Globale Ökologie. Endogene Dynamik II. Wintersemester 2010/2011. Wolfgang Cramer

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1 Globale Ökologie Endogene Dynamik II Wintersemester 2010/2011 Wolfgang Cramer Univ. Potsdam, Erd- und Umweltwissenschaften, Globale Ökologie -> Lehre / "Teaching"

2 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

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

4 Lebenszyklen, Mortalität, Störungen 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.

5 Feuer als Störungsfaktor Yellowstone NP

6 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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9 Systemstabilität Resilience: Die Resilienz von Ökosystemen bezeichnet deren Fähigkeit, Störungen zu tolerieren, ohne dass das System so zusammenbricht, dass sich langfristig ein qualitativ veränderter Systemzustand einstellt, der von einer Vielzahl anderer Prozesse geregelt wird (Wikipedia) Anpassung in der Regel auf einzelne Organismen bezogen, kann aber auch für dauerhafte Veränderungen von Ökosystemen aufgrund von veränderten Umweltbedingungen verwendet werden

10 Heute Systemstabilität - Biodiversität Formen von Biodiversität Aussterberate / Artenbildung Strukturelle / funktionelle Biodiversität Beeinträchtigung und Schutz von Biodiversität Lebensformen und funktionelle Typen Kulturpflanzen / Kulturlandschaft

11 Biodiversität Die Verschiedenheit und Variabilität von lebenden Organismen und den ökologischen Komplexen, in denen sie leben Diversität: Anzahl von Objekten oder ihre relative Häufigkeit Für Biodiversität gibt es Objekte auf verschiedenen Organisationsebenen, von vollständigen Ökosystemen bis zur chemischen Struktur der DNA

12 Hierarchische Ebenen Ökosystemdiversität (Landschaft) Funktionale Diversität Artenzahl Genetische Diversität

13 Diversitäts-Indizes Alpha-Diversität: Zahl der Arten in einem homogenen Habitat Beta-Diversität: Zahl der Arten in einem Landschaftsausschnitt Gamma-Diversität: Zahl der Arten in einer großen Region

14 Arten... Populationen, innerhalb derer in der Natur ein freier Fluss von Genen stattfindet...sind unscharf voneinander abgegrenzt...haben begrenzte Lebensdauer

15 Artenzahlen

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18 Aussterberate...kann nicht direkt beobachtet werden...ist vor allem im Ozean fast unbekannt...hat mit Beginn des 19. Jahrhunderts zugenommen...ist heute vergleichbar mit der Aussterberate während der großen Katastrophen am Ende des Paläozoikums...am größten in Tropenwäldern (ca Arten pro Jahr)

19 Significant and largely irreversible changes to species diversity The distribution of species on Earth is becoming more homogenous Humans have increased the species extinction rate by as much as 1,000 times over background rates typical over the planet s history (medium certainty) 10 30% of mammal, bird, and amphibian species are currently threatened with extinction (medium to high certainty)

20 Evolution (Artenbildung) "Death is one thing; an end to birth is something else" Differenzierung neuer Arten ist eingeschränkt durch den Verlust an Biotopen

21 Strukturelle / funktionale Biodiversität Strukturelle D.: Einheiten sind Taxa (z.b. Arten) Funktionale D.: Einheiten unterscheiden sich (nur) hinsichtlich der Funktion (z.b. Lebensformen, funktionale Pflanzentypen, Nahrungspyramide)

22 Vereinfachung der Organismenvielfalt Lebensformen (Raunkiær) Funktionale Pflanzentypen (pft's) Christen Christiansen Raunkiær

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24 Phanerophyten Lebensformen Bäume und Sträucher, deren Erneuerungsknospen mehr oder weniger hoch über dem Boden an den in die Luft herausragenden Trieben sitzen und daher Frost und Trockenheit ungeschützt ausgesetzt sind.

25 Chamaephyten Lebensformen Sie halten ihre Knospen knapp über dem Boden (20-50 cm) und sind bei regelmäßiger Schneedecke im Winter geschützt. U.a. immergrüne und sommergrüne Zwergsträucher.

26 Hemikryptophyten Lebensformen Stauden, bei denen die Erneuerungsknospen direkt an der Bodenoberfläche sitzen. Oberirdische Sprossen sterben gänzlich ab, oder bleiben nur zum Teil erhalten.

27 Kryptophyten Lebensformen Die Erneuerungsknospen liegen entweder in einer bestimmten Tiefe im Boden (Geophyten) oder im Wasser (Hydrophyten). Unterirdische Organe dienen zur Speicherung der Reservestoffe. Kryptophyten sind besonders geeignet, um längere Trockenphasen zu überdauern und sind in allen ariden Gebieten verbreitet.

28 Therophyten Annuelle Arten - sterben während der ungünstigen Jahreszeit ganz ab und überdauern als Samen. Starten jedes Jahr neu und brauchen daher lange, um vegetative Sprosssysteme aufzubauen und zur Blüte und Frucht zu gelangen. In kalten Gebieten, wo das Pflanzenwachstum sowieso schon gehemmt ist, geht dieser Vorgang zu langsam. Diese Strategie bewährt sich vor allem in Trockengebieten, wo sie auch meist ohne Konkurrenz dastehen.

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31 Kulturpflanzen / Kulturlandschaft...abgeleitet aus Wildpflanzen durch Selektion und Züchtung Genetisch modifizierte Organismen (GMOs) Kulturlandschaften können höhere Landschaftsdiversität aufweisen als natürliche Landschaften der gleichen Region

32 Mechanismen zur Erhaltung der Biodiversität Populationsdynamik Sukzession Stabilität / resilience

33 Mechanismen der Beeinträchtigung von Biodiversität Veränderung der Standortbedingungen (Habitat) Klimawandel Invasive Arten Übernutzung Umweltverschmutzung

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37 Strategien zum Schutz von Biodiversität Schutz der Komponenten von Biodiversität Ökosysteme, Habitate, Biome Artenvielfalt Genetische Vielfalt Förderung der nachhaltigen Nutzung nachhaltige Nutzung und Verbrauch von Produkten Reduktion von Bedrohung Vermeidung der Zerstörung von Ökosystemen und Habitaten Kampf gegen invasive Arten Klimaschutz und Reduktion von Verschmutzung

38 Strategien zum Schutz von Biodiversität (Fortsetzung) Sicherung von Ökosystemfunktionen ( goods and services ) Sicherung von traditionellem Wissen und Innovation Sicherung der fairen Nutzung genetischer Ressourcen Sicherung von Ressourcen zur Erfüllung der vorgenannten Ziele

39 Konventionen Convention on Biological Diversity (CBD) Ramsar Convention on Wetlands Convention to Combat Desertification Auch: Convention on Climate Change Natura 2000 etc.

40 Take home message Endogene Dynamik der Biosphäre ist geprägt durch Wachstum & Atmung... Populationsdynamik/Sukzession Entscheidendes Element für Stabilität: Biodiversität