Waldökosystem: Aufbau und Kreisläufe verstehen

Das Biotop ist der abgrenzbare Lebensraum mit seinen unbelebten Bestandteilen und Bedingungen. Zum Waldbiotop gehören etwa Bodenwasser, Sonnenlicht, Temperatur und Wind. Die Biozönose ist die Lebensgemeinschaft in diesem Lebensraum. Dazu gehören die dort lebenden Pflanzen, Tiere, Pilze und Bakterien. Bakterien sind sehr kleine Lebewesen.

Ein Faktor ist hier ein Einfluss auf ein Lebewesen. Abiotische Faktoren gehen von unbelebten Bedingungen aus: Wassermangel kann zum Beispiel das Wachstum eines Baumes begrenzen. Biotische Faktoren gehen von Lebewesen aus. Dazu gehören Fraß und Konkurrenz. Konkurrenz bedeutet, dass Lebewesen dieselben begrenzt verfügbaren Dinge benötigen, etwa Licht oder Wasser.

Unterscheide ein Lebewesen von seinem Einfluss: Ein Reh gehört zur Biozönose. Wenn es eine junge Pflanze abfrisst, ist dieser Fraß ein biotischer Faktor für die Pflanze. Licht ist dagegen ein abiotischer Faktor, auch wenn andere Pflanzen beeinflussen, wie viel Licht ankommt.

Die Waldstruktur beschreibt den räumlichen Aufbau des Waldes. Ein vereinfachtes Modell ordnet ihn in Stockwerke. Dazu gehören Wurzel-, Boden-, Kraut-, Strauch- und Baumschicht. Diese Schichten gehen ineinander über. Nicht jeder Wald besitzt alle Schichten deutlich ausgeprägt.

Baumkronen sind die oberen Bereiche der Bäume mit Ästen und Blättern. Gemeinsam bilden sie das Kronendach. Es fängt einen Teil des Sonnenlichts ab und beschattet den Bereich darunter. In der Krautschicht wachsen Pflanzen ohne verholzte Stämme. Verholzt bedeutet, dass ein Pflanzenteil festes Holz bildet. Sträucher haben dagegen verholzte Zweige. Moose bilden eine eigene Gruppe meist kleiner Pflanzen ohne Blüten. Sie können nahe der Bodenoberfläche wachsen. Nach ihnen wird die Bodenschicht auch Moosschicht genannt.

Das Waldinnenklima beschreibt, wie warm, feucht und windig es im Waldinneren typischerweise ist. Das Wetter ist dagegen der kurzfristige Zustand, etwa die Temperatur an einem bestimmten Nachmittag. Bäume bremsen den Wind. Ihre Blätter geben Wasser als unsichtbaren Wasserdampf an die Luft ab. Auch vom Boden verdunstet Wasser: Flüssiges Wasser wird dabei zu Wasserdampf. Verdunstung benötigt Wärme und kann die Umgebung kühlen.

Beschattung und Verdunstung tragen dazu bei, dass es im Waldinneren an heißen Tagen oft kühler ist als auf einer offenen Fläche. Die Luft ist häufig feuchter. Wie stark diese Unterschiede sind, hängt unter anderem von der Dichte der Kronen und vom verfügbaren Wasser ab. Sehr wenig Licht kann zugleich die Zuckerbildung und das Wachstum von Pflanzen am Boden begrenzen.

Produzenten stellen energiereiche Stoffe selbst her. Im Wald sind das vor allem grüne Pflanzen. Bei der Photosynthese nutzen sie Lichtenergie, um aus Wasser und Kohlenstoffdioxid Zucker aufzubauen. Kohlenstoffdioxid ist ein Gas der Luft. Dabei entsteht auch Sauerstoff. Der Zucker enthält gespeicherte Energie und dient auch zum Aufbau weiterer Pflanzenstoffe. Die Masse des Materials von Lebewesen heißt Biomasse.

Als Konsumenten betrachten wir hier Tiere, die Pflanzen, Tiere oder Teile davon fressen. Pflanzenfresser sind in einer betrachteten Nahrungskette Konsumenten erster Ordnung. Wer diese Pflanzenfresser frisst, ist darin Konsument zweiter Ordnung. Die Ordnung hängt vom betrachteten Nahrungsweg ab. Ein Tier, das sowohl Pflanzen als auch Tiere frisst, kann deshalb in verschiedenen Ketten unterschiedliche Ordnungen einnehmen. Durch das Fressen wird es nicht zum Produzenten.

Eine Nahrungskette beschreibt einen einzelnen Nahrungsweg. Ein Nahrungsnetz verbindet mehrere solcher Wege. Ein Pfeil zeigt von der Nahrung zu dem Lebewesen, das sie aufnimmt. Im folgenden vereinfachten Übungsnetz betrachten wir eine blattfressende Raupe, also eine junge Entwicklungsform eines Schmetterlings. Die Kohlmeise ist ein kleiner Vogel. Der Sperber ist ein Vogel, der kleinere Vögel frisst. Das Übungsnetz zeigt ausgewählte Beziehungen, nicht die gesamte Nahrung dieser Tiere.

Destruenten sind zersetzende Lebewesen, vor allem bestimmte Pilze und Bakterien. Sie bauen tote Pflanzen- und Tierreste sowie Ausscheidungen ab. Dabei werden unter anderem Mineralstoffe frei. Mineralstoffe sind Stoffe wie im Wasser gelöste Salze, die Pflanzen für ihren Aufbau benötigen. Abgestorbene Pflanzenteile gelangen auch direkt zu den Destruenten, ohne vorher gefressen zu werden. Nicht jeder Pilz lebt als Destruent.

Ein Stoffkreislauf entsteht, wenn Stoffe über verschiedene Wege erneut genutzt werden. Ein Beispiel sind Mineralstoffe: Ein Baum nimmt sie mit Wasser über seine Wurzeln auf und nutzt sie beim Aufbau seiner Pflanzenteile. Stirbt ein Blatt ab, können Destruenten es zersetzen. Dabei frei werdende Mineralstoffe können wieder von Pflanzen aufgenommen werden. Der Wald tauscht aber auch Stoffe mit seiner Umgebung aus. Er ist kein vollständig geschlossener Behälter.

Die Mineralstoffe liefern nicht die Energie für die Photosynthese. Diese kommt aus dem Sonnenlicht und wird beim Aufbau von Zucker gespeichert. Beim Fressen gelangt ein Teil der gespeicherten Energie zu Konsumenten, mit totem Material auch zu Destruenten. Pflanzen, Tiere und Destruenten nutzen gespeicherte Energie für ihre Lebensprozesse. Bei der Zellatmung machen ihre Zellen Energie aus energiereichen Stoffen nutzbar. Dabei wird ein Teil als Wärme an die Umgebung abgegeben.

Deshalb sprechen wir von einem Energiefluss. Die abgegebene Wärme kann Sonnenlicht bei der Photosynthese nicht ersetzen. Energie wird dabei umgewandelt und nicht vernichtet. Eine Ernährungsstufe bezeichnet eine Stellung in einer Nahrungskette, etwa die der Produzenten oder der Konsumenten erster Ordnung. Wie viel gespeicherte Energie die nächste Ernährungsstufe erreicht, ist unterschiedlich. Eine feste Weitergabe von genau einem Zehntel gilt nicht allgemein. Wärme aus Lebensprozessen kehrt nicht wie Mineralstoffe zur Photosynthese zurück.

Um eine Veränderung im Wald begründet zu untersuchen, brauchst du eine Wirkungskette: Was verändert sich zuerst? Welche Folgen sind dadurch möglich? Welche anderen Einflüsse wirken mit? Wenn eine Pflanze deutlich weniger Licht erhält und Licht ihr Wachstum begrenzt, kann sie weniger Zucker aufbauen. Wasser und Mineralstoffe können fehlende Lichtenergie nicht ersetzen.

Auch die Entnahme von Bäumen hat gegenläufige Wirkungen. Weniger Blattfläche kann die Wasserabgabe der Bäume verringern. Durch lückigere Kronen kann mehr Regen den Boden erreichen. Große offene Stellen setzen den Boden aber stärker Sonne und Wind aus. Dadurch kann mehr Wasser vom Boden verdunsten. Bei zu starker Baumentnahme kann außerdem die Fähigkeit des Bodens sinken, Wasser aufzunehmen. Mehr ankommender Regen macht den Boden nicht automatisch aufnahmefähiger. Deshalb lässt sich aus der Baumzahl allein nicht sicher auf die Menge des Bodenwassers schließen.