Verhandlungen der Gesellschaft für Ökologie Erlangen 1974

293 Pages·1975·22.531 MB·German

by  Paul Müller (auth.)

VERHANDLUNGEN
DER GESELLSCHAFT
FÜR ÖKOLOGIE
ERLANGEN 1974
VERHANDLUNGEN
DER GESELLSCHAFT
FÜR ÖKOLOGIE
ERLANGEN 1974
4. Jahresversammlung vom 9. bis 13. Oktober 1974 in Erlangen.
Im Auftrag der Gesellschaft herausgegeben von PAUL MÜLLER
Springer-Science+Business Media, B.V 1975
ISBN 978-90-6193-180-5 ISBN 978-94-017-4521-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-94-017-4521-5
© Springer Science+Business Media Dordrecht 1975
Ursprünglich erschienen bei Dr. W. Junk B.V. - Publishers - The Hague 1975.
Coverdesign: Max Velthuijs
VORWORT
Die vorliegenden "Verhandlungen der Gesellschaft für Ökologie" enthalten die Vor
träge der 4. Jahrestagung vom 9. bis 13. Oktober 1974 in Erlangen.
Populationsökologie, Vergleichbarkeit der durch Freiland-und Laborunter
suchungen erzielten Daten über die Indikatorbedeutung von Organismen, Biozö
nosen und Ökosystemen, autökologische Analysen an "Extrem"-Standoi'ten und
die ökologische Landschaftsforschung stehen im Vordergrund. Auch die "Didaktik
der Ökologie" ist vertreten, um zu verdeutlichen, daß Ökologie nicht nur unsere
Wissenschaft ist, sondern daß wir eine Lösung drängender ökologischer Probleme
auch in einer sachgemäßen Erziehung zu einem ökologischen Bewußtsein erblicken.
Die Vorträge zur ökologischen Landschaftsforschung bieten die Möglichkeit,
Stand, Erfahrungen und Entwicklungstendenzen dieses Fachgebietes in der BRD
und in unseren europäischen Nachbarländern zu vergleichen. Sie zeigen, daß die
Erstellung ökologischer Kriterien für die Landes- und Entwicklungsplanung sowohl
die Hierarchie der ökologischen Faktoren und'Systeme, ihre allgemeine Gültigkeit
und Regionalisierbarkeit als auch das Zielobjekt unseres Handelns, den Menschen,
im Auge behalten muß. Gemeinsam mit den anderen Referaten verdeutlichen sie,
daß unsere Gesellschaft zu einem wissenschaftlichen Diskussionsforum der mittel
europäischen Ökologie geworden ist.
Saarbrücken, März 1975
Prof. Dr. PAUL MÜLLER
INHALT
U. HALBACH, Frankfurt, Methoden der Populationsökologie . 1- 24
H. KAISER, Köln, Populationsdynamik und Eigenschaften einzelner
Individuen . 25- 38
A. NUSCH, Essen, Synökologische Begrenzungen beim Populations
wachstum peritrischer Ciliaten 39- 45
H. ZWÖLFER, Stuttgart, Vergleichende Untersuchungen an alpinen
und nicht-alpinen Populationen von Larinus sturnus Schall. (Col.:
Curculionidae): Diversität und Produktivität im ökologischen Grenz
bereich . 47- 53
H. HELB, Trier-Kaiserslautern, Zur Populationsdynamik und Ökologie
des Ortolans (Aves: Emberiza hortulana) . 55- 58
H. ELLENBERG, München, Wilddichtc, Ernährung und Vermehrung
beim Reh 59- 76
R. GRIMM, W. FUNKE & J. SCHAUERMANN, Göttingen, Minimal
programm zur Ökosystemanalyse: Untersuchungen an Tierpopula
tionen 77- 87
H.-P. BLUME, F. FRIEDRICH, F. NEUMANN & H. SCHWlEBERT,
Berlin, Dynamik eines Düne-Moor-Biotops in ihrer Bedeutung für die
Biozönose . . 89-101
E. BEZZEL, Garmisch-Partenkirchen, Vogelbestandsaufnahmen in der
Landschaftsplanung . 103-112
P. MÜLLER, U. KLOMANN, P. NAGEL, H. REIS & A. SCHÄFER,
Saarbrücken, Indikatorwert unterschiedlicher biotischer Diversität
im Verdichtungsraum von Saarbrücken 113-128
D. EISFELD, München, Der Eiweiß-und Energiebedarf des Rehes
(Capreolus capreolus L.), diskutiert anhand von Laborversuchen 129-139
H. ELLENBERG, München, Die Körpergröße des Rehes als Bioindika
tor 141-153
N. WICHARD & M. SCHMITZ, Bonn, Der histochemische Nachweis
von Schwermetallen in den Chloridzellen aquatischer Insekten als
Indikator für die Gewässerbelastung 155-159
R. SCHWEISFURTH, Homburg, Crenothrix polyspora als Indikator für
eine organische Belastung von Grundwasser . 161-165
R. TÜRK & V. WIRTH, Würzburg, Der Einfluß des Wasserzustandes
und des pH-Wertes auf die S02 -Schädigung von Flechten . 167-172
V. WIRTH & R. TÜRK, Würzburg, Über die S02-Resistenz von Flech
ten und die mit ihr interferierenden Faktoren 173-179
H. J. FERENZ, Darmstadt, Anpassungen des Laufkäfers Pterostichus
nigrita F. (Coleoptera, Carabidae) an subarktische Bedingungen 181-182
K.E. LlNSENMAIR, Regensburg, Some adaptations of the desert wood
louse Hemilepistus reaumuri Osopoda, Oniscoidea)to desert
environment . 183-185
H. KINZEL, Stoffwechselphysiologische Aspekte ökologischer Anpas
sung im Pflanzenreich . 187
W. ER~ST, Amsterdam, Mechanismen der Schwermetallresistenz . 189-197
V. CESKA, Erlangen, Experimentelle Untersuchungen über den Nah
rungsbedarf und den Jahreszyklus der Schnee-Eule (Nyctea scan
diaca) 199-201
S. GERLACH, Helsing9lr, Über das Ausmaß der Meeresverschmutzung 203-210
J. KLINK, Bonn, Geoökologie-Zielsetzung, Methoden und Beispiele. 211-223
J. PIETSCH, Hannover, Erfassung ökologischer Daten und ökologische
Planung. 225-230
E. VAN DER MAAREL & A.H.P. STUMPEL, Nijmegen, Landschafts
ökologische Kartierung und Bewertung in den Niederlanden 231-240
N. MALMER, Lund, Erfahrungen schwedischer Fo~schung über Metho
dik bei landschatsökologischer Bestandsaufnahme für die Landes
planung. 241-244
C. BEGUIN, O. HEGG & H. ZOLLER, Bern, Landschaftsokologisch -
vegetationskundliche Bestandsaufnahme der Schweiz zu Natur
schutszwecken. 245-251
E. KUYKEN, Gent, Landscape ecology and spatial planning in W.
Belgium . 253-256
G. KAULE, Freising-Weihenstephan, Kartierung schutzwürdiger Bio-
tope in Bayern. Erfahrungen 1974 . 257-260
H.-W. KOEPPEL, Bonn, Erfahrungen mit dem Einsatz von Computern 261-268
G. SCHÄFER, Kiel, Ökologie - Lehrfach oder Unterrichtsprinzip 269-274
K. DYLLA, Kiel, Tiere der Savanne - eine Unterrichtseinheit zur öko
logischen Ethologie für den Sachunterricht in der Grundschule 275-279
F. HINZ, Gießen, Müll - Abwasser, eine fächerintegrierende Unter
richtseinheit nach dem Giessener Modell . 281-282
G. HILDENBRAND, Karlsruhe, Gewässeruntersuchungen im natur
wissenschaftlichen Unterricht 283-284
W. RIEDEL, Flensburg, Physisch-geographische und bodenkundliche
Kartierarbeit mit Schülern und Studenten - Entwicklung von Unter
richtsprojekten zum Komplex Umweltschutz 285-289
K. SCHILKE, Kiel, Der ökologische Anteil im biologischen Wissen von
Schulabgängern - Erste Ergebnisse einer empirischen Unter
suchung... . . 291-300
Sünderdruck: Verhandlungen der Gesellschaft für Ökologie, Erlangen 1974.
METHODEN DER POPULATIONSOKOLOGIE
UDO HALBACf-1
Abstract
Population ecology describes and analyses the distribution and abundance of individuals in
space and time, including age structure, sex distribution, and genotype frequencies. Different
methods and expected technical and theoretical developments are described using examples
from plankton ecology; their assumptions, difficulties and implications in regard to the theory
of scientific knowledge are discussed. Three main fields of population ecology are methodolo
gicaily weil defined: 1. Field description and analysis: There are new trends in automatization
of sampling up to continuously recording (e.g. by COUL TER-counter), and even automaticaily
species determination might be possible (by holography). Representative sampies of hetero
geneously distributed populations can be taken by integrating along a transect (e.g. by
CLARKE-BUMPUS-sampler). The real distribution of the single specimens can be recorded by
the echo sounder (Fig. 2). There are now also methods which allow·the measurement of
population parameters like natality and mortality (Figs. -4 and 5) as weil as physiological charac
ters like filtration and respiration rates under field conditions. Field analysis can be performed
by changing single abiotic and biotic factors and watehing the effects (Fig. 6) or by statistical
analysis of field data (e.g. multiple and partial eorrelation and regression analysis). The diffi
culty of interpreting correlations is diseussed by the example of two different association
coeffieients in a well known situation of complex interspecific relationships in three rotifers
(Fig. 7). 2. Laboratory investigations: The culture of organisms under defined conditions
allows the variation of single factors and the study of their effeets on life table data (Fig. 8) and
population dynamics (Fig. 9). The use and significance of different types of culture methods
(e.g. chemostate, recycling cultures, cultures with periodically renewed medium) are demon
strated (Figs. 10-12). The causal relationships between ecological factars and population dy
namics can be analysed stepwise. Methods are now available for experimental examination of
filtration, assimilation and respiration rates of single specimens of planktonic organisms (e.g.
with the radio carbon method or with Cartesian divers). 3. Models: In some cases (e.g. in roti
fers) we are able to construct the population dynamics based on physiological and demographie
da ta measured in isolated individuals, and compare these with empirical population curves
(Figs. 13-15). The simulations are based on deterministic models (e.g. LOTKA-VOLTERRA
equations with simple time lag) using numerical computer techniques. To get more realistic
models in future, we will have to use stochastic models to a larger extent and we wiil have to
take into aecount the spatial heterogeneity of the population (Figs. 16-18), because this
widely disregarded aspect is of outstanding importance for the stability and evolution of popu
lations. For the formal description of spatial and temporal heterogeneity two possible ways are
proposed: 1. The use of mathematics for describing gradients in a five-dimensional system of
co-ordinates (3 dimensions for space, 1 for time, and 1 far population density). 2. A digital
information theory has to be developed, in wh ich each specimen is regarded as a unit in space .
and time, interacting with ail other specimens of the population. The connections between the
individuals are composed of a variety of relationships (e.g. positive or negative attraetions). The
intensity of each relation is, among other dependences, a function of the distance between the
individuals (Figs. 19 and 20). Such a model could describe individual distance patterns in terri
torial as well as in heterogeneously distributed populations. Age differences, bisexuality, and
genetic polymorphism can be included in this model as well.as ethologie characters and social
behavior (like social stress), and their influences on mortality, natality, and migration. Such
time-space-population models might turn out to be more realistic and precise than most con
temporary models. The basic requirements for the development of such population model
systems of high complexity are fulfiiled by the existence of macro-computers.
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Aufgabe der Populationsökologie ist die Beschreibung und Analyse der räumlichen
und zeitlichen Veränderung der Individuendichte von Populationen. Die Kernfragen
lauten: Welche ökologischen Faktoren beeinflussen die Populationsdynamik?
Welche dieser Faktoren wirken regulierend auf sie ein? Wie kann es zu gelegent
lichen Massenvermehrungen, wie zur Extinktion von Populationen kommen? An
diesen Fragen ist neben dem Populationsökologen auch der Evolutionsbiologe inter
essiert, denn die Faktoren, die über Natalität und Mortalität die Populationsdyna
mik beeinflussen, sind gleichzeitig jene Kräfte, die als Selektion formativ auf die
Evolution der Organismen einwirken. Von ganz besonderem Interesse ist die
Populationsökologie für bestimmte angewandte Arbeitsrichtungen, in denen es
darum geht, bei der Ausbeutung natürlicher Populationen (z.B. in der Fischerei)
oder in der Tierzucht langfristig maximale Erträge zu erhalten. In der Schädlings
bekämpfung wird das Gegenteil verfolgt, nämlich durch geeignete Maßnahmen
unerwünschte Organismen zu dezimieren. Und schließlich ist der Mensch selbst ein
Objekt der Biologie; auch er hat eine Populationsdynamik. Die Demographie analy
siert die Folgen gewollter und ungewollter Manipulationen durch den Menschen.
Trotz der Unterschiedlichkeit der bei den verschiedenen Organismengruppen
verwendeten Methoden, sind die erkenntnistheoretischen Grundlagen ähnlich. Es
sollen einige Schwerpunkte aufgezeigt werden, wie sie sich derzeit aus dem gesam
ten Methodengefüge der Populationsökologie herauskristallisieren, und insbesondere
soll auf zu erwartende oder wünschenswerte Entwicklungen hingewiesen werden.
Die zur Erläuterung notwendigen Methoden sind soweit möglich aus dem Gebiet
der Planktonökologie ausgewählt. •
Unabhängig von der untersuchten Tiergruppe kann man in der Populationsöko
logie drei methodisch voneinander abgegrenzte Teilgebiete unterscheiden: Freiland
Untersuchungen, Laboruntersuchungen und Modelle.
A. Freiland-Untersuchungen
I. Deskription
Die deskriptive Populationsdynamik erfaßt die zeitliche und räumliche Verteilung
der Individuendichte im Freiland, einschließlich der Altersstruktur, der Geschlech
terverteilung usw.
Wie erfaßt man die Individuendichte? Der theoretisch einfachste Weg ist das
Auszählen der Organismen, entweder direkt oder nach Registrierung (z.B. durch
Luftaufnahmen). GRZIMEK & GRZIMEK (1959) benutzte diese Methode bei der
Auszählung der Großwildherden in Ostafrika, JACOBS & VARESCHI (unveröffent
licht) bei der Bestimmung der Individuenzahlen der Flamingos am Nakuru-See in
Kenia. Meist ist diese Methode jedoch wegen der zu großen Individuenzahlen oder
der eingeschränkten Erkennbarkeit nicht praktikabel.
Verbreitet ist die sogenannte Fang-und Wiederfangmethode (capture and re
capture method), bei der Tiere gefangen, markiert und erneut ausgesetzt werden.
Bei einem Wiederfang läßt die Proportion der markierten Tiere in der Stichprobe
Rückschlüsse auf die Gesamtpopulation P zu: P = NM/R, wobei M für die 1. Stich
probe (markierte Tiere), N für die 2. Stichprobe und R für die Zahl der markierten
Tiere in der 2. Stichprobe steht. Voraussetzung ist eine homogene Durchmischung
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der markierten Tiere in der Gesamtpopulation (wozu zumindest eine gewisse Zeit
notwendig ist), eine vernachlässigbar kleine Mortalität zwischen den beiden Stich
proben (was eine möglichst geringe Zeitspanne voraussetzt) und eine gleiche Chance
des Fangs von markierten und nicht markierten Tieren. Solche Einschränkungen
kann man durch Extrapolation bei einer mehrfach wiederholten Fang-und Wieder
fangmethode zumindest zum Teil eliminieren (vergl. COOK, BROWER & CROZE
1967). Diese Methode wird dann angewandt, wenn man Tiere in Fallen fängt, wenn
also ein direkter Bezug zum Areal fehlt.
Wo immer es möglich ist, wird man daher die Stichproben-Methode vorziehen,
d.h. die quantitative Auszählung der Organismen innerhalb eines Planquadrates bei
terrestrischen Organismen oder eines definierten Wasservolumens bei Planktonten.
Ein klassisches Gerät hierfür aus der Hydrobiologie ist der RUTTNER-Schöpfer; zur
quantitativen ~rfassung des Phytoplanktons benutzt man das Umkehrmikroskop
nach UTERMOHL (vergl. SCHWOERBEL 1966) oder die SEDGWICK-RAFTER
Zelle (Mc ALl CE 1971).
Die Individuendichte ändert sich mit der Zeit. Man muß also wiederholt Stich
proben entnehmen, um einen Eindruck von der Populationsdynamik zu erhalten. In
der Limnologie ist es durchaus üblich, Planktonproben in einem Abstand von 14
Tagen oder länger zu entnehmen. Dies kann das Bild der tatsächlichen Populations
dynamik drastisch verfälschen, wie Abb. 1 belegt (vergl. auch HILLBRICHT
ILKOWSKA 1965).
5 log N
(N = Tiere I Liter)
Brachionus calyciflorus
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2
5. 15.
Mai
Abb. 1. Populationsdynamik eines planktischen Rädertieres bei 14-täglicher Probenentnahme
(dicke Linie) und bei 3-tägigem Abstand der Proben (dünne Linie). Bei dem gröberen Raster
geht wichtige Information verloren: Der tatsächliche Verlauf der Fluktuationen ist nicht
erkennbar und auch die tatsächlichen Höhen der Maxima und Minima werden um eine Zehner
potenz verschätzt.
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