Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

Gründen bei der Untersuchung von Energiefluss und Stoffkreislauf folgt. Erst durch die willkürliche Abgrenzung von funktionellen Organismengruppen kommt die Konfiguration des Energieflusses in einem Ökosystem zustande. Umgangssprachlich und in der populären Ökologie-Literatur wird der Begriff Ökosystem meistens synonym zu Naturraum (Biom) gebraucht.
4.4.1 Stoffkreisläufe
    Durch die Organismen eines Nahrungsnetzes werden Stoffressourcen aus der Umwelt aufgenommen, umgebaut und abgebaut, weitergegeben oder abgegeben. Selbst die vollständig reduzierten anorganischen Bestandteile der Biomasse können wieder als Ressource dienen. Die Stoffe zirkulieren also in einem Ökosystem. Dieser Kreislauf der Stoffe ist jedoch nur dann vollständig, wenn man globale Langzeitbilanzen zieht. Regional und mittelfristig betrachtet, werden Teile der anorganischen und organischen Stoffe deponiert oder in andere Lebensräume exportiert, es gibt Reservoirs und Flüsse von Stoffen. Als biologisch wichtige Stoffe seien hier besonders Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Wasser genannt (Abb. 4. 20 ).

    Abb. 4. 20 Stoffkreisläufe. In diesem allgemeinen Schema sind die Biozönosen in Ellipsen dargestellt und abiotische Mineralstoffvorräte in Kästen (bedeutende Reservoirs dunkel eingerahmt), Pfeile charakterisieren den Mineralstofffluss. Menschliche Aktivitäten beeinflussen diese globalen Stoffkreisläufe.
    Kohlenstoffkreislauf: Der Kohlenstoffkreislauf ist durch die Photosynthese der grünen Pflanzen und die Atmung der Organismen eng mit dem Sauerstoffkreislauf gekoppelt (Abb. 4. 21 ). Aus dem atmosphärischen Kohlendioxidvorrat von 0,038 Vol% wird Kohlenstoff photosynthetisch in die Biosphäre eingespeist und durch die Atmung ständig zurückgeführt. Die Ozeane bilden eine gigantische Kohlenstoffsenke, denn sie binden Kohlenstoff physikochemisch als Carbonat und biologisch durch die Photosynthese des Phytoplanktons. Die von Primärproduzenten freigesetzte Menge an Sauerstoff übersteigt dabei diejenige, die beim Abbau organischer Substanz durch die Atmung freigesetzt wird. Das ist darauf zurückzuführen, dass ein Teil der biogenen Kohlenstoffverbindungen nicht abgebaut wird, sondern sich als organisches Material anreichert und fossilisiert (z. B. als Erdöl, Steinkohle, unbelebte organische Substanz, lebende Biomasse). Der freigesetzte Sauerstoff wurde im Laufe der Erdgeschichte durch Oxidationsprozesse in Gesteinen festgelegt und hat zu einem Anstieg der atmosphärischen Sauerstoffkonzentration auf heute 21 Vol% geführt. Durch den anthropogenen Verbrauch fossiler Brennstoffe und die Freisetzung von CO 2 aus Humussubstanzen in Böden, die in landwirtschaftliche Nutzung überführt wurden, ist die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration von 0,025 Vol% Mitte des 18. Jahrhunderts auf heute 0,038 Vol% angestiegen ( Mikrobiologie ).

    Abb. 4. 21 Kohlenstoffkreislauf. Angaben der Pools (Kästen) in 10 15 g C, der Raten (fett) in 10 15 g C pro Jahr. Nettoverlust: Netto-Freisetzung von CO 2 durch Abholzung und damit verbundenem Verlust an Kohlenstoff in der pflanzlichen Biomasse und in der Humussubstanz des Bodens. Austrag: Austrag von Kohlenstoff aus terrestrischen Lebensräumen über Fließgewässer.
    Stickstoffkreislauf: Die Atmosphäre enthält 78 Vol% N 2 und bildet damit das größte Stickstoffreservoir. Der elementare Stickstoff wird durch frei lebende oder symbiotische Mikroorganismen organisch gebunden, die Stickstoffbindung durch geochemische Vorgänge ist demgegenüber unbedeutend. Bei der Zersetzung der stickstoffbindenden Bakterien entstehen anorganische Nitrate und Ammoniumverbindungen, aus denen die Pflanzen Aminosäuren und Eiweiße bilden. Die Konsumenten decken ihren Stickstoffbedarf aus der pflanzlichen und tierischen Nahrung. Beim Abbau organischer Substanzen wird durch Bakterien Ammonium freigesetzt, in Nitrat überführt und wieder für die Pflanzen bereitgestellt. Stickstoff zirkuliert also im Ökosystem, ohne atmosphärisch auftreten zu müssen, es entsteht ein rein biologischer Stickstoffkreislauf Abb. 4. 22 ). Der atmosphärische Stickstoffkreislauf wird erst geschlossen, wenn denitrifizierende Bakterien elementaren Stickstoff freisetzen ( Mikrobiologie ).

    Abb. 4. 22 Stickstoffkreislauf: Angaben der Pools in 10 12 g N, der Raten in 10 12 g N pro Jahr. Austrag: Austrag von Stickstoff aus terrestrischen Lebensräumen über Fließgewässer.
    Phosphorkreislauf: Das hauptsächliche