Populationsdichte und -größe sind zwei Begriffe aus der Ökologie, die sich mit Anzahl von Individuen beschäftigen. Im Folgenden geht es um den Unterschied zwischen der Populationsgröße und der Populationsdichte und wie sich die beiden Größen bestimmen lassen.
Außerdem können die beiden Größen durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden. Da die Populationsdichte in der Praxis häufiger verwendet wird als die Populationsgröße, wird in dem Kontext oftmals auch von der Regulation der Populationsdichte gesprochen.
Regulierende Faktoren sind dichteabhängige (biotische) und dichteunabhängige (abiotische) Faktoren. Bei Tieren kann die Populationsdichte oftmals einfach durch Zählen oder schätzungsweise anhand von Lebensäußerungen (Spuren, Gesang, Laichballen etc.) ermittelt werden. Alternativ kann auch die sogenannte “Rückfangmethode” verwendet werden.
Populationsgröße und Populationsdichte — Definition Biologie
Die Populationsgröße ist die (exakte) Anzahl an Individuen einer Population, d.h. von Individuen an einem bestimmten Ort.
Ein Beispiel für die Berechnung einer Populationsgröße wäre es, wenn Du die exakte Anzahl gut zählbarer Organismen (z. B. Elefanten) auf einem bestimmten Gebiet ermittelst. Das geht noch ganz gut, wenn dann jedoch kleinere, verstecktere oder sich deutlich schneller bewegende Lebewesen gezählt werden sollen, wird es schon deutlich schwieriger. Beispiele wären Insekten zu zählen oder auch Fische im Meer. Für solche Organismen gibt es die Populationsdichte, die durch eine Hochrechnung bestimmt wird.
Die Populationsdichte ist abhängig von der Fläche. Also mit der Dichte wird die Anzahl der Individuen pro Fläche oder pro Volumeneinheit, z. B. bei aquatischen (wasserlebenden) Lebewesen, beschrieben. Die Populationsdichte wird in der Praxis häufiger verwendet, da die Populationsgröße nicht genau errechnet werden kann. Deswegen wird stattdessen die Populationsdichte zur Hochrechnung benutzt.
Bei Menschen wird anstatt von Populationsdichte auch von der Bevölkerungsdichte gesprochen. Und bei Nutztieren (z. B. Kühen) wird auch der Begriff Besatzdichte verwendet.
Relative und absolute Populationsdichte
Hier wird Dir noch einmal der Unterschied zwischen relativen und absoluten Populationsdichten erklärt. Die absolute Populationsdichte ist dabei im Grunde der gleiche Wert, wie bei der Populationsgröße.
Relative Populationsdichten werden durch Schätzungen ermittelt, anhand derer dann die absolute Populationsdichte errechnet werden kann.
Ein Beispiel für eine relative Populationsdichte wäre, wenn Du in einem See alle Fische zählen sollst. Da sich die Fische permanent bewegen ist es im Grunde unmöglich die exakte Populationsdichte zu ermitteln. Sprich: Du würdest die Fische grob durchzählen und hättest somit am Ende einen relativen Wert.
Die absolute Populationsdichte zu ermitteln ist, wie bereits erwähnt, sehr schwierig. Nur kleine Bestände auf einem relativ kleinen Raum sind absolut gut erfassbar. Ein Beispiel wäre es, Vögel während ihrer Brutzeit in einem vorher definierten Gebiet (z. B. den Botanischen Gärten) zu zählen. Dann hättest Du am Ende einen absoluten Wert, also die exakte Anzahl an Individuen, die sich in diesem Gebiet befinden.
Populationsdichte Menschen
Die Populationsdichte bzw. Bevölkerungsdichte von Menschen kann je nach Land stark variieren. Außerdem ist die Bevölkerungsdichte auch davon abhängig, ob man sich in einem Ballungsgebiet, wie z. B. einer Großstadt, befindet oder eher in einem ländlicheren Raum. In Städten ist die Bevölkerungsdichte dichter als auf dem Land oder in kleineren Dörfern.
Damit Du Dir besser vorstellen kannst, wie stark die Bevölkerungsdichten je nach Land variieren können, hier zwei kurze Beispiele:
Populationsdichte Deutschland: 230 Einwohner pro km2
Populationsdichte Australien: 3 Einwohner pro km2
Regulation der Populationsdichte
Die Populationsdichte – und somit auch die Populationsgröße – werden durch drei Größen beeinflusst:
- Dichteabhängige Faktoren
- Dichteunabhängige Faktoren
- Dispersion
Die Dichte einer Population bleibt nicht immer gleich, sondern schwankt. Daran beteiligt sind sowohl dichteabhängige als auch dichteunabhängige Faktoren. Einige Tierarten besitzen zudem eine innere Dynamik. Das heißt, dass keine andere Art einen äußeren Einfluss auf die Individuen ausübt. Beispiele dafür wären kleine Nagetiere, einjährige Pflanzen oder auch Insekten.
Bei den dichteabhängigen Faktoren handelt es sich um biotische Faktoren und bei den dichteunabhängigen um abiotische Faktoren. Mehr zu biotischen und abiotischen Faktoren findest Du in den gleichnamigen Artikeln.
Bei günstigen Witterungsbedingungen können diese Tiere ihre Nahrungssituation in der Regel verbessern und die Population steigt an. Übersteigt die Populationsdichte die Kapazitätsgrenze, gibt es also nicht mehr genug Platz für alle Individuen, dann kommt es zu einem Rückgang der Population.
Bei der Populationsdichte gibt es einen Spielraum zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert, in dem das Überleben eines Organismus möglich ist. Das Minimum ist dabei die kritische Schwelle für das Überleben, darunter stirbt das Individuum. Außerdem entspricht das Maximum nicht dem optimalen Wert. Das Optimum wäre der Punkt, wo es für die Art die größten Überlebenschancen gibt.
Regulation durch Eigenkontrolle
Die Populationsdichte kann auch durch die Eigenkontrolle der Tiere reguliert werden. Anders gesagt, die Individuen sorgen teilweise selbst dafür unter stressigen Bedingungen ihre Population zu regulieren. Das heißt, wenn eine Population zu groß wird, reguliert sie sich von selbst, da ab einer zu hohen Dichte bspw. nicht mehr genug Nahrung für alle vorhanden ist. Das hat zur Folge, dass Jungtiere nicht mehr ernährt werden können, bzw. sterben, wodurch sich die Populationsgröße ebenfalls verringert.
Ein Beispiel für so eine Eigenkontrolle wäre der Steinadler, der bei Nahrungsmangel nur das größte Jungtier ernährt und die anderen sterben lässt. Ein weiteres Beispiel sind Krokodile. Diese haben die Angewohnheit bei fehlender Nahrung ihre eigenen Jungtiere zu fressen.
Zudem gibt es einige Arten, die in großer Individuenzahl besser überleben als alleine. Das wird als sogenannter Allee-Effekt bezeichnet. Bei diesem Effekt hat eine höhere Populationsgröße bzw. -dichte einen positiven Einfluss auf die Fitness von Individuen.
Ein Beispiel dafür sind Bisons, die in Herden leben. Dadurch verringern sie die Wahrscheinlichkeit, dass einzelne Tiere von einem Wolf gerissen werden.
Dichteabhängige Faktoren
Dichteabhängige Faktoren betreffen vor allem biotische Faktoren. Dazu zählen intraspezifischen Konkurrenz, Fressfeinde, sozialer Stress, Platzmangel oder auch ansteckende Parasiten und andere Krankheiten.
Die Population kann sich außerdem auch durch Abwanderung von einzelnen Individuen verringern. Ein weiterer Faktor ist eine erhöhte Sterblichkeit, die durch Faktoren wie ansteckende Krankheiten erhöht werden kann. Weiterhin kann sich die Populationsdichte verringern, wenn die Geburtenrate sinkt, z. B. wenn Tiere unfruchtbar werden. Das passiert meist infolge von zu viel Stress. Dieser kann zudem auch zu einer höheren Aggressivität oder zu Kannibalismus führen.
Ein Beispiel für eine sinkende Geburtenrate durch Unfruchtbarkeit sind Ratten. Die Weibchen können nämlich bei Platzmangel so viel Stress entwickeln, dass sie unfruchtbar werden.
Das Platzangebot spielt ebenfalls eine Rolle bei der Regulation der Populationsdichte, darunter fällt auch territoriales Verhalten zwischen Artgenossen. Platzmangel kann außerdem dazu führen, dass sich eingeschleppte Krankheiten besser verbreiten.
Ein konkretes Beispiel für Platzmangel sind die Nistplätze von Vögeln. Gibt es zu viele Vögel und zu wenig mögliche Nistplätze, können folglich nicht alle Weibchen Nachkommen bekommen. Dadurch sinkt dann die Geburtenrate und somit auch die Populationsdichte.
Die aufgeführten Faktoren sind in der nachfolgenden Abbildung noch einmal mit ihren Auswirkungen auf die Populationsdichte dargestellt.
Hier folgt noch eine kleine Hilfestellung, damit Du die Abbildung richtig liest:
Das "+" kennzeichnet eine Korrelation (positive wechselseitige Beziehung) zwischen zwei Faktoren. Dabei gilt: "Wenn mehr, dann mehr" oder "wenn weniger, dann weniger".
Beispiel: Wenn es ein größeres Nahrungsangebot gibt, dann steigt auch die Geburtenrate. Oder umgekehrt: Ist das Nahrungsangebot geringer, dann fällt die Geburtenrate auch niedriger aus.
Das "-" kennzeichnet hingegen eine Antikorrelation (negative wechselseitige Beziehung), wobei gilt: "Wenn mehr, dann weniger" oder "wenn weniger, dann mehr".
Beispiel: Wenn das Nahrungsangebot gering ist, dann ist die Sterberate höher. Oder umgekehrt: Ist das Nahrungsangebot größer, dann ist die Sterberate niedriger.
Abbildung 1: Regulation der Populationsdichte.
Dichteunabhängige Faktoren
Dichteunabhängige Faktoren betreffen insbesondere abiotische Faktoren. Dazu zählen Witterungsbedingungen wie die Temperatur, Licht, Feuchte und Wind, die die Dichte der Population beeinflussen können.
Ein Beispiel für eine sinkende Population sind zu niedrige Temperaturen, da viele Tierarten, wenn es zu kalt wird, erfrieren. Das gilt z. B. für die meisten Insektenarten. Weiterhin können Naturkatastrophen wie z. B. Überschwemmungen dafür sorgen, dass am Boden lebende Tiere ertrinken. Ähnliches gilt für Verdursten bei einer Dürre oder auch Sterben durch Brände.
Das wären alles Szenarien, die eine Auswirkung auf die Populationsdichte haben, da diese infolge der vorherrschenden Bedingungen sinkt.
Dispersion
Dispersion oder auch Ausbreitung beschreibt die Immigration (Zuwanderung) oder Emigration (Abwanderung) von Individuen aus einer Population in eine andere.
Beachte: Immigration und Migration sind nicht das gleiche! Migration beschreibt die Wanderbewegung aller Individuen bzw. einer Population, meistens angepasst an saisonale Bedingungen. Ein Beispiel dafür wären Blauwale, die abhängig von der Jahreszeit eine Migration im Pazifik durchführen. Alternativ können sie aber auch in die Population der Blauwale des Atlantiks immigrieren.
An der Stelle ist noch interessant zu wissen, dass es auch endemische Arten (Endemiten) und kosmopolitische Arten (Kosmopoliten) gibt. Bei den Endemiten handelt es sich um Arten, die nur in einem bestimmten Gebiet vorkommen, z. B. Pinguine. Kosmopoliten sind hingegen Lebewesen, die weltweit vorkommen können, z. B. Wanderratten oder der Wanderfalke.
Populationsdichte messen
Es gibt verschiedene Methoden, um die Populationsdichte zu messen. Bei großen und gut zählbaren Arten werden in der Regel vollständige Bestandserhebungen, also Gesamtzählungen, vorgenommen. Außerdem gibt es noch die sogenannte Rückfangmethode, die häufig bei beweglichen Tieren verwendet wird.
Vollständige Bestandserhebung
Bei einer vollständigen Bestandserhebung handelt es sich in der Regel um eine räumliche Verteilung. Die Individuen können also einfach grob durchgezählt werden. Die Angabe erfolgt dann einfach pro der Fläche, auf der die Tiere gezählt wurden.
Als Beispiel kann man die Anzahl der Kühe auf einer Weide zählen oder die Elefanten auf dem gesamten Gebiet eines Nationalparks. Ebenfalls zählen könnte man die Bäume auf einer Waldfläche. Bei allen Beispielen handelt es sich außerdem um absolute Populationsdichten.
Bedenken solltest Du, dass die Populationsdichte nur auf eine Fläche bezogen werden kann, wenn es keine vertikale Verteilung gibt. Es darf also keine Verteilung in der Höhe vorliegen, sondern nur in der Breite. Ökologen ziehen eine flächenbezogene Bestimmung der Populationsdichte vor, da sich vertikale Verteilungen schlechter zählen, bzw. bestimmen lassen.
Rückfangmethode
Eine weitere Methode zum Ermitteln der Populationsdichte ist die sogenannte Rückfangmethode oder auch Fang-Wiederfang-Methode. Diese wird häufig bei beweglichen Tieren (z. B. Vögeln) verwendet. Dabei wird an einem Tag x eine zufällige Anzahl von Individuen einer Art gefangen, markiert und anschließend wieder ausgesetzt. An einem späteren Tag wird dann die gleiche Anzahl an Tieren der Tierart gefangen und geschaut, wie viele von denen markiert sind.
Zu beachten ist dabei, dass das Ergebnis von den Rückfangmethoden genauer wird, je mehr unterschiedlichen Faktoren mit einbezogen werden. Z. B. sollte die Auswertung zu verschiedenen Tageszeiten und an unterschiedlichen Tagen vorgenommen werden, um später in Summe zu einem exakteren Ergebnis zu kommen.
Man fängt an einem Tag 50 Schmetterlinge, markiert diese und setzt sie wieder aus. Später werden 50 Exemplare derselben Schmetterlingsart am gleichen Ort wieder gefangen, 10 von den 50 Schmetterlingen sind markiert. Dieser Wert lässt sich dann auf eine größere Fläche hochrechnen.
Der Ansatz der Rückfangmethode funktioniert jedoch nicht so gut, wenn sich die Populationsdichte der Tierart schnell verändert.
Populationsdichte und Räuber-Beute-Beziehung
Eine Problematik bei der Vergrößerung von Populationen ist unkontrolliertes Vermehren. Massenvermehrungen von Forstschädlingen (z. B. Kiefernspanner, Feldmaus, Lärchenwickler) können bspw. zu wirtschaftlichen Schäden führen. Populationen beeinflussen sich nicht nur selbst durch ihre innere Dynamik, es kann auch zu Wechselwirkungen zwischen intra- und interspezifischen Faktoren kommen.
Das klassische Beispiel dafür wäre die Räuber-Beute Beziehung. Dabei gilt: Viel Beute ist positiv für die Nahrungssuche und somit auch die Fortpflanzung, vor allem für die der Räuber. Denn dadurch steigt deren Populationsdichte, bis nicht mehr genügend Beute für alle vorhanden ist. Können nicht mehr alle Nachkommen durchgebracht werden, sinkt die Fortpflanzungswahrscheinlichkeit. Anschließend beginnt der Kreislauf wieder von vorne, da sich in dieser Zeit die Population der Beute etwas regenerieren konnte.
Ein Beispiel aus der Landwirtschaft: Durch Monokulturen steigt die Populationsdichte vieler Schädlinge (Raupen oder Blattläuse etc.). Werden diese durch Gifte vernichtet, so beeinflusst das (wenn auch zeitlich etwas verzögert) ihre natürlichen Fressfeinde wie Marienkäfer oder Florfliegen. Die Pflanzenschädlinge erholen sich danach schneller, sodass der Kreislauf wieder von vorne beginnt.
Dieses Prinzip lässt sich auch mathematisch mit den sogenannten Lotka-Volterra-Regeln ausdrücken.
Mehr Informationen zu den Lotka-Volterra-Regeln findest Du im Artikel zur Räuber-Beute-Beziehung.
Vorhersage der Populationsdichte
Anhand von Räuber-Beute-Beziehungen lassen sich außerdem Vorhersagen zur Populationsdichte treffen. Es lässt sich also untersuchen, wie die beiden sich relativ zueinander entwickeln.
Eine Vorhersage lässt sich jedoch nur treffen, wenn von jeweils einer Beuteart und einer Räuberart die Rede ist! Bei mehreren Räuber-Beute-Beziehungen, die auf eine Art wirken, lässt sich die Populationsdichte nur eingeschränkt vorhersagen. Dazu kommt, dass auch noch weitere Faktoren die Dichte beeinflussen können, z. B. diverse Umweltfaktoren.
In der Regel entwickelt sich das Ganze periodisch, also im Grunde "wellenförmig", wie Du es bereits aus dem Matheunterricht von Sinus- und Kosinus-Funktionen kennen könntest. Das führt irgendwann dazu, dass es für die Räuber nicht mehr genug Beute gibt und die Tiere verhungern. Dadurch können sich die Beutetiere wieder mehr vermehren und das Ganze beginnt wieder von vorne. Quasi wie bei einem Kreislauf.
Aasfresser bilden übrigens eine Ausnahme bei der Räuber-Beute-Beziehung, da sie die Anzahl ihrer Beutetiere nicht aktiv beeinflussen können. Sie fressen nur bereits tote Tiere und jagen diese nicht selbst.
Populationsdichte Beispiel
Ein Beispiel für eine Tierart, die von der Räuber-Beute-Beziehung beeinflusst wird, ist der Lärchenwickler. Dabei handelt es sich um eine Schmetterlingsart, die in Nord- und Mitteleuropa vorkommt. Die Art hat bei ihrem Populationswachstum wiederkehrende Zyklen.
Als Hauptnahrung der Lärchenwickler dient die Lärche. Ihre Eier legen die Tiere jedoch auch an Zirbelkiefern ab. So wächst ihre Populationsdichte über 8 bis 10 Jahre sehr stark an, dadurch entsteht ein großflächiger Kahlfraß und die Population bricht aufgrund des Nahrungsmangels zusammen. Anschließend geht das Ganze wieder von neuem auf usw.
Abbildung 2: Lärchenwickler.Quelle: waldwissen.net
Populationsdichte - Das Wichtigste
- Die Populationsgröße ist die Anzahl an Individuen einer Population, unabhängig von der Größe des Raumes oder der Fläche. Die Populationsdichte ist hingegen die Anzahl der Individuen pro Fläche.
- Die Regulation der Dichte erfolgt über dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren.
- Tierarten regulieren ihre Populationsdichte außerdem auch über Eigenkontrolle.
- Zum Messen der Dichte werden Individuen entweder grob angezählt oder es wird mit der Rückfangmethode gearbeitet.
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