Grundzüge der Ökologie

WS 2015/16

Maik Bartelheimer, Joachim Kurtz, Elisabeth I. Meyer, Kai Müller

22.10.2015

Einführung

Ökologie als Wissenschaftsdisziplin

Aktuelle Themen

Institutionen/Organisationen und Programme (international/national)

Berufsfelder

Gliederung der Vorlesung / Hinweise

Ernst Heinrich Haeckel (1834-1919)Zoologe, Naturphilosoph

Führte den Begriff „Ökologie“ ein:

1866: „Unter Oecologie verstehen wir die gesammte Wissenschaft von den Beziehungen des Organismus zur umgebenden Aussenwelt, wohin wir im weiteren Sinne alle „Existenz-Bedingungen“ rechnen können. Diese sind theils organischer, theils anorganischer Natur; sowohl diese als jene sind, wie wir vorher gezeigt haben, von der grössten Bedeutung für die Form der Organismen, weil sie dieselbe zwingen, sich ihnen anzupassen „*).

*) Allgemeine Entwicklungsgeschichte der Organismen, S. 286. Berlin

Der Begriff Ökologie

Griechisch: "oikos" - der Haushalt „logos“ - die Lehre von..

Klassische Dreiteilung der Ökologie

Autökologie

Befasst sich mit den Wechselwirkungen zwischen Einzelorganismus und UmweltFragen nach dem Einfluss der Außenbedingungen auf Leistungsfähigkeit, Verhalten und Lebensfunktionen oder die Frage nach der historischen und rezenten Verbreitung von Arten und deren Ursachen.Angewandte Fragestellungen, Versuche unter kontrollierten experimentellen Laborbedingungen.

Demökologie (Populationsökologie)

Wechselwirkungen der Population einer Art mit anderen Populationen derselben oder einer anderen Art bzw. mit den auf sie einwirkenden Umweltfaktoren. Die Demökologie erfasst die Struktur und Dynamik von Populationen, ihre altersmäßige Zusammensetzung, ihr Wachstum und ihre Entwicklung unter dem Einfluss der biotischen und abiotischen Faktoren des Ökosystems.

Synökologie

Betrachtung des Ökosystems in seiner Gesamtheit. Untersucht Gesetzmäßigkeiten im Zusammenleben von Individuen mehrerer Arten in einem Lebensraum.

(https://www.nachhaltigkeit.info/artikel/oekologie_1744.htm)

Autökologie (Existenzökologie/Ökophysiologie): wie erträgt das Tier niedrige Temperaturen und Ca-Konzentrationen?

Populationsökologie: wie hoch ist der Reproduktionserfolg? In welchem Alter setzt Reproduktion ein?

Synökologie ('community ecology'): wie konkurrenzkräftig ist die Art gegenüber anderen Arten?

Ökosystemforschung (=Systemökologie): welchen Beitrag leistet die Art zum Stoffumsatz im Gewässer ?

Landschaftsökologie/Biogeochemie: Welche Klimazonen und Vegetationsbedingungen erlauben die Ansiedlung dieser Zerkleinerer?

Bachflohkrebs Gammarus sp.

Erweiterte Einteilung ökologischer Teildisziplinen, bearbeitete Fragestellungen (beispielhaft)

Umwelteinflüsse wirken sich auf allen Ebenen eines Ökosystems aus: auf die Zellen, das Lebewesen, die Population und ganze Lebensgemeinschaften. Dies setzt physiologische, evolutionäre und ökologische Prozesse in Gang.

Hierarchie der Wirkung von Umwelteinflüssen

Physiographie

Klima, Geologie.Biogeochemie..

http://www.eawag.ch/medien/publ/news/2013_na_03/index, verändert

Ökosystem

Ökologie ist eine Wissenschaft

Empirisch

Experimentell

Theorie- und hypothesengeleitet

Ökologische Nachhaltigkeit – Thema für die Zukunft

beschreibt den langfristigen und rücksichtsvollen Umgang mit (endlichen) natürlichen Ressourcen.

3-Säulen-Modell

(Spindler: Geschichte der Nachhaltigkeit)

„Nachhaltigkeit ist eine Entwicklung, die die Bedürfnisse der gegenwärtigen Generation deckt, ohne die Möglichkeiten der zukünftigen Generationen zu beeinflussen“.(Brundtland, G. H. (1992): United Nations Entwicklungsgipfel, Rio de Janeiro)

http://www.nachhaltigkeit.info/

Interdispizlinariät der Ökologie

Evolutionsbiologie

Ökotoxikologie

Physiologie

Verhalten

Stressbiologie

Landschaftsökologie

Parasitologie

Mikrobiologie

Geobotanik

Naturschutz

Umweltmanagement

Medizin ...

Geowissenschaften

Hydrologie

Hydrogeologie

Agrarökologie

Forstwissenschaft

Ingenieurwissenschaften

Publizistik

Kommunikationswissenschaft

Rechtswissenschaft

Sozioökonomie

Ernährungswissenschaft

...

Ökologie

http://www.bundesheer.at/pool/img/duernkrut_03.jpg

WN 17.10.2015

Aktuelle Themen - Klimawandel

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Global Surface Temperature (oC)Relative to 1890-1900 mean

Source: Hadley Centre for Climate Prediction and Research

Herkunft und Einschleppungsvektoren aquatischer Organismen

Aktuelle Themen - Biologische Invasionen

Aktuelle Themen - Verschmutzung

Aktuelle Themen – Zerstörung von Lebensräumen

Aktuelle Themen – Zerstörung von Lebensräumen

Aktuelle Themen – Bevölkerungsexplosion

Biomasse von Nutzfischen (Tonnen pro km2)

1900

Source: Millennium Ecosystem Assessment; Christensen et al. 2003

Aktuelle Themen – Ressourcenübernutzung

Source: Millennium Ecosystem Assessment; Christensen et al. 2003

2000

Aktuelle Themen – Ressourcenübernutzung

Aktuelle Themen – Ressourcenübernutzung

Zusammenfassung aktueller Umweltprobleme

Im Spannungsfeld vielfältiger Selektionsdrucke: Diverse Stressfaktoren und deren Interaktionen wirken auf Individuen und Populationen von Ökosystemen ein und treiben evolutionäre Prozesse an.

http://www.eawag.ch/medien/publ/news/2013_na_03/index

Institutionen / Organisationen und Programme

Organisationen und Programme

Global

Konferenz von San Francisco, 26.05.194550 Staaten unterzeichnen die UN-Charta

Programme und Fonds (Auswahl):

UNEP – United Nations Environmental Programme

WHO – World Health Organisation

UNESCO – United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization

FAO – Food and Agricultural Organization

WMO – World Meteorological Organization

UNDP – United Nations Developmental Programme

World Bank

http://ipcc.ch/

IPCC 1988 eingerichtet

http://millenniumassessment.org/en/

Organisationen und Programme – UN-Milleniumkampagne

UNDP

The United Nations Development Programme is the UN’s global development network, focusing on the challenges of democratic governance, poverty reduction, crisis prevention and recovery, energy and environment, and HIV/AIDS. UNDP also coordinates national and international efforts to achieve the Millennium Development Goals aimed at poverty reduction.

Teilziel 12: Die Grundsätze der nachhaltigen Entwicklung in der Politik und den Programmen der einzelnen Staaten verankern und die Vernichtung von Umweltressourcen eindämmen.

Teilziel 13: Den Verlust der Biodiversität verringern, bis 2010 eine signifikante Drosselung der Verlustrate erreichen.

Teilziel 14: Bis 2015 Halbierung des Anteils der Menschen ohne dauerhaft gesicherten Zugang zu hygienisch einwandfreiem Trinkwasser (von 65 Prozent auf 32 Prozent).

Teilziel 15: Bis 2020 eine deutliche Verbesserung der Lebensbedingungen von mindestens 100 Millionen Slumbewohnern und -bewohnerinnen bewirken.

Organisationen und Programme

Ökologische Nachhaltigkeit

Organisationen und Programme - Europa

Die Umweltnormen der EU gehören zu den strengsten der Welt. Die EU-Umweltpolitik trägt zu einer umweltfreundlicheren Wirtschaft, zum Schutz der Natur und zur Sicherung von Gesundheit und Lebensqualität der Menschen in der EU bei.

Organisationen und Programme - Europa

Organe und Einrichtungen der EU (http://europa.eu/pol/env/index_de.htm):

Europäisches Parlament Ausschuss für Umweltfragen, Volksgesundheit und Lebensmittelsicherheit Rat der Europäischen Union Umwelt Europäische Kommission Umwelt Klimapolitik Europäischer Wirtschafts- und Sozialausschuss Fachgruppe Landwirtschaft, ländliche Entwicklung und Umweltschutz Fachkommission für Umwelt, Klimawandel und Energie (ENVE) Europäische Investitionsbank Europäische Investitionsbank und Umwelt EU-Agenturen

Europäische Umweltagentur, Kopenhagen (seit 1993)

Nationale Institutionen und Programme

Im Ressortbereichdes Bundesumwelt-ministeriums

Im UBA arbeiten Expertinnen und Experten aus allen Bereichen des Umweltschutzes, zum Beispiel aus der Biologie und Chemie, aber auch der Ökonomie sowie den Rechts- und Ingenieurwissenschaften. So können Umweltprobleme von allen Seiten beleuchtet und gute Lösungen entwickelt werden.

Insgesamt hat das UBA rund 1.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an 13 Standorten, davon sieben Messstellen des eigenen Luftmessnetzes

Sonstige Institutionen mit Bezug zu Ökologie/ Umweltschutz und Naturschutz

Vielfältige Tätigkeitsbereiche für Ökologen / Umweltwissenschaflter

Arbeitsfelder – Naturschutz, Sonstige (Beispiele !)

Deutsche Bundesstiftung Umwelt

World Wildlife Fund

(Landesgemeinschaft Naturschutz und Umwelt)

Unvollständig ! Aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Naturschutzorganisation#Deutschland

Arbeitsfelder – Naturschutz, Fachreferate, Verbände, ...

Biologische Stationen

Kommunen, Kreise, Landratsämter

Bezirksregierungen

Landesämter

Ministerien der Länder

Polizeidienst

Wasser- und Bodenverbände

RuhrverbandEmscher-/LippeverbandWupperverbandErftverband…...

Landwirtschaftskammern

Arbeitsfelder – Industrie / Betrieblicher Umweltschutz

Arbeitsfelder – Industrie / Betrieblicher Umweltschutz

Weitere Berufsfelder für Ökologen / Umweltwissenschaftler

Arbeitsfelder – Bildungsbereich/Wissenskommunikation (Umweltbildung und Beratung)

Schulen, (Naturschutz)Akademien, Medien (inkl. Print-, IT..), Handelskammern, ...

Arbeitsfelder – Planungsbüros/Ökobüros (angestellt oder „freelancer“)

Arbeitsfelder – Industrie / Betrieblicher Umweltschutz

(„Öko-Audit“, Öko-Audit-Verordnung)

„Eco-Management and Audit-System“

EG-weites, einheitliches System zur Bewertung und Verbesserung des betrieblichen Umweltschutzes.

1993 ff. Inzwischen diverse Weiterentwicklungen inkl. Internat. Verordnungen (nach ISO).

Dabei geht es um eine freiwillige Überprüfung der (organisatorischen) Umweltschutzmaßnahmen nach ökologisch relevanten Anforderungen an Produktionsstandorten. Die nach EG-Öko-Audit validierten Standorte veröffentlichen alle drei Jahre ein Umweltprogramm mit konkreten Verbesserungsplänen. Die Umsetzung wird von unabhängigen Gutachtern überwacht.

Arbeitsmöglichkeiten bestehen sowohl bei der Umsetzung in den Betrieben als auch im Gutachterbereich.

Arbeitsfelder – Industrie / Labore (Inland/Ausland)

Analyselabore

Umweltüberwachung

Altlasten

...

In vielen Industriebetrieben gibt es Ökolabore !

TÜV

Universtäten

Helmholtz-Zentren

Leibniz-Forschungsinstitute

Fraunhofer-Institute

Max-Planck-Institute

PIK

KIT

sonstige Großforschungseinrichtungen (öffentlich, privat) …

Arbeitsfelder – Wissenschaftsbereiche, größere Forschungseinrichtungen

Gesetze, Richtlinien, Konventionen

Richtlinien - Gesetze – Konventionen (exemplarisch)

Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL, FWD)

Agrarrichtlinie

Grundwasserrichtlinie

Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie („The Habitats Directive“: FFH-Schutzgebiete, Natura 2000...)

Bundesnaturschutzgesetz

Landesnaturschutzgesetz

Wasserhaushaltsgesetz

Landeswassergesetz

...

§ 1 Zweck

Zweck dieses Gesetzes ist es, durch eine nachhaltige Gewässerbewirtschaftung die Gewässer als Bestandteil des Naturhaushalts, als Lebensgrundlage des Menschen, als Lebensraum für Tiere und Pflanzen sowie als nutzbares Gut zu schützen.

§ 2 Anwendungsbereich

(1) Dieses Gesetz gilt für folgende Gewässer:1.oberirdische Gewässer,2.Küstengewässer,3.Grundwasser.

Es gilt auch für Teile dieser Gewässer.

UN (1992) Convention on Biological Diversity. United Nations, New York, USA

„Biological diversity means the variability among living organisms from all sources including terrestrial, marine and other aquatic ecosystems and the ecological complexes of which they are part; this includes diversity within species, between species and of ecosystems.“

Richtlinien - Gesetze – Konventionen (exemplarisch)

„EG – Wasserrahmenrichtlinie“

... zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik

(Veröffentlicht – und damit Inkraftgetreten - im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften am 22.12.2000)

Umweltpolitisches Ziel der EG-WRRL:

• in 15 Jahren einen guten ökologischen Zustand der Oberflächengewässer, der Küstengewässer und des Grundwassers erreichen

• eine Verschlechterung des ökologischen Zustandes verhindern

Richtlinien - Gesetze – Konventionen (exemplarisch)

Parameter zur Bewertung von Gewässern nach der EG-Wasserrahmenrichtlinie

Biologische Qualitätskomponenten: Lebensgemeinschaften (Fische, Makrophyten, Phytobenthos, Phytoplankton, Makrozoobenthos)

Hydromorphologische Qualitätskomponenten: Wasserhaushalt und Gewässerstruktur

Chemische und physikalische Komponenten: Wasserbeschaffenheit

Richtlinien - Gesetze – Konventionen (exemplarisch)

!

schlecht

sehr gut

schlecht

unbefriedigend

gut und besser gutgut

mäßig

unbefriedigend

mäßig nicht gut

ÖkologischerZustand:

ÖkologischesPotenzial:

ChemischerZustand:

Klassifikation des Gewässerzustandes gemäß EG-WRRL

Bewertet wird:• Abweichung vom natürlichen, gewässertypspezifischen Zustand• Grundsatz: schlechtestes Ergebnis bestimmt Einstufung in Güteklasse

NatürlicherZustand

Stark degradiert

Zu

neh

men

de

Ab

wei

chu

ng D

efi zit !

Die Vorlesung

Gliederung der Vorlesung

22.10.15 Einführung

29.10.15 Existenzökologie der Pflanzen

05.11.15 Pflanzenareale

12.11.15 Florenreiche

19.11.15 Biome

26.11.15 Molekulare Ökologie

03.12.15 Autökologie/Existenökologie u. Populationsökologie der Tiere

10.12.15 Ökologische Beziehungen: Konkurrenz, Prädation, Parasitismus, Mutualismus

17.12.15 Lebensgeschichten, Kooperation und Konflikt

07.01.16 Verhaltensökologie, Paarungs- und Sozialsysteme

14.01.16 Evolutionsgenetik und ökologische Genetik

21.01.16 Biogeographie/Ausbreitungsbiologie/Biol. Invasionen

28.01.16 Natürliche und anthropogene Stressoren

04.02.16 Ökosystemdienstleistungen, Ökologische Nachhaltigkeit, Umweltmanagement

11.02.16 Klausur

Lehrbücher

„Ökologie kompakt" von Nentwig, Bacher und Brandl (2. Aufl. 2009)

Auf weitere, spezielle Literatur wird hingewiesen...

„Ökologie“ von Smith u. Smith. Pearson, (6. Aufl.,2009)

Neil A. Campbell / Jane B. ReeceISBN: 978-3-8273-7287-11984 Seiten

Wichtige ökologische Fachzeitschriften

Oecologia Oikos

Ecology(Ecological Society of America)

J. of Ecology/J. Animal Ecology (British Ecological Society)