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Materialtransport:
Der Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf(zyklus) |
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Die Nahrungskette ist ein Indiz dafür,
auf welche Art und Weise der Stoffwechsel in Ökosystemen vor
sich geht. Beim ersten Blick sieht alles sehr effektiv aus - in
Bezug auf die Produktivität ist jedoch das Gegenteil der Fall.
Der Transfer von der Pflanzen über Pflanzenfressern zu verschiedenen
Stufen von Fleischfressern resultiert in einem Produktionsabfall
von mehr als 95% - von Stufe zu Stufe! Zum Beispiel wird die jährliche
Pflanzenmasse nur zu 10-20% von Pflanzenfressern konsumiert, wovon
nur die Hälfte verdaut wird. Der größte Teil der
verdauten Masse wird für die Aufrechterhaltung der Körperfunktionen
gebraucht, besonders in Warmblütern, nur ein geringer Teil
geht in die Neuproduktion. Die Raubtiere scheinen etwas effizienter
in der Verwertung zu sein, weil deren Nahrung etwas verdaulicher
ist. Die Wirbellosen verwandeln einen höheren Anteil der verdauten
Nahrung in neues Gewebe, weil sie keine besondere Energien für
die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur brauchen. |
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Trotz einiger Variationen geschieht
in jedem Glied Nahrungskette in etwa das gleiche - es trägt
nur einen kleinen Teil der Biomasse im nächsthöheren Glied.
Um genug Nahrung zu finden, brauchen Pflanzenfresser daher ein großes
Areal, Fleischfresser ein noch größeres. Diese greifen
auch auf diverse Nahrungsstoffe zurück - sie sind viel eher
Generalisten als auf bestimmte Nahrung spezialisiert. Sie sind gut
angepaßt um so viel Energie wie möglich zu konservieren,
durch Überwinterung und Wärmespeicherung, da die Pflanzenproduktion
der Arktis nur gering ist. Arktische Ökosysteme können
daher genauso wirksam sein wie Ökosysteme in südlicheren
Bereichen, weil sie auf verschiedene Weise den klimatischen Bedingungen
der Arktis und der beschränkten Nahrungszufuhr angepaßt
sind. |
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Wird also ein Großteil der primären
oder auch Pflanzenproduktion verschwendet? Keinesfalls, denn Pflanzen
transferieren einen bedeutenden Anteil ihrer Produktion in unterirdische
Speicherorgane am Ende der Wachstumsperiode. Das ist ein Teil der
Konsrervierungsstrategie, welche es ihnen ermöglich, im Frühjahr
rasch zu wachsen. Die Masse der Pflanzen in Form von Wurzeln, Rhizomen,
etc. ist weitaus größer als der Anteil, der oberirdisch
zu sehen ist - eine generelle Erscheinungsform in der Arktis. Diese
unterirdische Pflanzenmasse wird sowohl von einigen großen
Pflanzenfressern ausgegraben, als auch von im Erdboden lebenden
Spezies wie Würmern, Spinnen und Insekten als Nahrung benutzt.
Die Nahrungskette setzt sich daher im Boden fort, wobei verrottendes
Pflanzenmaterial und Exkremente als wichtige Nahrungsalternative
dienen. In einer oder der anderen Form endet der Großteil
der Pflanzenproduktion im Erdboden. Dort sorgt sie für eine
weitaus größere Artenvielfalt von Mikroorganismen und
Wirbellosen, und eine höhere Produktion, als es an der Oberfläche
den Anschein hat. |
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Abgestorbenes pflanzliches Material
spielt eine Schlüsselrolle in der Entwicklung von Ökosystemen,
da es den Hauptanteil der kleinen Nährstoffmengen enthält,
die neue Pflanzen absorbiert haben. Bei der Zersetzung durch Bakterien
und Pilze und dem Transport durch die Nahrungskette im Erdboden
werden die Nährstoffe der Pflanzenreste von Organismus zu Organismus
tranferiert, freigesetzt und wieder von Wurzeln aufgenommen. Zugleich
wird auch der Kohlenstoff wiederverarbeitet, allmählich jedoch
durch Atmung freigesetzt und die Atmosphäre entlassen. Der
Zersetzungsprozeß in der Arktis geht sehr langsam vor sich,
z.T. wegen der niedrigen Temperaturen und aufgrund des Kühleffektes
des Permafrostbodens. Sowohl der Mangel an Feuchtigkeit in gut durchlüfteten
Böden als auch der Überschuß an Wasser, dort wo
die Entwässerung nicht stattfindet, verringern die Zersetzungsrate.
Pflanzenreste verlieren nur etwa 5-10% ihres Gewichtes im ersten
Jahr. Diese Rate verringert sich noch, da auf längere Sicht
nur die widerstandsfähigeren Reste beim Übergang in kältere
Bodenlagen übrigbleiben. Die organischen Bodenbestandteile
von Generationen von Pflanzen akkumulieren sich allmählich
zu reiferen Böden. In Sümpfen kommt es durch Sauerstoffabschluß
und sehr niedrige Temperaturen durch Wasseransammlung zur umfangreichen
Torfbildung. |
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Die Zirkulation von Kohlenstoff und
Nährstoffen durch das Ökosystem geschieht entlang vieler
verschiedener Wege und folgt diversen Prozessen. Das Ökosystem
bildet keinen geschlossenen Kreislauf. Sowohl Kohlenstoff als auch
die Nährstoffe gelangen aus der Atmosphäre in das System
und zirkulieren darin. Einiges davon wird aus dem System ausgelaugt
und gelangt so in Bäche und Flüsse. Der Großteil
des Kohlenstoffes kehrt schließlich wieder in die Atmopshäre
zurück. Das empfindliche Gleichgewicht zwischen Eintrag von
Kohlenstoff in das Ökosystem und der Rückfluß in
die Atmosphäre ist zum Mittelpunkt der Frage geworden, welche
Rolle die nördlichen Regionen in der Frage des Klimawechsels
spielen. |
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Auch wenn die Pflanzenproduktion im
Norden sehr gering ist, ist die Rate der Zersetzung äußerst
niedrig. Als Ergebnis der allmählichen Akkumulation von Bodenmaterial
enthalten die Böden des Nordens fast 25% des Kohlenstoffs auf
der Erde, in Form von Sümpfen, Mooren und Torfmooren. Da die
Böden der Arktis relativ jung sind, d.h. erst etwa 10.000 Jahre,
haben sie allmählich Kohlenstoff als Pflanzendecke und organisches
Bodenmaterial akkumuliert. Trotz der Rückkehr von Kohlenstoff
in die Atmopshäre aufgrund der Respiration von Pflanzen, Tieren
und Mikroorganismen, hat das Ökosystem eine Nettobalance an
Kohlenstoff, d.h. es hält mehr zurück als einfließt.
Die Organismen dort haben also dazu beigetragen, den Anstieg von
Kohlenstoff in der Atmosphäre, der für den Klimawechsel
verantwortlich ist, zu verringern. Ironischerweise wird die gegenwärtige
und vorausgesagte Erwärmung vermutlich die Zersetzungsrate
in der Arktis erhöhen, wodurch mehr im Boden gespeicherter
Kohlenstoff freigesetzt wird. Das Gleichgewicht zwischen Speicherung
durch Photosynthese und Freisetzung durch die Verrottung oder Zersetzung
wird anfangen zu schwanken. Die Ökosysteme der Tundra werden
so wahrscheinlich in Zukunft zu Nettolieferanten von Kohlenstoff
anstelle von Nettospeichern. Es gibt bereits Hinweise darauf, daß
dies in Alaska schon heute geschieht. |
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