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Umweltwissenschaften (Fach) / Kapitel 5 (Lektion)

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• Biodiversität - Definition Vielfalt der lebenden Organismen inklusive aller ökologischerWechselbeziehungen
• Warum ist der Erhalt von Biodiversität wichtig? 1. Ethische Dimension der Biodiversität („Ökologische Ethik“) Arten benötigen keine Bedeutung für die Gesellschaft um ihre Existenzzu rechtfertigen. Jede Art hat ein „Recht“ zu existieren und besitzt einenEigenwert, der sich aus ihrer einzigartigen Evolution und ökologischenEinbindung ergibt. 2. Nutzwert der Biodiversität Biodiversität kann auf verschiedenen Ebenen einen Nutzwert für diemenschliche Gesellschaft haben.
• Ebenen der Biodiversität und ihr möglicher Nutzwert 1. Genetische Variabilität und Differenzierung von Populationen Nutzwert: Wichtig für die Zucht von Nutzpflanzen: Nutzpflanzen werden ausunterschiedlichen Sorten der “natürlichen” Pflanzen gezüchtet; reduzierte Auswahl von Pflanzen bedeutet reduzierte Möglichkeiten um neue Feldfrüchte zu entwickeln. 2. Artenvielfalt Nutzwert: Herstellung von Medikamenten aus “natürlichen” Pflanzenstoffen 3. Diversität der Lebensgemeinschaften Lebensgemeinschaften: Pflanzen und Tiere die ähnliche Umweltansprüche haben, und zusammen in einem gemeinsamen Lebensraum überleben, und durch ernährungsbiologische Beziehungen ein Verknüpfungsgefüge bilden. Nutzwert: z.B. (1) Waldlebensgemeinschaften (Bäume zusammen mit anderer Vegetation und Bodenorganismen) filtern, “bearbeiten” und wandeln Luftschadstoffe in ungefährliche Substanzen (für die Menschheit) um; (2) Bodengemeinschaften bauen/puffern Schadstoffe (z.B. organische Stoffe) ab.
• Warum gibt es eine höhere Artenzahl in den Tropen als in den höheren Breiten? 1. Hohe Primärproduktion: Korrelation der Pflanzartenanzahl mit Primärproduktion (Pflanzenproduktion/Produktion von Biomasse); auf Grund des Klimas ist Primärproduktion in den Tropen sehr hoch 2. Strukturdiversität der Vegetation: Korrelation der Tierartenanzahl mit Vegetationsdiversität; Je vielfältiger die Vegetationsarten desto vielfältiger die Tierarten (Tiere haben eine größere Auswahl an Pflanzen als Nahrung, und um sich darin zu bewegen und zu verstecken, usw.) 3. Viele andere geologische, evolutionsbiologische, ökologischeFaktoren (z.B. Feuerhäufigkeit)
• Geographische Verteilung von Biodiversität: „Hot Spots” Gebiete mit besonders hoher Konzentration endemischer Arten und außergewöhnlich starkem Lebensraumverlust.  
• Ökosysteme - Definition Ein Ökosystem ist eine funktionelle Einheit der Biosphäre, d.h. ein Wirkungsgefüge aus Organismen und unbelebten natürlichen sowie anthropogenen Umweltfaktoren, die untereinander und mit ihrer Umgebung in energetischen, stofflichen und informatorischen Wechselwirkungen stehen (Bick, 1993).
• Ökosysteme - Grundkomponenten und Merkmale Grundkomponenten (Auswahl): Produzenten (in erster Linie Pflanzen, auch Mikroorganismen, → Lebewesen, die Photosynthese betreiben und Biomasse produzieren (mithilfe von Sonnenlicht, Wasser, Nährstoffen) Konsumenten (Tiere und Mikroorganismen, die sich von lebenden Organismen ernähren) Destruenten (Mikroorganismen und Tiere, die organische Substanz abbauen → Bestandsabfallfresser) Merkmale: Verbindung durch Nahrungsketten und –netze, über die Energie weitergegeben wird Umsetzung von Nährelementen und anderen Stoffen in biogeochemischen Kreisläufen
• Prozesse in Ökosystemen (Maintenance of „essential life support systems“ (de Groot et al, 2002) Konversion von Sonnenenergie in Biomasse durch Photosynthese Einfluss der Landbedeckung auf die Regulierung des Oberflächenabfluss und der Abflussbildung Filterung, Retention (ausgleichende Wirkung von Stauräumen auf den Abfluss in Fließgewässern) und Speicherung von Wasser Rolle des Ökosystems in biogeochemischen Kreisläufen (z.B. Stickstoff) Speicherung und Recycling von Nährstoffen (N, P, S) Verwitterung von Gestein und Akkumulation von organischer Bodenmasse (Bodenbildung) Rolle der Wurzelschicht und der Bodenlebewesen für den Erhalt der Bodenstruktur Verteilung von Pollen, Bestäubung Lebensraum für wildlebende Pflanzen und Tiere (Habitat) Pool für genetisches Material als Grundlage der Evolution
• Ökosysteme und Biodiversität: Artenanzahl und Ökosystemprozesse Ökosystemen mit hoher Artenvielfalt (z.B. tropische Regelwälder) stehen extrem artenarmen Systemen gegenüber → Beziehung zwischen Artenzahl und Ökosystemfunktionen ist nicht linear Beispiel Landwirtschaft: mit wenigen Arten kann hohe Produktivität erreicht werden, jedoch ist dieses System instabil gegenüber variablen Umweltbedingungen
• Ökosysteme und Biodiversität: "Insurance" Hypothese In einem artenreichen System ist das Netzwerk ökologischer Interaktionen enger gespannt und damit eine „Versicherung“ gegenüber Störungen z.B. bei einer Klimaänderung von warm zu kalt werden thermophile (wärmeliebende) Arten benachteiligt; Arten, die bisher keine große Rolle spielten können die Verluste jedoch kompensieren. Langsamer stetiger Wandel oder als plötzlicher Systemumschwung/Zusammenbruch mit Etablierung neuer Strukturen
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• Ökosysteme und Biodiversität: Häufigkeitsverteilung und Zusammensetzung der Arten Dominante Arten haben den größten Anteil an Produktivität oder Nährstoffumsatz → Auslöschung einer dominanten Art hat starke Auswirkungen auf Prozesse
• Ökosysteme und Biodiversität: Funktionale Eigenschaften von Arten Verlust von Schlüsselarten oder Ingenieurarten, die für die Funktionsweise des Systems eine tragende Rolle spielen wiegt besonders schwer Beispiele: Raubkatzen an der Spitze der Nahrungspyramide oder Mikroorganismen, welche die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden garantieren Indirekte Effekte: z.B. Insektenart, die für Bestäubung dominanter Baumarten notwendig ist. Weist eine Art funktionale Ähnlichkeiten zu den anderen Arten des Systems auf → Kompensatorische Effekte
• Drivers & Pressure: Einflüsse des Menschen auf Ökosysteme und Biodiversität Konversion der Landbedeckung und natürlicher Ökosysteme Nicht-nachhaltige Ressourcennutzung Invasion nicht-heimischer Arten
• Konversion der Landbedeckung und natürlicher Ökosysteme Transformation natürlicher / naturnaher Ökosysteme in anthropogen geprägte. häufig irreversibel z.B. Wald in Plantage, Grünland oder Äcker z.B. Urbanisierung, Entwicklung von Verkehrswegen Wichtigster Grund für den Verlust biologischer Vielfalt   FragmentierungRäumliche Zergliederung von natürlichen Ökosystemen in isolierte Teilgebiete. Inseln sind vielfach zu klein, um als Ökosystem zu „funktionieren“ Verkleinerung der Lebensräume → Isolation von Populationen Verlangsamung des genetischen Austauschs zwischen Populationen Schleichender Artenverlust in den Fragmenten Bsp.: Straße, die durch einen Wald gebaut wird → Zergliederung des Waldes in zwei Teile, Populationen werden getrennt. Folge: genetische Armut, d.h. Inzucht bestimmter Gruppen
• Nicht-nachhaltige Ressourcennutzung Stoffliche Überlastung natürlicher Ökosysteme Abbaubare organische Stoffe und Nährsalze (Nitrat , Phosphat), z.B. Eutrophierung von Seen, Fließ- und Küstengewässern Persistente organische Stoffe (z.B. DDT, Lindan), z.B. direkte toxische Schäden, Anreicherung in der Nahrungskette (z.B. in Fischen, die gefischt werden) Luftschadstoffe, z.B. Schädigung von Wäldern und Seen durch „sauren Regen“ Toxische und radioaktive Stoffe: direkte Schädigung von Organismen   Zunehmende Übernutzung natürlicher Ressourcen nicht nachhaltige anthropogene Nutzung biologischer Ressourcen, d.h. „es wird mehr geerntet als nachwächst“ Jagd, Fischerei, Weide- und Waldwirtschaft Schädigung der Ökosystemstruktur und Störung seiner Prozesse Extremfall: Ausrottung der genutzten Art
• Invasion nicht-heimischer Arten Neben der Konversion wichtigster Grund für Verlust an Tierarten   Unbeabsichtigte Verschleppung Hungersnot in Irland (1845 – 1851) durch den Kartoffelpilz (Phytophtera infestanz) Ulmen und Kastaniensterben in Mitteleuropa und Nordamerika (Bakterien, die Cryphonectria parasitica) Gezielte Ansiedlung Goldene Napfschnecke in Asien (Ende 1980er); ursprünglich aus Paraguay; Ansiedlung als neuer Eiweißlieferant; Ausbreitung auf Reisfeldern verursachte erhebliche Ernteausfälle; Einfuhr des Kaninchens als Jagdwild in Australien (1850)
• Impact Verlust an Biodiversität Verlust von Ökosystemdienstleistungen
• Biodiversität in Deutschland: Kategorien der bedrohten Arten AusgestorbenArten, die vor ca. 100 Jahren noch in Deutschland vorkamen, inzwischenausgestorben. Von Aussterben bedrohtÜberleben in Deutschland unwahrscheinlich unter aktuellen Umständen. Stark gefährdetWerden in 10 Jahren vom Aussterben bedroht sein. GefährdetWerden in 10 Jahren stark gefährdet sein.
• Ökosystemdienstleistungen: Grundgedanke Ökosysteme stellen Funktionen und Güter bereit, die für das menschliche Wohlergehen unverzichtbar sind (Millennium Ecosystem Assessment, 2003). Deshalb sind Ökosysteme und die Gesellschaft untrennbar miteinander verwoben.
• Verlust an Ökosystemdienstleistungen Habitatverlust Weitere 10 - 20% der Grasland und Waldflächen werden bis 2050 konvertiert werden. Übernutzung, stoffliche Überlastung Anstieg des Drucks durch wachsende Weltbevölkerung
• Beispiel: Abholzung tropischer Primärwälder Gründe Bedarf nach Ackerland (Bevölkerungsdruck, Armut), kommerzielle Interessen der Holznutzung, mangelnder politischer Steuerungswille. Wirkungskette Nutzung als Ackerland nur kurzzeitig möglich (Fertilitätsverlust (Fruchtbarkeitsverlust), Bodenerosion) → unproduktives Grünland → Sekundärwald.   Auswirkungen auf Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen Verlust genetischer Informationen → Entwicklung von Medikamenten Verlust der biologischen Kohlenstoffsenke Änderung der lokalen Wasserbilanz → erhöhter Oberflächenabfluss → Veränderung der Wasserqualität durch Sedimentfracht → Fischsterben Langfristiger Verlust als Einnahmequelle für Holz Vernichtung des Kulturraums indigener Völker
• Response Klassischer Naturschutz Ökosystemansatz Nachhaltige Ressourcennutzung Ebenen der Umsetzung
• Naturschutzkategorien in Deutschland Naturschutzgebiet Strengste Schutzkategorie; alle Handlungen untersagt, die das Schutzobjekt oder einzelne seiner Bestandteile zerstören, beschädigen,  oder verändern.   Nationalpark Schutzgebiete die großräumig und von besonderer Eigenart sind, auf dem größeren Teil ihrer Fläche die Voraussetzungen für ein Naturschutzgebiet erfüllen.   Landschaftsschutzgebiet Gebiete, in denen Natur und Landschaft zumindest teilweise eines Schutzes bedürfen.
• Der ökosystemare Ansatz Entwickelt im Rahmen des internationalen Übereinkommens über die biologische Vielfalt. Ziel: integriertes, alle Erfordernisse abwägendes Management von Ökosystemen auf der Grundlage geeigneter wissenschaftlicher Methoden und aller verfügbaren Informationen. Es wird anerkannt, dass Menschen mit ihrer kulturellen Vielfalt ein fest zugehöriger Bestandteil vieler Ökosysteme sind. Komplementär zu anderen Management- und Schutzstrategien.
• Prinzipien des ökosystemaren Ansatzes Der ökosystemare Ansatz Gleichgewicht zwischen und eine Verknüpfung von Schutz und Nutzung biologischer Vielfalt bemühen sollte jede Art von relevanten Informationen, Kenntnisse und Verfahrensweisen berücksichtigen (wissenschaftlich, indigen, lokal) sollte alle relevanten Gruppierungen der Gesellschaft und alle relevanten Wissenschaftsdisziplinen einbeziehen
• Nachhaltige Ressourcennutzung Industrie und Verkehr Einführung und Kontrolle von rechtlichen Umweltstandards Beschränkung der Schadstoffemissionen   Landwirtschaft Vermeidung der Flächenausdehnung (Intensivierung ?!?) Verbesserung der Landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsmethoden (Produktionssteigerung, Verminderung des Erosionsrisikos etc.) Bewahrung der Artenvielfalt in Agrarökosystemen Verlust von Erntegütern bei Lagerung, Transport und Verarbeitung vermeiden   Forstwirtschaft Vermeidung der unkontrollierten Holzentnahme und Abholzung Geregelte auf Multifunktonalität und auf Nachhaltigkeit ausgerichtete Forstnutzung Einführung entsprechender rechtlicher Standards   Hochseefischerei Sicherstellung nutzbarer Bestände (Monitoring) Einhaltung von Fangquoten Verhinderung der Degradation von Gewässerökosystemen durch die Einleitung von Schadstoffen Aquakultur (Fische, Krebse etc.)
• Ökonomisch orientierte Nutzung von Ökosystemen nach dem Konzept „Schutz durch Nutzung” (WBGU, 1999) Selous-Reservat Tansania: Ökotourismus und Jagdrechte zur Subsistenz der Einwohner CAP (Common Agriculture Policy) Reform der EU → Entkopplung der Agrarsubventionen von der reinen Produktionsmenge, hin zu einer Förderung umweltverträglichen Produktionsverfahren
• Nachhaltige Ressourcennutzung: Umsetzung auf unterschiedlichen Ebenen Institutionelle Ebene Integration von Ökosystemmanagement in andere sektorale Planungen (z.B. Verkehr, Wasserbau etc.) Verbesserte Koordination zwischen Institutionen Transparenz bei Entscheidungen, die Auswirkungen auf Ökosysteme haben   Technologie und Wissen Erhöhung der Energieeffizienz Verbesserung des landwirtschaftlichen Managements Wissens- und Technologietransfer bzw. Verbreiterung der Wissensbasis.   Ökonomische Ebene Einstellung von Subventionen, die zur Zerstörung von Ökosystemen führen, bzw. deren Anpassung zum Schutz von „non-use“ Werten. Nutzung von ökonomischen Instrumenten zum Management von Ökosystemdienstleistungen (z.B. Bezahlung von ÖSDL, Besteuerung von Aktivitäten mit “externen Kosten”). Unterstützung des Kundenverhaltens z.B. durch Zertifizierungssysteme.

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