehalt
15. Wassertemperatur
16. Phospatgehalt
17. Ammoniumgehalt (anaerob)
18. NO-2 -> NO-3 [Stickstoffgehalt]
Nach der Stärke der Belastung mit Verschmutzung kann man die Wasserbeschaffenheit oder Wassergüte eines Gewässers in Klassen einteilen. Da man ursprünglich für die Einschätzung der Belastung die fäulnisfähigen, biochemisch abbaubaren, organischen Substanzen heranzog, bezeichnet man diese als Saprobieklassen (grch. sapros=faulend, bios=lebend). Die Belastung der Gewässer mit organischen Stoffen ist also sehr gering, mäßig, stark oder übermäßig stark. Diese Abstufungen entsprechen den Gewässergüteklassen I - IV. Mit zunehmender Verschmutzung nimmt die Artenvielfalt der Lebewesen im Gewässer mehr und mehr ab. Der Grad der Verarmung läßt sich dann zur Kennzeichnung der Wassergüte heranziehen. Man hat nun die Organismen, deren Vorkommen an eine bestimmte Saprobiestufe oder Gewässergüteklasse gekoppelt ist, zu Gruppen geordnet und diese wiederum im sogenannten Saprobiensystem zusammengefaßt. Um die Gewässergüte einzuschätzen, bestimmt man die im Gewässer vorkommenden Arten des Saprobiesystems. Aus der Häufigkeit und dem Indikationsgewicht (Lebewesen im Saprobiesystem) läßt sich dann der sogenannte Saprobienindex berechnen, der einer bestimmten Gewässergüteklasse oder Saprobiestufe entspricht.
Seeuntersuchung
Warum untersucht man einen See?
Um Umweltverschmutzungsfaktoren zu untersuchen.
Damit z.B. eingesetzte Fische überleben.
Nach welchen Faktoren muß man suchen?
nach biotischer Nahrung: kleinere Fische, Würmer, Algen, Insekten, Krebse
nach abiotischen: Temperatur pH O2 CO2
Licht
Salze: Na Cl
Ca NO3
Fe SO4
C NO2
Ni PO4
Mg
Was ist ein intakter See?
-> klar
-> Lebewesen bestimmter Art und Zahl
-> Pflanzenwuchs
-> möglichst wenig Salze
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