Belegarbeit im Fach Biologie

Der Wald

1. Aufbau des Waldes und Vertreter in den jeweiligen Schichten

Es teilen sich die verschiedenen Pflanzenformen der Baum-, Strauch-, Kraut- und Moosschicht den Bodenraum und finden das für ihre jeweiligen Ansprüche nötige Wasser und die ihnen entsprechenden Nährsalze . Ahnliches gilt für den verfügbaren Luftraum und die lebensnotwendige Lichtmenge . Lichtbäume, wie Lärche, Birke, Eiche, Appell und Kiefer, brauchen viel Licht und beschatten andere, die während ihrer Entwicklungszeit keine volle Sonne vertragen und dementsprechend langsam wachsen ( Rotbuche, Feldahorn, Tanne und Fichte ) . Sie werden deshalb auch Schattenbäume genannt . Am schattigen Waldboden gedeihen Heidelbeeren noch bei 1/50, Sauerklee bei 1/70, Moose bei 1/90 des vollen Lichtes .

Die Frühlingsblüher ( Buschwindröschen, Leberblümchen, Lungenkraut, Schlüsselblume, Haselstrauch, Salweide, Hartriegel und Schlehe ) entfalten, wie schon erwähnt, ihre Blüten zu einer Zeit, in der die Bäume noch unbelaubt sind, und Licht, Wind und Insekten ungehinderten Zutritt zum Waldboden haben . Während die Kräuter auf Gebiete mit ganz bestimmten Lichtwerten eingestellt sind, ertragen Bäume das volle Licht viel eher, da sie Sonnen- und Schattenblätter ausbilden . Sonnenblätter sind kleinflächig, dick und haben eine derbe

Oberhaut ; oft nehmen sie Profilstellung ein ähnlich wie die Kompaßpflanze . Sie befinden sich an den Außenseiten der Krone, die Schattenblätter dagegen in deren Innern . Schattenblätter sind großflächig ( bei der Linde z. B. erreichen sie einen Durchmesser von 16 cm, die Sonnenblätter nur von 6 cm ), wenden sich dem Licht mit ihrer vollen Fläche zu und sind bestrebt, freie Lücken auszufüllen ( Mosaikstellung ) . Ihre Oberhaut ist nur dünn . Die Assimilationsleistungen beider sind sehr verschieden . Schattenblätter nutzen schwaches Licht besser aus als Sonnenblätter . Diese assimilieren bei vollem Licht weit mehr .

Funktion des Waldes

Die Wälder sind für die Holzgewinnung , die Produktion und die Beschäftigung von Bedeutung . Pro Jahr liefert der Wald etwa 30 Mio. Kubikmeter Holz . Er deckt damit die Hälfte des Holzbedarfs . Und er spielt eine erhebliche Rolle bei der Erhaltung des biologischen Gleichgewichts einer Landschaft .So verhindert der Wald z. B. die Bodenerosion . Der Boden wird vom weitverzweigten Wurzelgeflecht des Waldes festgehalten, so daß er nicht weggeschwemmt werden kann . Außerdem kann 1 Kubikmeter Waldboden 200 l Wasser speichern und gleicht damit das plötzlich übermäßige Wasserangebot bei z. B. starken Gewitterregen aus . Die ursprünglichen Wälder sind heute in den stark besiedelten Gebieten vorwiegend in Wirtschaftswälder oder Forste umgewandelt . ( In der Nähe solcher Ballungsgebiete spielen die Wälder als Wasserschutzgebiete eine Rolle . Das vom Waldboden gespeicherte Wasser gelangt gefiltert und von Schadstoffen gereinigt z. T. ins Grundwasser . Daraus kann Trinkwasser hoher Qualität gewonnen werden . Durch die im und über dem Wald verdunsteten Wassermassen hat der Wald eine ausgleichende Wirkung auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebung . Zusätzlich wird die Luft im Wald durch die Photosyntheseaktivität der grünen Pflanzen mit Sauerstoff angereichert .) Diese Kulturen bestehen häufig nur aus einer Baumart ( Monokulturen ) und sind sehr anfällig gegenüber Schädlingen und Krankheiten . Die Forstwirtschaft bemüht sich heute um die Erhaltung bzw. Schaffung von naturnahen (gemischten ) Beständen . Der Wald ist weiterhin als Erholungsgebiet sehr wichtig .

3.Abiotischen Faktoren - Bedeutung und Wirkung auf den Wald

Umeltfaktor Licht :

Die von der Sonne ausgehenden Strahlen erscheinen im Bereich der Wellenlängen von 390 nm bis 780 nm als sichtbares Licht . Licht hat verschiedene Intensität ( Beleuchtungsstärke ), in Abhängigkeit von der Wellenlänge verschiedene Farben und wirkt auf Organismen mit einer bestimmten Dauer ( Tageslänge ) ein . Licht beeinflußt die Photosynthese als Energiequelle, es beeinflußt die Richtung und die Geschwindigkeit in der das pflanzliche Wachstum stattfindet und es beeinflußt die Differenzierungsvorgänge in den Zellen und Geweben der Pflanze, z. B. bei der Bildung des Chlorophylls, und die Organausbildung oberirdischer Pflanzenteile z. B. Licht und Schattenblätter . Weiterhin fungiert es als Manipulationsfaktor der Aktivitäts- und Ruhephasen der Organismen . Es teilt z. B. In Tagaktive und Nachtaktive . Es beeinflußt die Geschwindigkeit der Individualentwicklung einiger Organismen ( z. B. Lang- und Kurztagpflanzen, Photoperiodismus ) und im weiteren Sinne auch die Pigmentbildung in der Haut von Tieren z. B. gibt es Pigmentarmut bei manchen Boden- und Höhlentieren .

Je nach Beleuchtungsstärke können an einer Pflanze Licht- und Schattenblätter ausgebildet sein Es gibt typische Lichtpflanzen und Schattenpflanzen mit charakteristischer Angepaßtheit an die Lichtverhältnisse des Standortes . Lichtpflanzen genießen eine ungehinderte Lichteinwirkung am Standort und gedeihen auch optimal bei voller Belichtung, während Schattenpflanzen einer mehr oder weniger abgeschirmten Lichteinwirkung ausgesetzt sind und auch keine volle Belichtung ertragen . Der Bau der Laubblätter unterscheidet sich ebenfalls, wo es bei Licht- pflanzen kleinere Blätter mit einem mehrschichtigen Palisadengewebe und Schwammgewebe, einer engen Interzellularen, einer starken Kutikula und einer eingesenkten Spaltöffnung sind .

So sind es bei Schattenpflanzen meist große, dünne Blätter mit einem flachen wenigschichtigem Palisaden- und Schwammgewebe, einer dünnen Kutikula und keiner eingesenkter Spaltöffnung . Lichtpflanzen kommen in Gesteinsfluren, an Wegrändern, in Steppen und im niedrigen Rasen vor . Für das Ökosystem Wald kommen eher Schattenpflanzen in Frage die sich hier in der Krautschicht befinden .

Umeltfaktor Wasser :

Wasser gehört zu den Grundvoraussetzungen für die Lebensfähigkeit der Organismen . Wasserpflanzen und Wassertiere nutzen Wasser ständig als Lebensraum . Nur wenige Organismenarten oder Teile von Organismen ( Samen, Sporen ) können längere Zeit ohne Wasserzufuhr bei stark eingeschränktem Stoffwechsel überdauern . Wasser dient den Organismen als Lösungs- und Transportmittel für Nährstoffe und Stoffwechselprodukte, als Bestandteil des Zellplasma und Quellmittel, als Reaktionsstoff in vielen Stoffwechselreaktionen wie z. B. der Photosynthese, der Atmung und der Verdauung .

Wasser dient auch als Voraussetzung für den Turgordruck in Pflanzenzellen und damit verbundener Festigkeit pflanzlicher Gewebe . Die Art des Niederschlages ( Schnee, Regen, Nebel ), die zeitliche Verteilung ( Sommer, Winter ) und die örtlichen Besonderheiten des Lebensraumes ( z. B. dem Niederschlag zugewandte oder abgewandte Abhänge der Gebirge )

beeinflussen die Pflanzendecke der Erde .

Pflanzen reagieren auf die Wasserverhältnisse in ihrem Lebensraum mit Angepaßtheit in physiologischer und morphologisch- anatomischen Merkmalen .

Physiologische Angepasstheit Wechselfeuchte Pflanzen Gleiche ihren Wassergehalt weitgehend dem Feuchtigkeitszustand ihrer Umgebung an; ihre Zellen haben keine Zentralvakuole; das Plasma schrumpft bei Eintrocknung allmählich, der Stoffwechsel wird eingeschränkt ( einige Algenarten, Moose ) . Ahnlich wie diese Pflanzen reagieren auch bestimmte Pilze und Flechten . Eigenfeuchte Pflanzen können den Wasserhaushalt in den Zellen konstant halten; ihre Zellen haben große Zentralvakuolen, die bei Trockenheit Wasseran das Plasma abgeben . Eigenfeuchte Sproßpflanzen regulieren durch Wasseraufnahme an den Wurzeln und Wasserabgabe über die Spaltöffnung den Wasserhaushalt; bei extremen Wasserverlust allerdings sind die Zellen nicht mehr lebensfähig .

einige Beispiele für Anpassungsmerkmale ökologischer Gruppen an die Wasserverhältnisse des Standortes : - weitgehend trocken ( Xerophyten, dürrehartePflanzen ) - die Laubblätter sind kleiner, oft Nadelförmig oder zu Dornen umgebildet . Sie haben eine mehrschichtige Epidermis und eine dicke Kutikula .

extrem trocken ( Sukkulente, wasserspeichernde Pflanzen ) - einige Sproß- und Wurzelteile sind zu Wasserspeicherorganen umgebildet . Derbwandige Epidermis mit einer dicken Kutikula .

feucht ( Hygrophyten, Feuchtluftpflanzen ) - die Laubblätter sind verhältnismäßig groß und dünn . Die Epidermis ist dünnwandig und meist ist keine

Kutikula vorhanden .

Lebensraum Wasser ( Hydrophyten, Wasserpflanzen ) - Die Laubblätter sind oft fein verteilt . Die Epidermis ist dünnwandig und es ist keine Kutikula vorhanden .

mittelfeucht ( Mesophyten ) - keine besonderen Anpassungsmerkmale .

Morphologisch - anatomische Angepaßtheiten : Viele Pflanzen haben entsprechend den Wasserverhältnissen des Standortes speziell ausgebildete Laubblätter und Wurzeln ( siehe oben ).

Im verlauf ihrer Stammesentwicklung haben sich bei Pflanzen an die Bodenfeuchtigkeit ihrer Hauptverbreitugsgebiete charakteristische Wurzelsysteme herausgebildet . Tiefwurzler erreichen bis zu 30 m tief liegendes Grundwasser mit langen Phalwurzler und sind zum Teil unabhängig vom Niederschlag . Flachwurzler bilden an feuchten Standorten wenig tief in den Boden hineinragende Wurzeln aus und nehmen Wasser aus den oberen Bodenschichten auf .

Umweltfaktor Temperatur :

Lebensprozße Laufen im algemeinen zwischen 0° C und 40° C ab . Unterschreiten dieses Temperaturbereiches kann zum Gefrieren des Zellwasser, Überschreiten zur Gerinnung der Zelleiweiße führen . Viele Organismen ertragen aber kurzeitig oder längerfristig niedrigere oder höhere Temperaturen ( z. B. können Nadelbäume noch bei Minusgraden Photosynthese betreiben ) . Der Einfluß der Temperatur auf die natürliche Pflanzendecke wird z. B. bei der Ausbildung der Höhenstufen der Vegetation deutlich . So beobachtet man in den Alpen von unten nach oben folgende Zonen : Laub- und Mischwald, Nadelwald, Krummholzzone, Zwergstrauchheide, Matten, Polsterpflanzen und schließlich Moose und Flechten, die sogar über die Schneegrenze hinweg vordringen . Diese Höhenstufen der Pflanzenbedeckung sind überwiegend auf die mit der Höhe abnehmende Temperatur zurückzuführen . Als weiter Umweltfaktoren spielen die UV- Strahlung, das Wasserangebot, die Verdunstung, der Luftdruck und die Windverhältnisse eine Rolle .

Klimaregeln: Der Zoologe Carl BERGMANN beobachtete, daß bei Gleichwarmen die Individuen einer Art oder nahe verwandter Arten in kalten Regionen größer sind als in warmen Gebieten . Beispiel dafür sind Reh, Wolf, Wildschwein und Pinguin . Die BERGMANNsche Regel ergibt sich daraus, daß größere Tiere im Verhältnis zum Volumen eine geringere Oberfläche haben kleinere Exemplare . Dadurch ist der Wärmeverlust über die Oberfläche relativ geringer . Eine vergleichbare Aussage macht die ALLENsche Regel . Nach ihr sind bei gleichwarmen Tieren Körperanhänge wie Ohren oder Schwänze in kälteren Gebieten kleiner als bei verwandten Arten der wärmeren Gegenden .

Bei Pflanzen beeinflußt die Temperatur ihres Standortes den Zeitpunkt der Keimung, der Blatt- und Blüttenausbildung und des Reifens der Früchte und Samen .

Beispiele für temperaturbeeinflußte Prozesse bei Pflanzen :

Keimung : Die Keimtemperaturen sind arttypisch . Die Mindesttemperatur sind

z. B. für Weizen 3°C, für Mais 8°C . Häufig müssen Samen eine Zeitlang niedrigen Temperaturen ausgesetzt sein, ehe sie keimen ( Frostkeimer ) - Wachstum der Leitgewebe : Bei sommergrünen Laubbäumen gemäßigter Klimazonen sind Jahresringe deutlicher erkennbar als bei Regenwaldbäumen .

Abfallen der Laubblätter im Herbst : Die Bildungen von Korkschichten an der Basis der Blattstiele führt zum Abwurf und dadurch zur Vermeidung von irreversiblen Frostschäden

( Vermeidung der Frosttrocknis ) .

Frosthärte : Ertragen niedriger Temperaturen und die Vermeidung von Eisbildung in den Zellen . Beruht auf dem Aufteilen der Zentralvakuolen und der Anlagerung des Zellwassers an organischen Zellinhaltsstoffe . Dieser Zustand ist im Winter in pflanzlichen Gewebe besonders ausgeprägt .

Frosttrocknis : Ist das Absterben Von Pflanzen, weil die Wasseraufnahme und - leitung durch das Gefrieren des Bodenwassers erschwert ist .

5. Energiefluß - die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie

Der Stofffluß ergiebt sich aus den Assimilations- und Dissimilationsprozessen der Produzenten, Konsumenten und Reduzenten . Anorganische Stoffe aus der abiotischen Umwelt werden in organischen Stoffe umgewandelt ( 1. Trophiestufe ) und in dieser Form durch die Reihe der Konsumenten ( 2., 3., z. T. 4. Trophiestufe ) weitergegeben und schließlich durch die Reduzenten wieder als anorganische Stoffe in die Umwelt abgegeben . Die Stoffumwandlungsprozesse führen in der Regel zu einem Kreislauf .

Geschlossener Kreislauf: Alle Nährstoffe im Ökosystem sind in ständige Aufbau- und Abbauprozesse einbezogen und zrikulieren durch die Nahrungskette .

Offener Kreislauf: Ein Teil der in organischen Stoffen festgelegten Nährstoffe wird nicht wieder dem Kreislauf zugeführt .

Er wird in Form von organischen Material über einen längeren Zeitraum abgelagert ( z. B. Faulschlamm, Torf ), oder er wird dem Ökosystem durch Eingriffe des Menschen entnommen

( z. B. Ernte von Feldern und von Wiesen und Weiden, Holzeinschlag in Wäldern ) .

In den Stoffkreislauf sind auch die für Organismen schädlichen Stoffe ( z. B. Schwermetallionen, Pflanzenschutzmittel ) einbezogen . Sie können sich in den Endgliedern

der Nahrungskette, insbesondere beim Menschen, anhäufen und dort Giftwirkungen hervorrufen .

Die Produktionsleistung eines mitteleuropäischen Waldes besteht aus oberirdischen Zuwachs

an Stamm- , Ast- und Blattmasse. Sie beträgt je nach Alter und Zusammensetzung des Waldes

zwischen 9 und 16t Trockenmasse pro Hektar und Jahr . Unter  Trockenmasse versteht man hierbei die Biomasse, die nach Wasserentzug übrigbleibt . 4 bis 6t des Zuwachses werden am Ende jeder Vegetationsperiode dem Boden zugeführt . Das abgestorbene Material dient den bodenbewohnenden Destruenten als Nahrung . An der Zersetzung dieser Biomasse sind viele Bodenorganismen beteiligt . Zu ihnen gehören als Erstzersetzer z. B. die Regenwürmer, die

das abgefallene Laub aufnehmen und zersetzen . Rund 250000 von ihnen leben in einem Hektar Laubwaldboden . Die exkremente der Erstzersetzer stellen wiederum die Nahrungsgrundlage für andere Lebewesen wie Pilze und Bakterien dar . Ein Teil der Biomasse wird von den Bodenorganismen zu hochmolekularen organischen Huminstoffen umgewandelt, die die Grundlage für die Humusbildung darstellen . Ein weitere Teil wird mineralisiert . Hierbei werden anorganische Nährstoffe freigesetzt, die von den Pflanzenüber ihr Wurzelsystem wieder aufgenommen werden . Sie werden von Produzenten wieder zum Aufbau orgqanischer Stoffe genutzt . Der Stoffkreislauf ist damit geschlossen .

Der direkte Energiefluß : Die Energie stammt von der Sonne ab . Von der Strahlungsenergie werden von der Erde rund 24% absorbiert ( reflexiert ) . Ungefähr 23% wird in Wärme umgesetzt . Dies ist der Anteil, der der biologischen Nutzung verloren geht . 1% der Lichtenergie ( Sonnen-energie ) wird für die Primärproduktion verwendet, sie wird von den Produzenten der Biomasse aufgebaut und sie muß für alle Lebe-wesen reichen .

9. Die ökologische Nische

Die Lebensgemeinschaft des tropischen Regenwaldes fällt durch ihre Artenvielfalt auf . Trotz

des Artenreichtums fehlen aber in der Luft kreisende Greifvögel, die den heimischen Turmfalken und Mäusebussarden vergleichbar wären . Aufgrund der dichten Vegetation sind am Boden lebende Beutetiere aus der Luft nicht auszumachen . Der tropische Regenwald biete

daher für Greifvögel, die ihre Beute am Boden schlagen, keine Lebensmöglichkeit .

Der mitteleuropäische Lebensraum mit seinen Freiflächen bietet dagegen entsprechende

Lebensbedingungen; er hat derartige Ökologische Planstellen . Man versteht hierunter die

Existenzangebote, die sich in einem  Ökosystem durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten biotischer und abiotischer Faktoren ergeben . Besetzt eine Organismenart eine solche Planstelle, bildet sie eine entsprechende ökologische Nische aus .

Durch die Einmischung entzieht sich z. B. der Mäusebussard der interspezifischen Konkurrenz, weil andere Greifvögel andere Jagdmethoden bzw. andere Beute bevorzugen . Generell gilt die Regel, daß in einem Ökosystem eine Planstelle nur durch eine Organismenart

besetzt sein kann . Der begriff ökologische Nische beschreibt keinen Raum, sondern das System von Wechselbeziehungen zwischen Organismus und Umwelt . Anschaulisch spricht man auch vom ,,Beruf", den eine Art im Ökosystem ausübt . Die Einischung erfolgt z. B. durch spezifische Ernährungsweisen, bestimmte Temperaturansprüche, besondere Aufenthaltsorte

und anderes mehr . Je mehr Planstellen besetzt sind, desto artenreicher ist ein Ökosystem .

In einem Ökosystem sind nicht immer alle Planstellen optimal besetzt . Daher können sich

gegebenenfalls eingeschleppte Arten dort neu einnischen und stabile Populationen ausbilden .

Beispiele dafür sind die Ausbreitung der europäischen Kaninchen in Australien, der amerikanischen Kakteen im Mittelmeerraum oder der chinesischen Wollhandkrabbe im norddeutschen Küstengebiet . Auch der Befall mit Krankheitserregern ist prinzipiell eine Einischung von Parasiten bei ihren Wirten .

Auf den verschiedenen Kontinenten der Erde liegen in weiten bereichen vergleichbare abiotische und biotische Bedingungen vor . Es ergiebt sich daher eine Aquivalenz der ökologischen Planstellen . So gibt es in Südamerika, Afrika, Asien und Australien jewils tropische Regenwälder, Steppen und Wüsten . Die erdgeschichtliche Entwicklung der Kontinente und die damit verbundene eigenständige Evolution ihrer Tier- und Pflanzenwelt

hat dazu geführt, daß sehr ähnliche Nischen durch verschiedene Organismenarten ausgebildet

wurden .

Zwischen den einzelnen Stufen der Nahrungsketten gibt es Verluste an biologisch verwertbarer Energie . Ein großer Teil wird für die Aufrechterhaltung der Lebensfunktion, in den dissimilatorischen Prozeßen in Wärme überführt und somit nicht weiter verwendbar .

Beim Umbau der Körpereigenen Substanz fällt Wärme ab . Ein Teil der Nahrung geht als energetisch nicht ausgenutzter organischer Abfall verloren . Beim Übergang von Nahrngsstufen sind als nächstes 10% nutzbar, für Tertiärkonsumenten sind es 0,1% . Je länger die Kette ist, um so weniger Energie bleibt übrig, deshalb gibt es meistens nur höchstens

5 Glieder. Weiterhin ist zu sagen das der Energiefluß nur in eine Richtung stattfindet ( Ein-

bahnstraße ) . Die Energieweitergabe ist nur in Form von Nahrung gegeben . Außerdem wird

die ständige Energiebasis durch Photosynthese geschaffen .

Photosynthese : ist die autotrophe Kohlenstoffassimilation einiger Bakterien und aller chlrophyllhaltigen Zellen der grünen Pflanze . Unter Nutzung der Lichtenergie der Sonne beziehungsweise entsprechender anderer Lichtquellen werden aus Kohlenstoffdioxid organische Kohlenstoffverbindungen aufgebaut . Ihr Ablauf ist an das Vorhandensein von Energieübertragenen Reduktionsmitteln und von Photosynthesepigmenten gebunden . Für die Photosynthese der grünen Pflanzen gilt die Summengleichung :

6 CO2 + 12 H2O -------> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O DRH = 2822 kJ/ mol

4. Stoffkreisläufe des Waldes

Kohlenstoffkreislauf :

Ist der Kreislauf des Kohlenstoffs in der Biosphäre . Der auf etwa 26000000000000000 t geschätze Gesamtvorrat an Kohlenstoff auf der Erde liegt fast vollständig in Form anorganischer Verbindugen vor, davon über 99% im Sedimentreservoir ( carbnatgestein mit etwa 18% biogenem Anteil ) ; der Rest findet sich als gelöstes Kohlendioxid ( CO2 ) sowie in Form von Hydrogencarbonat- bzw. Carbonation in Gewässern und als gasförmiges CO2 in der Atmosphäre . Der organisch gebundene Anteil ( 0,05% ) ist zu 64% in fossilen Lagerstädten

( Torf, Kohle, Erdöl, Erdgas ), zu 32% in organischen Abfällen ( Tier- und Pflanzenreste,

Humus ) und nur etwa 4% in der Biomasse zu finden .

Der Kohlenstoff wird im wesentlichen durch die Organismen in Gang gehalten . Etwa 6 - 7%

des in der Atmosphäre und im Oberflächenwasser vorhandenen CO2 werden jährlich von

autotrophen Pflanzen photosynthetisch in organischen Verbindungen festgelegt; davon kehrt ein Drittel über die pflanzliche Atmung sofort wieder in die Luft bzw. das Wasserzurück, während zwei Drittel in die Nahrungsketten der heterotrophen Land - und Wasserorganismen

mit ihrer speziellen Ernährungsweise ( Trophiestufe ) - Pflanzenfresser, Räuber und Zersetzer

( Pilze, Mikroorganismen ) - eintreten, in deren Ablauf alle Kohlenstoffverbindungen über Atmung, Gärung und Verwesung wieder in CO2 umgewandelt und freigesetzt werden; nur ein kleiner Teil wird dem Kohlenstoff durch Humus- und Torfbildung, Verschüttung u. a. vorüber-

gehend entzogen . Auch die tierischen Organismen und der Mensch, die die Fähigkeit zur Kohlenstoffassimilation nicht besitzen, tragen durch ihre Atmung zur Rückführung des Kohlenstoffs in der Atmosphäre bei . Ein erwachsener Mensch z. B. atmet in 24 Stunden rund 330 l bzw. 1 kg CO2 aus .

Terrestrischer und mariner Kreislauf sind über den CO2 - Austausch zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre verknüpft, wobei letztere aufgrund der guten Löslichkeit von CO2 in Wasser einen Puffer hoher Kapazität auch für den geochemischen Anteil des Kohlenstoffs darstellt, der durch Rauchgase u. a. Abgase industrieller Prozeße, vulkanische exhalationen sowie

CO2 - Freisetzung bei Carbonatverwitterung gespeist wird . Im Gegenzug findet, besonders am Grund der Ozeane, eine fortlaufende Bindung von Kohlenstoff durch Sedimentation pflanzlicher und tierischer Reste ( Schalen, Knochen ) statt . Seit Beginn der Industrialisierung sind durch Verbrennung fossiler Kohlenstoffverbindungen lange Zeit dem Zyklus entzogene Vorräte wieder in den Umlauf eingeschleußt worden ( jahrlich etwa 10 - 15 % der photosythtisch umgesetzen Menge ) , woraus ein geringer Anstieg des atmosphärischen

CO2 - Gehaltes resultiert . Die Auswirkung einer weiteren Erhöhung sind schwer abschätzbar;

sie könnten zum Teil durch Bindung in der Biomasse mittels gesteigerter Photosynthese kompensiert werden, da der gegenwärtige CO2 - Gehalt der Atmosphäre ein begrenzender Faktor für die Photosynthese ist .

Andererseits stehen mögliche Temperaturerhöhung in der Atmosphäre bzw an der Erdoberfläche infolge erhöter Absorbtion langwelliger Strahlung durch das CO2 mit unabsehbaren Folgen für die Stabilität des Klimas und der polaren Eiskappen zur Diskussion .

8. biologisches Gleichgewicht

Das biologische Gleichgewicht besteht, wenn ausgeglichene Beziehungen zwischen den Organismen einer Biozönose herrschen . Die Populationsgrößen schwanken dabei über einen längeren Zeitraum um einen Mittelwert . Das ökologisches Gleichgewicht kennzeichnet sich dadurch, daß jede Veränderung im Ökosystem selbsttättig über eine Regelkreisbeziehung eine entsprechende Gegenveränderung auslöst, die den alten Zustand weitgehend wieder herstellt . Das biologische Gleichgewicht ist abhängig von einem ungestörtem Stoffumsatz in der Biozönose . Das biologische Gleichgewicht ist das ausgeglichene Verhältnis zwischen Produzenten, Konsumenten und Reduzenten . Lebensgemeinschaften mit großen Artenreichtum besitzen ein stabiles, wenig störanfälliges ökologisches Gleichgewicht .Störungen können durch sauren Regen, Waldbrand, Holzbruch durch Wind, Monokulturen, Schädlingsbefall ( Borkenkäfer ) und durch Verbißschäden von z. B. Rotwild auftreten .

Störung des biologischen Gleichgewichts durch Kahlschlag am Berghang :

Es kann zur Zerstörung der Kraut- und Moosschicht durch erhöhte Sonneneinstrahlung kommen ( Trockenheit ) .

Der Boden wird durch Wurzeln nicht mehr festgehalten . Es tritt so Erosion ein ( Wasser, Wind ) --- der Mutterboden wird dadurch abgetragen und die Humusschicht wird weggeschwemmt . Es bleibt nur noch mineralischer Boden übrig .

Es kommt zu keiner Neubildung von Humus da die Pflanzendecke zu gering ist .

Nahrungsketten werden unterbrochen und dadurch passiert es, daß Tiere auswandern .

Um den so entstandenen Verlust zu decken kann nur aufgeforstet werden und dadurch entstehen aber schädliche Monokulturen .

Stickstoffkreislauf :

Bedeutet die zyklische Umsetzung des Stickstoffs und seiner Verbindungen ( v. a. Aminosäuren und Proteine ) in der Natur . Der Haupteil des Stickstoffs läuft zwischen den Organismen im Boden ab . Die höheren Pflanzen nehmen die im Bodenwasser gelösten Nitrate

( bzw. Ammoniumverbindungen ) auf und legen den Stickstoff im Verlauf der assimilatorischen

Nitratreduktion und der anschließenden reduktiven Aminierung in den Aminogruppen der Proteine und in anderen Verbindunegn fest . Deren Abbauprodukte gelangen direkt oder über die Nahrungskette als Aminosäuren, Harstoff u. a. in den Boden zurück . Dort werden diese Stoffe z. T. vorübergehend im Humus festgelegt, oder ihr Stickstoff wird bei der Verwesung

durch desamierende Bakterien zu Ammoniak mineralisiert ( Ammonifikation ) . Dieses Ammoniak wird durch aerobe nitrifizierende Bakterien über Nitrit wieder in Nitrat zurückverwandelt . Über Nitrat und Ammonik ist dieser Teil des Stickstoffs an die Atmosphäre, die Hydrosphäre und die Litosphäre angeschlossen . Die jährliche Stickstofffestlegung durch pflanzliche Assimilation wird auf 175 Mill. Tonen geschätzt .

7. Nahrungsbeziehung

Die Organismen eines Ökosystems sind über Nahrungsbeziehungen miteinander verbunden .

Nahrungskette :

Ist eine Reihe von Organismen, die ernährungsbedingt voneinander abhähgig sind und dadurch wie die Glieder einer Kette miteinander in Verbindung stehen . Die autotrophen grünen Pflanzenbilden in der Regel alsProduzenten ( Produzenten ( Erzeuger ) : bauen aus anorganischen Material körpereigene, organische Substanz auf . Der enrscheidente biochemische Prozeß ist dabei die Photosynthese, die Kohlenstoffdioxid als Kohlenstoffquelle und das Sonnenlicht als Energiequelle nutzt . Produzenten sind die primären Erzeuger von Biomasse und liefern die organische Substanz, von der sich alle anderen Organismen einer Lebensgemeinschaft ernähren . ) das erste Glied der Kette . Es folgen die verschiedenen heterotrophen tierischen Verzehrer als Konsumenten ( Konsumenten ( Verbraucher ) : sind alle diejenigen Organismen die sich direkt oder indirekt von der lebenden organischen Substanz ernähren, die die Produzenten hergestellt haben . Dabei sind die Primärkonsumenten

( Herbivore ), während sich die Sekundärkonsumenten als Tierfresser ( Carnivore ) von Pflanzenfreessern ernähren . Bei längeren Nahrungsketten treten noch weitere Stufen der carnivoren Ernährungsweise auf . ) ; an erster Stelle stehen hierbei die Pflanzenfresser als Primärkonsumenten . Dann folgen die Fleischfresser ( Räuber ) als Sekundärkonsumenten . Den Schluß der Nahrungskette bilden die abbauenden Tiere und Mikroorganismen

( Destruenten, Reduzenten ), bodenbewohnende Tiere, Bakterien und Pilze, die sich von toter Substanz ernähren .

Da ein Teil der Nahrung zur Energiegewinnung verbraucht wird, erfolgt eine Abnahme der Biomasse von den Produzenten bis zu den Endkonsumenten ( Nahrungspyramide ) . Aus diesem Grund kann eine Nahrungskette nicht aus unbegrenzt vielen Gliedern bestehen, sonder umfasst meist nur 3 - 5 Arten . 1. herbivore Nahrungskette - erste Glied eine Pflanze

dient Phytophagen als Nahrung

detritische Nahrungskette - Saprophage steht als Basis

bakteriophage Nahrungskette - Bakterie als erstes Ketteng.

parasitische Nahrungskette - Parasit als Basis der auf

Pflanzen schmarotzt

Der Mensch steht meist als Endkonsument a, Ende der jeweiligen Nahrungskette . Dies erweist sich als gefährlich, wenn biologisch schwer oder nicht abbaubare Substanzen, wie z. B. Schwermetalle, radioaktivi Stoffe oder chlorierte Kohlenwasserstoffe über die Nahrungskette

bis hin zu schädigenden Konzentrationen angerreichert werden . Nahrungsketten im strengsten Sinne sind sehr selten vorhanden, da die meisten Organismen mehere Nahrungsquellen benutzen und dadurch die einzelnen Nahrungsketten miteinander verflochten werden und insgesamt ein Nahrungsnetz bilden .

Nahrungsnetz :

Ist ein System miteinander verbundener Nahrungsketten . Lineare Nahrungsketten bestehen in der Regel aus 3 - 5 Gliedern ( z. B. Pflanze - Regenwurm - Maulwurf - Wiesel - Bussard ) .

Da die meisten der an Nahrungsketten beteiligten Glieder nicht monophag sind, sondern unterschiedliche Nahrung zu sich nehmen, kommt es zur Verzweigung der Nahrungsketten, und es entsteht im Hinblick auf Ernährungsabhängigkeiten ein Nahrungsnetz, das viele Arten einer Biozönose miteinander verbindet.

Je stärker das Nahrungsnetz in einem Biotop ausgebildet ist, desto stabiler ist das in ihm

herrschende biologische Gleichgewicht .

Nahrungspyramide :

Ist die quantitative Darstellung der einzelnen Ernährungsstufen einer Nahrungskette bzw. eines Nahrungsnetzes . Die Basis bilden in der Regel die grünen Pflanzen, die Spitze die Endkonsumenten . Die Pyramidenform verdeutlicht die meist stetige Abnahme sowohlder jeweiligen Biomasse ( und damit der in ihr gebundenen Energie ) als auch die Individuenzahl von den Primärproduzenten bis zu den Endkonsumenten .

Grob geschätzt ist pro Stufe nur noch 10% der Biomasse bzw. Energie der vorangegangenen Stufe vorhanden; der Rest wird durch die Organismen selbst als Folge von Stffwechselvorgängen verbraucht ( ökologische Effizienz ) . Daraus folgt, daß der Mensch, wenn er z. B. 10kg Hechtfleisch verzehrt, nur um 1kg zunimmt . Damit der Hecht diese 10kg produzieren kann, muß er 100kg Karpfen fressen . Die Karpfen benötigen dann 1000kg Algen,

um entsprechend an Gewicht zuzunehmen .

9. Probleme des Waldes

Es gibt großflächige Schäden in Forstbeständen, die zum Absterben von Nadel- und Laubbäumen in weiten Bereichen Mitteleuropas führen . Als Hauptursachen gilt dersaure Regen; mögliche andere Ursachen sind auch die durch Kraftfahrzeuge, Haushalte und Industrie      

erzeugte Schadstoffe wie Stickoxide, Schwermetalle, Photooxidanzien . Auch andere, nicht

immisionsbedingte Schadfaktoren, z. B. extreme Witterungs- Klimaereignisse, waldbauliche Fehler, Pilze, Bakterien, Viren, Schadinsekten werden zur Klärung der Ursachen des Waldes

herangezogen . Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese nicht die Primärursachen sein können, jedoch als Verurrsacher von Sekundärschäden auftreten oder die Wirken der Schadstoffe verstärken können . Seit etwa 250 Jahren wird ein durch unzureichende ökologische Bedingungen periodisches Tannensterben beobachtet . Schon seit dem 19 Jhd.

sind Waldschäden durch Abgase von Industrieanlagen bekannt . Diese sogenannten Rauchschäden beschränkten sich allerdings auf den Nahbereich von Industrieanlagen . Bedingt

durch die Erhöhung der Schornsteine in den letzten 20 -25 Jahren, gelangen die Schadstoffe

nicht mehr in der unmittelbaren Nähe des Emittenten auf den Erdboden, sondern können Hunderte von Kilometern transportiert werden, ehe sie abgeregnet werden . Die Luftschadstoffe können direkt ( z. B. Blattschädigung )oder indirekt ( Bodenversauerung ) auf

die Bäume einwirken . Seit etwa 1980 treten in emittentenfernen Gebieten neuartige Schadbilder auf . Dabei handelt es sich v. a. um Schäden an Tannen und Fichten; bei Laubbäumen traten die Schäden mit einer zeitlichen Verzögerung auf . Auch zeigen die einzelnen  Baumarten unterschiedlich Schadbilder . Einige Symptome sind jedoch bei allen betroffenen Baumarten charakteristisch : 1. Die geschädigten Bäume zeigen eine Verfärbung der Nadeln oder Blätter . Später wirft der Baum diese ab, und es tritt eine Verlichtung der Krone ein . Auch kommt es vor, daß noch grüne Nadeln oder Blätter abfallen .

2. Häufig zeigen kranke Bäume große Schäden im Feinwurzelsystem . Dies führt unteranderem

zu einer verminderten Wasser- und Nährstoffaufnahme des Baumes und zu einer gestörten Bildung der Mykorhiza . 3. Wachstumsstörungen, die sich auf unterschiedliche Art und Weise, je nach Baumtyp, zeigen .

Wegen der Bedeutung des Waldes für die Biosphäre und damit für den Menschen müssen schnellstens Maßnahmen sowohlim Bereich industrieller Verursachung ( schrittweise Einschränkung der Scadstoffemissionen ) als auch solche in der Forstwirtschaft und Landschaftspflege errgriffen werden . Die Belastberkeit der Waldökosysteme und ihre An-

passungsfähigkeit an langfristig wirkende Veränderungen sind offenbar überschätzt worden .

In Deutschland ist die Luftreinhaltepolitik heute darauf gerichtet, Ursachen für bereits eingetretene Schädigungen der Wälder zu beseitigen und entsprechende Gefahren für künftige Waldschäden abzuwehren .

Der Wald ist in großer Gefahr, aber noch können wir ihn retten .

Wir müssen nur wollen und alle daran arbeiten . Jetzt !

Quellenangabe :

Biologie heute S2 ; Schülerduden ( Die Ökologie ) ; Wissensspeicher Biologie ;

Biologiebegleitheft zur Biologie ( Schroedel ) ; Prizipien der Ökologie ;

Beck'sches Öko - Lexikon ; Kapital Wald ; Abenteuer Erde ( Naturvermächtnis Wald ) ;

Jugendlexikon Biologie ; Internetvortrag : Das Ökosystem Wald ( von Margarete Payer )