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AbituraufgabenPotenz und ökologische Nische

Gräser im Grundwasserversuch und Watvögel im Schlick — wie Konkurrenz bestimmt, wer wo wächst und frisst.

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Wiesengräser im Grundwasserversuch

AFB I–III

Auf Wirtschaftswiesen Mitteleuropas wachsen häufig Glatthafer, Wiesenfuchsschwanz und Aufrechte Trespe. Um ihre Ansprüche an die Wasserversorgung zu untersuchen, legte der Ökologe Heinz ELLENBERG in den 1950er-Jahren einen Versuch an (M1). Die Ergebnisse zeigt M2.

M1Versuchsaufbau

Ein langes, schräg liegendes Beet wurde mit einheitlichem Boden gefüllt und von unten mit Wasser gespeist. Dadurch lag das Grundwasser am unteren Ende nur 10 cm, am oberen Ende 130 cm unter der Bodenoberfläche. In einem Teil des Beets wurde jede Grasart für sich ausgesät (Reinkultur), in einem anderen Teil alle drei Arten gemeinsam (Mischkultur). Licht, Temperatur und Düngung waren überall gleich. Nach zwei Jahren wurde die oberirdische Trockenmasse jeder Art bestimmt.

M2Trockenmasse der Gräser in Abhängigkeit vom Grundwasserstand
Grundwasser unter Oberfläche10 cm30 cm50 cm70 cm90 cm110 cm130 cm
Glatthafer, Reinkultur307010095755030
Glatthafer, Mischkultur15559590653515
Wiesenfuchsschwanz, Reinkultur709510080553520
Wiesenfuchsschwanz, Mischkultur6045105500
Aufrechte Trespe, Reinkultur205080100958065
Aufrechte Trespe, Mischkultur051020406055
Trockenmasse in Prozent des höchsten Werts der jeweiligen Art in Reinkultur; Modellwerte, vereinfacht nach dem Versuch von ELLENBERG.
  1. Beschreiben Sie die Ergebnisse für den Wiesenfuchsschwanz in Rein- und Mischkultur (M2).
  2. Vergleichen Sie physiologische und ökologische Potenz der drei Grasarten gegenüber dem Grundwasserstand.
  3. Erklären Sie, warum der Glatthafer in Mischkultur sein Optimum behält, während Wiesenfuchsschwanz und Aufrechte Trespe an die Ränder des Gradienten verdrängt werden.
  4. In einem Bestimmungsbuch heißt es: „Der Wiesenfuchsschwanz ist eine Nässe liebende Art feuchter Wiesen.“ Beurteilen Sie diese Aussage auf der Grundlage von M2.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Nennen Sie für beide Kulturformen Optimum, Verlauf und Toleranzbereich mit Werten.
Hinweis zu Aufgabe b)
Reinkultur zeigt die physiologische, Mischkultur die ökologische Potenz. Vergleichen Sie Lage des Optimums und Breite des Bereichs.
Hinweis zu Aufgabe c)
Welche Art ist in der Mitte des Gradienten am wüchsigsten? Worum konkurrieren Gräser in einer dichten Wiese?
Hinweis zu Aufgabe d)
Unterscheiden Sie, wo eine Art am besten wächst und wo sie sich gegen Konkurrenten behaupten kann.Beurteilen: Zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden formulieren und begründen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

In Reinkultur wächst der Wiesenfuchsschwanz über den gesamten Gradienten. Die Trockenmasse steigt von 70 % bei 10 cm Grundwasserabstand auf das Maximum von 100 % bei 50 cm und fällt dann bis 130 cm auf 20 % ab. In Mischkultur erreicht er das höchste Ergebnis mit 60 % bei 10 cm; bei 30 cm sind es noch 45 %, ab 50 cm nur noch 10 % und weniger, ab 110 cm fehlt er ganz. Sein Vorkommen ist in Mischkultur also auf die nassen Standorte beschränkt, und auch dort bleibt die Trockenmasse unter der der Reinkultur.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Physiologische Potenz (Reinkultur): Alle drei Arten wachsen im gesamten untersuchten Bereich; ihre Optima liegen eng beieinander bei mittlerem Grundwasserstand (Glatthafer und Wiesenfuchsschwanz 50 cm, Aufrechte Trespe 70 cm). Die Arten unterscheiden sich physiologisch also nur wenig. Ökologische Potenz (Mischkultur): Der Glatthafer behält sein Optimum bei 50 cm, der Bereich wird nur wenig schmaler. Der Wiesenfuchsschwanz wird zum nassen Ende verschoben (Optimum 10 cm), die Aufrechte Trespe zum trockenen Ende (Optimum 110 cm). Bei beiden ist die ökologische Potenz deutlich enger als die physiologische und gegenüber dem physiologischen Optimum verschoben; die drei Arten teilen den Gradienten unter Konkurrenz untereinander auf.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

In der Mischkultur konkurrieren die Gräser interspezifisch um dieselben Ressourcen, vor allem Licht, Wasser und Nährsalze. Bei mittlerem Grundwasserstand ist der Glatthafer am wüchsigsten: Er wird hoch und beschattet die anderen Arten, die dadurch weniger Fotosynthese betreiben und zurückgedrängt werden. Er ist dort konkurrenzstärker. Der Wiesenfuchsschwanz erträgt hohen Grundwasserstand besser als der Glatthafer, dessen Wuchs bei 10 cm stark nachlässt; dort kann er sich behaupten. Die Aufrechte Trespe erträgt Trockenheit besser und setzt sich bei tiefem Grundwasser durch, wo der Glatthafer schwach wird. Die beiden unterlegenen Arten werden also nicht von ihrem Optimum angezogen, sondern auf die Bereiche abgedrängt, in denen der Konkurrent geschwächt ist.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Aussage beschreibt das Vorkommen im Freiland zutreffend: Unter Konkurrenz findet man den Wiesenfuchsschwanz vor allem auf nassen Standorten (M2, Mischkultur). Die Formulierung „Nässe liebend“ ist aber irreführend. In Reinkultur liegt sein Optimum bei mittlerem Grundwasserstand (50 cm), bei 10 cm erreicht er nur 70 % davon. Physiologisch bevorzugt er also keine Nässe; er erträgt sie lediglich besser als der Glatthafer und ist deshalb dort konkurrenzfähig. Treffender wäre: „Der Wiesenfuchsschwanz erträgt Nässe und ist auf nassen Wiesen konkurrenzstark.“ Die Aussage verwechselt ökologische und physiologische Potenz.

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Watvögel im Wattenmeer

AFB II–III

Bei Ebbe suchen im Wattenmeer oft mehrere Watvogelarten gleichzeitig auf derselben Wattfläche nach Nahrung. Sie erbeuten Tiere, die im Boden in unterschiedlicher Tiefe leben. M3 zeigt Merkmale einiger Arten, M4 wichtige Beutetiere.

M3Watvögel und ihre Nahrungssuche
ArtSchnabellängeArt der Nahrungssucheerreichbare Tiefe
Sandregenpfeifer1,5 cmläuft, hält an, pickt Beute von der Oberfläche0–1 cm
Rotschenkel4 cmstochert im weichen Schlick0–4 cm
Austernfischer7 cmöffnet Muscheln mit dem meißelartigen Schnabel0–5 cm
Pfuhlschnepfe9 cmstochert tief im Watt2–9 cm
Großer Brachvogel13 cmzieht Würmer aus tiefen Gängen3–15 cm
Mittelwerte; bei Pfuhlschnepfe und Brachvogel haben die Weibchen längere Schnäbel als die Männchen.
M4Beutetiere im Watt
BeutetierAufenthalt im Boden
Wattschneckean der Oberfläche
Schlickkrebsin Wohnröhren bis 4 cm
Herzmuschel1–3 cm
Baltische Plattmuschel4–8 cm
Seeringelwurmin Gängen bis 15 cm, zur Nahrungssuche nahe der Oberfläche
Wattwurmin U-förmigen Röhren, meist 10–25 cm
  1. Stellen Sie die Nischen der fünf Arten im Faktor „Nahrungstiefe“ in einem geeigneten Diagramm dar (M3).
  2. Ermitteln Sie mithilfe von M3 und M4, welche Vogelarten Baltische Plattmuscheln und welche Wattwürmer erbeuten können.
  3. Erläutern Sie am Beispiel der Watvögel das Prinzip der Einnischung und seine Bedeutung für das Zusammenleben der Arten.
  4. Ein Politiker argumentiert: „Wenn der Große Brachvogel aus dem Wattenmeer verschwindet, ist das ökologisch kein Verlust, denn andere Watvögel fressen ja dieselben Tiere.“ Nehmen Sie Stellung zu dieser Aussage.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Eine Achse für die Tiefe, die Arten nebeneinander — jede Art als Balken ihres Tiefenbereichs.
Hinweis zu Aufgabe b)
Vergleichen Sie die Tiefe der Beute mit der erreichbaren Tiefe. Beachten Sie auch die Art der Nahrungssuche.
Hinweis zu Aufgabe c)
Wo überlappen die Nischen, wo nicht? Was folgt daraus für die Konkurrenz?
Hinweis zu Aufgabe d)
Prüfen Sie, ob wirklich alle Beutetiere des Brachvogels auch von anderen Arten erreicht werden.Stellung nehmen: Zu einem Sachverhalt nach kritischer Prüfung und sorgfältiger Abwägung eine eigene begründete Position beziehen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Geeignet ist ein Balkendiagramm: Auf der senkrechten Achse wird die Tiefe im Boden von 0 cm (oben, Oberfläche) bis etwa 15 cm (unten) aufgetragen, auf der waagerechten Achse stehen die fünf Arten nebeneinander, geordnet nach Schnabellänge. Für jede Art reicht ein Balken über ihren Tiefenbereich: Sandregenpfeifer 0–1 cm, Rotschenkel 0–4 cm, Austernfischer 0–5 cm, Pfuhlschnepfe 2–9 cm, Großer Brachvogel 3–15 cm. Achsenbeschriftung mit Einheit, Titel und Artnamen gehören dazu. Das Diagramm zeigt die Nischen im Faktor Nahrungstiefe als teils überlappende, gestaffelte Bereiche.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Baltische Plattmuscheln leben 4–8 cm tief. Erreichbar sind sie für die Pfuhlschnepfe (bis 9 cm) und den Großen Brachvogel (bis 15 cm); der Austernfischer erreicht nur flach liegende Tiere am oberen Rand (bis 5 cm). Sandregenpfeifer und Rotschenkel kommen nicht so tief. Wattwürmer liegen meist 10–25 cm tief; nur der Große Brachvogel erreicht mit bis zu 15 cm wenigstens einen Teil von ihnen. Die Beute des Brachvogels in größerer Tiefe ist also für keine andere der genannten Arten zugänglich.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die fünf Arten nutzen dieselbe Wattfläche zur selben Zeit, also dasselbe Habitat. Ihre Nischen unterscheiden sich aber im Faktor Nahrungstiefe und in der Art der Nahrungssuche: Der Sandregenpfeifer sammelt an der Oberfläche, der Rotschenkel stochert flach, der Austernfischer spezialisiert sich auf Muscheln, Pfuhlschnepfe und Brachvogel erschließen tiefere Schichten. Die Nischen überlappen nur teilweise; dadurch ist die interspezifische Konkurrenz um Nahrung geringer, als sie bei gleicher Nahrungssuche wäre. Diese Aufteilung der Ressourcen nennt man Einnischung. Sie ist das Ergebnis einer Selektion, die Unterschiede zwischen konkurrierenden Arten begünstigt, und ermöglicht, dass mehrere Arten mit ähnlichen Ansprüchen dauerhaft nebeneinander vorkommen.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Aussage trifft nur zum Teil zu. Richtig ist, dass sich die Nischen überlappen: Beutetiere in 3–9 cm Tiefe werden auch von Pfuhlschnepfe und zum Teil vom Austernfischer genutzt. Der Große Brachvogel besetzt jedoch als einzige Art den Bereich unterhalb von 9 cm und erbeutet dort z. B. Wattwürmer und Seeringelwürmer in ihren Gängen. Diese Ressource würde nach seinem Verschwinden von keiner der genannten Arten genutzt; die Nische bliebe unbesetzt, die Beziehungen im Nahrungsnetz würden sich verändern. Zudem ginge eine Art mit ihrer eigenen Rolle im Ökosystem verloren, was die Biodiversität verringert. Die Aussage übersieht, dass Einnischung gerade bedeutet, dass die Nischen verschiedener Arten nicht identisch sind. Ökologisch ist das Verschwinden daher sehr wohl ein Verlust.