Hilfsmittel: Taschenrechner. Alle Zahlenwerte in den Materialien sind Modellwerte, sofern nicht anders angegeben. Geben Sie Zahlen mit Komma ein. Die Lösungen werden nach dem Auswerten freigeschaltet.
Wissen und Reproduzieren
16 PunkteDie Groppe lebt am Grund sauerstoffreicher, kühler Bachoberläufe, das Rotauge vor allem in langsam fließenden Unterläufen und Seen. Im Labor wurde die Schwimmaktivität beider Arten bei verschiedenen Wassertemperaturen gemessen.
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Erwartungshorizont: a) 1 Minimum (4 °C), 2 Optimum (12 °C), 3 Maximum (20 °C), 4 Pessimum des Rotauges: Die Art überlebt noch, ist aber kaum aktiv und pflanzt sich nicht fort (3 P). b) Toleranzbereich der Groppe von 4 °C bis 20 °C: Breite 16 °C (1 P). c) Die Groppe ist stenotherm: 16 °C Toleranzbereich gegenüber 30 °C beim eurythermen Rotauge; die Lage des Optimums entscheidet nicht über steno- oder euryök (2 P). d) Abiotisch: Sauerstoffgehalt, Fließgeschwindigkeit; biotisch: Bachflohkrebse (Nahrung), Graureiher (Fressfeinde) (2 P).
Auf zwei benachbarten Flächen wurden je zehn Bodenfallen zwei Wochen lang betrieben. Auf dem Magerrasen wurden außerdem Goldlaufkäfer mit der Fang-Wiederfang-Methode untersucht: Am ersten Tag wurden 48 Käfer gefangen, mit einem Farbpunkt markiert und freigelassen. Drei Tage später fing man 60 Goldlaufkäfer, von denen 12 markiert waren.
| Art | Magerrasen (Individuen) | Maisacker (Individuen) |
|---|---|---|
| Goldlaufkäfer | 24 | 3 |
| Hainlaufkäfer | 22 | 2 |
| Feldsandlaufkäfer | 20 | 5 |
| Gewöhnlicher Grabläufer | 18 | 82 |
| Schwarzer Enghalsläufer | 16 | 8 |
| Summe | 100 | 100 |
| Shannon-Index \(H_S\) | 1,60 | 0,70 |
Evenness: \(E=\dfrac{H_S}{\ln S}\) mit S = Artenzahl.
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Erwartungshorizont: a) Bodenfallen (Barberfallen) sind ebenerdig eingegrabene Becher; gefangen wird, was am Boden läuft. Aktive Arten werden häufiger gefangen, die Fangzahl ist daher eine Aktivitätsdichte. Für einen Vergleich braucht man mehrere Fallen je Fläche mit gleichem Aufwand (2 P). b) \(N=\dfrac{M\cdot C}{R}=\dfrac{48\cdot 60}{12}=240\) Goldlaufkäfer (3 P). c) Markierung dauerhaft und unschädlich, gleichmäßige Durchmischung, gleiche Fangwahrscheinlichkeit für markierte und unmarkierte Tiere, keine nennenswerte Zu- und Abwanderung, Geburt oder Tod zwischen den Fängen (2 P). d) \(E=\dfrac{0,70}{\ln 5}=\dfrac{0,70}{1{,}61}\approx0,43\); beim Magerrasen \(E\approx0,99\). Gleiche Artenzahl, aber auf dem Acker dominiert der Grabläufer — die Diversität ist deutlich geringer (1 P).
Zusammenhänge herstellen
22 PunkteIm Freiland wächst der Knollige Hahnenfuß vor allem auf trockenen Magerrasen, der Kriechende Hahnenfuß auf feuchten Wiesen und an Gräben. In einem Topfversuch wurden beide Arten auf fünf Stufen der Bodenfeuchte angezogen — einmal jede Art allein (Reinkultur), einmal beide gemeinsam in einem Topf (Mischkultur). Gemessen wurde die Trockenmasse je Art und Topf nach 12 Wochen.
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Erwartungshorizont: a) Reinkultur: beide Optima bei Stufe 3 (14 g bzw. 13 g); die physiologischen Potenzen überlappen stark. Mischkultur: Der Kriechende Hahnenfuß ändert sich kaum (13 g bei Stufe 3), der Knollige Hahnenfuß bricht ab Stufe 3 ein und hat sein Maximum bei Stufe 1–2 (5–6 g) (3 P). b) \(\dfrac{13-3}{13}\cdot100\,\%\approx77\,\%\) (2 P). c) Reinkultur → physiologische Potenz; Mischkultur → ökologische Potenz; Ursache der Verschiebung → interspezifische Konkurrenz um Licht, Wasser und Mineralstoffe (3 P). d) Physiologisch wächst er bei mittlerer Feuchte am besten; auf trockenem Boden ist der Konkurrent schwach, deshalb verschiebt sich sein ökologisches Optimum dorthin (2 P). e) Nische = Gesamtheit der Beziehungen zu abiotischen (Feuchte) und biotischen Faktoren (Konkurrenz); die Konkurrenz engt die Nische ein und verschiebt sie zum trockenen Bereich — Konkurrenzvermeidung durch Einnischung, kein Ort (2 P).
Die Gemeine Spinnmilbe saugt an Gurkenblättern. Gärtnereien setzen die Raubmilbe Phytoseiulus persimilis ein, die sich fast nur von Spinnmilben ernährt. In einem Gewächshaus ohne Pflanzenschutzmittel wurden 14 Wochen lang beide Arten auf Stichprobenblättern gezählt.
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Erwartungshorizont: a) Spinnmilben-Maxima in Woche 3 (80) und 10 (70), Raubmilben-Maxima in Woche 5 (16) und 12 (14): periodisch, phasenverschoben, Periode ≈ 7 Wochen; Mittelwert der Beute weit über dem der Räuber; keine Ausrottung (3 P). b) 3 → 5 und 10 → 12: jeweils 2 Wochen (2 P). c) Viele Räuber fressen die Beute stark ab; danach fehlt Nahrung, die Geburtenrate der Raubmilben sinkt und die Sterberate steigt — die Räuber folgen der Beute nach unten (1. LOTKA-VOLTERRA-Regel) (2 P). d) 3. LOTKA-VOLTERRA-Regel: Nach gleich starker Dezimierung erholt sich die Beute schneller, weil kaum Räuber übrig sind; die Räuber vermehren sich erst mit Verzögerung. Deshalb sind Breitbandinsektizide beim Nützlingseinsatz ungünstig (3 P).
Verallgemeinern und Reflektieren
12 PunkteNiedersachsen besitzt rund ein Drittel der Moorflächen Deutschlands; über 90 % davon sind für Grünland, Acker oder Torfabbau entwässert. Im nassen Moor sterben Torfmoose unten ab und werden unter Wasser kaum zersetzt, sodass über Jahrtausende Torf mit bis zu 50 % Kohlenstoff entsteht. Das Diagramm zeigt die Emissionen je Nutzung; negative Werte würden eine Netto-Aufnahme bedeuten. Nach der Wiedervernässung steigt der Anteil von Methan (CH₄) an den Emissionen.
Ein Landkreis plant, 400 ha Moor-Acker wiederzuvernässen. Die Betriebe sollen dafür Ausgleichszahlungen erhalten und auf den nassen Flächen Schilf oder Rohrkolben für Dämmstoffe anbauen (Paludikultur).
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Erwartungshorizont: a) Naturnah: Wassersättigung → O₂-Mangel → Zersetzung gehemmt → Torf speichert Kohlenstoff, Emissionen nahe null. Acker: O₂ im Torf → aerober Abbau über Jahrzehnte → 33 t CO₂-Äquivalente je ha und Jahr; die Nutzpflanzen binden nur kurzfristig und werden geerntet (3 P). b) \((33-5)\cdot400=28\cdot400=11\,200\) t pro Jahr (2 P). c) Fotosynthese → CO₂-Entzug; aerober Torfabbau → CO₂-Freisetzung; Zersetzung unter O₂-Mangel (methanbildende Archaeen) → CH₄; Ablagerung unter Wasser → Langzeitspeicher Torf (3 P). d) Drei Säulen abwägen: ökologisch hoher Nutzen (−11 200 t pro Jahr, Moorlebensraum, Wasserrückhalt), ökonomisch Verlust von Ackerland, ausgeglichen durch Zahlungen und neue Wertschöpfung, sozial Akzeptanz der Betriebe nötig; begründetes Urteil (2 P). e) Die Aussage ist nicht haltbar: Methan ist berücksichtigt (CO₂-Äquivalente), trotzdem sinken die Emissionen um rund 85 %; langfristig wächst wieder Torf. Einschränkung: In den ersten Jahren können die CH₄-Emissionen erhöht sein (2 P).
Ergebnis
| Aufgabe | Thema | Punkte |
|---|
Bewertung in Notenpunkten
| Punkte | Notenpunkte | Beurteilung |
|---|---|---|
| 48 – 50 P | 15 | sehr gut |
| 45 – 47 P | 14 | sehr gut |
| 43 – 44 P | 13 | sehr gut |
| 40 – 42 P | 12 | gut |
| 38 – 39 P | 11 | gut |
| 35 – 37 P | 10 | gut |
| 33 – 34 P | 9 | befriedigend |
| 30 – 32 P | 8 | befriedigend |
| 28 – 29 P | 7 | befriedigend |
| 25 – 27 P | 6 | ausreichend |
| 23 – 24 P | 5 | ausreichend |
| 20 – 22 P | 4 | ausreichend |
| 17 – 19 P | 3 | mangelhaft |
| 14 – 16 P | 2 | mangelhaft |
| 10 – 13 P | 1 | mangelhaft |
| 0 – 9 P | 0 | ungenügend |
