Biologie - Ökologie

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Der Flaschengarten Um sich die Vorgänge in einem komplexen Ökosystem verständlich zu machen, eignet sich ein Versuchsmodell, das die Prozesse und Kreislaufe eines solchen im Kleinen widerspiegelt. Flaschengärten simulieren ein abgeschlossenes Ökosystem, welches nur von den abiotischen Faktoren Temperatur und Licht beeinflusst wird. Doch inwiefern wiederspiegelt der Flaschengarten unsere Ökosysteme? Und wie können Pflanzen in einem abgeschlossenen Glas überleben? Mit diesen Fragen setzt sich dieses Arbeitsblatt auseinander. Lernziele: Die SuS - begründen und erklären weshalb ein Flaschengarten gewisse Komponenten benötigt. - verstehen was der Energie- und Stoffkreislauf in einem Ökosystem ist und können die zwei Kreisläufe in einem

Modell skizzieren und erläutern. - entwerfen ein kurzes Experiment mittels der Vier-Schritt Methode, um eine mögliche Fragestellung experimentell

beantworten zu können. - vernetzen ihr Wissen anhand einer Fragestellung, welches sie mittels Schul- und Fachliteratur erläutern. - hinterfragen kritisch, inwiefern das Modell Flaschengarten das Ökosystems Erde wiederspiegelt anhand drei

Charakteristika. 1. Wie können Pflanzen in einem abgeschlossenen Glas überleben? Mein Flaschengarten braucht, weil: Begründen Sie, warum der Flaschengarten folgende Komponente benötigt? „Mein Flaschengarten braucht...“ Begründung:

Lichtquelle

Gemässigte Temperaturen

(wenig) Wasser

Luft

Bakterien

Pflanzen

(Tiere)

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Wechselbeziehungen in der Biosphäre:

Das Experiment mit der Biosphäre 2 kann man in einem kleinen Rahmen zu Hause durchführen, indem man einen Flaschengarten anlegt. In diesem befinden sich Moose, Farne und langsam wachsende Pflanzen sowie Tiere wie Hundertfüsser, Asseln und Springschwänze, die sich in der zugeführten Erde befinden.

Beschreiben Sie die Wechselwirkungen innerhalb des Flaschengartens und skizzieren Sie ein Modell in dem Sie den Stoff- und Energiekreislauf in einem Ökosystem veranschaulichen (Fachbegriffe für das Modell: Produzente, Erstverbraucher, Zweitverbraucher, Destruenten, anorganische Stoffe).

Modell: Stoff- und Energiekreislauf

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Ist Licht = Licht? Alexandra hat eine LED-Tischlampe, bei der sie die Lampenfarbe (violett, rot, grün, blau) wählen kann. Die LED_Lampe ist sparsam, sie wird nicht warm. Sie möchte gerne den Flaschengarten optimal beleuchten, d. h. für einen bestmöglichen Pflanzenwuchs. Skizzieren Sie ein kurzes Experiment, wie Sie das Testen können mit Hilfe der Vier-Schritt Methode: 1) Fragestellung, 2) Versuchsdurchführung, 3) Versuchsergebnis 4) Erklärung oder Fragen, die sich aus dem Ergebnis ableiten. Das Ergebnis selbst sollen sie in Fachliteratur (Quellenangabe) nachschlagen und begründen. 2. Ist der Flaschengarten ein Modell für die Erde? Ist der Flaschengarten ein Modell für die Erde? Vergleiche die Bauteile des Flaschengartens mit den Bauteilen der Erde und prüfe die Aussage. Reflektieren Sie kritisch inwiefern der Flaschengarten auf ein Ökosystem zutrifft in Bezug auf (Geschlossenheit, Stabilität, und Eingriffe) Bauteile des Flaschengartens Bauteile der Erde

Glas

Luft

Wasser (im Boden)

Pflanzen

Erde/Substrat mit Mikroorganismen

Regenwürmer Charakteristika Flaschengartens: Charakteristika des Ökosystems-Erde:

Geschlossenheit des Systems

Stabilität

Keine Eingriffe

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Der Flaschengarten - Lösungen Um sich die Vorgänge in einem komplexen Ökosystem verständlich zu machen, eignet sich ein Versuchsmodell, das die Prozesse und Kreislaufe eines solchen im Kleinen widerspiegelt. Flaschengärten simulieren ein abgeschlossenes Ökosystem, welches nur von den abiotischen Faktoren Temperatur und Licht beeinflusst wird. Doch inwiefern wiederspiegelt der Flaschengarten unsere Ökosysteme? Und wie können Pflanzen in einem abgeschlossenen Glas überleben? Mit diesen Fragen setzt sich dieses Arbeitsblatt auseinander. Lernziele: Die SuS - begründen und erklären weshalb ein Flaschengarten gewisse Komponenten benötigt. - verstehen was der Energie- und Stoffkreislauf in einem Ökosystem ist und können die zwei Kreisläufe in einem

Modell skizzieren und erläutern. - entwerfen ein kurzes Experiment mittels der Vier-Schritt Methode, um eine mögliche Fragestellung experimentell

beantworten zu können. - vernetzen ihr Wissen anhand einer Fragestellung, welches sie mittels Schul- und Fachliteratur erläutern. - hinterfragen kritisch, inwiefern das Modell Flaschengarten das Ökosystems Erde wiederspiegelt anhand drei

Charakteristika. 3. Wie können Pflanzen in einem abgeschlossenen Glas überleben? Mein Flaschengarten braucht, weil: Begründen Sie, warum der Flaschengarten folgende Komponente benötigt? „Mein Flaschengarten braucht...“ Begründung:

Lichtquelle Die Lichtquelle ist für die Photosynthese nötig. Durch die Photosynthese wachsen Pflanzen. Bei der Photosynthese entsteht Sauerstoff.

Gemässigte Temperaturen Zu hohe Temperaturen und zu kalte Temperaturen schaden den Pflanzen und den eingesetzten Tieren, sie verringern oder stoppen die Prozesse.

(wenig) Wasser Wasser wird für die Photosynthese gebraucht und schützt Tiere vor dem Austrocknen. Achtung: Zuviel Wasser fördert Schimmelpilze.

Luft Die Luft enthält Sauerstoff für die Zellatmung der Tiere und Bakteiren bzw. Kohlenstoffdioxid für die Photosynthese der Pflanzen.

Bakterien Bakterien zersetzen abgestorbene Pflanzenteile und den Kot der Tiere. Daraus entsteht Dünger für die Photosynthese.

Pflanzen Pflanzen liefern Sauerstoff und bauen Nährstoffe auf.

(Tiere) Tiere liefern Kohlenstoffdioxid.

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Wechselbeziehungen in der Biosphäre:

Das Experiment mit der Biosphäre 2 kann man in einem kleinen Rahmen zu Hause durchführen, indem man einen Flaschengarten anlegt. In diesem befinden sich Moose, Farne und langsam wachsende Pflanzen sowie Tiere wie Hundertfüsser, Asseln und Springschwänze, die sich in der zugeführten Erde befinden.

Beschreiben Sie die Wechselwirkungen innerhalb des Flaschengartens und skizzieren Sie ein Modell in dem Sie den Stoff- und Energiekreislauf in einem Ökosystem veranschaulichen (Fachbegriffe für das Modell: Produzente, Erstverbraucher, Zweitverbraucher, Destruenten, anorganische Stoffe).

Moose, Farne und Pflanzen betreiben Photosynthese und stellen Sauerstoff sowie energiereiche Stoffe her. Sie werden deshalb auch als Produzenten bezeichnet. Heterotrophe Organismen, die Tiere, sind die Konsumenten. Sie verstoffwechseln die energiereichen Stoffe zusammen mit dem Sauerstoff zur Bereitstellung von Energie. Dabei werden Kohlenstoffdioxid und Wasser produziert, die wieder von den Pflanzen verbraucht werden. Destruenten sind Mineralisierer. Sie wandeln tote organische Abfallstoffe in anorganische um.

Energiekreislauf und Stoffkreislauf im Ökosystem ein Modell: In der Ökologie bezeichnet Energiefluss den Energietransfer und die Energieumwandlung von eingestrahlter Sonnenenergie im Ökosystem über die Biomasse der Primärproduzenten und die ansclhiessende Nahrungskette (Konsumenten- und Destruenten). In Folge des Energieflusses durch die verschiedenen trophischen Ebenen der Ökosysteme wird letztlich die gesamte eingestrahlte und von der grünen Pflanze assimilierbare Lichtenergie in Form von Wärme in zeitverzögerter Form wieder an die Umwelt abgegeben.

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Ist Licht = Licht? Alexandra hat eine LED-Tischlampe, bei der sie die Lampenfarbe (violett, rot, grün, blau) wählen kann. Die LED_Lampe ist sparsam, sie wird nicht warm. Sie möchte gerne den Flaschengarten optimal beleuchten, d. h. für einen bestmöglichen Pflanzenwuchs. Skizzieren Sie ein kurzes Experiment, wie Sie das Testen können mit Hilfe der Vier-Schritt Methode: 1) Fragestellung, 2) Versuchsdurchführung, 3) Versuchsergebnis 4) Erklärung oder Fragen, die sich aus dem Ergebnis ableiten. Das Ergebnis selbst sollen sie in Fachliteratur (Quellenangabe) nachschlagen und begründen.

1) Fragestellung: Bei welcher Lichtfarbe funktioniert die Photosynthese am besten? 2) Versuchsdurchführung: Vier Flaschengärten werden über gewisse Zeit im abgedunkelten Raum mit

verschiedenen Lampenfarben gestrahlt und die Sauerstoffproduktion, der Kohlenstoffdioxidverbrauch oder der Biomassezuwachs einer Pflanze gemessen.

3) Versuchsergebnis: Die Photosynthese funktioniert am besten bei blauem und rotem Licht. 4) Erklärung: Die Pflanze absorbiert Licht mithilfe von Chlorophyll. Chlorophyll ist ein Farbstoff,

der blaues und rotes, aber kein grünes Licht aufnehmen kann. 4. Ist der Flaschengarten ein Modell für die Erde? Ist der Flaschengarten ein Modell für die Erde? Vergleiche die Bauteile des Flaschengartens mit den Bauteilen der Erde und prüfe die Aussage. Reflektieren Sie kritisch inwiefern der Flaschengarten auf ein Ökosystem zutrifft in Bezug auf (Geschlossenheit, Stabilität, und Eingriffe) Bauteile des Flaschengartens Bauteile der Erde

Glas Atmosphären-Grenze

Luft Atmosphäre

Wasser (im Boden) Ozean, Seen, Bodenfeuchte

Pflanzen Pflanzen (Produzenten)

Erde/Substrat mit Mikroorganismen Humusschicht der Böden

Regenwürmer Tiere (Konsumenten) Die Bauteile des Flaschengartens können äquivalent zu den Bauteilen der Erde gesehen werden. In diesem Fall ist das Modell des Flaschengartens sehr übereinstimmend mit der Erde. Jedoch nicht in all ihren Charakteristiken. Der Flaschengarten ist eine starke Vereinfachung als Ökologiemodells und kann zu falschen Vorstellungen verleiten. Im Gegenzug können falsche Vorstellungen über die Reflexion mit Hilfe des Flaschengartens gut überdenkt und revidiert werden. Charakteristika Flaschengartens: Charakteristika des Ökosystems-Erde:

Geschlossenheit des Systems Ökosysteme sind nicht geschlossen. Auch die Stoffkreisläufe sind es nicht. Jedoch gibt es Stoffkreisläufe in Ökosystemen. Nicht alle Stoffe sind in vollen Umfang in diesem System eingeschlossen.

Stabilität Der Flaschengarten kann über eine Zeit lang sich selbst erhalten. Genauso tun dies Ökosysteme, doch auf andere Art und Weise. Die Dynamik des Ökosystems erlaubt es, Störungen auszugleichen und das System entwickelt sich (Sukzession). Stabile, sich erhaltende Ökosysteme sind Ausnahmen.

Keine Eingriffe Gewisse Ökosysteme wie die Wiese und der Acker benötigen ständige Eingriffe und Pflege, um sie zu erhalten.