Dynamik der Biosphäre. Endogene Dynamik I. Wintersemester 2008/2009 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie"

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1 Dynamik der Biosphäre Endogene Dynamik I Wintersemester 2008/2009 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie" -> "Teaching"

2 Letzte Woche Der C-Kreislauf ist maßgeblich vom Menschen beeinflusst Stickstoff- und andere Stoffkreisläufe werden ebenfalls stark verändert und beinhalten Unsicherheiten für die Zukunft Der Wasserkreislauf ist direkt mit dem C-Kreislauf verbunden

3 Exogene und endogene Dynamik Endogene Dynamik: Veränderungen der Biosphäre aufgrund innerer, biologischer Prozesse Produktivität, Respiration, Mortalität, Migration etc. Exogene Dynamik: Beeinflussung der Biosphäre durch äußere Kräfte, z.b. Klima und Mensch Energie, Wasser, CO 2, Nährstoffe Landnutzung

4 Prozesse (u.a.): Endogene Dynamik Produktivität & Respiration (C Aufnahme, Speicherung und Abgabe) Mortalität, Regeneration Konkurrenz Migration Biodiversität

5 Photosynthese, Bruttoprimärproduktion Photosynthese bindet CO 2 und Wasser und liefert Kohlenhydrate Bruttoprimärproduktion (gross primary production, GPP) ist die Summe der Photosyntheseleistung im Ökosystem Unterschiedliche Pflanzen haben sehr ähnliche Lichtausnutzungseffizienz (light use efficiency, LUE) GPP kann deshalb aus dem absorbierten Licht abgeschätzt werden (NDVI) GPP wird durch die Wirkung der Umweltbedingungen auf den Photosyntheseapparat limitiert: Blattfläche (Wasserversorgung, Zerstörung, Beweidung) Dauer der Vegetationsperiode

6 Atmung, Nettoprimärproduktion Atmung liefert der Pflanze die Energie um Nährstoffe aufzunehmen, Biomasse zu bilden und diese zu erhalten Transport von Nährstoffen und Wasser Bildung neuer Biomasse mit unterschiedlichen Funktionen (Wachstum) Erhaltung der physiologischen Bedingungen für Lebensfunktionen, bei wechselnden Umweltbedingungen Nettoprimärproduktion (NPP) ist die Summe der GPP abzgl. der pflanzlichen Atmung - positive NPP ist eine Nettozunahme an Biomasse NPP ist durchschnittlich ca 40-52% der GPP

7 Allokation Pflanzen allozieren NPP auf verschiedene Organe bzw. Funktionen, mit dem Ziel Ressourcenlimitierung zu vermeiden, z.b. Wurzelwachstum bei Wasser- oder Nährstoffknappheit Sproßwachstum bei Lichtknappheit etc. Umweltfaktoren variieren über die Zeit und führen zu unterschiedlichen NPP-Mustern jahreszeitliche Schwankungen (Phänologie) Puffermechanismen (Speicherorgane) Ökosystemare Mechanismen können Ressourcenlimitierung vermindern Symbiosen (Mykorrhiza) zeitlicher Wechsel verschiedener Arten (Phänologie, Sukzession) Vermeidung von Störungseffekten

8 Dekomposition Physikalischer, chemischer und biologischer Abbau von toter Biomasse (Pflanzen, Tiere, Mikroben) Lösung, Fragmentierung und chemische Umwandlung von Biomasse Dekomposition durch Pilze und Bakterien (80-90% der Dekomposition) Abbau durch Tiere im Boden Dekomposition wird durch Umweltfaktoren reguliert höhere Temperatur fördert mikrobielle Umsetzung Temperaturwechsel um Gefrierpunkt fördert physikalische Zersetzung Sauerstofflimitierung (Wassersättigung) begrenzt Dekomposition

9 Mortalität Organismen sind Individuen mit begrenzten Lebenszyklen (Keimung - Etablierung - Wachstum - Fortpflanzung - Mortalität) Mortalität wird beeinflusst durch individuelle Disposition (Alter), Umweltfaktoren (Extremereignisse), Konkurrenz um Ressourcen mit Organismen der gleichen Art oder anderer Arten (Herbivorie) Störungen (disturbances) sind natürliche Elemente der Populationsdynamik Feuer Schädlingsbefall Frost Sturm etc.

10 Feuer als Störungsfaktor Yellowstone NP

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13 Regeneration, Sukzession Mortalität ist eine Voraussetzung für das Freiwerden von Nischen für die Regeneration Regeneration verläuft in der Regel in bestimmten Stadien, abhängig von Umweltbedingungen Vollständig vegetationsfreie Flächen (z.b. Gletschervorfelder, Lavaströme): Primärsukzession Andere Flächen (z.b. aufgegebene landwirtschaftliche Flächen): Sekundärsukzession

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16 Populationsdynamik Lebenszyklen verschiedener Organismen stehen in Wechselbeziehung zueinander (Konkurrenz, Abhängigkeit) Herbivorie Symbiose, Parasiten Räuber-Beute Beziehungen

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18 Migration Unterschiedliches Potenzial für verschiedene Organismen Inseln, Barrieren Migration als Anpassung an Umweltveränderungen