Umweltwissenschaft Se1

Modul: 

Umweltwissenschaften 

WS 2006/2007 

1 Einführung Ökologie / Autökologie................................................................................................................. 2 

Was ist Ökologie? ....................................................................................................................................... 2 

Aquatische und terrestrische Biome ........................................................................................................... 3 

Definition einiger Begriffe............................................................................................................................ 4 

Autökologie.................................................................................................................................................. 5 

Anpassungstoleranz.................................................................................................................................... 6 

Beispiele von Reaktionskurven................................................................................................................... 7 

2 Populationsökologie ....................................................................................................................................... 9 

Was Populationen kennzeichnet................................................................................................................. 9 

Welche Faktoren beeinflussen die Geburten- und Sterberate?................................................................ 10 

Entwicklungsgradienten ............................................................................................................................ 10 

Lebenszyklen ............................................................................................................................................ 11 

Populationswachstum ............................................................................................................................... 12 

Das menschliche Bevölkerungswachstum................................................................................................ 16 

3 Ökologie der Biozönosen ............................................................................................................................. 17 

Was ist eine Biozönose?........................................................................................................................... 17 

Ökologische Nische .................................................................................................................................. 18 

4 Ökosysteme.................................................................................................................................................. 20 

Das Ökosystem-Konzept in der Ökologie ................................................................................................. 20 

Die Primärproduktion in Ökosystemen ..................................................................................................... 20 

Die Sekundärproduktion in Ökosystemen................................................................................................. 21 

Produktionseffizienz .................................................................................................................................. 22 

Der Kreislauf chemischer Elemente in Ökosystemen............................................................................... 22 

Gesetz des Minimums............................................................................................................................... 23 

Wasserkreislauf......................................................................................................................................... 23 

Kohlenstoff-Kreislauf ................................................................................................................................. 24 

Stickstoff-Kreislauf .................................................................................................................................... 24 

Phosphorkreislauf ..................................................................................................................................... 25 

5 Humanökologie............................................................................................................................................. 26 

Natürliches System ................................................................................................................................... 26 

Anthropogene Systeme............................................................................................................................. 26 

Ressourcen und Umweltverschmutzung .................................................................................................. 29 

Umweltverschmutzung.............................................................................................................................. 30 

6 Naturschutzbiologie...................................................................................................................................... 34 

Die Biodiversitätskrise............................................................................................................................... 34 

Naturschutz auf Populations- und Artenebene ......................................................................................... 36 

Schutzmassnahmen auf der Ebene der Biozönosen und Ökosysteme ................................................... 36 

Langfristiges Ziel ....................................................................................................................................... 36 

7 Lexikon ......................................................................................................................................................... 37 

8 Anhang für Prüfung ...................................................................................................................................... 39 

Umweltwissenschaft Se1.doc Irène Stücheli Seite 1 / 39

1 Einführung Ökologie / Autökologie 

Kapitel 50 

Autökologie, abiotische Umwelt 

Populationsökologie, Fokus auf die einzelne Art 

Ökologie der Biozönosen, biotische Umwelt 

Was ist Ökologie? 

Die Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt bestimmten ihre Verbreitung und 

Häufigkeit (Abundanz). Die zentralen Fragen innerhalb der Ökologie sind: „Wer lebt wo?“ und „Wie 

viele gibt es?“ Mithilfe von Beobachtung und Experimenten testen Ökologen hypothetische 

Erklärungen für die umweltbedingte Beschränkung von Verbreitung und Häufigkeit. Zu den 

Umweltfaktoren gehören sowohl abiotische als auch biotische Komponenten. 

Raum / Struktur 

Biosphäre 

Ökosystem, Syn- 

Biocönose, Biozönologie 

Population, Dem- 

Organismus, Aut- 

Organsysteme 

Organe 

Gewebe 

Zellen 

Moleküle 

Atome 

Ökologie 

Zeit 

Morphologie, Anatomie, Physiologie 

Faktoren, welche die Verbreitung von Organismenarten beeinflussen 

Die Verteilungsmöglichkeiten von Arten tragen zu ihrer Verbreitung bei. Umgesiedelte Arten können 

das Ökosystem in ihrem neuen Lebensraum verändern und sogar das Aussterben einheimischer 

Arten verursachen. 

Verhalten und Habitatselektion beeinflussen die Verbreitung von Organismenarten. 

Eine Art bewohnt häufig nur einen Ausschnitt ihres potenziellen Verbreitungsgebiets. 

Biotische Faktoren beeinflussen die Verbreitung von Organismenarten. 

Zu den biotischen Faktoren gehören Interaktionen mit anderen Arten, wie Prädation und 

Konkurrenz. 

Abiotische Faktoren beeinflussen die 

Verbreitung von Organismenarten. 

Wichtige abiotische Faktoren sind zum 

Beispiel Temperatur, Wasser, Licht, Wind, 

Gesteine und Boden. 

Temperatur und Wasser sind die 

wichtigsten klimatischen Faktoren für die 

Verbreitung von Organismenarten. 

Die globalen Artenverbreitungsmuster 

werden durch das Klima und die 

Jahreszeiten bedingt, die auf dem Eintrag 

von Sonnenenergie und der Wanderung der 

Erde um die Sonne basieren. 

Biome = Grosslebensräume 


Aquatische und terrestrische Biome 

Aquatische Biome nehmen den grössten Teil der Biosphäre ein. Aquatische Biome zeigen häufig 

eine vertikale Zonierung in Bezug auf die Durchlichtung, Temperatur und Struktur von 

Lebensgemeinschaften. Eutrophe Seen sind nährstoffreich und sehr produktiv; oligotrophe Seen 

sind arm an Nährstoffen. Die limnischen Lebensgemeinschaften in Flüssen und Bächen unterscheiden 

sich stark von der Quelle bis zur Mündung. Ästuare sind die Mündungsgebiete eines 

Flusses in das Meer und durch starke Schwankungen des Salzgehalts gekennzeichnet. 

Meere untergliedern sich in die Gezeitenzone, die neritische Zone und die ozeanische Zone. 

Korallenriffe finden sich in den Tropen in den warmen, nährstoffreichen Gewässern der neritischen 

Zone. Das freie offene Meer stellt im Wesentlichen das ozeanische pelagische Biom dar. In der 

euphotischen Zone des Pelagials ist phytosynthetisierendes Plankton die Quelle der Primärproduktion 

und Ernährungsgrundlage für die übrige Lebensgemeinschaft. Benthische Biozönosen 

am Meeresgrund ernähren sich vor allem vom Detritus, der aus der pelagischen Zone niedersinkt. 

Die geographische Verteilung terrestrischer Biome basiert im Wesentlichen auf regionalen 

Klimaunterschieden. In Äquatornähe, wo Photoperiode und Temperatur kaum schwanken, 

bestimmen das Muster und die Menge des Niederschlags die Biome, zu denen der tropische 

Regenwald und Savannen gehören. Wüsten sind der Lebensraum von Pflanzen und Tieren, die an 

extreme Trockenheit angepasst sind. Macchie (Chaparral) ist ein Beispiel für eine trockene 

Gebüschvegetation (Hartlaub-Biom) mit warmen, feuchten Wintern und heissen, trockenen 

Sommern. Auf nährstoffreichen, tiefgründigen Böden der temperierten Klimazonen gedeihen 

Grasländer; periodische Feuer und Beweidung durch grosse Säugetiere verhindern den Aufwuchs 

holziger Pflanzen. Sommergrüne, Laub abwerfende Wälder finden sich in den Regionen mittlerer 

Breite, die genügend Niederschläge für das Wachstum grosser, breitblättriger Bäume aufweisen. Zu 

den Nadelwäldern gehören die temperierten Regenwälder der Küstengebiete und die nördlichen, 

borealen Wälder, die man auch als Taiga bezeichnet. Dieses grösste terrestrische Biom ist durch 

lange, kalte, schneereiche Winter und kurze Sommer charakterisiert. An den nördlichsten Vegetationsgrenzen 

finden wir die arktische Tundra; extreme Kälte, Wind und Permafrost erlauben nur 

niedrigen Büschen oder mattenähnlicher Vegetation das Wachstum. Die alpine Tundra kommt in 

sehr grossen Höhen vor. 


Der räumliche Massstab der Verbreitung von Organismenarten 

Die Verbreitung einer Art wird je nach geographischem Massstab durch andere Faktoren beeinflusst. 

Die globale Verbreitung von Arten wird häufig durch klimatische Bedingungen bestimmt; die 

lokale Verbreitung beruht eher auf biotischen Faktoren, wie Prädation. 

Die meisten Arten haben kleine Verbreitungsgebiete. Nur die wenigsten Arten zeigen ausgedehnte 

geographische Verbreitungsgebiete. 

Definition einiger Begriffe 

Schwarz: 

Türkis: 

Grün: 

Rot: 

Organismus 

Population = Gesamtheit der Organismen einer Art (dieselben Lebewesen) 

Biocönose = Gesamtheit aller Arten 

abiotische Umwelt = nicht lebende Umwelt (Wasser, Luft, Boden) 

S -> Autökologie = wie Verhält sich ein Lebewesen in seiner Umwelt, Artgenossen, etc. 

(schaut vom Individuum aus) 

T -> Populationsökologie = schaut von der Population aus 

G -> Ökologie der Biocönose 

R -> Synökologie = Fragen der Energieströme etc., Ökosystemtheorie 

Rot schraffiert ist das Ökosystem. Wenn man vom Mensch redet ist es die Humanökologie. 


Autökologie 

Wechselwirkung des Organismus mit biotischer und abiotischer Umwelt. 

Es geht um Verhaltensweisen so wie physiologische und morphologische Anpassungen an eine sich 

ändernde Umwelt. (Bsp. Barfussgehen -> immer mehr Hornhaut) 

Überleben und Verbreitung einer Art ist abhängig von deren Anpassungsfähigkeit. 

Autökologie befasst sich mit den Verhaltensweisen sowie den physiologischen und morphologischen 

Mechanismen, die es dem org. ermöglichen den Herausforderungen der abiotischen Umwelt zu 

begegnen. 

1) Verhalten 

2) Physiologische Anpassung 

3) Morphologische Anpassung 

1 

Organismus 

2 

3 

abiotisch 

Anpassungen / Beispiele 

Tiere 

Fortbewegung (Zugvögel) -> Verhaltensweise 

Verdunstung erhöhen (Schwitzen) -> physiologische Anpassung 

Federkleid, Behaarung (Vögel können mehrere Schichten von Federn haben) -> morpholog. Anp. 

Wechselwarm 

(Poikilotherm), Frösche, Echsen 

Eigenwarm 

(Homoiotherm), Menschen 

Pflanzen 

Wenn die Temperatur steigt, sinkt bei den Pflanzen die Wasserkonzentration im Innern. 

Massnahmen der Pflanzen können sein: 

1) Regulation der Blätter anhand der Spaltöffnungen (physiologische Anpassung an einen 

Umweltfaktor). 

2) Das Blatt abdrehen, so dass es mit der schmalen Seite zur Sonne steht. (Abgabe von zu viel H 2 O 

vermeiden!) 

3) Einen Film bilden über die Spaltöffnungen, somit sinkt die Transpiration (Phytotranspiration nennt 

man die H 2 O – Abgabe an die Luft/Umwelt, das Wasser kommt aus der Erde) und die 

Feuchtigkeit steigt. 

Massnahmen der Pflanze im Boden: 

1) Wurzeln verlängern in tiefere Bodenschichten, wo es mehr Wasser hat. 

2) Wurzeln vermehren; Umso mehr Wurzeln, umso mehr Wassermoleküle kann sie aufnehmen. 

3) Osmotische Regulation 


Osmose: 

Es will die Konzentrationen ausgleichen. 

Wasseraufnahme kann beschleunigt werden, wenn es in den Wurzeln viel Makromoleküle hat. 

Umgekehrte Osmose trifft zwischen dem Salat und der Salatsauce auf. 

Anpassungstoleranz 


Beispiele von Reaktionskurven 

Reaktionstyp 1 

Reaktionstyp 2 


Die Art der Reaktion auf die Umwelt ist Spezies spezifisch!! 

(Ökologische Potenz einer Art, wie sieht Vitalität in Bezug z.B. [T] und Umweltfaktor 2 und 3 etc. aus.) 


2 Populationsökologie 

Kapitel 52 

Was Populationen kennzeichnet 

Jede Population ist durch zwei wichtige Parameter charakterisiert: die Anzahl (Abundanz) und die 

räumliche Verteilung (Dispersion) ihrer einzelnen Mitglieder. Die Dichte ist die Anzahl der Individuen 

pro Flächen- oder Raumeinheit; Dispersion ist das räumliche Verteilungsmuster der Organismen. 

Die Verteilung kann, abhängig von verschiedenen äusseren oder sozialen Faktoren, kumuliert (die 

häufigste Verteilungsart), uniform oder zufallsgemäss sein. 

System Zusammenbruch 

Population passt sich langsam an limitierenden Faktor an. 

Räuberbeute-Populationsverhalten (Hasen, Füchse) 

„intelligente“ Population (Anpassung vor erreichen des limitierenden Faktors, Grenze) 


Demographie ist die Untersuchung der Faktoren, die Zu- und Abnahme der Populationsdichten 

beeinflussen. Populationszunahmen erfolgen durch Geburten und Zuwanderung, Abnahmen durch 

Tod und Abwanderung. In Lebenstafeln sind die altersspezifischen Mortalitätsraten von Kohorten 

einer Population zusammengefasst. Überlebenskurven zeigen die Anzahl der Kohortenmitglieder, 

die in einer bestimmten Altersstufe noch am Leben sind. Eine Reproduktionstafel stellt die 

altersspezifischen Fortpflanzungsraten einer Population dar. 

Zunahme: 

Fertilität (Geburtenrate) 

o Natalität (Anzahl Nachkommen der Population) 

o Fekundität (Anzahl Nachkommen pro Individuum) 

Immigration (Einwanderung) 

Abnahme: 

Mortalität (Sterberate) 

Emigration (Auswanderung) 

Ein Mass für die Fertilität ist die Geburtenrate. 

Welche Faktoren beeinflussen die Geburten- und Sterberate? 

Lebenstafel: 

Alter 

Anz. Lebende bei Anteil Lebende bei Anzahl Todesfälle Mortalitätsrate 

Jahresbeginn Jahresbeginn pro Jahr von 100 % aus 

0 – 1* 1000 1,00 600 0,60 

1 – 2 400 0,40 100 0,25 

2 – 3 300 0,30 20 0,07 

3 – 4 280 0,28 30 0,11 

4 – 5 250 0,25 - - 

* Kohorte = Gruppe; gleichaltrige Individuen 

Entwicklungsgradienten 

Ursprüngliche Gesellschaften -> Entwicklungsländer -> Schwellenländer -> industrialisierte Länder 

Darstellung der Lebenstafel als Überlebenskurve: 


Beispiele anderer Typen von Überlebenskurven: 

Lebenszyklen 

Lebenszyklen sind äusserst divers, zeigen aber Muster in ihrer Variabilität. Semelpare Organismen 

reproduzieren sich während ihres Lebens nur einmal und sterben dann (Big-Bang-Reproduktion), 

während iteropare Organismen wiederholt über mehrere Fortpflanzungszyklen hinweg Nachkommen 

erzeugen. Lebenszyklus-Merkmale stellen Kompromisse (trade-offs) dar, die durch die 

Beschränkung von Zeit, Energie und Nährstoffen diktiert werden. 

Für das Verhalten von Populationen ist die Überlebensrate ein Schlüsselfaktor. Ein zweiter wichtiger 

Schlüsselfaktor für das Verstehen der Populationsdynamik ist die Reproduktionsrate. 

Alter 

Anteil Weibliche ∅ Werte für die Anzahl weibliche ∅ Anzahl weibliche 

die Reproduzieren Wurfgrösse pro Wurf Nachkommen 

0 – 1 0 0 0 0 

1 – 2 0,65 3,30 1,65 1,07 

2 – 3 0,92 4,05 2,03 1,87 

3 – 4 0,90 4,90 2,45 2,40 

Um der ∅ Anzahl weiblicher Nachkommen zu bekommen, multipliziert man den Anteil weiblicher 

Reproduzierenden mit der Anzahl weiblichen pro Wurf. 


Lebenszyklusanalyse 

Ablauf resp. Abfolge von Überleben und Reproduktion. 

Es gibt solche Tiere (z.B. Lachse), die bevor sie sterben einmal Reproduktion verrichten (Kinder auf 

die Welt bringen oder Eier legen).

Ohne äussere Limitierung erreicht die Population ihre maximale Wachstumsrate. In neu besiedelten 

Gebieten oder nach einer Katastrophe, können die Wachstumsraten exponentiell sein. 

Das logistische Modell des Populationswachstums berücksichtigt das Konzept der Umweltkapazität. 

Exponentielles Wachstum kann in keiner Population über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten 

werden. Ein realistischeres Modell limitiert das Wachstum durch Berücksichtigung der Umweltkapazität 

(K), das heisst die maximale Populationsgrösse, die durch die verfügbaren Ressourcen 

erhalten werden kann. Die logistische Gleichung (dN/dt = r max N(K -- N)/K) entspricht einer S-förmigen 

Kurve, in der sich das Wachstum einer Population stabilisiert, wenn sich ihre Grösse dem ökologischen 

Fassungsvermögen (Umweltkapazität) annähert. Dieses Modell trifft auf einige Populationen 

sehr gut zu, aber viele reale Populationen besitzen keine stabile Umweltkapazität und fluktuieren 

regelmässig oder unregelmässig um eine langfristige Durchschnittsdichte. Bei Populationsgrössen 

nahe der Umweltkapazität (K) werden sich solche Eigenschaften herausselektieren, die es dem 

Organismus erlauben, mit wenigen Ressourcen zu überleben und sich fortzupflanzen; diese dichteabhängige 

Selektion bezeichnet man als K-Selektion. Bei niedrigen Dichten evolvieren bevorzugt 

solche Anpassungen, die eine schnelle Reproduktion (hohes r) fördern; diesen Typ bezeichnet man 

als r-Selektion. 

Ökologisches Fassungsvermögen (carrying capacity) 

Maximale Populationsgrösse, die ein bestimmter Lebensraum am Leben erhalten kann. 

Beim Überschreiben des carrying capacity reduziert sich die Wachstumsrate r. 

Das logistische Wachstum beschreibt limitiertes Wachstum. 

Je grösser N umso kleiner wird 

der Faktor für r. 

K = maximal mögliche 

Populationsgrösse 

dN / dt = r max * N (K–N / N) 

Die Natur verhält sich meist nicht entsprechend der logistischen Kurve. 


Beschränkung des Populationswachstums 

Welche Faktoren kontrollieren das Populationswachstum? 

Primäre Ursachen sind 

Reduktion der Geburtenrate 

Zunahme der Sterberate 

Oder eine Kombination von beiden 

Darstellung verschiedener Möglichkeiten, wie ein Gleichgewicht in der Populationsdichte erreicht werden 

kann. Die Populationsdichte erreicht ein Gleichgewicht nur, wenn die individuellen Geburten- und Sterberaten 

gleich sind. Dies ist nur dann möglich, wenn sich die Geburten- oder Sterberaten (oder beide) mit 

der Dichte ändern. In allen Fällen handelt es sich um negative Rückkoppelung aufgrund von 

zunehmenden Populationsdichten. 

Negative Rückkopplung verhindert ein unbeschränktes Populationswachstum. 

Dichteabhängige Veränderungen der Geburten- und Sterberaten drosseln das Populationswachstum 

und können Populationen nahe ihrer Umweltkapazität stabilisieren. Viele dichteabhängige 

Faktoren führen zu einer negativen Rückkopplung, welche intraspezifische Konkurrenz um ein 

begrenztes Nahrungs- oder Raumangebot, Zunahme von Prädation, Krankheit und Stress durch 

Bedrängung und die Anhäufung toxischer Substanzen einschliesst. 

Beispiele: 

Abundanz steigt 

-> Konkurrenz nimmt zu 

-> Nahrung nimmt ab 

-> Raum (Territorium) nimmt ab 

-> Krankheiten nehmen zu 

All dies wirkt sich nun auf die Sterberate (nimmt zu) und auf die Geburtenrate (nimmt ab) aus. 

Negative Rückkoppelungen: 

Tod im Kampf 

Fressen der Jungen 

Stress führt zu reduzierter Fruchtbarkeit 

Faktoren Geburtenrate: 

Ressourcenknappheit reduziert Fortpflanzung 

Platzmangel 

Faktoren Sterberate: 

Je höher die Pflanzendichte, desto schwächer sind sie normalerweise 

Adulte Käfer fressen Larven 

Larven fressen kleinere Larven bei Platzmangel 

Räuber 

Krankheiten 

Es gibt auch Tiere, die in ihrer Abundanz grosse (regelmässige) Schwankungen haben, sei es aufgrund 

von Nahrungsmangel, Feinde, Stress oder andere Gründe: 

Viele Tiere auf einem Haufen haben häufiger Parasiten 

Lange Nahrungssuche kann ebenfalls Aggressivität und Stress auslösen. 

Auch die langsamere Anpassungsfähigkeit von Räubern (langsamere Fortpflanzung) kann ein Grund 

sein. 


Die Dynamik von Populationen spiegelt komplexe Wechselwirkungen zwischen biotischen und 

abiotischen Einflüssen wider. Umweltkapazitäten können sich sowohl räumlich ändern und gute und 

schlechte Habitate für eine gegebene Art zur Verfügung stellen, als auch zeitlich variieren und zu 

Fluktuation der Populationsdichten führen. Die meisten natürlichen Populationen sind durch Instabilität 

gekennzeichnet. 

Beispiele: 

Wegen Habitatsveränderungen, 

Abnahme der Spiessenten. 

Räuber-Beute-Verhältnis 

Die starke Abnahme vor dem Jahr 

2000 ist auf einen sehr kalten 

Winter zurückzuführen. 

Diese sprunghaften 

Dichtefluktuationen basieren auf 

den Fangzahlen männlicher 

Krabben in einem Zeitraum von 

vierzig Jahren in Fort Bragg in 

Kalifornien. 

Einige Populationen zeigen regelmässige Boom-and-Burst-Zyklen. 

Wie Experimente zeigten, werden die 10-jährigen Zyklen der Schneeschuhhasen durch intensive 

Prädation in Verbindung mit Nahrungsmangel im Winter hervorgerufen. Die periodischen Fluktuationen 

in den Populationen herbivorer Tiere, wie dem Schneeschuhhasen oder den Lemmingen, 

verursachen die entsprechenden zyklischen Schwankungen in den Populationen ihrer Räuber. 


Das menschliche Bevölkerungswachstum 

Auch das dreihundertjährige fast exponentielle Wachstum der Menschheit hat seine Grenzen. 

Seit der industriellen Revolution wurde das menschliche Bevölkerungswachstum durch Verbesserung 

des Nahrungsangebots, der medizinischen Versorgung und der hygienischen Bedingungen 

aufrechterhalten. Die Sterberaten sanken dadurch rapide, während die Geburtenraten nur langsam 

abnehmen. Die Altersstruktur einer Population hat massgeblichen Einfluss auf ihre sozialen Bedürfnisse, 

wie beispielsweise Schulen und Krankenhäuser. 

Weshalb wachsen die Menschen nahezu exponentiell? 

Gründe könnten sein: 

Industrie (Medizin, Ernährung erhöhen, Nahrungsmittel) 

Landwirtschaft 

Technik 

Im Jahr 2000 erreichte die Menschheit eine Anzahl über 6 Milliarden. 

Alterspyramiden 

Entwicklungsland: (schnelles Wachstum, 

höhere Sterberate) Bsp. Kenia 

Industrieland: (langsames 

Wachstum) Bsp. USA 

Die Pyramiden werden primär von der Sterberate beeinflusst. 

Es ist schwierig, die Umweltkapazität unserer Erde abzuschätzen. Mithilfe nationaler ökologischer 

Footprints können wir erahnen, wie nahe wir dem ökologischen Fassungsvermögen der Erde sind. 


3 Ökologie der Biozönosen 

Kapitel 53 

Definition: Eine Ansammlung von Lebewesen (verschiedener Arten), die eng zusammenleben, um 

miteinander interagieren zu können, nennt man eine Lebensgemeinschaft. (= Biozönose) 

Was ist eine Biozönose? 

Die individualistische und die interaktive Hypothese betrachten Biozönosen aus gegensätzlichen 

Blickwinkeln. Nach der individualistischen Hypothese sind Lebensgemeinschaften zufällige Ansammlungen 

unabhängig verteilter Arten mit gleichen abiotischen Bedürfnissen. 

Nach der interaktiven Hypothese werden die Mitgliedsarten einer Biozönose durch wechselseitige 

Beziehungen zur Koexistenz gezwungen und bilden eine integrale Einheit (gemeinsames 

Auftreten, z.B. Parasiten, Bandwürmer). 

Die kontroverse Debatte wird durch das Nieten-Modell und das Redundanz-Modell fortgesetzt. 

Nach dem Nieten-Modell sind alle Arten einer Biozönose in einem dichten Interaktionsnetz miteinander 

verwoben, so dass sogar der Verlust nur einer Art weit reichende Auswirkungen auf die 

gesamte Gemeinschaft hat. Nach dem Redundanz-Modell wird die Funktion der eliminierten Art 

dagegen durch eine andere Spezies übernommen. 

Interspezifische Interaktionen und die Struktur von Biozönosen 

Einzelne Populationen können durch Konkurrenz, Prädation, Symbiose und Karpose miteinander 

verknüpft sein. Die Nutzung aller biotischen und abiotischen Ressourcen eines Lebensraums durch 

einen Organismus ist seine ökologische Nische. Das Konkurrenzausschluss-Prinzip besagt, dass 

Arten mit identischen Nischen nicht koexistieren können. Zur Prädation gehören neben Carnivorie 

auch Herbivorie und Parasitismus. Sie führt zu verschiedenen Anpassungen, sowohl beim Räuber 

als auch bei den Beuteorganismen; dazu gehört auch Mimikry. Unter Symbiose (Mutualismus) 

versteht man Beziehungen, von denen beide Arten profitieren. Karpose ist eine interspezifische 

Wechselwirkung, aus der nur eine Art einen Vorteil zieht, ohne die andere zu beeinflussen; eine 

Sonderform ist Kommensalismus (Mitessertum). Für echte Karposen gibt es aber nur wenige 

Beispiele. 

Ökologie der Biozönosen untersucht das Beziehungsgeflecht aller Organismen untereinander. 

Wechselbeziehungen: 

∇ 

+ + Symbiose 

+ 0 Karpose 

+ - Prädation (Räuber-Beute) 

- - Konkurrenz 

Parasitismus könnte man auch noch hinzunehmen. Es Verhält sich wie die Prädation nur, dass das 

einte Lebewesen nicht stirbt. Es führt nicht zum Tod. 

Symbiose 

Beispiel: Bakterien können Stickstoff N 2 umwandeln für eine Pflanze. Pflanze stellt Zucker her und 

füttert die Bakterien. 

Interspezifische Konkurrenz 

Konkurrenzausschlussprinzip: Gemeinsames besiedeln führt zum Ausschluss eines Konkurrenten. 

Es besagt ebenfalls, dass im gleichen Lebensraum niemals zwei Arten mit völlig gleichen ökologischen 

Nischen vorkommen. Verschiedene, geografisch getrennte Arten können jedoch ähnliche 

ökologische Nischen besetzen. 

Prädation (Räuber-Beute) 

Räuber können sein: 

Herbivoren (Pflanzenfresser) 

Carnivoren (Fleischfresser) 

Parasiten (gute = Bandwurm, schlechte = Malaria) 


Räuber-Beute Verhältnis hat einen starken Einfluss auf die Evolution (= Anpassung einer Art an 

seine Umwelt). 

Beute können sein: 

Pflanzen 

Tieren 

Pflanzen können sich wehren durch: 

Produktion von Giften (Strychnin GK1, Nikotin, Mescalin) 

Stacheln 

Dornen 

Tiere wehren sich mit: 

Fliehen 

Verteidigung 

Tarnen (Mimese = kryptische Färbung) 

- Industriemelanismus (Anpassung eines Schmetterlings an die Rinde) 

- aposematische Färbung (ein gefährliches Lebewesen erscheint sehr auffällig) 

- Mimikry (Nachahmung des gefährlichen Erscheinungsbildes einer „giftigen“ / gefährlichen 

Art durch eine sehr harmlose Art.) 

Volterra’sche Gesetze: 

Gesetz der periodischen Zyklen 

Auch bei konstanten Aussenbedingungen treten 

bei Räubern und Beutetieren periodische Populationsschwankungen 

(Fluktuationswechsel, 

Populationswellen, Massenwechsel) auf. Dabei 

sind die Maxima der beiden Wachstumskurven 

aufgrund einer gewissen Verzögerung (Totzeit) 

phasenverschoben. Dies trifft besonders für 

solche Räuber-Beute-Systeme zu, bei denen sich 

der Räuber vorwiegend von nur einer Beuteart 

ernährt. 

Gesetz der Erhaltung der Durchschnittszahlen 

Bei gleich bleibenden Bedingungen liegen die Populationsdichten von Räuber und Beute trotz 

der Populationsschwankungen konstant bei einem Durchschnitt. 

Gesetz von der Störung der Durchschnittszahlen 

Werden Räuber und Beutetiere proportional zu ihrer Populationsdichte mit gleicher Intensität 

vernichtet, steigt nach Ausschaltung des Störfaktors die Zahl der Beutetiere schneller als die der 

Räuber, da letztere wegen des Nahrungsmangels sekundär zusätzlich reduziert werden. Ein 

Beispiel hierfür ist der Einsatz von Insektiziden, der sowohl Schädlinge als auch deren natürliche 

Feinde tötete. 

Ökologische Nische 

Konkurrenten können sich ausweichen indem sie unterschiedliche ökologische Nischen besiedeln. 

(Habitat in Raum und Zeit). Der Begriff beschreibt keinen Raum, sondern die jeweiligen Wechselbeziehungen. 

Die ökologische Nische einer Art definiert sich aus: 

- den abiotischen Tolleranzbereichen der Art (z.B. Temperatur, siehe Fortpflanzungs- und 

Überlebenskurven nach) 

- den bewohnbaren Raum (Extension) 

- die Ressourcen von denen sie leben (Schmetterling hat viel grössere Nische als eine Maus, da 

sie nur etwas spezifisches Essen). 

- Die Zeit zu der sie aktiv sind. 

Die Nischen braucht es, sonst würden sie sich alle gegenseitig umbringen. 


Die trophische Struktur ist ein Schlüsselfaktor für die Dynamik von Biozönosen. Nahrungsketten 

verbinden die trophischen Ebenen einer Gemeinschaft von den Primärproduzenten bis hin zu den 

Spitzenräubern. Durch Verzweigung der Nahrungsketten entstehen Nahrungsnetze. Die Länge der 

Nahrungsketten innerhalb einer Gemeinschaft wird durch den Gesamt-Energieeintrag limitiert. 

Energieflusstheorie (Energiehypothese): 

Pro Trophiestufe, nimmt die Energie von organischem Material (Biomasse) um 90% ab. 

Pflanze 

Herbivoren 

Carnivoren1 

Carnivoren2 

Dynamische Stabilitätshypothese: 

Lange Nahrungsketten sind weniger stabil, d.h. wenn unten eine Art dezimiert wird, kann das zum 

Aussterben der obersten führen. 

Dominante Arten und Schlüsselarten kontrollieren massgeblich die Struktur von Biozönosen. 

Die dominanten Arten einer Lebensgemeinschaft sind die zahlenmässig häufigsten, da sie 

äusserst konkurrenzfähig sind. Schlüsselarten sind meist nicht häufig, üben aber trotzdem einen 

starken Einfluss auf die Struktur der Lebensgemeinschaft aus, oft als Spitzenräuber. 

Biozönotische Strukturen können durch Nährstoffe bottom-up oder durch Räuber top-down 

kontrolliert sein. 

Beim bottom-up-Modell sind es die Nährstoffe und Primärproduzenten, welche die Struktur einer 

Biozönose (von unten nach oben) regulieren; bei dem top-down-Modell erfolgt die Kontrolle von 

den oberen Trophieebenen, den Räubern, über die Herbivoren nach unten zu den Produzenten. 


4 Ökosysteme 

Kapitel 54 

Das Ökosystem-Konzept in der Ökologie 

Der Weg des Energieflusses und die Art der Stoffkreisläufe in einem Ökosystem hängen von 

dessen Trophiestruktur ab. Energie und Nährstoffe werden von den Primärproduzenten (Autotrophe) 

an die Primärkonsumenten (Herbivoren) und anschliessend an die Sekundärkonsumenten 

(Carnivoren) weitergereicht. Die Energie fliesst durch ein Ökosystem; ihr Eintrag erfolgt in Form 

von Licht, ihr Austrag als Wärme. Nährstoffe zyklisieren innerhalb eines Ökosystems. 

Das Destruentensystem verbindet alle trophischen Ebenen. Destruenten, vor allem Bakterien und 

Pilze, machen Nährstoffe wieder verfügbar, indem sie organisches Material zersetzen und in das 

anorganische Reservoir zurückführen. 

Ökosysteme gehorchen den thermodynamischen Grundgesetzen. Auf Basis der thermodynamischen 

Grundgesetze können wir den Energiefluss durch Ökosysteme verstehen. Die in den 

Nährstoffen gespeicherte Energie bleibt erhalten, wird aber durch ökosystemare Prozesse in 

Wärme umgewandelt. 

Die Primärproduktion in Ökosystemen 

Der Energiehaushalt eines Ökosystems ist von der Primärproduktion abhängig. Durch die Photosynthese 

wird nur ein geringer Teil der auf der Erde eintreffenden Sonnenenergie assimiliert; durch 

sie wird der globale Energiehaushalt festgelegt. Die Bruttoprimärproduktion ist die in einer bestimmten 

Zeit durch ein Ökosystem assimilierte Gesamtenergie. Die Nettoprimärproduktion ist die in 

autotropher Biomasse gespeicherte Energie und entspricht der Bruttoprimärproduktion abzüglich 

der durch die Atmung der Primärproduzenten verbrauchten Energie. Nur sie steht den 

Konsumenten zur Verfügung. 

Totale Sonneneinstrahlung auf die Erde ungefähr 10 22 Joule/Tag = 160 Atombomben/Tag 

Aus dieser Energie werden täglich 170 Milliarden Tonnen organische Substanz (= Biomasse) pro 

Jahr gebildet. Das entspricht ungefähr der Nutzung von 1% der total eingestrahlten Sonnenenergie. 

Der Prozess der zu Bruttoprimärproduktion führt, ist die Photosynthese. Ganzer Kreislauf: 

Zellatmung der Pflanze = abgegebene Biomasse der Pflanze. = Respiration 

Brutto-Primär-Produktion – Respiration = Netto-Primär-Produktion 

Für die Primärproduktion in terrestrischen Ökosystemen sind Temperatur, Feuchtigkeit und 

Nährstoffe die limitierenden Faktoren. Klimatische Parameter, wie Temperatur und Feuchtigkeit, 

beeinflussen die terrestrische Primärproduktion auf geographischer Ebene. Lokal sind häufig die 

Bodennährstoffe die limitierenden Faktoren. 


Die Sekundärproduktion in Ökosystemen 

Die Effizienz des Energietransfers von einer Trophiestufe zur nächsten liegt in der Regel unter 20%. 

Die für jede trophische Ebene verfügbare Energiemenge wird durch die Nettoprimärproduktion 

bestimmt sowie durch die Effizienz, mit der die in Nahrung gespeicherte Energie auf jeder Stufe in 

Biomasse umgesetzt wird. Den Anteil der von einer zur nächsten Ebene transferierten Energie 

bezeichnet man als trophische oder ökologische Effizienz; sie liegt in der Regel zwischen 5 und 20%. 

Produktions-, Biomasse- und Zahlenpyramiden sind die Folge dieser relativ geringen 

Transfereffizienz. 

Primär-Konsument (Herbivor) 

∆H = NPP 

50% 

35% 

15% 

Biomasse 

Fazit: 

Von 100% Konsumierter Biomasse werden ungefähr 10% von einer nächsten Trophierstufe wieder 

in Biomasse umgewandelt. 90% der konsumierten Biomasse gehen „verloren“. 

Gründe für den Verlust von einer Nahrungsebene zur nächsten von ca. 90%: 

- Ein grosser Teil der Nahrung dient der Energiegewinnung und nicht der Zunahme an Masse. 

- Ein Räuber frisst oft nicht die gesamte Biomasse des Beutetieres. 

- Beim Umbau in körpereigene Substanz geht ein Teil der Biomasse als Wärme verloren. 

- Ein Teil der Beute wird als unverdaulich wieder ausgeschieden. 

Aufgrund dessen haben Nahrungsketten selten mehr als 5 Glieder, denn je länger die Kette ist, 

desto weniger bleibt von der ursprünglichen Nahrungsenergie für den Endkonsumenten übrig. 

Trophische Energieeffizienz: (Produktivitätspyramide) 

0.1% Fleisch- 

Biomasse 

10% 

100% Grüne Biomasse 

Organismen höherer Trophiestufe sind gefährdeter bezüglich negativer Umwelteinflüsse. Höhere 

Trophiestufen brauchen grössere Territorien. 


Produktionseffizienz 

Für die Berechnung der Produktionseffizienz betrachtet man das Verhältnis von Zellatmung 

(=dissimilierte Biomasse) zu assimilierter Biomasse. 

Die Produktionseffizienz ist sehr unterschiedlich für verschiedene Lebewesen (Arten). 

Art 

PE 

Insekten ∼40% 

Fische ∼10% 

Vögel + Säuger ∼1-3% 

Warum gibt es solche Unterschiede? -> wegen der Temperatur! 

Trophische Energieeffizienz 

Darunter versteht man denjenigen Prozentsatz an Energie, der von einer Trophiestufe an die 

nächste weitergegeben wird. 

Herbivoren konsumieren nur einen geringen Teil der Primärproduktion: die „Grüne-Welt- 

Hypothese“. Nach der Grüne-Welt-Hypothese konsumieren Herbivoren nur einen geringen Anteil 

der pflanzlichen Biomasse, da sie durch eine Vielzahl von Faktoren, darunter Räuber, Parasiten 

und Krankheiten, in Schach gehalten werden. 

Der Kreislauf chemischer Elemente in Ökosystemen 

Biologische und geologische Prozesse verschieben die Nährstoffe zwischen organischen und 

anorganischen Reservoiren. Wasser bewegt sich in einem globalen, von Sonnenenergie 

angetriebenen Kreislauf. Der Kohlenstoffkreislauf spiegelt hauptsächlich die entgegen gesetzten 

Prozesse der Photosynthese und der Zellatmung wider. Der Stickstoffeintrag in Ökosysteme erfolgt 

durch atmosphärische Depositionen und durch den Prozess der biologischen Stickstoff-Fixierung; 

der Hauptteil des Stickstoffs zirkuliert jedoch in lokalen Kreisläufen zwischen Organismen und 

Boden oder Wasser. Der Kreislauf des Phosphors ist im Vergleich zu dem von Wasser, Kohlenstoff 

und Stickstoff räumlich eng begrenzt. 

Allgemeines Modell eines 

Nährstoffkreislaufes. 


Welche Elemente werden von Lebewesen assimiliert? 

Redwood’s Elementsliste: 

Kohlenstoff C 

Sauerstoff O 

Stickstoff N 

Wasserstoff H 

Schwefel S 

Phosphor P 

Calcium Ca 

Kalium K 

Magnesium Mg 

Natrium Na 

Eisen Fe 

Spurenelemente 

Reedwood-Gleichung: 

C : N : P : … = 100 : 10 : 1 : … 

Mit diesen Elementen kann man ein 

Lebewesen bauen. 

Wachstum findet statt, wenn alles 

vorhanden ist. Ansonsten kein 

Wachstum. Das Verhältnis ist 

ebenfalls wichtig!! 

Gesetz des Minimums 

Besagt, dass das Wachstum von Pflanzen durch die knappste Ressource eingeschränkt wird. 

Wird ein Nährelement hinzu gegeben, das bereits im Überfluss vorhanden ist, hat das keinen 

Einfluss auf das Wachstum. 

Wasserkreislauf 

Alle Lebewesen bestehen zur Hauptsache aus Wasser (Mensch ∼70-80% H 2 O und zu ∼20% 

Trockengewicht. Davon ∼80% aus Kohlenstoff). 

Wasserkreislauf reinigt das Wasser!! 


Kohlenstoff-Kreislauf 

Stickstoff-Kreislauf 


Stickstoff-Kreislauf anders dargestellt: 

Phosphorkreislauf 

Phosphor, der keine atmosphärische Komponente besitzt, befindet sich in der Regel in einem lokal 

begrenzten Kreislauf (gelbe Pfeile). In terrestrischen Ökosystemen werden geringe Verluste durch 

Auswaschung generell durch Einträge aus verwitterndem Gestein ausgeglichen. Auch in aquatischen 

Systemen zirkuliert Phosphor in den Nahrungsnetzen. Sie verlieren Phosphor durch chemische 

Fällung oder durch die Ablagerung von Detritus am Grund der Gewässer, wo ein Teil des 

Nährstoffs durch Sedimentation eingeschlossen wird, bevor er durch biologische Prozesse zurückgewonnen 

werden kann. Über sehr viel längere Zeiträume betrachtet, kann dieser Phosphor durch 

geologische Prozesse wie Hebungen (orange Pfeile) wieder für Ökosysteme verfügbar werden. 


5 Humanökologie 

Definition Ökologie: Beziehung lebender Organismen mit ihrer Umwelt 

Definition Humanökologie: Beziehung von Menschen mit ihrer Umwelt 

Natürliches System 

Stoffkreisläufe ermöglichen als 

zyklische Prozesse eine Rückführung 

von Materie in die Nahrungskette. Das 

bedeutet, dass ein Ökosystem 

hinsichtlich des Stoffumsatzes zwar 

von einer Stoffzufuhr von aussen 

unabhängig sein kann, nicht aber von 

der Energiezufuhr, wie etwa der 

Sonneneinstrahlung. 

Entropie nimmt ab das heisst, dass die Ordnung, Komplexität oder Information etc. zunimmt. 

Mit (Energie + Stoffe + Information) kann ein Lebewesen geschaffen werden. 

Bemerkungen zu Stoffe: 

Natürliche Systeme bilden Stoffkreisläufe (Nahrungsketten) = vernetztes Ökosystem. 

D.h. es entstehen keine Abfälle. Wiederum heisst das, ausserhalb der Systemgrenze lebender Systeme 

entsteht keine Unordnung d.h. Entropie nimmt nicht zu. 

Bemerkungen zur Energie: 

Thermodynamische Grundgesetze 

1. Satz Energie bleibt erhalten 

2. Satz Energie existiert in verschiedenen Formen. Bei Energie-Umwandlungen wird hochwertige 

Energie niederwertiger. (Am Schluss gibt es nur noch Wärme). Thermodynamisch 

Ausgedrückt geht ein isoliertes System seinem „thermodynamischen“ Tod entgegen. D.h. 

Lebewesen müssen offene Systeme sein! 

Fazit: Der Energieinput (hochwertiger Energie) muss laufend erneuert werden. Solarenergie, resp. Solar 

basierte Energie ist in Raum und Zeit limitiert. 

Anthropogene Systeme 

(= von Menschen hergestellte Systeme) 

Der Mensch greift in der gesamten Biosphäre in Stoffkreisläufe ein. 

Durch landwirtschaftliche Nutzung werden Ökosystemen ständig Nährstoffe entzogen, sodass 

immer wieder gedüngt werden muss. Ein beträchtlicher Teil der im Dünger enthaltenen Nährstoffe 

gelangt in aquatische Ökosysteme, wo er die Algen zu übermässigem Wachstum anregen kann 

(Eutrophierung). 


Fossile Energie ist in Raum und Zeit viel weniger limitiert. 

Das anthropogene System produziert pro Zeiteinheit zu viel Emissionen (Abfälle, Abwasser, 

Abluft…). D.h. Diese Emissionen können vom natürlichen System nicht mehr verarbeitet werden. 

Anthropogene Systeme entwickeln sich auf Kosten der Umgebung. 

Ressourcen 

- Erneuerbare Ressourcen 

- Nicht-erneuerbare Ressourcen (Mineralien, fossile Energieträger) 

Abfälle 


Beispiel Viktoriasee 

Lokale Fischerei ist zusammengebrochen (↓) 

Zunehmende industrielle Fischerei (↑) 

Bäume werden wegen Armut abgeholzt 

Reste der Abholzung fliessen in den See -> Eutrophierung (↑) 

Daraus entstehen: 

- Algen (Grün) 

- Wasseryazinthen 

Fische, die Algen fressen wurden durch Nilbarsch gegessen -> Eutrophierung (↑) 

Um tote Wasseryazinthen abzubauen braucht es O 2 im Segment 

- Fischleich am Boden stirbt; Fisch (↓) 

- Malaria nimmt zu wegen mehr Pflanzen 

- Schlangen nehmen zu (Mehr Pflanzen, mehr Schlangen) 

- Billarziose (Leberwürmer) -> Riesenbäuche 

Armut -> Abholzung -> Erosion -> Eutrophierung -> Algen etc. 

Durch die dichte Besiedlung an seinen Ufern hat der See heute mit massiven 

Umweltproblemen wie z. B. Verschmutzung und Sauerstoffmangel zu kämpfen. 


Ressourcen und Umweltverschmutzung 

Wir haben ein nachhaltiges System. 

Was sind die treibenden Kräfte, die zu einem stetig zunehmenden Ressourcenverbrauch und zu stetig 

zunehmender Umweltverschmutzung (durch Abfälle, Abwässer, Abluft) führen? 

1. Bevölkerungswachstum (BW) 

Jeder Mensch braucht Ressourcen für: 

- Nahrung, Kleidung, Wohnung (Grundbedürfnisse) 

- Mobilität, Gesundheit, Bildung, etc. 

In 10 Jahren eine Milliarde Menschen mehr!! 

300'000 Menschen mehr pro Tag!! 


2. Anspruchshaltung (AH) 

Beispiel: “The tragedy of the commons“ 

3. Technologie (TE) 

Technologie ist das Instrument, das Ressourcen in das anthropogene System hinein und wieder 

hinaus bringt. 

Fazit: 

Ressourcenverbrauch 

Umweltverbrauch 

RV 

UV 

= f (BW * AH * TE) 

BW, AH und TE führen zur Umweltverschmutzung!! 

Umweltverschmutzung 

Beispiele für die Einflussnahme anthropogener Tätigkeiten auf das natürliche System 

Sinn und Zweck: Menschen zu versorgen mit Produkten und Dienstleistungen. 

1. Klimaproblem und Luftverschmutzung 

Elemente in lebenden Systemen: 

C, O, H, N 

S, P, Biomasse -> Fossilisierung (Erdöl, Erdgas, Kohle) fossile Energieträger 

K, Ca, Mg, Fe 

Spurenelemente 


C : N : P -> 100 : 10 : 1 

Fossile Energie + O 2 -> 

C + O 2 -> CO 2 

N + O 2 -> NO 2 , NO 3 , N 2 O, NO (NO x ) 

S + O 2 -> SO 2 , SO 3 , etc. (SO x ) 

D.h. Abluft aus Verbrennungsprozessen fossiler Energieträger enthält u.a. CO 2 , NO x , SO x 

Was geschieht mit den abgegebenen Stoffen aus der Verbrennung in der Luft? 

Mehr CO 2 in der Atmosphäre führt zu einer Temperaturerhöhung = Klimaproblem 

Verbrennen von fossilen Energieträger führt zu CO 2 (↑) und Temperatur (↑) 

FE -> CO 2 (↑) -> T (↑) 

Das führt zu schnellerem und grösserem Wasserkreislauf (Verdunstung und Kondensation). 

Wenn die Temperatur zu nimmt kann die Atmosphäre mehr Wasser aufnehmen (Verdunstung (↑) 

und Niederschlag (↑)) das führt jedoch wiederum zu mehr Niederschlägen -> Überschwemmungen. 

Mehr Verdunstung kann zu Trockenheit führen -> Desertifikation 


Meeresspiegelanstieg 

- Abschmelzen des Polareises und der Gletscher 

- Vergrösserung des Wasservolumens 

Bei nur einem Grad Zunahme kann das Meer bis zu 60 cm ansteigen!! 

2. Chemikalien 

Ungefähr gibt es 9 Millionen 

Industrie und Haushaltschemikalien (∼100’000) 

Biozide (Landwirtschaft, ∼1’500) 

Pharmazeutika (alle Medikamente, ∼4’000) 

Lebensmitteladditive (Stoffe für Lebensmittellagerung, ∼6’000) 

Für die wenigsten dieser Millionen verschiedener Chemikalien sind die Auswirkungen auf Mensch 

und Umwelt bekannt. 

Einige besonders problematische Chemikalien: 

Schwermetalle 

- in der Regel toxisch 

- Bioakkumulation (Einlagern vor allem in fetthaltigen Körperorganen, meist Leber oder Niere) 

- nicht abbaubar 

- zum Beispiel: 

Quecksilber 

Chrom 

Blei 

Cadmium 

Kupfer 

Zinn 

Zink 

Quecksilber: 

Anwendungen: 

Thermometer, Leuchtstoffröhren 

Zahnfüllung (Amalgam = Legierung von Hg, Ag, Cu, Zn, Zink) 

Batterien 

Fungizide (Stoff, der Pilze abtötet oder ihr Wachstum während der Wirkzeit verhindert.) 

Desinfektionsmittel 

Farben 

Umweltauswirkungen 

Emission vor allem durch Kehrichtverbrennung 

Biomethylierung vor allem durch Mikroorganismen 

Bioakkumulation (diese Stoffe gehen primär in die Lunge) 

Beispiel Amalgam 

∼4 µg/kg Körpergewicht 

problematisch 

Wirkung 

Zerstörung von Zellmembranen 

Einwirkungen auf Nierensystem auch Hirnschäden etc. 


Cadmium: 

Vielfältige Anwendung: 

Batterien 

Farben 

Kunststoffe (PVC) 

Pigmente in der Keramikindustrie 

Freisetzung 

Müllverbrennung 

Verbrennung fossiler Brennstoffe 

Abwasser, Klärschlamm, Kompost, Mineraldünger 

Wirkungen / Aufnahme 

Blattgemüse, Spinat, Sellerie ∼200 µg/kg (Bioakkumulation) 

Innereien ∼600 µg/kg (Biomagnifikation= innerhalb der Nahrungskette), Leber, Niere 

Pilze ∼900 µg/kg (Bioakkumulation) 

Muscheln ∼2'000'000 µg/kg (Bioakkumulation) 

-> Speicherung vor allem in Leber und Nieren 

-> Zerstört Knochenmark 

-> Ersetzt Calcium in Knochen (Folge: das Skelett schrumpft bis zu 30 cm) 

Blei 

Anwendungen 

Galvanik (Überzüge aus Metall) 

Farben 

Rohleitungen (Wasser), Kabelhülsen 

Batterien 

Wirkung 

Starkes Zellgift (Leberschädigung, Blockade versch. Enzyme bzw. Stoffwechselvorgänge) 

Geistiger Entwicklungsstörung und verringerte Intelligenz 

Beeinträchtigt das Immunsystem, Erhöhung des Bluthochdrucks 

Biozide 

Vor allem Anwendungen in der Landwirtschaft zur Ertragssicherung bei Monokulturen. Weil es zu 

wenige Feinde hat, hat es Biozide in Monokulturen. 

Beispiel: ∼25% des weltweiten Biozideinsatzes in Baumwoll-Kulturen 

Wirkungen: 

Wirkt in der Regel auf die natürlichen Feinde noch giftiger (Insekten) 

Resistenzbildung 

Trinkwasserverschmutzung 

Zusammenfassung Humanökologie: 

Landwirtschaft 

- Stickstoff-Kreislauf 

-> Eutrophierung 

-> Grundwasserverschmutzung 

-> (Pestizide) 

Fossile Energieträger 

- sauerer Regen (N -> NO x , S -> SO x , C -> CO 2 ) 

- Klimaproblem vor allem wegen CO 2 

-> mehr Niederschläge etc. 

Chemikalien / Giftstoffe 

- Bioakkumulation 

toxisch, persistent und lipophil (

6 Naturschutzbiologie 

Kapitel 55 

Fazit: 

In natürlichen Systemen gibt es letztendlich kein ignorieren dieser blauen Grenze oben. Das einzige 

Lebewesen, der diese Grenze übersieht ist der Mensch. (nahezu exponentielles Wachstum und 

künstliches System genannt). 

Beispiel: Wir schränken den Lebensraum anderer Arten (z.B. Tiere) sehr ein und rotten Arten aus!! 

Unter natürlichen Bedingungen können sich Lebewesen nicht uneingeschränkt (exponentiell) vermehren, 

d.h. es existieren immer innere und vor allem äussere Grenzen. 

Der Mensch hat für sich viele der natürlichen Limiten ausgeschalten und kann daher nahezu exponentiell 

zunehmen. Der Mensch wird damit zu einer Bedrohung für alle anderen Lebewesen. Es wird daher immer 

wichtiger die Umwelt vor menschlichen Aktivitäten zu schützen. Mit der Zerstörung grosser Teile unserer 

Umwelt zerstören wir auch Lebewesen, d.h. die Biodiversität (Anzahl) nimmt ab. 

Die Biodiversitätskrise 

Die drei Ebenen der Biodiversität bilden die genetische Variabilität, der Artenreichtum und die Ökosystemvielfalt. 

Biodiversität umfasst die verschiedenen Typen von Ökosystemen, den Artenreichtum 

der Lebensgemeinschaften in diesen Ökosystemen und die genetische Variabilität innerhalb und 

zwischen den Populationen der einzelnen Arten. 

Was verlieren wir mit abnehmender Biodiversität? 

1. wir verlieren genetische Variabilität 

Folgen: 

Reduktion der Fitness vieler Arten 

Verlust wertvoller Gene für 

- Nahrungsmittelpflanzen 

- Medizinalpflanzen, etc. 

2. wir verlieren Artenvielfalt 

zum Beispiel: 

Walfisch 

viele andere Fische 

Tiger 

Nashorn 

Elefanten, etc. 

3. wir verlieren ökologische Leistungen 

Reinigung von Wasser 

Reinigung von Luft 

Erneuerung von Sauerstoff (durch Photosynthese) 

Erschaffung und Erhaltung fruchtbarer Böden (Humus) 

Nahrungsmittel und das Ökosystem ist verantwortlich für den Nährstoffkreislauf 

Abbau von Abfällen Abwasser, Schadstoffen, etc. 


Auf allen drei Ebenen ist Biodiversität wichtig für das Wohlergehen des Menschen. Andere Arten 

liefern dem Menschen Nahrung, Baustoffe und Arzneimittel. Schätzungen von Ökologen und Ökonomen 

deuten auf den enormen wirtschaftlichen Wert ökologischer Leistungen hin. 

Beispiel zur Bedeutung und Komplexität von Ökosystemen könnte das Experiment: Biosphere II sein. 

Das Projekt scheiterte. Als vielleicht wichtigste Lektion, die Biosphere II lehrte, erfahren die Unbezahlbarkeit 

und Komplexität der Biodiversität und der von ihr erbrachten ökologischen Leistungen nun 

eine stärkere Wertschätzung. 

Die vier grössten Bedrohungen für die Biodiversität sind die Zerstörung von Lebensräumen, 

eingeführte Arten, die Übernutzung und die Unterbrechung von Nahrungsketten. Veränderungen von 

Lebensräumen durch den Menschen stellen die grösste Bedrohung der biologischen Vielfalt dar. 

Konkurrenz und Prädation durch eingeführte Arten und die übermässige Nutzung für kommerzielle 

Zwecke oder Freizeitaktivitäten sind weitere bedeutende Gefahren. Aussterbefälle auf einer 

trophischen Ebene können sich auf die Organismen auf anderen trophischen Ebenen auswirken. 

Was führt zur Abnahme oder Zerstörung der Biodiversität? 

1. Übernutzung und Verschmutzung 

2. Zerstörung von Lebensräumen (ähnlich wie 1) 

Abholzung des tropischen Regenwaldes 

Überfischung 

Dumping von Abfällen 

Zerstörung der Meere 

Überbauung, Verstädterung (Bsp. Frösche) 

3. Unterbrechung von Nahrungsketten 

4. Eingeführte Arten 


Naturschutz auf Populations- und Artenebene 

Schutzstrategie für kleine Populationen: Die geringe Grösse kann eine Population in einen 

Aussterbestrudel ziehen. Wenn die Grösse einer Population unter die kleinste überlebensfähige 

Population (MVP) sinkt, kann der Verlust an genetischer Variabilität aufgrund von Inzucht und 

genetischer Drift sie in einen Strudel kontinuierlichen Rückgangs ziehen, der schliesslich zum 

Aussterben führt. Gemessen werden kann die MVP in Form der effektiven Populationsgrösse, das 

heisst der Zahl der sich fortpflanzenden Individuen. 

-> vor allem Schutz von kleinen Populationen 

Problem: genetische Drift und Inzucht (Vererbung von Krankheiten wegen kranken Allelen) 

Massnahme: Man muss fremde Allele hinzufügen (Genpool vergrössern). 

Schutzstrategie für zurückgehende Populationen: den Rückgang von Populationen festzustellen, die 

Ursachen dafür herausfinden und ihn aufhalten. Diese Naturschutzstrategie sucht nach den Ursachen 

des Rückgangs von Populationen und versucht diese Ursachen zu bekämpfen und Wege zu finden, 

um den Rückgang aufzuhalten. 

-> Schutz zurückgehender Populationen (Siehe Liste der gefährdeten Arten) 

Schutzmassnahmen auf der Ebene der Biozönosen und Ökosysteme 

-> Restauration (Wiederherstellen) gefährdeter Gebiete 

Zum Beispiel: 

Bioremediation 

wird bezeichnet der Einsatz von Organismen zur Beseitigung von Verunreinigungen und 

Schadstoffen. (die Entgiftung verseuchter Ökosysteme mithilfe von Lebewesen) heisst 

übersetzt Heilmittel. 

Bioaugmentation (wachsen, zunehmen) = Förderung durch bestimmte Organismen 

-> schaffen von Reservaten (Natur soll sich dort erholen können) 

vor allem von Biodiversitäts-Hotspots: 

Zum Beispiel: 

tropischer Regenwald 

Ökotone (z.B. Sümpfe) 

Langfristiges Ziel 

Ist die nachhaltige Entwicklung!! (das langfristige Gedeihen menschlicher Gesellschaften und der 

Ökosysteme, in denen und von denen diese leben). 


7 Lexikon 

abiotische Umweltfaktoren 

Abundanz 

aposematische Färbung 

assimilierte Biomasse 

Autökologie 

Bioakkumulation 

Biodiversitäts-Hotspots 

Biomagnifikation 

Biomasse 

biotische Umweltfaktoren 

Biozönose 

Bruttoprimärproduktion 

Carrying capacity 

Demographie 

Denitrifikation 

Destruenten 

dichteabhängige Faktoren 

dichteunabhängige Faktoren 

Dispersion 

Dissimilierte Biomasse 

Diversität 

Diversität 

Emigration 

endogene Faktoren 

Energiefluss 

Essentielle Stoffe 

Evaporation 

exogene Faktoren 

exponentielles Wachstum 

Fekundität 

Fertilität 

Generationszeit 

homoiotherm 

Dinge, die nicht leben (Temperatur, Klima, Wetter) 

Häufigkeit 

Die als Warnung für Feinde dienende intensive Färbung von 

Tieren mit wirksamen physikalischen oder chemischen 

Abwehrmechanismen. 

Aufgenommene Biomasse minus abgegebene Biomasse 

wie Verhält sich ein Lebewesen in seiner Umwelt, mit 

Artgenossen, etc. 

Einlagern vor allem in fetthaltigen Körperorganen 

Gebiete mit einer aussergewöhnlich hohen Konzentration an 

endemischen Arten. 

innerhalb der Nahrungskette 

Das Trockengewicht der organischen Substanz einer Gruppe 

von Organismen in einem bestimmten Lebensraum. 

Feinde, Parasiten, etc. 

Die Erforschung der Einflüsse von Wechselwirkungen 

zwischen Arten auf die Struktur und Organisation von 

Lebensgemeinschaften. 

Die gesamte Primärproduktion eines Ökosystems. Die von 

autotrophen Organismen pro Fläche innerhalb einer Zeiteinheit 

neu gebildete organische Substanz = BPP. 

Maximale Populationsgrösse, die ein bestimmter Lebensraum 

am Leben erhalten kann 

Bevölkerungswissenschaft; untersucht mit Methoden der 

Statistik zahlenmässige Veränderungen von Populationen. 

Stickstofffixierung entgegengesetzter Prozess bei der 

Bakterien unter anaeroben Bedingungen Nitrat oxidativ 

veratmen, um Sauerstoff zu gewinnen. 

= Zersetzer, Reduzenten; Bakterien und Pilze, die organische 

Lebewesen zu H 2 O, CO 2 sowie Mineralstoffen abbauen, die 

dann wieder als Nährstoffe zur Verfügung stehen. 

- innerartliche Konkurrenz 

- Feinde (Parasiten, Räuber) 

- ansteckende Krankheiten 

- sozialer Stress 

- zwischenartliche Konkurrenz 

- Klimaeinflüsse und ihre Folgen 

Die Verteilung der Individuen einer Population im Raum 

innerhalb der geographischen Grenzen der Population. 

Zellatmung 

Artenvielfalt 

Artenvielfalt 

Auswanderung 

innere Wachstumsgrösse 

Energie, die von einem Glied zum nächsten weitergegeben 

wird. Er treibt die Stoffkreisläufe eines Ökosystems an. 

lebensnotwendige Stoffe wie Wasser, Sauerstoff, Licht, 

chem. Elemente 

Verdunstung 

äussere Wachstumsgrösse, Gesetz vom Minimum 

Das geometrische Anwachsen einer Population, die in einem 

idealen, unbegrenzten Lebensraum lebt. 

Anzahl Nachkommen pro Individuum 

Geburtenrate 

Geburt zur Geburt der Nachkommen. (Lebenszeit) 

Bezeichnung für Organismen, deren Körper durch Stoff- 


Homöostase 

Immigration 

Industriemelanismus 

Iteropartie 

Karpose 

Kohorte 

Konkurrenz 

Konkurrenzausschlussprinzip 

Konsumenten 

limitierende Faktor 

Mimese 

Mimikry 

Mortalität 

nachhaltige Entwicklung 

Natalität 

negative Rückkoppelung 

Nettoprimärproduktion 

Ökologie 

ökologische Nische 

ökologische Potenz 

ökologische Tragfähigkeit 

Osmose 

Phytotranspiration 

poikilotherm 

Population 

Populationsökologie 

Prädation 

Produzenten 

wechselwärme erwärmt wird. Die so erzeugte Wärme dient in 

der Regel dazu, eine relativ gleichmässige Körpertemperatur 

aufrecht zu erhalten, die über der Umgebungstemperatur liegt. 

Der physiologische Zustand des Fliessgleichgewichts im 

Körper. 

Einwanderung 

Anpassung eines Schmetterlings an die Rinde 

Mehrmals reproduzieren (z.B. Menschen) 

+ / 0 –Beziehung 

Eine Gruppe von gleichaltrigen Individuen von der Geburt bis 

zu dem Zeitpunkt, an dem alle gestorben sind. 

- / - -Beziehung 

Das Prinzip, dass, wenn zwei ähnliche Arten um bestimmte 

Ressourcen konkurrieren, eine dieser Arten die Ressourcen 

effektiver nutzen und daher einen Reproduktionsvorteil haben 

wird, der schliesslich zur Eliminierung der anderen Population 

führt. 

= Verbraucher; Pflanzenfresser 

Lokal sind es häufig die Bodennährstoffe. 

kryptische Färbung, Tarnung 

Ein Phänomen, bei dem eine Spezies aus einer oberflächlichen 

Ähnlichkeit mit einer anderen Art einen Nutzen zieht. 

Sterberate 

das langfristige Gedeihen menschlicher Gesellschaften und 

der Ökosysteme, in denen und von denen diese leben. 

Anzahl Nachkommen der Population 

Ein grundlegender Mechanismus der Homöostase, bei dem 

eine Veränderung in einer physiologischen Variablen eine 

Reaktion auslöst, die der Veränderung entgegenwirkt. 

Der Rest der organischen Substanz dient dem Zuwachs der 

Pflanze oder wird für eine spätere Verwendung gespeichert. 

Dient als primäre Nahrungsquelle der Konsumenten. 

Die Lehre von den Wechselbeziehungen zwischen den 

Organismen und ihrer Umwelt. 

Die Gesamtheit der Ansprüche eines Organismus an die 

biotischen und abiotischen Ressourcen seiner Umwelt. Der 

Begriff beschreibt also keinen Raum, sondern die jeweiligen 

Wechselbeziehungen. 

beschreibt die Fähigkeit eines Lebewesens, Schwankungen 

von Umweltfaktoren in bestimmten Grenzen zu ertragen und 

darüber hinaus zu gedeihen und sich fortzupflanzen. 

carrying capacity, Mass für die Menge, Quantität an 

Ressourcen in einem Ökosystem. 

Die Diffusion von Wasser durch eine selektiv permeable 

(semipermeable) Membran. 

H 2 O – Abgabe an die Luft/Umwelt 

Bezeichnung für Organismen, die nicht genügend Stoffwechselwärme 

erzeugen, dass sich dies auf ihre Körpertemperatur 

auswirkt. 

Eine Gruppe artgleicher Individuen, die in einem bestimmten 

geographischen Gebiet leben. 

Die Wissenschaft, die untersucht, wie die Mitglieder einer 

Population it ihrer Umwelt in Wechselwirkung stehen; sie 

konzentriert sich auf Faktoren, welche die Populationsdichte 

und das Populationswachstum beeinflussen. 

Räubertum; eine Wechselbeziehung zwischen Arten, bei der 

eine Art, der Prädator oder Räuber, sich von der anderen, der 

Beute, ernährt. 

= Erzeuger; grüne Pflanzen und autotrophe Bakterien, die aus 


Respiration 

Ressource 

Semelparitie 

Stickstofffixierung 

Symbiose 

Synökologie 

Transpiration 

Trophische Struktur 

anorganischen Stoffen organische Verbindungen (Biomasse) 

herstellen, von denen alle anderen Organismen leben. 

Zellatmung der Pflanze 

„Hilfsmittel“, wird verbraucht vom Lebewesen (Wasser, Luft) 

Big-Bang-Reproduktion, einmalige Reproduktion 

jegliche Umwandlung des chemischen Luftstickstoffs (N 2 ) zu 

reduzierten Verbindungen, die reaktiver und insbesondere 

bioverfügbarer sind 

wenn beide profitieren 

Wissenschaft von den Wechselwirkungen zwischen den in 

einer Biozönose zusammenlebenden Art untereinander und 

mit ihrer Umwelt. 

Bei Pflanzen der Wasserverlust durch Verdunstung. 

Die verschiedenen Nahrungsbeziehungen in einem 

Ökosystem, die den Weg des Energieflusses und das Muster 

der Stoffkreisläufe bestimmen. 

8 Anhang für Prüfung 

Pflanzen 

sind poikilotherme Organismen 

sind Teil von Biozönosen 

Populationen 

zeigen Abundanz (Häufigkeit) 

zeigen keine kumulierte Dispersion (Verteilung) 

Die menschliche Population 

wächst 

nimmt pro Jahr um 100 Millionen Menschen zu 

In anthropogenen Systemen 

nehmen die Stoffflüsse zu 

findet Entwicklung statt 

innerhalb der Systemgrenze nimmt die Entropie ab 

Natürliche Systeme sind 

offene Systeme 

Gleichgewichtssysteme 

Stoffkreislaufsysteme 

Fossile Energieträger 

Speichern Solarenergie 

Sind Biomasse 

Ursachen der heutigen Umweltprobleme sind unter anderem 

Das Bevölkerungswachstum 

Der Konsumismus 

Entropie 

Ist ein Mass für Unordnung 

Nimmt in offenen Systemen ab 

Das Klimaproblem 

Kann zu mehr Trockenheit führen 

Exponentielles Wachstum 

Ist Wachstum ohne Einschränkung 

Ist in der Zeit limitiert 

Findet man theoretisch bei allen Lebewesen 

Biodiversitätsschwund kann verursacht werden durch: 

natürliche Prozesse 

anthropogene Prozesse 

interspezifische Konkurrenz 

Richtige Aussagen sind: 

Bioakkumulation ist eine 

Voraussetzung für Biomagnifikation 

Photosynthese ist die Voraussetzung 

fast allen Lebens auf der Welt 

K-Strategen zeigen intensive 

Brutpflege und niedrige Natalität

Umweltwissenschaft Se1

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