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2. Populationsökologie

Was ist eine Population?

Schwerpunkte: 1. Populationsgrösse

2. Populationsdynamik

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Was ist eine Population?

Summe der Individuen einer Art in einem Siedlungsgebiet in Wechselwirkung miteinander

z.B. Karpfen in einem Teich Löwenzahl in einer Wiesenlandschaft Eichenblattläuse in einem Eichenwald

Menschen in einer Stadt

intraspezifische KonkurrenzGenfluss

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Populationen haben neue Eigenschaften:

• Populationsgrösse (Gesamtzahl im Siedlungsgebiet / Areal)

• Populationsdichte = Abundanz

• räumliche Verteilung

• Altersstruktur

mehr als „Summe der Individuen“emergente Eigenschaften

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Erster Schwerpunkt: Populationsgrösse

Ziel: von Zeitpunkt t die Populationsgrösse zum Zeitpunkt t + Δ t berechnen

4 wichtige Parameter jeweils auf Δ t bezogen - Geburten (Natalität)- Sterbefälle (Mortalität)- Zuwanderung (Immigration)- Abwanderung (Emigration)

N (t + Δ t ) = N (t) + Geburten – Sterbefälle + Zuwanderung – Abwanderung

fundamentale Gleichung für die Populationsgrösse

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In natürlichen Populationen: unwahrscheinlich, dass

N Geburten = N Sterbefälleoder

N Zuwanderung = N Abwanderung

Populationsgrösse verändert sich regelmässige Erfassung nötig

ZeitreiheZeitschritte

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grosse Schwankungen niedrige

Populationsdichte

sehr konstant

DynamikeinerPopulation

unbegrenztesWachstum?

Zyklen?

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Wie erfassen wir die Populationsdichte?

1.Auszählen von Probeflächen

- repräsentative Probeflächen im Gebiet - sinnvolle Wahl der Flächengrösse - homogene Struktur? - genügende Anzahl Probeflächen

2. Fang-Wiederfang-Methode

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zufälligstrukturierteUmwelt

je 5 Stichproben / je 100 Individuenbenötigte Probenzahl: wenige – eine - viele

gleichmässigTerritorialverhalten

geklumptSozialverhaltenKolonien

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Zweite Methode: Fang-Wiederfang-Methode (mobile oder kryptische Arten)

Zeitpunkt t: M Individuen fangen, markieren, entlassen

Zeitpunkt Δ t : W Individuen fangen, Wmark. bestimmen

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10 % markiert alle wieder nur Hälfte gefunden wieder gefunden

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Population mit 100 Tieren10 fangen und markieren (M)ideale Vermischung vorausgesetztweder Geburt noch Tod noch MigrationMarkierung behindert nichtund fällt nicht ab

10 Neufang (W), 1 markiert (Wmark)

10 x 10 / 1 = 100

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weitere Möglichkeiten der Abschätzung der Populationsgrösse- Fallen für Kleinsäuger- Fanggefässe mit Fixierflüssigkeit für Arthropoden Aktivitätsdichte: nicht quantitativ nur innerhalb der Methode vergleichbar tiergruppenspezifisch

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Index zur Berechnung derPopulationsgrösse

Frassschäden nachRangskala geschätzt

Einfarbige Ackerschnecke

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Index zur Berechnung der Populationsgrösse

Auszählen von Larvenpro kg Astlog Skala!

Lärchentriebwickler

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Index zur Berechnung der Populationsgrösse

Zählen aller Vögelauf standardisiertenExkursionen

Schwarzhalstaucher

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Index zur Berechnung der Populationsgrösse

Jagdstatistik

Marderhund

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52

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Zweiter Schwerpunkt: Populationsdynamik

Komplexer Zusammenhang:

erste Vereinfachung: ohne Ein- und Auswanderung

N(t + Δt) = N(t) + Geburten - Sterbefälle

zweite Vereinfachung: diskrete Zeitschritte

N(t + 1) = N(t) + Geburten - Sterbefälle

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Populationsdynamik: zwei wichtige Grössen

Wachstumsrate der Population =

N(t + 1) - N(t) = Geburten – Sterbefälle

Individuelle Wachstumsrate =

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g = pro-Kopf-Geburtenrate s = pro-Kopf-Sterberate

Annahme: g und s = konstant, pro Zeitschritt gleich nicht umweltabhängig

N(t + 1) = N(t) + g N(t) – s N(t)

N(t + 1) = N(t) + (g – s) N(t) (g – s) = R individuelleN(t + 1) = N(t) + R N(t) Wachstumsrate = (1 + R) N(t)

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Dynamik einer Population ergibt sich aus der Berechnung aufeinanderfolgender Zeitschritte

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negatives Wachstum

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exponentielles Wachstum

Ist das realistisch?

Viele Annahmen:- Zeitschritte (z.B. pro Jahr)- keine Ein- / Auswanderung- g und s unverändert- ressourcenunabhängig- alle Individuen gleich (Alter, Geschlecht)- dichteunabhängig

Gibt es das?

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unbegrenztes Wachstum möglichsolange Ressourcen nicht begrenzt

Beispiel: invasive Arten

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Lösung für Problem des unbegrenztes Wachstums

Individuen verbrauchen Ressourcen: N(R)

R(N) ist bei N = 0 max, bei Nmax = 0 → Kapazität K

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• Rm und K bestimmen dynamisches Verhalten• dichteabhängige individuelle Wachstumsrate• damit Regulation möglich (nicht unbedingt linear)• Veränderung von R: mit zunehmender Dichte nimmt indiv. Geburtenrate ab, Sterberate zu• aus ungebremstem Wachstum wird assymptotische Annährung an K (Kapazität, carrying capacity)• s-förmiges Populationswachstum• logistisches Wachstum

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s-förmiges Wachstumassymptotisch zu K: logistisches Wachstum

DichteabhängigkeitRegulation

bisherige Annahme: bei sehr kleinen Populationen ist R am grössten

Aber: l

• Mindestgrösse einer Population • Partnerfindung bei mehr Individuen leichter• grosses Rudel jagt erfolgreicher als kleines• grosse Vogelkolonie verteidigt besser als kleine

Allee-Effekt

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zwei Gleichgewichtssituationenstabiles und labiles Gleichgewicht

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r (statt R) für Wachstumsrate der Population

r und K sind die zwei zentralen Faktoren

Optimierung des Populationswachstums bezogen auf r bzw. K

r-Selektion und K-Selektion

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r-Strategen viele Mikroorganismen (Bakterien)Kleinkrebse (ephemere Gewässer)Gewässerinsekten wie Zuckmücken etc.BlattläuseSperlinge, viele Kleinsäuger (Mäuse)Pionierpflanzen

K-Strategen viele Säugetiere (Bären, Wale, Primaten, Elefanten)der Mensch soziale Insekten (Bienen)Bäume