05_Biogeographie - Universität Augsburg
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Tutorium Physische Geographie II
Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
Termine:
Montag 08:15 – 09:45 Uhr
Donnerstag 14:00 – 15:30 Uhr
Tutor:
Julian Dare (Geographie, Diplom, 10. Semester)
Email: [email protected]
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Einführung
Biogeographie
Biogeographie
2 Wochen
Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare
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Biogeographie
Grundlagen
Beschreibe folgende Grundbegriffe:
•
•
•
•
•
Individuum
• Unteilbare, selbständig lebende Einheit
Taxon (pl. Taxa)
• Organismen mit gleichen Verwandtschafts- und Ähnlichkeitsmerkmalen (Sippe, Einheit
der Rangstufen)
Population
• Alle Individuen einer Art, die miteinander in Genaustausch treten können
(Fortpflanzungsgemeinschaft). Bei großen Gebieten: Aufspaltung in Teilpopulationen
möglich.
Biozönose
= Lebensgemeinschaft
Alle Organismen eines Lebensraums
Arten stehen zumindest teilweise miteinander in Beziehung
Biotop
Lebensraum einer Biozönose von einheitlicher Beschaffenheit
Gegenüber der Umgebung abgrenzbar
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Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare
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Biogeographie
Sippensystematik
Nenne die Ordnungsebenen der
Sippensystematik.
• Reich
• Stamm/Abteilung
• Klasse
• Ordnung
• Familie
• Gattung
• Art
Wetzel 2008
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Biogeographie
Pflanzenmorphologie
Welche Einteilung der Pflanzen hinsichtlich ihrer
Morphologie gibt es?
Sprosspflanzen
• Kormophyten
• Aufbau aus:
– Wurzel
– Sprossachse
– Blattorganen
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Lagerpflanzen
• Thallophyten
• Aufbau geringer
differenziert
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Biogeographie
Taxonomische Einheiten Pflanzen
Wetzel 2008
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Biogeographie
Energiegewinnung
Organismen werden hinsichtlich der Art ihrer
Energiegewinnung in zwei große Gruppe unterteilt. Welche?
• Autotrophe Organismen
– Erzeugung organischer Substanz aus Primärenergie und
anorganischen Ausgangsstoffen
– photoautotroph & chemoautotroph
– aerob & anaerob
Primärproduzenten
• Heterotrophe Organismen
– Stoff- und Energiebedarf aus organischen Substanzen gedeckt
(=Produkte anderer Organismen)
Konsumenten und Sekundärproduzenten
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Biogeographie
Nahrungskette / Trophische Stufen
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Biogeographie
Photosynthese
Welcher Prozess wandelt elektromagnetische solare Strahlung in chemische
Energie um?
• Photosysnthese
Wo und mittels welcher chem. Substanz erfolgt die Aufnahme und Umwandlung
der Strahlung?
• Chloroplasten
• Chlorophyll
Welche chemische Reaktion läuft dabei ab?
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Wozu dient dabei das Wasser? Was wird vom Wasser freigesetzt?
Als Reduktionsmittel für CO2. Es wird Sauerstoff vom Wasser abgegeben
Seit wann und anfangs von wem wurde wird Photosynthese betrieben?
Seit 3,5 – 4 Mrd. Jahren von den Cyanobakterien
Wetzel 2008
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Biogeographie
Blattaufbau
Nenne wichtige Blattorgane:
• Epidermis: Schutz- und Stützschicht, lichtdurchlässig
• Stomata: ermöglichen den Gasaustausch
• Palisadengewebe: enthält chloroplastenreiche
Zellen für die Photosynthese
• lockeres Schwammgewebe: dient
dem Gasaustausch und besitzt
ebenfalls Chloroplasten
Wetzel 2008
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Biogeographie
Pflanzenphysiotypen
Welche Physiotypen von Pflanzen werden hinsichtlich des CO2–
Metabolismus unterschieden?
• C3-Pflanzen
• C4-Pflanzen
– Räumliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion
sowie effektivere Bindung
Spaltöffnungen können weiter geschlossen sein
• CAM-Pflanzen
– Zeitliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion
Spaltöffnungen können tagsüber komplett geschlossen bleiben
Warum sind unterschiedlichen Physiotypen ausgeprägt?
• Optimierung der CO2-Fixierung
• Reduzierung des Wasserverlusts
Anpassung an klimatische Verhältnisse
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Biogeographie
Pflanzennährstoffe
Nenne die Hauptnährelemente.
• N Stickstoff
• P Phosphor
• S Schwefel
• K Kalium
• Ca Calcium
• Mg Magnesium
Nenne die Spurennährelemente.
• B Bor
• Mo Molybdän
• Cl Chlor
• Fe Eisen
• Mn Mangan
• Zn Zink
• Cu Kupfer
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Biogeographie
Standortfaktoren
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Biogeographie
Standortfaktor Licht
Welche Strategien gegen Lichtmangel wurden von Pflanzen entwickelt?
• Schattentoleranz
–
–
•
Frühjahrsgeophyten
–
–
•
der Keimlinge (dunkler Waldboden)
z.B. Rotbuche (Fagus sylvatica) oder Stieleiche (Quercus robur)
Austrieb, Blüte und Frucht vor Laubentfaltung der Bäume
z.B. Bärlauch (Allium ursinium)
Epiphyten
–
–
Aufsitzerpflanzen, siedeln auf Wirt für günstigere Lichtverhältnisse
Flechten, Moose, auch höhere Pflanzen
Beschreibe günstige Strahlungsverhältnisse für die Photosynthese. Wie viel Prozent der Globalstrahlung können
für diese genutzt werden?
• 45-50% der Globalstrahlung kommen für Photosynthese in Frage
• Für Photosynthese ist die diffuse Himmelsstrahlung oder eine tief stehende Sonne am besten
• Ebenfalls Strahlungsgewinn durch vom Boden reflektierende Strahlung (Albedo des Bodens)
• In dichten Wäldern herrscht regelrecht ein Kampf um das Licht
• Relief beeinflusst den Strahlungseinfall: Es entstehen Licht- und Schattenpflanzen
• Photoperiodismus: Langtags- und Kurztagspflanzen entwickeln sich in Abhängigkeit der Tageslänge: geographische
Breite ist entscheidend
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Biogeographie
Floren- und Faunenreiche
Nenne die unterschiedlichen Floren- und
Faunenreiche sowie die Gebiete, die sie umfassen.
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Biogeographie
Biodiversität - Begriffe
Was ist Speziation?
• Die Neubildung von Arten
• Allopatrisch: Aufspaltung einer Art in zwei oder mehrere
Arten durch räumliche Trennung (Isolation).
• Peripatrisch: Am Rand eines Verbreitungsgebietes lebende
Population wird zunehmend isoliert und entwickelt
sich unterschiedlich weiter.
• Parapatrisch: Aneinander grenzende Populationen einer Art
entwickeln sich unterschiedlich weiter.
• Sympatrisch: Gemeinsam in einem Gebiet vorkommende
Populationen einer Art entwickeln sich
unterschiedlich weiter
Was beschreibt der Begriff Kladogenese?
Entstehung zweier Tochterarten aus einer Mutterart
Was ist eine konvergente Entwicklung von Organismen?
Durch gleichsinnige Anpassung an analoge Lebensbedingungen
entwickelte äußere Ähnlichkeit genetisch verschiedener
Organismen.
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Sedlag (1995)
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Biogeographie
Biodiversität /Artenverteilung
Beschreibe globale Verhältnisse der Artendichte und Individuendichte
• Die Artendichte varriert global sehr stark.
• Artenarme Gebiete können aber reich an Individuen sein (und umgekehrt)
• Verhältnis der beiden Größen: Diversitätsindex
Wieviele Arten gibt es global? Überwiegen Pflanzen- oder Tierarten?
• 2-2,5 Mio. Arten
• Tiere 74%, Pflanzen 26%
Nenne das Verhältnis von aussterbenden zu neu entstehenden Arten:
• Bis zu Beginn des letzten Jahrhunderts Zunahme 1:1,1
• Seitdem 5000:1
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Biogeographie
Biodiversität /Artenverteilung
Welche Parameter beeinflussen den Artenreichtum
• Größe des Lebensraumes (je größer, desto potentiell reicher)
• Höhenlage (Abnahme mit der Höhe)
• Heterogenität der Umwelt (je heterogener, desto höher)
• Ressourcenspannbreite (je mehr Ressourcen, desto artenreicher)
• räumliche Produktivität (abhängig vom Klima: je wärmer u. feuchter, desto höher)
• Störungen (regelmäßige mittl. Störungen wirken erhöhend)
• Konkurrenz/Prädation (u.a. je höher die Spezialisierung, desto reicher)
• entwicklungsgeschichtliches Alter (je älter und reifer, desto höher)
Außerdem gilt:
• je mehr Pflanzen in einem Lebensraum, desto mehr Tiere!
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Biogeographie
Arealkunde / Verbreitung
Welche Arealformen können unterschieden werden?
• Geschlossene Areale
• Disjunkte Areale
Wetzel 2008
Gürteltier
Zierbelkiefer
Wie kann man Arten aufgrund ihrer Ausbreitung Unterscheiden?
• Kosmopoliten: Arten, die auf der ganzen Erde verbreitet sind. z.B. Löwenzahn, Schilf
• Ubiquisten: hohe ökologische Toleranz. An besondere Umweltfaktoren gebunden. z.B.
verschiedene Bakterien, Algen
• Endemiten: Taxa, die ausschließlich in einem bestimmten oft eng begrenzten Gebiet
vorkommen. z.B. Rotbuche in Europa oder die Alpennelke in den
nördlichen Kalkalpen sowie Pandabären in China
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Biogeographie
Endemismus
Wie entstehen endemische Arten?
• Relikttheorie
– Ehemals größere Verbreitung
wikipedia
– Reduzierung z.B. durch Umweltveränderungen
oder Konkurrenz
Reliktendemiten (Paläoendemiten)
• Ausbreitungstheorie
– „junge“ neu entstandene Arten
– noch keine weitere Ausbreitung
Neoendemiten
Nenne Beispiele.
wikipedia
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Biogeographie
Relikte der Eiszeit
Während der Kaltzeiten erfuhren bestimmte Arten
eine große Ausbreitung in Europa. Man findet sie
heute nur noch in geringer Verbreitung. Wo?
• Glazialrelikte
– Zurückdrängung in kalte Gebiete
– Mittel- und Hochgebirge
• Steppenrelikte
– Periglazialgebiet
– Heute: trockene Sonderstandorte
USD
A
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Biogeographie
Aktotertiäre Reliktflora
Was bezeichnet man als arktotertiäre Reliktflora?
• Artenverarmte Flora Mittel- und Nordeuropas
• Entstehung durch Aussterben vieler Arten im
Pleistozän. Grund:
(vergletscherte) Alpen als Verbreitungsschranke verhindern
„Ausweichen“ der Arten nach Süden während der Kaltzeiten
Warum ist dieses Phänomen in Europa wesentlich
stärker ausgeprägt als in Nordamerika?
• die Gebirge Nordamerikas sind meridional orientiert
keine Hindernisse für eine Südverlagerung der
Vegetationszonen
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AWI
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Vikariierende Arten
So zeigen z.B. Schopfrosettenpflanzen in den Nordanden und im ostafrikaniBiogeographie schen Hochland große Ähnlichkeiten, obwohl sie mehrere 1000 km voneinander entfernt
unter gleichen Umweltbedingungen
sind.
karianz werden getrennte
Verteilungsmuster
verwandter Taxaentstanden
genannt, die
ähnliche
Vikarianz / Konvergenz
bitate
belegen.
Man spricht vonSenecio
vikariierenden
Arten.
Espletia
spp.
spp.
he verwandte Taxa vertreten einander in geographischen Räumen bzw. unter bestimmte
ologischen Bedingungen, d.h. sie bewohnen jeweils gleiche oder ähnliche ökologische
schen.
s Beispiel dafür gelten die beiden stengello sen Enzianarten Gentiana clusii (echter
penenzian) und Gentiana acaulis (Kochscher Enzian), die sich auf kalkigen bzw.
katischen Standorten vertreten.
Wetzel 2008 aus Burga et.al 2004
aus: Burga et al. (2004)
Universität Augsburg
Gentiana clusii
Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
Gentiana acaulis
Wetzel 2008
Universität Augsburg
- Lehrstuhl für Physische Geographie und
Quantitative
Methoden
Tutorium PG II,Methoden
SoSe 2012, Julian Dare
Universität
Augsburg
Lehrstuhl
für
Physische Geographie und Quantitative
Slide 24
n ohne
morphologische Hindernisse handelt es sich überwiegend
Biogeographie
renzfaktoren,
Klima, Boden oder aber Konkurrenz, die
Arealkundewie
/ Verbreitung
Schröder 1998
Wodurch
nzlichen
werden Areale
begrenzt?
von
Dürre, Kälte
rmetallgehalten
Wie werden sich
einer
Art
ausweitende
und Umwelth die
schrumpfende
bsfähigkeit
Areale
onkurrenten
bezeichnet? so
s sie
sich nicht
Progressive
und
nd regressive
vermehren
Areale
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aus Schroeder (1998)
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Biogeographie
Sukzession
Beschreibe eine permanente und katastrophische Verjüngung einer
Klimaxgesellschaft (Buchenwald):
Wetzel 2008
(nach Schröder
1998)
Nenne verschiedene Sukzessionstypen/stadien:
• Primäre-, sekundäre-, autogene-, allogene-, progressive-, regressive Sukzession
• Schluss/klimaxgesellschaft, Dauergesellschaft, anthropogene Ersatzgesellschaft
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Biogeographie
Höhenstufen
Nenne die Höhenstufen im Gebirge und die jeweils typische Vegetation? Wo befindet
sich dabei die natürliche Waldgrenze bzw. die Schneegrenze?
Was sind Geoelemente? Nenne 3 Beispiele:
• Gruppen von Pflanzen- oder Tierarealen, deren Hauptverbreitungsgebiet weitgehend
zusammenfällt und die sich regional deutlich von anderen Gruppen abheben
- Arktisches Geoelement (Arten der baumlosen Tundra: z.B. Gletscher Hahnenfuß)
- Boreales Geoelement (Arten der Nadelwaldzone: z.B. Fichte)
- Mediterranes Geoelement (Hartlaubzone Mittelmeerraum: z.B. Ölbaum)
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Biogeographie
Datierungsmethoden
Welche Arten von Methoden zur Altersbestimmung von
organischem und anorganischem Material können
unterschieden werden?
• Absolute Methoden
– Bestimmung des Alters in Kalenderjahren
– Grundlage: Abzählen von Schichten, die Jahresrhythmisch
aufgebaut sind
• Radiometrische Methoden
– Ungefähre Datierung in einem Messungenauigkeitsbereich
– Grundlage: Zerfallsraten natürlich vorkommender Isotope
• Relative Methoden
– Lage eines Horizonts/einer Schicht im Vergleich zu anderen
– Zeitliche Reihenfolge, aber keine absoluten Werte
– Grundlage: geologische Lageregel
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Biogeographie
Absolute Datierungsmethoden
Erläutere Beispiele absoluter Datierungsmethoden.
• Dendrochronologie
– Zählung und Analyse von Baumringen
– Bis ca. 12.000 a BP
Schweingruber 1983
• Warvenchronologie
– Zählung von Tonwarven in Seesedimenten
– Spätglazial
FU
Berlin
• Lichenometrie
FU Berlin
– Bestimmung des Erstbesiedelungszeitpunkts durch
Flechten aufgrund konstanten Flächenzuwachses
– Wenige Jahrhunderte
Schweingruber 1983
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Biogeographie
Radiometrische Methoden – C14
PD Dr. K.-F. Wetzel
4.1 Rekonstruktion vergangener Umwelten
Was ist die physikalische Grundlage der 14C-Methode?
14C in der Atmosphäre
Methoden
• Bildung Radiometrische
des Kohlenstoffisotops
• Einbau in Moleküle von Organismen durch Stoffwechsel
(Gleichgewicht mit atmosphärischer Konzentration)
• Tod beendet Stoffwechsel => Nur noch Zerfall
• Halbwertszeit 14C: 5370 ± 40 a
Welche Probleme hat die 14C-Methode?
• Kurze Halbwertszeit
• 14C-Gehalt der Atmosphäre war in der Vergangenheit nicht
konstant
Korrektur und Kalibrierung nötig: 14C-Alter cal BP
• Verunreinigungen des Probenmaterials verfälschen das
Ergebnis
Berner,(Berner,
Streif 2000
U. & H. Streif, 2000)
nzip: 14C wird in der Atmosphäre im CO2 in konstanter Menge gebildet. Die OrganisUniversität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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hmen 14C auf, die Konzentration im Organismus entspricht der der Umwelt. Nach dem
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Biogeographie
Relative Methoden
Beschreibe die Altersbestimmung anhand der Pollenanalyse:
• Rekonstruktion jungquartärer (spätglazialer und holozäner) Umweltverhältnisse
• Archive: Torfe und Seesedimente (Luftabschluss, gute Konservierung)
• Blütenpollen gelangen durch Wind in Seen und Moore
• Verschiedene Pollen (z.B. bei Bäumen)
• Probeentnahme im Feld (Wichtig: ungestörte Proben)
• Analyse im Labor: Aufbereitung, Mikroskopierung, Pollen zählen und bestimmen,
Pollendiagramm erstellen
Wetzel 2008
Nenne weitere relative Datierungsmethoden:
• Tephrochronologie: verwendet die Ablagerungen von Vulkanausbrüchen
(z.B. Aschen) als Zeitmarker.
• Paläomagnetische Datierung: stützt sich auf die Umpolung des Erdmagnetfeldes in
der Vergangenheit.
• Artefakte (z.B. Keramik) gestatten die zeitliche Einordnung mit Hilfe archäologischer
Methoden. Ist in Gebieten mit großemWetzel
Fundreichtum
möglich.
2008
Wetzel 2008
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Biogeographie
Die Entwicklung des Lebens
Wetzel 2008
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Biogeographie
Die Entwicklung des Lebens
In welchem Erdzeitalter entwickelten sich die ersten Wälder?
• Im Karbon vor 360 Mio. Jahren: Steinkohlewälder
• Ersten Nacktsamer auf Südhalbkugel (Gymnospermen: Koniferen mit ersten
Jahresringen)
• Bedecktsamer ab der mittleren Kreidezeit (Angiospermen, 100 Mio. BP)
• Gräser, Steppen, Savannen ab dem älteren Tertiär (60 Mio. Jahre BP)
• globale Braunkohleentwicklung im Tertiär nach Ausbildung einer immergrünen
Gehölzflora
• Sommergrüne Wälder der Arktis erobern Mitteleuropa (aktotertiäre Elemente)
• Gebirgsbildung (Alpen) im Jungtertiär: Hochgebirgsflora
• Pleistozän: Veramung der aktotertiären Flora zur aktotertiären Reliktflora
• Kaltzeiten: Verschiebung der Vegetationszonen nach Süden (Refugialgebiete) und
anschließend nach Norden in der Warmzeit Artenverarmung
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Biogeographie
Die Entwicklung seit der letzten Eiszeit
Nenne die Waldfolge in Europa im Holozän und die verschiedenen Einflussfaktoren:
Ausbreitungs
geschwindigkeit
Ausbreitungs
Strategie /
Wanderungs
routen
Birke
Konkurrenz
Wettbewerb
Kiefer
Eiche/Ulme
Buche
Lage der
Refugial
gebiete
Klima
Pedogenese
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Biogeographie
Übungsfragen
Seit wann und in welcher Form findet anthropogene Vegetationsveränderung statt
• seit ca 7.000 BP
• Rodungen, LWS Nutzung, Entwässerung (Drainage), neue Pflanzenarten, Entwaldung
• ab 18. Jh.: Aufforstung mit standortfremden Baumarten
• ab 20. Jh.: Mechanisierung der LWS Artenverarmung Produktionslandschaft
Was sind Ökosysteme?
• (=ökologische Systeme) sind Lebewesen-Umwelt-Einheiten
• Ökosysteme sind zur Selbstregulation befähigt und stehen mit anderen Ökosystemen in
Austausch (offene Systeme)
Was sind Synusien?
• Eine Gruppe von Pflanzen mit gleicher Lebensform innerhalb von Vegetationskomplexen
in Biotopen, die unter einheitlichen Standortbedingungen
Wetzel 2008
gedeiht, wie z.B. die Baum- oder Krautschicht in Wäldern
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Biogeographie
Zonale Vegetationsgliederung
Zonale Vegetation:
Im Einklang mit dem Großklima stehende Vegetation (klimatische
Schlussgesellschaften) des Tieflands auf durchschnittlichen Böden,
die großflächig verbreitet ist (z.B. borealer Nadelwald)
Extrazonale Vegetation:
Zonale Vegetation die außerhalb ihres zonalen Verbreitungsgebietes
kleinräumig unter lokal besonderen klimatischen und edaphischen
Verhältnissen auftritt
(z.B. wärmeliebende Flaumeichenwälder am Kaiserstuhl, obwohl
zonal eigentlich im Mittelmeerraum verbreitet).
Azonale Vegetation:
Vegetation, die keine großflächige zonale Verbreitung aufweist und
deren Vorkommen nicht klimatisch sondern bodenökologisch-edaphisch
bedingt ist (z.B. Salzwiesenvegetation oder
Hochmoorvegetation).
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Biogeographie
Grundbegriffe Population
Archäophyten
• Alteinwanderer, die sich seit dem beginn des Ackerbaus
ausgebreitet haben
Neophyten
• Einwanderer (Neueinwanderer), die seit der Entdeckung
Amerikas bei uns bewusst oder unbewusst eingeschleppt wurden
Indigen
• werden die Arten bezeichnet, die sich ohne menschliche
Einflüsse in einem Raum gebildet oder neu ausgebreitet haben
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Termine:
Montag 08:15 – 09:45 Uhr
Donnerstag 14:00 – 15:30 Uhr
Tutor:
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Einführung
Biogeographie
Biogeographie
2 Wochen
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Biogeographie
Grundlagen
Beschreibe folgende Grundbegriffe:
•
•
•
•
•
Individuum
• Unteilbare, selbständig lebende Einheit
Taxon (pl. Taxa)
• Organismen mit gleichen Verwandtschafts- und Ähnlichkeitsmerkmalen (Sippe, Einheit
der Rangstufen)
Population
• Alle Individuen einer Art, die miteinander in Genaustausch treten können
(Fortpflanzungsgemeinschaft). Bei großen Gebieten: Aufspaltung in Teilpopulationen
möglich.
Biozönose
= Lebensgemeinschaft
Alle Organismen eines Lebensraums
Arten stehen zumindest teilweise miteinander in Beziehung
Biotop
Lebensraum einer Biozönose von einheitlicher Beschaffenheit
Gegenüber der Umgebung abgrenzbar
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Biogeographie
Sippensystematik
Nenne die Ordnungsebenen der
Sippensystematik.
• Reich
• Stamm/Abteilung
• Klasse
• Ordnung
• Familie
• Gattung
• Art
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Biogeographie
Pflanzenmorphologie
Welche Einteilung der Pflanzen hinsichtlich ihrer
Morphologie gibt es?
Sprosspflanzen
• Kormophyten
• Aufbau aus:
– Wurzel
– Sprossachse
– Blattorganen
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Lagerpflanzen
• Thallophyten
• Aufbau geringer
differenziert
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Biogeographie
Taxonomische Einheiten Pflanzen
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Biogeographie
Energiegewinnung
Organismen werden hinsichtlich der Art ihrer
Energiegewinnung in zwei große Gruppe unterteilt. Welche?
• Autotrophe Organismen
– Erzeugung organischer Substanz aus Primärenergie und
anorganischen Ausgangsstoffen
– photoautotroph & chemoautotroph
– aerob & anaerob
Primärproduzenten
• Heterotrophe Organismen
– Stoff- und Energiebedarf aus organischen Substanzen gedeckt
(=Produkte anderer Organismen)
Konsumenten und Sekundärproduzenten
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Biogeographie
Nahrungskette / Trophische Stufen
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Biogeographie
Photosynthese
Welcher Prozess wandelt elektromagnetische solare Strahlung in chemische
Energie um?
• Photosysnthese
Wo und mittels welcher chem. Substanz erfolgt die Aufnahme und Umwandlung
der Strahlung?
• Chloroplasten
• Chlorophyll
Welche chemische Reaktion läuft dabei ab?
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Wozu dient dabei das Wasser? Was wird vom Wasser freigesetzt?
Als Reduktionsmittel für CO2. Es wird Sauerstoff vom Wasser abgegeben
Seit wann und anfangs von wem wurde wird Photosynthese betrieben?
Seit 3,5 – 4 Mrd. Jahren von den Cyanobakterien
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Biogeographie
Blattaufbau
Nenne wichtige Blattorgane:
• Epidermis: Schutz- und Stützschicht, lichtdurchlässig
• Stomata: ermöglichen den Gasaustausch
• Palisadengewebe: enthält chloroplastenreiche
Zellen für die Photosynthese
• lockeres Schwammgewebe: dient
dem Gasaustausch und besitzt
ebenfalls Chloroplasten
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Biogeographie
Pflanzenphysiotypen
Welche Physiotypen von Pflanzen werden hinsichtlich des CO2–
Metabolismus unterschieden?
• C3-Pflanzen
• C4-Pflanzen
– Räumliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion
sowie effektivere Bindung
Spaltöffnungen können weiter geschlossen sein
• CAM-Pflanzen
– Zeitliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion
Spaltöffnungen können tagsüber komplett geschlossen bleiben
Warum sind unterschiedlichen Physiotypen ausgeprägt?
• Optimierung der CO2-Fixierung
• Reduzierung des Wasserverlusts
Anpassung an klimatische Verhältnisse
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Biogeographie
Pflanzennährstoffe
Nenne die Hauptnährelemente.
• N Stickstoff
• P Phosphor
• S Schwefel
• K Kalium
• Ca Calcium
• Mg Magnesium
Nenne die Spurennährelemente.
• B Bor
• Mo Molybdän
• Cl Chlor
• Fe Eisen
• Mn Mangan
• Zn Zink
• Cu Kupfer
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Slide 13
Biogeographie
Standortfaktoren
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Slide 14
Biogeographie
Standortfaktor Licht
Welche Strategien gegen Lichtmangel wurden von Pflanzen entwickelt?
• Schattentoleranz
–
–
•
Frühjahrsgeophyten
–
–
•
der Keimlinge (dunkler Waldboden)
z.B. Rotbuche (Fagus sylvatica) oder Stieleiche (Quercus robur)
Austrieb, Blüte und Frucht vor Laubentfaltung der Bäume
z.B. Bärlauch (Allium ursinium)
Epiphyten
–
–
Aufsitzerpflanzen, siedeln auf Wirt für günstigere Lichtverhältnisse
Flechten, Moose, auch höhere Pflanzen
Beschreibe günstige Strahlungsverhältnisse für die Photosynthese. Wie viel Prozent der Globalstrahlung können
für diese genutzt werden?
• 45-50% der Globalstrahlung kommen für Photosynthese in Frage
• Für Photosynthese ist die diffuse Himmelsstrahlung oder eine tief stehende Sonne am besten
• Ebenfalls Strahlungsgewinn durch vom Boden reflektierende Strahlung (Albedo des Bodens)
• In dichten Wäldern herrscht regelrecht ein Kampf um das Licht
• Relief beeinflusst den Strahlungseinfall: Es entstehen Licht- und Schattenpflanzen
• Photoperiodismus: Langtags- und Kurztagspflanzen entwickeln sich in Abhängigkeit der Tageslänge: geographische
Breite ist entscheidend
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Biogeographie
Floren- und Faunenreiche
Nenne die unterschiedlichen Floren- und
Faunenreiche sowie die Gebiete, die sie umfassen.
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Biogeographie
Biodiversität - Begriffe
Was ist Speziation?
• Die Neubildung von Arten
• Allopatrisch: Aufspaltung einer Art in zwei oder mehrere
Arten durch räumliche Trennung (Isolation).
• Peripatrisch: Am Rand eines Verbreitungsgebietes lebende
Population wird zunehmend isoliert und entwickelt
sich unterschiedlich weiter.
• Parapatrisch: Aneinander grenzende Populationen einer Art
entwickeln sich unterschiedlich weiter.
• Sympatrisch: Gemeinsam in einem Gebiet vorkommende
Populationen einer Art entwickeln sich
unterschiedlich weiter
Was beschreibt der Begriff Kladogenese?
Entstehung zweier Tochterarten aus einer Mutterart
Was ist eine konvergente Entwicklung von Organismen?
Durch gleichsinnige Anpassung an analoge Lebensbedingungen
entwickelte äußere Ähnlichkeit genetisch verschiedener
Organismen.
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Sedlag (1995)
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Biogeographie
Biodiversität /Artenverteilung
Beschreibe globale Verhältnisse der Artendichte und Individuendichte
• Die Artendichte varriert global sehr stark.
• Artenarme Gebiete können aber reich an Individuen sein (und umgekehrt)
• Verhältnis der beiden Größen: Diversitätsindex
Wieviele Arten gibt es global? Überwiegen Pflanzen- oder Tierarten?
• 2-2,5 Mio. Arten
• Tiere 74%, Pflanzen 26%
Nenne das Verhältnis von aussterbenden zu neu entstehenden Arten:
• Bis zu Beginn des letzten Jahrhunderts Zunahme 1:1,1
• Seitdem 5000:1
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Biogeographie
Biodiversität /Artenverteilung
Welche Parameter beeinflussen den Artenreichtum
• Größe des Lebensraumes (je größer, desto potentiell reicher)
• Höhenlage (Abnahme mit der Höhe)
• Heterogenität der Umwelt (je heterogener, desto höher)
• Ressourcenspannbreite (je mehr Ressourcen, desto artenreicher)
• räumliche Produktivität (abhängig vom Klima: je wärmer u. feuchter, desto höher)
• Störungen (regelmäßige mittl. Störungen wirken erhöhend)
• Konkurrenz/Prädation (u.a. je höher die Spezialisierung, desto reicher)
• entwicklungsgeschichtliches Alter (je älter und reifer, desto höher)
Außerdem gilt:
• je mehr Pflanzen in einem Lebensraum, desto mehr Tiere!
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Biogeographie
Arealkunde / Verbreitung
Welche Arealformen können unterschieden werden?
• Geschlossene Areale
• Disjunkte Areale
Wetzel 2008
Gürteltier
Zierbelkiefer
Wie kann man Arten aufgrund ihrer Ausbreitung Unterscheiden?
• Kosmopoliten: Arten, die auf der ganzen Erde verbreitet sind. z.B. Löwenzahn, Schilf
• Ubiquisten: hohe ökologische Toleranz. An besondere Umweltfaktoren gebunden. z.B.
verschiedene Bakterien, Algen
• Endemiten: Taxa, die ausschließlich in einem bestimmten oft eng begrenzten Gebiet
vorkommen. z.B. Rotbuche in Europa oder die Alpennelke in den
nördlichen Kalkalpen sowie Pandabären in China
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Biogeographie
Endemismus
Wie entstehen endemische Arten?
• Relikttheorie
– Ehemals größere Verbreitung
wikipedia
– Reduzierung z.B. durch Umweltveränderungen
oder Konkurrenz
Reliktendemiten (Paläoendemiten)
• Ausbreitungstheorie
– „junge“ neu entstandene Arten
– noch keine weitere Ausbreitung
Neoendemiten
Nenne Beispiele.
wikipedia
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Slide 21
Biogeographie
Relikte der Eiszeit
Während der Kaltzeiten erfuhren bestimmte Arten
eine große Ausbreitung in Europa. Man findet sie
heute nur noch in geringer Verbreitung. Wo?
• Glazialrelikte
– Zurückdrängung in kalte Gebiete
– Mittel- und Hochgebirge
• Steppenrelikte
– Periglazialgebiet
– Heute: trockene Sonderstandorte
USD
A
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Biogeographie
Aktotertiäre Reliktflora
Was bezeichnet man als arktotertiäre Reliktflora?
• Artenverarmte Flora Mittel- und Nordeuropas
• Entstehung durch Aussterben vieler Arten im
Pleistozän. Grund:
(vergletscherte) Alpen als Verbreitungsschranke verhindern
„Ausweichen“ der Arten nach Süden während der Kaltzeiten
Warum ist dieses Phänomen in Europa wesentlich
stärker ausgeprägt als in Nordamerika?
• die Gebirge Nordamerikas sind meridional orientiert
keine Hindernisse für eine Südverlagerung der
Vegetationszonen
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AWI
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Vikariierende Arten
So zeigen z.B. Schopfrosettenpflanzen in den Nordanden und im ostafrikaniBiogeographie schen Hochland große Ähnlichkeiten, obwohl sie mehrere 1000 km voneinander entfernt
unter gleichen Umweltbedingungen
sind.
karianz werden getrennte
Verteilungsmuster
verwandter Taxaentstanden
genannt, die
ähnliche
Vikarianz / Konvergenz
bitate
belegen.
Man spricht vonSenecio
vikariierenden
Arten.
Espletia
spp.
spp.
he verwandte Taxa vertreten einander in geographischen Räumen bzw. unter bestimmte
ologischen Bedingungen, d.h. sie bewohnen jeweils gleiche oder ähnliche ökologische
schen.
s Beispiel dafür gelten die beiden stengello sen Enzianarten Gentiana clusii (echter
penenzian) und Gentiana acaulis (Kochscher Enzian), die sich auf kalkigen bzw.
katischen Standorten vertreten.
Wetzel 2008 aus Burga et.al 2004
aus: Burga et al. (2004)
Universität Augsburg
Gentiana clusii
Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
Gentiana acaulis
Wetzel 2008
Universität Augsburg
- Lehrstuhl für Physische Geographie und
Quantitative
Methoden
Tutorium PG II,Methoden
SoSe 2012, Julian Dare
Universität
Augsburg
Lehrstuhl
für
Physische Geographie und Quantitative
Slide 24
n ohne
morphologische Hindernisse handelt es sich überwiegend
Biogeographie
renzfaktoren,
Klima, Boden oder aber Konkurrenz, die
Arealkundewie
/ Verbreitung
Schröder 1998
Wodurch
nzlichen
werden Areale
begrenzt?
von
Dürre, Kälte
rmetallgehalten
Wie werden sich
einer
Art
ausweitende
und Umwelth die
schrumpfende
bsfähigkeit
Areale
onkurrenten
bezeichnet? so
s sie
sich nicht
Progressive
und
nd regressive
vermehren
Areale
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aus Schroeder (1998)
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Biogeographie
Sukzession
Beschreibe eine permanente und katastrophische Verjüngung einer
Klimaxgesellschaft (Buchenwald):
Wetzel 2008
(nach Schröder
1998)
Nenne verschiedene Sukzessionstypen/stadien:
• Primäre-, sekundäre-, autogene-, allogene-, progressive-, regressive Sukzession
• Schluss/klimaxgesellschaft, Dauergesellschaft, anthropogene Ersatzgesellschaft
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Biogeographie
Höhenstufen
Nenne die Höhenstufen im Gebirge und die jeweils typische Vegetation? Wo befindet
sich dabei die natürliche Waldgrenze bzw. die Schneegrenze?
Was sind Geoelemente? Nenne 3 Beispiele:
• Gruppen von Pflanzen- oder Tierarealen, deren Hauptverbreitungsgebiet weitgehend
zusammenfällt und die sich regional deutlich von anderen Gruppen abheben
- Arktisches Geoelement (Arten der baumlosen Tundra: z.B. Gletscher Hahnenfuß)
- Boreales Geoelement (Arten der Nadelwaldzone: z.B. Fichte)
- Mediterranes Geoelement (Hartlaubzone Mittelmeerraum: z.B. Ölbaum)
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Biogeographie
Datierungsmethoden
Welche Arten von Methoden zur Altersbestimmung von
organischem und anorganischem Material können
unterschieden werden?
• Absolute Methoden
– Bestimmung des Alters in Kalenderjahren
– Grundlage: Abzählen von Schichten, die Jahresrhythmisch
aufgebaut sind
• Radiometrische Methoden
– Ungefähre Datierung in einem Messungenauigkeitsbereich
– Grundlage: Zerfallsraten natürlich vorkommender Isotope
• Relative Methoden
– Lage eines Horizonts/einer Schicht im Vergleich zu anderen
– Zeitliche Reihenfolge, aber keine absoluten Werte
– Grundlage: geologische Lageregel
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Biogeographie
Absolute Datierungsmethoden
Erläutere Beispiele absoluter Datierungsmethoden.
• Dendrochronologie
– Zählung und Analyse von Baumringen
– Bis ca. 12.000 a BP
Schweingruber 1983
• Warvenchronologie
– Zählung von Tonwarven in Seesedimenten
– Spätglazial
FU
Berlin
• Lichenometrie
FU Berlin
– Bestimmung des Erstbesiedelungszeitpunkts durch
Flechten aufgrund konstanten Flächenzuwachses
– Wenige Jahrhunderte
Schweingruber 1983
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Biogeographie
Radiometrische Methoden – C14
PD Dr. K.-F. Wetzel
4.1 Rekonstruktion vergangener Umwelten
Was ist die physikalische Grundlage der 14C-Methode?
14C in der Atmosphäre
Methoden
• Bildung Radiometrische
des Kohlenstoffisotops
• Einbau in Moleküle von Organismen durch Stoffwechsel
(Gleichgewicht mit atmosphärischer Konzentration)
• Tod beendet Stoffwechsel => Nur noch Zerfall
• Halbwertszeit 14C: 5370 ± 40 a
Welche Probleme hat die 14C-Methode?
• Kurze Halbwertszeit
• 14C-Gehalt der Atmosphäre war in der Vergangenheit nicht
konstant
Korrektur und Kalibrierung nötig: 14C-Alter cal BP
• Verunreinigungen des Probenmaterials verfälschen das
Ergebnis
Berner,(Berner,
Streif 2000
U. & H. Streif, 2000)
nzip: 14C wird in der Atmosphäre im CO2 in konstanter Menge gebildet. Die OrganisUniversität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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hmen 14C auf, die Konzentration im Organismus entspricht der der Umwelt. Nach dem
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Biogeographie
Relative Methoden
Beschreibe die Altersbestimmung anhand der Pollenanalyse:
• Rekonstruktion jungquartärer (spätglazialer und holozäner) Umweltverhältnisse
• Archive: Torfe und Seesedimente (Luftabschluss, gute Konservierung)
• Blütenpollen gelangen durch Wind in Seen und Moore
• Verschiedene Pollen (z.B. bei Bäumen)
• Probeentnahme im Feld (Wichtig: ungestörte Proben)
• Analyse im Labor: Aufbereitung, Mikroskopierung, Pollen zählen und bestimmen,
Pollendiagramm erstellen
Wetzel 2008
Nenne weitere relative Datierungsmethoden:
• Tephrochronologie: verwendet die Ablagerungen von Vulkanausbrüchen
(z.B. Aschen) als Zeitmarker.
• Paläomagnetische Datierung: stützt sich auf die Umpolung des Erdmagnetfeldes in
der Vergangenheit.
• Artefakte (z.B. Keramik) gestatten die zeitliche Einordnung mit Hilfe archäologischer
Methoden. Ist in Gebieten mit großemWetzel
Fundreichtum
möglich.
2008
Wetzel 2008
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Biogeographie
Die Entwicklung des Lebens
Wetzel 2008
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Biogeographie
Die Entwicklung des Lebens
In welchem Erdzeitalter entwickelten sich die ersten Wälder?
• Im Karbon vor 360 Mio. Jahren: Steinkohlewälder
• Ersten Nacktsamer auf Südhalbkugel (Gymnospermen: Koniferen mit ersten
Jahresringen)
• Bedecktsamer ab der mittleren Kreidezeit (Angiospermen, 100 Mio. BP)
• Gräser, Steppen, Savannen ab dem älteren Tertiär (60 Mio. Jahre BP)
• globale Braunkohleentwicklung im Tertiär nach Ausbildung einer immergrünen
Gehölzflora
• Sommergrüne Wälder der Arktis erobern Mitteleuropa (aktotertiäre Elemente)
• Gebirgsbildung (Alpen) im Jungtertiär: Hochgebirgsflora
• Pleistozän: Veramung der aktotertiären Flora zur aktotertiären Reliktflora
• Kaltzeiten: Verschiebung der Vegetationszonen nach Süden (Refugialgebiete) und
anschließend nach Norden in der Warmzeit Artenverarmung
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Biogeographie
Die Entwicklung seit der letzten Eiszeit
Nenne die Waldfolge in Europa im Holozän und die verschiedenen Einflussfaktoren:
Ausbreitungs
geschwindigkeit
Ausbreitungs
Strategie /
Wanderungs
routen
Birke
Konkurrenz
Wettbewerb
Kiefer
Eiche/Ulme
Buche
Lage der
Refugial
gebiete
Klima
Pedogenese
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Biogeographie
Übungsfragen
Seit wann und in welcher Form findet anthropogene Vegetationsveränderung statt
• seit ca 7.000 BP
• Rodungen, LWS Nutzung, Entwässerung (Drainage), neue Pflanzenarten, Entwaldung
• ab 18. Jh.: Aufforstung mit standortfremden Baumarten
• ab 20. Jh.: Mechanisierung der LWS Artenverarmung Produktionslandschaft
Was sind Ökosysteme?
• (=ökologische Systeme) sind Lebewesen-Umwelt-Einheiten
• Ökosysteme sind zur Selbstregulation befähigt und stehen mit anderen Ökosystemen in
Austausch (offene Systeme)
Was sind Synusien?
• Eine Gruppe von Pflanzen mit gleicher Lebensform innerhalb von Vegetationskomplexen
in Biotopen, die unter einheitlichen Standortbedingungen
Wetzel 2008
gedeiht, wie z.B. die Baum- oder Krautschicht in Wäldern
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Biogeographie
Zonale Vegetationsgliederung
Zonale Vegetation:
Im Einklang mit dem Großklima stehende Vegetation (klimatische
Schlussgesellschaften) des Tieflands auf durchschnittlichen Böden,
die großflächig verbreitet ist (z.B. borealer Nadelwald)
Extrazonale Vegetation:
Zonale Vegetation die außerhalb ihres zonalen Verbreitungsgebietes
kleinräumig unter lokal besonderen klimatischen und edaphischen
Verhältnissen auftritt
(z.B. wärmeliebende Flaumeichenwälder am Kaiserstuhl, obwohl
zonal eigentlich im Mittelmeerraum verbreitet).
Azonale Vegetation:
Vegetation, die keine großflächige zonale Verbreitung aufweist und
deren Vorkommen nicht klimatisch sondern bodenökologisch-edaphisch
bedingt ist (z.B. Salzwiesenvegetation oder
Hochmoorvegetation).
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Wetzel 2008
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Biogeographie
Grundbegriffe Population
Archäophyten
• Alteinwanderer, die sich seit dem beginn des Ackerbaus
ausgebreitet haben
Neophyten
• Einwanderer (Neueinwanderer), die seit der Entdeckung
Amerikas bei uns bewusst oder unbewusst eingeschleppt wurden
Indigen
• werden die Arten bezeichnet, die sich ohne menschliche
Einflüsse in einem Raum gebildet oder neu ausgebreitet haben
Wetzel 2008
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