Ökosystem: Lebensraum, Wechselbeziehungen, Stoffkreisläufe und Energiefluss
Im Wald fallen jedes Jahr große Mengen Laub zu Boden. Trotzdem liegt dort nach Jahren kein meterhoher Laubberg, und niemand düngt die Bäume. Der Wald erhält sich selbst. Wie geht das?
Und noch eine Frage: Auf einer Wiese leben viele Tausend Insekten, aber nur wenige Füchse. Woran liegt das? Du klärst, wie die Teile eines Ökosystems zusammenhängen, wohin die Stoffe wandern und was mit der Energie geschieht.
Biotop, Biozönose und Ökosystem
Aus Klasse 5 und 6 kennst du den Lebensraum und die Lebensgemeinschaft. Dafür gibt es Fachwörter:
- Das Biotop ist der unbelebte Lebensraum mit seinen Bedingungen, zum Beispiel der Boden, das Wasser und das Klima eines Waldes.
- Die Biozönose ist die Gemeinschaft aller Lebewesen, die dort zusammenleben.
- Das Ökosystem ist beides zusammen. Biotop und Biozönose wirken aufeinander: Die Bäume verändern den Boden und das Licht am Boden, und der Boden bestimmt, welche Bäume wachsen.
Abiotische und biotische Faktoren
Alles, was auf Lebewesen wirkt, heißt Faktor. Abiotische Faktoren gehören zur unbelebten Natur. Biotische Faktoren gehen von anderen Lebewesen aus.
| Beispiele | |
|---|---|
| abiotisch | Licht, Temperatur, Wasser, Boden, Wind |
| biotisch | Nahrung, Fressfeinde, Konkurrenten um Platz oder Licht, Krankheitserreger |
Die Faktoren wirken gemeinsam. Eine Pflanze braucht zum Beispiel nicht nur Licht, sondern auch Wasser und passenden Boden.
Zeigerarten
Manche Arten wachsen nur unter bestimmten Bedingungen. Daran erkennst du diese Bedingungen. Solche Arten heißen Zeigerarten.
| Zeigerart | Zeigt an |
|---|---|
| Brennnessel | Boden mit viel Stickstoff, also nährstoffreich |
| Heidekraut, Heidelbeere | saurer, nährstoffarmer Boden |
| Bartflechten | saubere Luft |
| Eintagsfliegenlarven | sauberes, sauerstoffreiches Wasser |
Der Boden
Der Boden ist Lebensraum und Nährstoffspeicher. Er besteht aus Gesteinskörnern (Sand, Schluff, Ton, nach Korngröße), Humus, Wasser, Luft und Lebewesen. Humus sind abgestorbene, zersetzte Pflanzen- und Tierreste. Er ist dunkel, speichert Wasser und Mineralsalze und macht den Boden fruchtbar.
Von oben nach unten folgen die Laubstreu, der dunkle, humusreiche Oberboden, der hellere Unterboden und das Gestein. Sandboden lässt Wasser schnell durchlaufen, Tonboden hält es fest. Im Boden zersetzen Regenwürmer, Pilze und Bakterien Totes. Boden entsteht sehr langsam, manchmal braucht ein Zentimeter Jahrhunderte. Darum ist er kostbar.
Wechselbeziehungen
Lebewesen beeinflussen einander auf vier wichtige Arten. Das Zeichen + bedeutet Vorteil, das Zeichen − Nachteil.
| Beziehung | Wirkung | Beispiel |
|---|---|---|
| Räuber-Beute | Räuber +, Beute − | Fuchs und Hase |
| Konkurrenz | beide −, denn sie nutzen dasselbe knappe Gut | Buche und Fichtenkeimling im Wald (Licht) |
| Symbiose | beide + | Pilz und Baum: Der Pilz liefert Wasser und Mineralsalze an die Wurzeln und erhält Zucker. |
| Parasitismus | Parasit +, Wirt − | Zecke und Hund |
Ein Parasit lebt auf oder in einem Wirt und ernährt sich von ihm. Er schadet ihm, tötet ihn aber meist nicht gleich. Ein Räuber tötet seine Beute. Auch eine Flechte ist eine Symbiose: Ein Pilz und eine Alge leben eng zusammen.
Räuber und Beute im Lauf der Jahre
Räuber und Beute im Lauf der Jahre
In einem Gebiet zählt man in sechs Jahren Hasen und Füchse (angenommene Werte):
| Jahr | Hasen | Füchse |
|---|---|---|
| 1 | 200 | 10 |
| 2 | 400 | 15 |
| 3 | 600 | 30 |
| 4 | 300 | 50 |
| 5 | 150 | 35 |
| 6 | 200 | 15 |
Wann ist das Maximum der Hasen, wann das der Füchse? Warum?
Die meisten Hasen gibt es in Jahr 3 (600), die meisten Füchse erst in Jahr 4 (50). Mit vielen Hasen finden die Füchse viel Futter und vermehren sich. Dann fressen sie so viele Hasen, dass deren Zahl sinkt. Mit weniger Beute hungern die Füchse, und auch ihre Zahl sinkt. Dann können sich die Hasen wieder erholen. Die Räuber folgen der Beute mit Verzögerung.
Produzenten, Konsumenten und Destruenten
Die Lebewesen haben drei Rollen, wie du schon weißt:
- Produzenten sind grüne Pflanzen und Algen. Sie bauen mit Licht aus einfachen, anorganischen Stoffen (Kohlenstoffdioxid, Wasser, Mineralsalze) energiereiche, organische Stoffe wie Traubenzucker auf. Organische Stoffe sind Stoffe wie Zucker, Fette und Eiweiße, die Lebewesen aufbauen.
- Konsumenten fressen andere Lebewesen. Pflanzenfresser sind Konsumenten erster Ordnung, Fleischfresser, die sie fressen, Konsumenten zweiter Ordnung, und so weiter.
- Destruenten (Zersetzer) sind Pilze, Bakterien und Bodentiere. Sie bauen tote organische Stoffe wieder zu anorganischen ab. Diese nehmen die Produzenten erneut auf.
Eine Nahrungskette zeigt, wer wen frisst, zum Beispiel Gras → Hase → Fuchs. Viele Ketten bilden zusammen ein Nahrungsnetz.
Die Nahrungspyramide
Von Stufe zu Stufe gelangt nur ein kleiner Teil in den Körper des nächsten Fressers. Als Faustregel nimmt man etwa 10 Prozent. Der Rest wird bei der Zellatmung verbraucht, ausgeschieden oder nicht gefressen, etwa Knochen, Fell und Wurzeln. Ordnet man die Stufen nach der Masse der Lebewesen übereinander, entsteht die Nahrungspyramide: unten die Produzenten, darüber die Pflanzenfresser, dann die Fleischfresser. Jede Stufe ist schmaler als die darunter.
So erklärt sich vieles: Es gibt viel Gras, aber wenige Füchse. Nahrungsketten haben meist nur vier bis fünf Glieder, denn weiter oben bleibt zu wenig übrig. Und für ein Kilogramm Fleisch braucht man viel mehr Pflanzenmasse als für ein Kilogramm Brot.
Wie viel Masse bleibt auf jeder Stufe?
Wie viel Masse bleibt auf jeder Stufe?
Auf einer Wiese wachsen in einem Jahr 8000 kg Gras nach. Rechne mit der Faustregel von 10 Prozent. Wie viel Körpermasse an Pflanzenfressern und an Fleischfressern kann dieses Gras in einem Jahr aufbauen?
10 Prozent sind ein Zehntel. Ein Zehntel von 8000 kg ist 800 kg. Das gilt für die Pflanzenfresser. Davon ist wieder ein Zehntel für die Fleischfresser da: 800 kg geteilt durch 10 = 80 kg.
Aus 8000 kg Gras werden so etwa 800 kg Pflanzenfresser und 80 kg Fleischfresser.
Stoffkreislauf und Kohlenstoffkreislauf
Die Stoffe im Ökosystem laufen im Kreis. Ein Beispiel ist der Kohlenstoffkreislauf. Kohlenstoff steckt in jedem Nährstoff:
| Schritt | Vorgang | Wo ist der Kohlenstoff? |
|---|---|---|
| 1 | Fotosynthese | aus der Luft wird zu Traubenzucker in der Pflanze |
| 2 | Fressen | Er gelangt in die Körper der Konsumenten |
| 3 | Zellatmung | Pflanzen und Tiere bauen Traubenzucker ab und geben an die Luft ab |
| 4 | Absterben und Zersetzen | Destruenten bauen tote Reste ab, es entstehen , Humus und Mineralsalze |
Auch beim Verbrennen von Holz entsteht . Die Pflanzen nehmen das aus der Luft und die Mineralsalze aus dem Boden wieder auf und bauen neue Stoffe daraus. So wird nichts verbraucht, sondern nur weitergegeben.
Energiefluss und Energieentwertung
Anders als die Stoffe läuft die Energie nicht im Kreis. Sie fließt in einer Richtung durch das Ökosystem. Sie kommt als Licht von der Sonne. Die Produzenten speichern einen Teil als chemische Energie im Traubenzucker. Die Konsumenten nutzen sie weiter. Bei jeder Zellatmung wird ein großer Teil als Wärme frei und verteilt sich in der Umgebung.
Diese Wärme ist nicht verschwunden, aber Lebewesen können sie nicht mehr nutzen. Man sagt: Die Energie ist entwertet. Darum braucht jedes Ökosystem ständig neues Sonnenlicht.
Stabilität eines Ökosystems
Ein Ökosystem schwankt um einen mittleren Zustand, wie bei Hasen und Füchsen. Nimmt eine Art zu, wirken Gegenkräfte: Räuber vermehren sich, oder die Nahrung wird knapp. Das gleicht die Zahlen wieder aus. Man sagt, das Ökosystem ist stabil.
Meist ist ein Ökosystem umso stabiler, je mehr Arten es hat, denn fällt eine Art aus, springen andere ein. Ein Fichtenforst mit einer einzigen Baumart ist anfällig: Ein Borkenkäfer kann viele Bäume auf einmal befallen. Große Störungen wie Dürre oder Eingriffe des Menschen können ein Ökosystem aus dem Gleichgewicht bringen.
Auch die Energie läuft im Kreis
Auch die Energie läuft im Kreis
„Im Wald wird alles wiederverwertet, auch die Energie.“
Stoffe laufen im Kreis, Energie nicht. Sie fließt von der Sonne durch die Lebewesen und geht zuletzt als Wärme an die Umgebung. Für die Lebewesen ist diese Wärme nicht mehr nutzbar.
Parasit und Räuber sind dasselbe
Parasit und Räuber sind dasselbe
„Eine Zecke ist ein Räuber, sie frisst ja Blut.“
Ein Räuber tötet seine Beute und frisst sie. Ein Parasit lebt auf oder in seinem Wirt, nutzt ihn und schadet ihm, tötet ihn aber meist nicht gleich.
Zusammenfassung
Das Biotop ist der unbelebte Lebensraum, die Biozönose die Gemeinschaft der Lebewesen. Beides zusammen ist das Ökosystem.
Abiotische Faktoren (Licht, Temperatur, Wasser, Boden) kommen aus der unbelebten Natur, biotische (Nahrung, Fressfeinde, Konkurrenz) von Lebewesen. Zeigerarten zeigen Bedingungen an. Der Boden entsteht sehr langsam.
Wechselbeziehungen: Räuber-Beute, Konkurrenz, Symbiose (beide haben Vorteil) und Parasitismus (der Parasit nutzt, der Wirt leidet).
Produzenten bauen organische Stoffe auf, Konsumenten fressen, Destruenten zersetzen Totes wieder in anorganische Stoffe. Nahrungsketten bilden ein Nahrungsnetz.
In der Nahrungspyramide gelangen von Stufe zu Stufe nur etwa 10 Prozent weiter. Der Kohlenstoff läuft im Kreislauf, die Energie fließt in eine Richtung und wird als Wärme entwertet.
Ein Ökosystem ist stabil, wenn es um einen mittleren Zustand schwankt. Mehr Arten machen es meist stabiler.
Übungen
Eine Zecke saugt Blut an einem Hund. Welche Wechselbeziehung ist das?
Auf einer Wiese wachsen in einem Jahr 5000 kg Gras nach. Rechne mit der Faustregel von 10 Prozent je Stufe. Wie viel Körpermasse an Pflanzenfressern kann daraus in einem Jahr entstehen, in Kilogramm? (Schreibe die Zahl ohne Punkt.)
Welche Pflanze zeigt einen stickstoffreichen, nährstoffreichen Boden an?
Welche Aussage zu Stoffen und Energie im Ökosystem stimmt?
Warum erreicht die Zahl der Füchse ihr Maximum später als die Zahl der Hasen?