Lebensgemeinschaft Wald 2. Nahrungsbeziehungen und Stoffkreisläufe im Wald

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1 Lebensgemeinschaft Wald 2. Nahrungsbeziehungen und Stoffkreisläufe im Wald Film und Beitrag: Anita Bach Inhalt Ein ganz besonderer Waldspaziergang Drei Jugendliche sind mit dem Förster Michael Bartl im Wald unterwegs. Sie erfahren, wie Bäume, Tiere und Pilze in diesem Ökosystem aufeinander angewiesen sind, wie eine Nahrungskette funktioniert und wofür Destruenten im Wald gut sind. Mithilfe des Blattgrüns nutzen alle grünen Pflanzen im Wald die Energie der Sonne und betreiben Photosynthese. Dabei stellen sie aus dem Wasser des Bodens und dem Kohlenstoffdioxid aus der Luft Traubenzucker und Sauerstoff her. Was die Pflanzen produzieren, schmeckt den Tieren, z. B. dem Reh. Menschen und Tiere brauchen Sauerstoff zum Atmen Mithilfe des Sauerstoffs werden die Nährstoffe in den Körperzellen verbrannt. Ähnlich einer Verbrennung im Ofen entsteht auch bei diesem Stoffwechselprozess im Körper Kohlenstoffdioxid, das wir ausatmen. Und das wiederum verbrauchen die Pflanzen. So sind alle voneinander abhängig. Nahrungsketten im Wald Menschen und die Tiere ernähren sich nicht nur von Pflanzen. Der Specht fängt z. B. Borkenkäfer. Den Specht und andere Kleinvögel jagt der Habicht. So entsteht eine Nahrungskette. Viele Nahrungsketten überschneiden sich, dann sprechen wir von einem Nahrungsnetz. Im Wald herrscht ein biologisches Gleichgewicht Die für das Leben in diesem Ökosystem benötigte Energie stammt ausschließlich von der Sonne. Einen Teil dieser Energie verwerten die Pflanzen bei ihrer Photosynthese. Die Bäume im Wald sind also die Produzenten von Biomasse. Und diese energiehaltige Biomasse wird weitergege1

2 ben. Sie dient den Pflanzenfressern als Nahrung. Diese Primärkonsumenten nehmen mit dem Pflanzenmaterial auch die darin gespeicherte Energie auf. Sie wiederum werden von den Fleischfressern, den Sekundärkonsumenten, gefressen - und diese wiederum von einem Tertiärkonsumenten, beispielsweise dem Habicht. Doch die Nahrungskette ist aber noch nicht zu Ende. Abgestorbene Tiere und Pflanzen dienen den Destruenten als Nahrung. Zu ihnen gehören Pilze und Bakterien. Die dabei entstehenden Mineralien wiederum nutzen die Produzenten, der Stoffkreislauf schließt sich. Fakten Wald ist nicht gleich Wald Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der UNO (FAO) spricht von Wald, wenn die Bäume im Reifealter in winterkalten Gebieten mindestens drei, im gemäßigten Klima mindestens sieben Meter hoch sind und wenigstens 10 % des Bodens durch Baumkronen überschirmt sind. Als Urwald werden naturbelassene, das heißt ohne forstwirtschaftliche oder das ökologische Gleichgewicht berührende menschliche Eingriffe gewachsene Wälder bezeichnet. Der bewirtschaftete Wald wird als Wirtschaftswald oder umgangssprachlich auch als Forst bezeichnet. Weltweit treten Wälder als Waldgesellschaften in Gebieten mit einer (je nach Temperatur) bestimmten minimalen Niederschlagsmenge auf. Fällt weniger Niederschlag, geht der Wald in eine Trockensavanne oder Steppe über. Netzwerke im Boden Dem Waldbesucher fallen meist nur die Schirme der Pilze auf, der Teil, der oberirdisch wächst. Manche Pilze findet man am Fuß bestimmter Bäume. Mit ihnen sind sie durch eine Lebensgemeinschaft verbunden. Diese Pilze schicken ihre Fäden zu den haarfeinen Baumwurzeln und dringen sogar ins Innere ein. Dort zwängen sich die Pilzfäden zwischen den einzelnen Wurzelzellen hindurch und dabei beginnt ein Stoffaustausch. Der Pilz zieht Zucker aus den Wurzelzellen und liefert im Gegenzug Wasser und Mineralstoffe. Jeder bekommt, was er braucht. Diese Lebensgemeinschaft nützt beiden, Baum und Pilz; Biologen bezeichnen sie als Symbiose. An geringfügige Eingriffe des Menschen hat sich das Ökosystem immer wieder angepasst. Wenn der Mensch jedoch massiv in die Stoffkreisläufe eingreift, können die Wälder dauerhaft verändert, ja zerstört werden. Ab einer bestimmten Höhe bzw. geografischen Breite gibt es eine Waldgrenze, jenseits derer kein Wald mehr wachsen kann und nur vereinzelt (verkrüppelte) Bäume vorkommen. Ihr folgt die Baumgrenze. In den Deutschen Alpen liegt diese bei ungefähr m, in den Schweizer Alpen bei etwa m und im Himalaya bei ca m über Meereshöhe. Wälder der Tropen In den Tropen bildet sich bei entsprechender Feuchteversorgung durch Regen ( mm/a) eine Vielfalt von verschiedenartigen Regen- und Nebelwäldern aus. Sie sind die artenreichsten Landökosysteme der Erde. Schätzungsweise 70 % aller landgebundenen Arten dieser Erde leben in der tropischen Regenwaldzone. Mit zunehmender Höhe gehen in diesem Klima die Regenwälder in Nebel- oder Wolkenwälder über. In einem Wolkenwald wachsen zahlreiche Epiphyten. Dieser üppige Bewuchs wird nur noch von echten Bergnebelwäldern übertroffen, die in den feucht heißen Tropen ab m über dem Meer anzutreffen sind. In der Gezeitenzone tropischer Küsten wachsen Mangrovenwälder, die allerdings von einem star- 2

3 ken Rückgang betroffen sind. Die Flora der Mangrovenwälder beschränkt sich auf eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Mangrovenbaumarten mit speziellen Anpassungen an die schwierigen Lebensbedingungen dieses Lebensraums (z. B. Salinität, periodische Überflutung oder Brandung). standsfähigen Nadelgehölzen ausreichend Chancen. Die Forste wurden später behalten, da Nadelbäume relativ schnell wachsen und so schneller Profit bringen. Inzwischen setzt jedoch ein Umdenken ein und die meisten anfälligen und pflegeintensiven Nadelholzforste werden zu Mischwäldern umgebaut. Laubwald Der Stockwerkaufbau des Waldes In Mitteleuropa waren nacheiszeitlich die sommergrü nen Laubwälder vorherrschend, bevor der Mensch systematisch in die Baumartenzusammensetzung von Wäldern eingriff und Forste anlegte. Eine besondere Rolle spielten hierbei Rotbuchenwälder. Der Wald ist vom Boden bis zur Baumkrone in verschiedenen Schichten aufgebaut. Nur wo in größeren Höhenlagen oder in den kontinentaleren Bereichen das Klima für Laubgehölze ungünstig wurde, konnten sich mehr Nadelbäume durchsetzen. Da jedoch Nadelbäume wie die Fichten in der Forstwirtschaft höhere Erträge lieferten oder wie die anspruchslosen Kiefern auf Grenzertragsböden noch gutes Wachstum zeigten, hat der reine Laubwald in Mitteleuropa durch menschliche Einflussnahme stark abgenommen. Während die heimischen Wälder 1860 noch zu 70 % aus Laubwäldern bestanden, sind es heute nur noch etwa 30 %. Nadelwald Die ausgedehnten Kiefern- und Fichtenforste im Tiefland Mitteleuropas sind zumeist vom Menschen angepflanzt bzw. gefördert worden. Sie sind meist Ende des 18. Jahrhunderts angelegt worden, als die Forstwirtschaft die Wiederbewaldung des damals sehr waldarmen Mitteleuropas fördern sollte. Viele Böden waren damals durch den Raubbau ausgemagert und boten nur noch den anspruchslosen und wider- Die unterste Schicht ist die Moos- oder auch Bodenschicht, die von Moosen und Pilzen gebildet wird. Zu dieser Schicht zählen auch niedere Blütenpflanzen wie Sauerklee und Haselwurz. Die Moosschicht ist Lebensraum für viele Insekten, Spinnen, Reptilien und Kleinsäuger (Maus, Igel). Sie dient diesen als Unterschlupf und Nahrungsquelle. Auf die Moosschicht folgt die so genannte Krautschicht, die sich bis in ein Meter Höhe erstreckt. Sie setzt sich vor allem aus Gräsern, Farnen, Jungbäumen und Blütenpflanzen zusammen. In Licht durchfluteten Wäldern mit Kiefern und Lärchen ist sie stärker ausgeprägt als in Schattenwäldern aus Buche, Fichte und Tanne. Die Krautschicht bietet vor allem dem Wild Äsung. Die dritte Schicht ist die so genannte Strauchschicht, sie reicht bis in eine Höhe von etwa 3 Meter. In ihr findet man vor allem Sträucher wie Holunder, junge Bäume (Nachwuchs), Hasel, Weißdorn etc. 3

4 Insbesondere am Waldrand, wo viel Licht einfällt, ist die Strauchschicht sehr vielfältig ausgeprägt. Sie bietet einer Vielzahl von Tieren Unterschlupf und Nahrungsquelle. Typische Tierarten der Strauchschicht sind z.b. die Haselmaus, Zwergspitzmaus, viele Vogel- und Insektenarten. Die letzte Schicht und auch die größte, ist die Baumschicht. Wie der Name schon sagt, finden sich hier nur Bäume wieder. Sie bestimmt mit dem mehr oder weniger kräftigen Laubwerk, wie viel Licht auf den Boden einfällt. Der Lichteinfall wiederum bestimmt die Zusammensetzung und den Artenreichtum der anderen Schichten. Je mehr Licht einfällt, desto mehr Arten finden sich in den Schichten. Die Baumschicht ist Lebensraum für viele Vogelarten (Meisen, Raubvögel), Säugetiere (Eichhörnchen, Baummarder) und Insekten (Borkenkäfer). Nahrungsbeziehungen im Wald Das Ökosystem Wald setzt sich zusammen aus dem Lebensraum (Biotop) und aus der Lebensgemeinschaft der dort lebenden Organismen (Biozönose). Verschiedene Organismen sind über eine Nahrungsbeziehung (= Nahrungskette) miteinander verbunden. In der Nahrungskette gibt es verschiedene, übereinander angeordnete Ernährungsebenen, denen die beteiligten Organismen jeweils angehören. Die sind in drei Kategorien unterteilt: Konsumenten (= Verbraucher): Pflanzenfresser oder auch Primärkonsumenten, die sich direkt von den Produzenten ernähren, z. B. Raupe. Fleischfresser oder auch Sekundärkonsumenten, die sich direkt von den Primärkonsumenten ernähren, z. B. Specht. Tertiärkonsumenten: Fleischfresser, z. B. Habicht, wenn sie sich von den kleineren Fleischfressern, den Sekundärkonsumenten, ernähren. Die jeweils höhere Ebene ernährt sich von der ihr vorausgehenden und ist auch von ihr abhängig. Sollte ein Tier kein reiner Fleischfresser sein, sondern sich auch von Pflanzen und Früchten ernähren, dann verbindet es verschiedene Nahrungsketten miteinander und es entsteht ein komplexes Nahrungsnetz. Destruenten (= Zersetzer): z.b. Bakterien, die totes pflanzliches und tierisches Material und Abfallstoffe abbauen und dem Boden wieder als Nährstoffe zuführen. Nahrungsketten sind häufig auf eine Länge von vier bis fünf Gliedern beschränkt. Bei der Ernährung ergeben sich Energieverluste. Da der Großteil der Nahrung in der Nahrungskette zur Energiegewinnung umgesetzt wird, nimmt das Gewicht eines Lebewesens nach grober Schätzung nur um ein Zehntel des Gewichts der aufgenommenen Nahrungsmenge zu. Produzenten (= Erzeuger): z. B. Blätter, Gräser, Kräuter, Farne oder Beeren etc., die organische Nährstoffe aus der Fotosynthese herstellen und als Grundlage für weiteres Leben dienen. Tiere hingegen sind nicht in der Lage aus anorganischen Stoffen und Sonnenenergie organische Verbindungen (Kohlenhydrate) aufzubauen. Daraus ergibt sich für einen Menschen, wenn er z. B. 10 kg Hechtfleisch verzehrt, nur um 1 kg zunimmt. Damit der Hecht diese 10 kg produzieren kann, muss er wiederum 100 kg Karpfen fressen. Die Karpfen benötigen dann kg Algen, um dementsprechend an Gewicht zuzunehmen. 4

5 Didaktische Hinweise Lehrplanbezüge für bayerische Schulen Haupt-/Mittelschule 8 PCB 8.2.Lebensgemeinschaft Wald Nahrungsbeziehungen Stoffkreisläufe - Nahrungsbeziehungen im Wald: Nahrungskette Nahrungsnetz - Fotosynthese; Produktion von Zucker und Stärke (Biomasse); Umsetzung der Gase; Umwandlung von Energie - Versuche: Nachweis von Stärke, Freisetzung von Sauerstoff - Wort- und einfache chemische Gleichung, z. B. 6H2O + 6CO2 -> C6H12O6 + 6O2 - Bedeutung der grünen Pflanzen für das Leben auf der Erde - einfaches Modell der Beziehungen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten (Pilze und Bakterien) - Kohlenstoffkreislauf Realschule 6 Biologie B 6.5. Lebensgemeinschaft Wald - Nahrungsbeziehungen und ein Stoffkreislauf - Bedeutung, Gefährdung und Schutz - Biozönose, Biotop und Ökosystem Gymnasium 6 Natur und Technik Wirbeltiere in verschiedenen Lebensräumen Die Schüler vertiefen durch die Behandlung weiterer Wirbeltierklassen ihr Wissen über Zusammenhänge zwischen Körperbau, Lebensweise und Lebensraum und bringen dazu grundlegende Kenntnisse über Säugetiere aus der Jahrgangsstufe 5 mit ein. In zunehmendem Maß werden sie an Fragestellungen und Erkenntnisse der individuellen und stammesgeschichtlichen Entwicklung, der Ökologie und der Verhaltenslehre herangeführt. Dort, wo zum Verständnis Stoffwechselbetrachtungen notwendig sind, greifen die Schüler auf die in der Jahrgangsstufe 5 erworbenen Modellvorstellungen zu Stoff- und Energieumwandlung und ein einfaches Teilchenkonzept zurück. Lernziele Die Schüler/innen sollen begreifen, dass die Photosynthese die Grundlage aller Lebensvorgänge auf der Erde ist; eine Nahrungskette im Wald schildern können; verstehen, wie ein Nahrungsnetz aus vielen Nahrungsketten entsteht; die Begriffe Produzenten, Konsumenten und Destruenten den Lebewesen im Wald zuordnen können; die Gefahren für das Ökosystem Wald erkennen und einschätzen können; Lösungen zum Schutz des Waldes entwickeln. 5

6 Anregungen Der Film eignet sich zum Einsatz in der Phase der Problembearbeitung des Unterrichts. Da die Infor mationen im Film ziemlich dicht und kompakt sind, empfiehlt es sich, den Film abschnittweise einzu setzen. Er ist klar gegliedert, so dass die einzelnen Abschnitte den Schülern separat gezeigt werden können. Durch den Film zieht sich als Roter Faden die Geschichte dreier Schüler, die mit einem Förster einen "Pirschgang" unternehmen. Parallel dazu sind immer wieder Grafiken und Trickfilmabschnitte eingeschnitten, die die Nahrungsbeziehungen und Stoffkreisläufe im Wald erläutern. Im ersten Abschnitt geht es um die Stellung der Pflanzen im Ökosystem als Sauerstoff und Nahrungsproduzenten. Die Photosynthese wird im Trickfilm erklärt. Im zweiten Abschnitt wird die Stellung der Tiere als Konsumenten und als Kohlenstoffdioxidlieferanten für die Pflanzen erläutert. Hier wird deutlich, dass die Zellatmung chemisch betrachtet die Um kehrung der Photosynthese ist. Im dritten Abschnitt stehen die sog. Destruenten im Wald im Focus, die Pilze. Am Ende geht der Film kurz auf die Störungen des Ökosystems ein. Der Film könnte auch zur Wiederholung und Festigung bereits erarbeiteter Lerninhalte eingesetzt werden. In den Lehrplänen für Hauptschule und Realschule sind für das Thema Lebensgemeinschaft Wald mehrere Unterrichtsstunden vorgesehen. Wird der Film als Ganzes vorgeführt, empfiehlt es sich Beobachtungsaufgaben für Gruppen zu stel len. Die Ergebnisse könnte dann jeweils ein Sprecher der Gruppe vor der gesamten Klasse vortragen. Daraus ergeben sich viele Anknüpfungspunkte für ein ausführliches Unterrichtsgespräch. Arbeitsaufträge für Gruppen 1. Pflanzen im Ökosystem Wald Warum gilt Waldluft als frisch und sauber? Erstelle eine chemische Summengleichung für die Photosynthese. Warum brauchen die Pflanzen im Wald die Tiere? Welche Bedeutung hat ein toter Baum im Wald? 2. Tiere im Ökosystem Wald Welches Ziel verfolgt der Förster im Film? Welche Rolle spielen die Rehe im Wald? Welche Tiere beobachten die drei Schüler? Wie und warum sind die Tiere und der Mensch von den Pflanzen abhängig? 3. Pilze im Wald Wovon ernährt sich ein Pilz? Welchen Nutzen zieht ein Waldbaum aus einem Pilz? Warum findet man manche Pilze auf toten Bäumen? Wie kann ein Pilz dem Menschen nützen? 6

7 4. Gefahren für das Ökosystem Wald Von den Menschen? Von den Tieren? Wie wirken sich Abgase auf die Bäume aus? Welche Schutzmaßnahmen für den Wald schlägst du vor? Drei Arbeitsblätter können zum Einsatz kommen. Literatur- und Internettipps Udo Hampl, Reinhold Rehbach u.a.: Biologie 6 Cornelsen Verlag; 2001; Berlin; ISBN Manfred Litz u.a.: Urknall Bayern 8, Physik, Chemie, Biologie Ernst Klett Verlag; 1999; Stuttgart; ISBN LWF aktuell, Waldpädagogik, Schule für junge Entdecker Magazin der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft 75/2010; ISSN Waldpädagogischer Leitfaden - nicht nur für Förster, 2010 Hrsg. Vom Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Links Waldpädagogik-Informationen des Bayerischen Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Schutzgemeinschaft Deutscher Wald 7