Table Of ContentÖkologie kompakt
Wolfgang Nentwig, Sven Bacher, Roland Brandl
Ökologie kompakt
3. Auflage
Autoren
Prof.Dr.Wolfgang Nentwig Prof.Dr.Roland Brandl
Institut für Ökologie und Evolution Tierökologie/FB Biologie
Universität Bern Philipps-Universität Marburg
Baltzerstr.6 D-35032 Marburg
CH-3012 Bern [email protected]
e-mail:[email protected]
PD Dr.Sven Bacher
Department ofBiology
Ecology & Evolution Unit
University ofFribourg
Ch.du Musée 10
CH-1700 Fribourg
e-mail:[email protected]
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3.Auflage 2011
© Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2011
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Planung und Lektorat:Dr.Ulrich G.Moltmann,Martina Mechler
Satz:TypoDesign Hecker,Leimen
Umschlaggestaltung:SpieszDesign,Neu-Ulm
Titelfotografie:© Sascha Rösner,www.pixeldiversity.com
Das Umschlagbild zeigt ein Weibchen der Wespenspinne (Argiope bruennichi) beim Beutefang.
ISBN 978-3-8274-2836-3
Inhalt
1 Organismen 1
1.1 Organismen und Arten 1
1.1.1 Eigenschaften von Organismen 1
1.1.2 Phänotyp,Genotyp,Ökotyp 3
1.1.3 Artbegriffund Artenzahl 4
1.2 Die Umwelt der Organismen 7
1.2.1 Anpassung 7
1.2.2 Einstrahlung und Photosynthese 8
1.2.3 Temperatur 11
1.2.4 Feuer 15
1.2.5 Wasser als Ressource 17
1.2.6 Biogene Elemente als Ressourcen 23
1.2.7 Boden als Ressource 30
1.3 Räumliche und zeitliche Aspekte der Umwelt 33
1.3.1 Fläche und Areal 33
1.3.2 Zeitliche Aspekte der Umwelt 35
1.3.3 Das Alter von Organismen 37
1.4 Das Konzept der ökologischen Nische 38
2 Populationen 47
2.1 Die fundamentale Gleichung für die Populationsgröße 48
2.2 Die Populationsgröße 51
2.3 Populationsdynamik 55
2.3.1 Ungebremstes Populationswachstum 55
2.3.2 Logistisches Populationswachstum 58
2.3.3 Kontinuierliches Populationswachstum 63
2.3.4 Populationswachstum und Altersstruktur 64
2.4 Evolution von Lebenszyklen 73
2.5 Dichteregulation und Populationsschwankungen 77
2.5.1 Intraspezifische Konkurrenz 77
2.5.2 Regulation und Limitierung 80
2.5.3 Stochastizität 82
2.5.4 Dichteregulation in natürlichen Populationen 84
2.5.5 Zyklen und Chaos 86
VI Inhalt
2.6 Systeme von Populationen 88
2.6.1 Immigration und Emigration 88
2.6.2 Die Metapopulation 91
2.6.3 Das Areal 94
3 Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Arten 97
3.1 Nahrungserwerb 98
3.1.1 Spezialisierung 98
3.1.2 Optimaler Nahrungserwerb 102
Präferenz oder Wechsel der Nahrung 102
Dichteabhängigkeit:Funktionelle Reaktion 104
Dichteabhängigkeit:Numerische Reaktion 109
Nahrungssuche in heterogenen Umgebungen 110
3.2 Die trophischen Ebenen 114
3.2.1 Zersetzer,Destruenten,Detritivoren 114
3.2.2 Primärproduzenten:Pflanzen 116
3.2.3 Primärkonsumenten:Herbivoren 119
3.2.4 Sekundärkonsumenten:Carnivoren 120
3.2.5 Omnivoren 121
3.2.6 Parasiten,Krankheiten,Vektoren 121
3.3 Prinzipien der Wechselwirkungen 123
3.4 Wechselwirkungen aufderselben trophischen Ebene 125
3.4.1 Interspezifische Konkurrenz 125
3.4.2 Gegenseitige Förderung 131
3.4.3 Mimikry 132
3.5 Wechselwirkungen über zwei trophische Ebenen 134
3.5.1 Räuber und Beute 135
Auswirkungen aufIndividuen 135
Auswirkungen aufdie Population 138
3.5.2 Herbivoren und Pflanzen 146
Auswirkungen aufdie Pflanze 147
Reaktion der Pflanzen 148
Auswirkungen aufdie Herbivoren 151
3.5.3 Parasiten und ihre Wirte 154
Auswirkungen von Parasiten aufihre Wirte 154
Epidemiologie von Mikroparasiten 154
3.6 Mutualismus 159
3.6.1 Einteilung von Mutualismen 160
3.6.2 Mutualismen sind kontextabhängig 161
3.6.3 Ausnutzung von Mutualismen 162
3.7 Wechselwirkungen über mehrere trophische Ebenen 163
3.7.1 Kaskadeneffekte einzelner Populationen 164
3.7.2 Nahrungsnetze 167
Darstellung von qualitativen Nahrungsnetzen 167
Beschreibung von qualitativen Nahrungsnetzen durch Indices 169
3.7.3 Kaskadeneffekte trophischer Ebenen 170
Inhalt VII
4 Lebensgemeinschaften 173
4.1 Struktur von Lebensgemeinschaften 178
4.1.1 Erfassung von Artengemeinschaften 178
4.1.2 Grundmuster in Artengemeinschaften 179
4.1.3 Klassifizierung von Artengemeinschaften 183
Klassifizierung der Artenvielfalt 183
Klassifizierung von Pflanzengesellschaften 184
Tiergemeinschaften 186
Computergestützte Klassifizierung von Lebensgemeinschaften 186
4.2 Ökologische Prozesse in Lebensgemeinschaften 187
4.2.1 Lebensgemeinschaften und regionaler Artenpool 188
Inselbiogeographie 189
Arten-Flächen-Beziehung 195
Neutrale Theorie von Hubbell 196
4.2.2 Die Bedeutung der Konkurrenz in Artengemeinschaften 198
4.2.3 Die Bedeutung von Prädation und Störungen für
Lebensgemeinschaften 204
4.2.4 Fragmentierung,Korridore und Lebensgemeinschaften 205
4.3 Dynamik von Lebensgemeinschaften 207
4.4 Gleichgewichte versusUngleichgewichte in Lebensgemeinschaften 209
4.5 Biodiversität 210
4.6 Biogeographie 213
4.6.1 Speziation,Extinktion und Artenvielfalt 213
4.6.2 Großräumige Muster der Artenvielfalt 218
Gleichgewichtshypothesen 219
Hypothesen,die kein Gleichgewicht fordern 220
Geographische Randbedingungen 220
4.6.3 Biogeographische Gliederung der Erdoberfläche 222
5 Ökosysteme 227
5.1 Energiefluss 227
5.1.1 Energieeinstrahlung 227
5.1.2 Produktion 229
5.1.3 Nahrungskette und Nahrungsnetz 232
5.1.4 Ökologische Effizienz und Körpergröße 233
5.2 Stofffluss 237
5.2.1 Wasser 238
5.2.2 Kohlenstoff 240
5.2.3 Stickstoff 246
5.2.4 Phosphor 249
5.3 Informationsfluss 251
5.3.1 Physikalisch übertragene Information 251
5.3.2 Chemisch übertragene Information 253
VIII Inhalt
6 Großlebensräume der Erde 257
6.1 Terrestrische Lebensräume 257
6.1.1 Tropischer Regenwald (feuchttropische Zone) 259
6.1.2 Tropisch-subtropische Regenzeitenwälder und Savannen
(trockentropische Zone) 261
6.1.3 Heiße Halbwüsten und Wüsten (subtropisch-tropische
Wüstenzone) 262
6.1.4 Mediterran warmtemperate,dürre- und episodisch
frostbelastete Gebiete mit Hartlaubwäldern 263
6.1.5 Warmtemperate,regenreiche,episodisch frostbelastete
Gebiete mit immergrünen Lorbeerwäldern 264
6.1.6 Kühltemperate Zone der laubabwerfenden Wälder 265
6.1.7 Winterkalte Steppen,Halbwüsten und Wüsten
(kalt-aride Zone) 266
6.1.8 Winterkalte Nadelwaldgebiete oder Taiga (boreale Zone) 267
6.1.9 Tundren und polare Wüsten (polare und subpolare Zone) 268
6.2 Limnische Lebensräume 269
6.2.1 Fließgewässer 269
6.2.2 Seen 270
6.3 Großlebensräume des Meeres 271
6.3.1 Pelagial 272
6.3.2 Benthal 273
7 Angewandte Ökologie 275
7.1 Von der Naturlandschaft zur Kulturlandschaft 275
7.2 Nachhaltigkeit in der Landnutzung 278
7.2.1 Forstwirtschaft,Landwirtschaft und Fischereiwirtschaft 279
Forstwirtschaft 279
Landwirtschaft 280
Fischereiwirtschaft 282
7.2.2 Biologische Schädlingskontrolle 283
7.2.3 Genetisch veränderte Organismen 286
7.3 Naturschutz 289
7.3.1 Was wollen wir schützen? 290
Arten,Populationen,Gene 290
Schlüsselarten,Schirmarten,Gemeinschaften,Lebensräume 293
7.3.2 Welchen Wert hat Biodiversität? 296
Ökonomischer Wert von Arten und ihren Produkten 296
Ökonomischer Wert von Ökosystemfunktionen 298
Wissenschaftlich-informeller Wert von Arten 299
Ideeller Wert von Arten und Ökosystemen 300
7.3.3 Was bedroht Biodiversität? 300
Selektives Jagen und Sammeln 301
Veränderung von Lebensräumen 303
Invasive Arten 304
Inhalt IX
Artensterben 308
7.3.4 Naturschutzkonzepte 310
Schutz aufArtniveau 310
Lebensraumschutz und Pflegemaßnahmen 311
Schutz durch angepasste Nutzung 313
Integration oder Segregation? 314
8 Literatur 317
8.1 Zitierte Literatur 317
8.2 Weiterführende Literatur 331
Index 343
Vorwort zur 3. Auflage
Nach bereits vier Jahren erscheint jetzt die dritte Auflage von Ökologie kompakt.Der
Erfolg hat uns überrascht;aber auch darin bestärkt,dass Themenwahl und Umfang
des Lehrbuchs die Bedürfnisse der Studenten und Dozenten an deutschsprachigen
Universitäten und Fachhochschulen für den Ökologieunterricht in der Bachelor-Aus-
bildung erfüllen.Wir haben daher für die 3.Auflage die Konzeption und Gliederung
beibehalten. Die Sachverhalte wurden aber sorgfältig überarbeitet und aktualisiert.
Bei einigen Kapiteln waren Ergänzungen notwendig. Eine Reihe von Abbildungen
wurde neu aufgenommen,neu konzipiert oder überarbeitet.Wir haben uns aber vor
einem allzu umfassenden Ausbau gehütet,denn unsere „Ökologie“ soll kompakt blei-
ben, da wir den besonderen Anforderungen des Bachelor-Studiengangs Rechnung
tragen wollen.
Wir hoffen aufeine freundliche Aufnahme auch der 3.Auflage durch die Nutzer,so
dass Ökologie kompakt weiterhin das meistgekaufte Ökologielehrbuch im deutsch-
sprachigen Raum bleibt.Wir nehmen Hinweise und Empfehlungen jederzeit gerne
entgegen und bedanken uns auf diesem Weg bei unseren Lesern für die bisherigen
Rückmeldungen.
Bern,Fribourg,Marburg,im Juli 2011 Wolfgang Nentwig
Sven Bacher
Roland Brandl
