In der Ökologie spielen Ökosysteme eine wichtige Rolle. Ökosysteme bestehen aus einer Lebensgemeinschaft vieler verschiedener Arten und ihrer direkten Lebensumwelt. Ökosysteme bilden somit offene, dynamische sowie komplexe Einheiten unserer Umwelt und unterliegen durch wechselnde Umweltfaktoren ständigem Wandel.
Das Ökosystem: Definition
Ein Ökosystem setzt sich aus Organismen und ihrem abiotischen Umfeld sowie der Wechselwirkung zwischen den Organismen zusammen. Da sowohl die biotischen als auch die abiotischen Umweltfaktoren je nach Region, Landschaft und Einwohner variieren, gibt es eine Reihe von verschiedenen Ökosystemen.
In einem Ökosystem nennt man den Lebensraum der Organismen, das Biotop, und das Beziehungsgefüge der Lebewesen miteinander Biozönose.
Merkmale von Ökosystemen — Aufbau
Ökosysteme werden durch eine Reihe von Merkmalen charakterisiert. In den folgenden Absätzen werden dir die verschiedenen Merkmale genauer erläutert.
Räumliche und zeitliche Struktur von Ökosystemen
Ein Ökosystem kann räumlich und zeitlich gegliedert werden. Die zeitliche Struktur resultiert aus periodisch schwankenden Umweltfaktoren im Jahresverlauf. Die räumliche Struktur definiert sich anhand beständiger Umweltfaktoren.
Die räumliche Struktur im Ökosystem
In jedem Ökosystem ergibt sich eine bestimmte räumliche Struktur, die durch die biotischen und abiotischen Faktoren beeinflusst wird. Je nach Ausrichtung der Faktoren oder der Lebensgemeinschaften wird das Ökosystem, räumlich gesehen, entweder horizontal oder vertikal gegliedert.
Im Falle des Waldes besitzt das Ökosystem zum Beispiel eine vertikale Struktur. Das Licht nimmt von höheren zu niedrigeren Etagen beständig ab. Daraus folgt, dass in den verschiedenen Etagen unterschiedliche Pflanzen und Tiere leben, die an die jeweilige Sonnen- und Regenintensität angepasst sind.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der vertikalen Struktur des Waldes Quelle: wikipedia.org
Die zeitliche Gliederung im Ökosystem
Ökosysteme haben aber auch immer eine zeitliche Struktur. Ein anschauliches Beispiel dafür sind die Laubwälder Mitteleuropas. Die über das Jahr schwankenden Temperaturen, Lichtverhältnisse und Regenfälle geben den Ökosystemen sozusagen zeitliche Vorgaben.
Der herbstliche Laubfall, ausgelöst durch Wind und sinkende Temperaturen, ist ein gut sichtbares Beispiel für die zeitliche Struktur eines Ökosystems.
Stoffkreisläufe im Ökosystem
In einem Ökosystem sind durchgängig bestimmte Stoffkreisläufe aktiv. Anorganische und organische Stoffe werden durchgehend ineinander umgewandelt. Das geschieht üblicherweise mit Hilfe von Lichtenergie oder chemischer Energie, wobei biochemische und geochemische Prozesse ineinandergreifen.
Biogeochemische Stoffkreisläufe
Da in einem Ökosystem biologische, chemische und geologische Prozesse ineinandergreifen, heißen diese Kreisläufe auch biogeochemische Kreisläufe. Diese sind also das Ergebnis von vier verzahnten Teilen des Ökosystems: Der Erde, dem Wasser, dem Sonnenlicht und der Ernährungsstufen der Organismen (Trophiestufen).
Die wichtigsten Stoffkreisläufe sind
- der Kohlenstoffkreislauf,
- der Schwefelkreislauf und
- der Stickstoffkreislauf.
Eine gesonderte Stellung nimmt der globale Wasserkreislauf ein. Er wird nicht in demselben Umfang durch Organismen beeinflusst, wie die bereits genannten Kreisläufe. Er wird hauptsächlich von der Energie der Sonne angetrieben.
Die Trophiestufen im Ökosystem
In einem Ökosystem gibt es drei Trophiestufen: Die Primärproduzenten (Produzenten), die Konsumenten (Verbraucher) und die Destruenten (Zersetzer). Sie erfüllen alle eine bestimmte Funktion, weshalb sie oft auch funktionelle Elemente eines Ökosystems genannt werden.
Abbildung 2: Nährstoffkreislauf in einem Ökosystem
Primärproduzenten sind Organismen wie grüne Pflanzen, Algen oder Mikroorganismen, die anorganische Grundstoffe in organische Stoffe umwandeln.
Die wichtigste Reaktion für die Speicherung von Sonnenlicht in Molekülen ist die Fototosynthese-Reaktion. Aus der produzierten Glukose können andere energiereiche Stoffe (Fette, Aminosäuren) synthetisiert werden.
Konsumenten wie Säugetiere, Vögel oder Amphibien verwenden diese energiereichen organischen Stoffe als Energiequelle. Hiermit sind also Tiere gemeint, die Pflanzen oder andere Tiere fressen. Um diesen Sachverhalt abzubilden, werden Konsumenten weiterhin in Ordnungen unterteilt.
- Konsumenten 1. Ordnung (Pflanzenfresser, Primärkonsumenten)
- Konsumenten 2. Ordnung (Fleischfresser, Sekundärkonsumenten)
- Konsumenten 3. Ordnung (Fleischfresser, Tertiärkonsumenten, Endkonsumenten)
Destruenten wie Würmer, Insekten und Mikroorganismen nehmen die toten organischen Stoffe von Kot oder Leichen auf und bauen sie zu anorganischen Stoffen ab. Diese werden dann wieder von den Primärproduzenten aufgenommen. So entsteht ein kontinuierlicher Stoffstrom in einem Ökosystem.
In einem Ökosystem bildet sich innerhalb der Organismengruppe der Destruenten eine Zersetzungskette aus. Das heißt, organisches Material wird immer weiter zerkleinert und abgebaut. Am Ende der Kette setzen Mikroorganismen organische Stoffe durch interne Prozesse in anorganische Stoffe um. Dieser Prozess wird Remineralisierung genannt.
Nahrungsbeziehungen im Ökosystem
Aus den Trophiestufen in Ökosystemen ergeben sich im Detail komplexe Nahrungsbeziehungen zwischen den Organismen. Die Grundeinheit zur Darstellung solcher Beziehungen stellt die Nahrungskette dar. Aus einer Nahrungskette kann die Trophiestufe eines Organismus im Ökosystem abgeleitet werden.
Allerdings können einzelne Nahrungsketten die Komplexität der Nahrungsbeziehungen in einem Ökosystem nicht ausreichend abbilden. Dazu werden viele Nahrungsketten miteinander zu Nahrungsnetzen verknüpft. Sie können die tatsächlichen Beziehungen der Organismen darstellen, sind aber in der Praxis meistens unübersichtlich.
Nahrungsketten und Nahrungsnetze haben den Nachteil, dass sie keine quantitativen (die Menge betreffenden) Auskünfte über die Organismen geben. Um das relative Verhältnis der Individuenzahl zwischen Produzenten und Konsumenten verschiedener Ordnungen abbilden zu können, werden Nahrungspyramiden verwendet.
Abbildung 3: Beispielhafte Nahrungspyramide mit drei Trophiestufen
Aus Nahrungspyramiden geht hervor, dass in allen Ökosystemen die Individuenzahl, Biomasse und der Energiegehalt zur Spitze der Pyramide (Erhöhung der Trophiestufe) hin abnehmen.
Selbstregulation von Ökosystemen
Ökosysteme zeigen die Fähigkeit der Selbstregulation nach der Einwirkung von Störfaktoren. Das heißt, dass der Ausgangszustand vor dem Störereignis nach einiger Zeit wieder erreicht werden kann. Diese Form der Selbstregulation ist auf das ökologische Gleichgewicht zwischen den vielen verschiedenen Organismen der Trophiestufen zurückzuführen. Das Ausmaß der Fähigkeit zur Selbstregulation ist also direkt von der Biodiversität des Ökosystems abhängig.
Störfaktoren können z. B. Naturkatastrophen (Überschwemmungen, Waldbrände) oder besonders stark ausgeprägte Schwankungen der biotischen und abiotischen Umweltfaktoren sein.
Die Selbstregulation kann gut an dem Beispiel einer Kiesbank in einem Fluss dargestellt werden. Kiesbänke werden in natürlich verlaufenden Flüssen regelmäßig überspült. Dies hat kurzfristig verheerende Auswirkungen auf die Flora und Fauna der Kiesbank.
Bei einem Hochwasserereignis wird eine Kiesbank vollständig überspült. Pflanzen werden entwurzelt und mit den Tieren zusammen fortgespült. Geht das Hochwasser zurück, wird die trockengelegte Kiesbank zuerst von Pionierarten (Produzenten) besiedelt. Pionierarten bilden nun die Grundlage für die Ansiedelung von zusätzlichen Arten (Konsumenten und Destruenten). Deren Wechselwirkungen untereinander stabilisieren das Ökosystem bis zum nächsten Hochwasser.
Sukzession von Ökosystemen
Unter dem Begriff Sukzession wird die zeitliche Abfolge von Artengemeinschaften in einem Lebensraum zusammengefasst.
Ökosysteme unterliegen als offene Systeme einem ständigen Wandel durch wechselnde Umweltfaktoren. Obwohl sie die Fähigkeit zur Selbstregulation besitzen, unterliegen alle Ökosysteme über lange Zeiträume einem Entwicklungsprozess. Ökosysteme sind also nicht statisch, sondern unterliegen einer natürlichen Abfolge. So wird aus einem Flachlandsee mit einem hohen Biomasseanteil bald ein Moor, auf das wiederum die Ausbildung eines Waldes folgt.
Es lassen sich drei verschiedene Stadien dieser Abfolge unterscheiden:
- Initialstadium
- Folgestadien
- Klimaxstadium
Dabei nimmt die Biodiversität normalerweise zum Klimaxstadium hin zu. Allerdings muss das Endstadium nicht das artenreichste sein.
Verlandung eines Sees:
- See (Initialstadium)
- Flachmoor (Folgestadium)
- Hochmoor (Klimaxstadium)
- Wald (Klimaxstadium)
Als Beispiel für die Sukzession kann ein durch den Menschen geschaffenes Ökosystem einer Kiesgrube herangezogen werden. Nach Beendigung der Grabungen füllt sich die Grube mit Grund- und Regenwasser. Darauf folgt eine Erstbesiedelung von im Wasser frei schwebenden (planktonischen) Algen (Phytoplankter) und die Primärproduktion im Wasserkörper beginnt.
Die Erstbesiedelung eines Sees kann durch Wasservögel geschehen. Sie tragen Phytoplankter, Makroalgen, Zooplankter und Fischlaich über das Gefieder, Schwimmfüße und den Schnabel in neue Gewässer ein.
Auf der Basis der Algen bilden sich Nahrungsketten mit ersten Konsumenten (Zooplankter) aus. Die Nahrungsketten werden über die Zeit immer vielfältiger und die Biodiversität steigt kontinuierlich an. Über organische Einträge von außerhalb des Ökosystems (Regen, Wind) wird der Nährstoffgehalt kontinuierlich erhöht.
Die Steigerung des Nährstoffgehaltes erhöht die Primärproduktion im Ökosystem und es kommt zu einer verstärkten Sedimentation. Die Abbaukapazitäten der Destruenten am Seeboden reichen nämlich nicht mehr aus, um das organische Material aus der erhöhten Primärproduktion abzubauen. Die Sedimentation führt zu einer Verlandung des Sees und schließlich zu der Bildung eines Flachmoor-Ökosystems.
Die Menge an Niederschlag entscheidet nun, ob sich auf dem Flachmoor ein trockenes Grasland gefolgt von Gehölzen und Wald oder ein wasserreiches Hochmoor ausbildet.
Abbildung 4: Sukzession eines Ökosystems am Beispiel eines Sees
Ökosysteme: Beispiele
Es gibt sehr viele verschiedene Arten von Ökosystemen. In den folgenden Absätzen lernst du die am weitesten verbreiteten Arten und deren Unterschiede kennen.
Ökosystem Wald
Aktuell sind circa 30 % der Landoberfläche des Planeten mit dem Ökosystem Wald bedeckt. Diese Zahl geht aber leider in den letzten Jahren durch verstärkte Rodung immer weiter zurück. Mit dem Verlust der Waldflächen kommt es auch zu starken Veränderungen im Klima und Wasserhaushalt dieser Ökosysteme.
Wälder können nicht in allen Regionen der Erde wachsen. Sie sind abhängig von verschiedenen abiotischen Faktoren wie Niederschlagsmenge und Bodenfeuchtigkeit, sowie geringen Temperaturschwankungen und einer hohen Luftfeuchtigkeit. Aus diesem Grund haben sich verschiedene Arten von Wäldern gebildet, die an ihre Klimazone angepasst sind.
Die Vertiefungen zu den verschiedenen Ökosystemen findest du in den passenden Lernsets auf StudySmarter.
Ökosystem Tropischer Regenwald
In äquatorialen, tropischen Gebieten haben sich die tropischen Regenwälder gebildet. Die ganzjährig hohen Temperaturen, große Niederschlagsmenge und hohe Luftfeuchtigkeit sind die perfekten Voraussetzungen für das Wachsen von großen Bäumen. Dementsprechend hoch ist auch die Produktionsleistung in diesem Ökosystem. Diese Wälder sind immergrün.
Ökosystem Hartlaubwälder
Im Mittelmeergebiet sowie in Chile, Südaustralien und Kalifornien haben sich die sogenannten Hartlaubwälder entwickelt. Durch die trockenen, warmen Sommer und die nährstoffarmen Böden haben sich hier Pflanzenarten mit Verdunstungsschutzeinrichtungen und ausgeprägtem Wasserhaushalt entwickelt. Das Ökosystem der Hartlaubwälder hat eine mittlere Produktionsleistung, obwohl auch diese Wälder immergrün sind.
Ökosystem Laubmischwälder
Die Wälder, die in weiten Teilen von Europa zu finden sind, sind sommergrüne Laubmischwälder. In diesen Ökosystemen sind die Bäume im Frühling und Sommer grün und haben eine mittlere Produktionsleistung. Im Herbst und Winter werden die Blätter wegen der verringerten Sonnenstunden, kalten Böden und niedrigeren Temperaturen abgeworfen.
Ökosystem Boreale Nadelwälder
Boreale Nadelwälder sind Ökosysteme, die man weit im Norden findet. Hier gibt es lange, kalte Winter mit Vegetationsphasen von sechs Monaten. Jedoch sind die Wälder trotzdem immergrün, da Nadelbäume durch Frostschutzmechanismen kein Absterben ihrer Nadeln befürchten müssen. Sie brauchen wenig Wasser und haben im Vergleich zu den anderen Waldökosystemen eine geringe Produktionsleistung.
Ökosystem See
Seen sind große stehende Gewässer, die auf dem Festland verteilt sind und keine direkte Verbindung zum Meer besitzen.
Üblicherweise sind Seen mit Süßwasser gefüllt, jedoch gibt es dabei auch Ausnahmen. Seen, bei denen die Verdunstung des Wassers die neue Wasserzufuhr übersteigt und die keine Abflüsse haben, entwickeln sich zu Salzseen.
Seen haben eine ausgeprägte räumliche Gliederung, die unterschiedliche Lebensräume ermöglicht. Bei Seen unterscheidet man zwischen der Freiwasserzone, auch Pelagial genannt, und der Bodenzone, auch Benthal genannt.
Die für den Stoffhaushalt der Seen relevanteste Zone ist das Pelagial, da hauptsächlich hier die Planktonorganismen leben. Das Plankton, konkret in der Form von Algen und Cyanobakterien, leistet nämlich den Großteil der Primärproduktion in einem See und ist deshalb auch der wichtigste Ausgangspunkt für die meisten Nahrungsbeziehungen in Seen.
Die Bodenzone ist untergliedert in die Tiefenzone, das Profundal, und die Uferzone, das Litoral. Eine Übersicht zur räumlichen Gliederung inklusive der einzelnen Zonen von Seen findest du in Abbildung 5.
Abbildung 5: Räumliche Gliederung des Ökosystems See
Ökosystem Meer
Meere bedecken einen Großteil der Erde und sind vor allem für den globalen Wasserkreislauf und den Kohlenstoffkreislauf von großer Bedeutung. Ozeane speichern nicht nur viel Kohlenstoffdioxid im Wasserkörper. Die hier lebenden Algen und Phytoplankter tragen ebenfalls einen großen Teil zur allgemeinen Fotosyntheseleistung bei.
Wie das Ökosystem See ist auch das Ökosystem des Meeres in verschiedene räumliche Zonen gegliedert. Wie im Ökosystem See gibt es eine Freiwasserzone (Pelagial) und eine Bodenzone (Benthal).
Da die Ozeane bedeutend tiefer und fern vom Festland sind, wird die Wassersäule des Pelagials von oben nach unten in folgende Zonen unterteilt:
- Epipelagial (0–200 m)
- Mesopelagial (200–1000 m)
- Bathypelagial (1000–4000 m)
- Abyssopelagial (4000–6000 m)
- Hadopelagial (6000–11000 m)
Wenn du mehr über die einzelnen Freiwasserzonen der Ozeane erfahren möchtest, dann schau im StudySmarter Original "Pelagial" vorbei.
Die Bodenzone der Meere wird in folgende Zonen unterteilt:
- Litoral (Uferzone, 0–200 m)
- Supralitoral (Spritzwasserzone)
- Eulitoral (Gezeitenzone)
- Sublitoral (Phytal)
- Bathyal (Kontinentalabhang, 200–4000 m)
- Abyssal (Tiefseeböden, 900–6000 m)
- Hadal (Tiefseegräben, 6000–11000 m)
Das StudySmarter Original "Benthal" geht näher auf die unterschiedlichen Bereiche der Bodenzone und die dort lebenden Organismen ein.
Ökosystem Stadt
Städte sind künstliche, menschengemachte Ökosysteme. Sie stellen besondere Bedingungen an die hier lebenden Pflanzen und Tiere. Da sie aus keinem natürlichen Prozess entstanden sind, unterscheiden sich Städte stark von ihrem Umland. Generell finden Organismen in Städten starke Unterschiede in der Ausprägung abiotischer Umweltfaktoren vor.
Durch die starke Bebauung und Asphaltierung ist der Großteil der Böden verdichtet und trocken. Es kommt häufiger zu Niederschlägen im Vergleich zum Umland, allerdings können die verdichteten Böden das Wasser nicht speichern. Überschüssiges Wasser wird durch die Kanalisation abgeführt.
Die Luft im Ökosystem Stadt ist stärker von Feinstaub belastet und die Konzentration an Kohlenstoffdioxid ist erhöht. Durch die allgegenwärtigen Gebäude ist die Intensität des Windes stark abgeschwächt. Die Gebäude und Straßen können Wärme länger speichern als die Grünflächen des Umlands. Sie sorgen somit für eine durchgehend höhere Durchschnittstemperatur.
Innerhalb des Stadt-Ökosystems gibt es weitere kleine Ökosysteme wie Parkanlagen, oder Teiche. Tiere finden hier ein großes Nahrungsangebot in Abfällen und bei der Plünderung von Mülltonnen. Vor allem Vögel können von Fütterungen im Winter profitieren und verlieren ihre Scheu vor den Menschen.
Tauben und Ratten sind gute Beispiele für Organismen, die von dem Bau der Städte profitiert haben. Sie finden genug Nahrung, Brutplätze und Versteckmöglichkeiten und haben fast keine Fressfeinde.
Die speziellen Umweltbedingungen in Städten sorgen dafür, dass Generalisten der Tier- und Pflanzenwelt gedeihen. Natürliche Räuber-Beute-Beziehungen sind nicht bis schwach ausgeprägt. Es kommt zur Ausbildung großer Populationen von Organismen, die gut an ihren Lebensraum angepasst sind.
Ökosystem - Das Wichtigste
- Ökosysteme sind offene, dynamische Systeme. Sie bestehen aus Organismen, ihren Wechselwirkungen untereinander (Biozönose) und ihrer unbelebten Umwelt (Biotop).
- Ökosysteme können räumlich und zeitlich untergliedert werden.
- Die Nahrungsbeziehungen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten sorgen für einen kontinuierlichen Stoff- und Energieumsatz in Ökosystemen.
- Ökosysteme haben die Fähigkeit der Selbstregulierung, unterliegen auf lange Sicht jedoch einer Abfolge von Artengemeinschaften durch wechselnde Umweltbedingungen (Sukzession).
Erklärungen 
Magazine 
