Stoffkreisläufe im Ökosystem

Stoffkreisläufe verbinden die belebte und unbelebte Umwelt eines Ökosystems und sind ein prüfungsintensives Thema der Ökologie im Abitur. Diese Lektion vertieft den Kohlenstoffkreislauf (Fixierung durch Photosynthese, Freisetzung durch Zellatmung und Verbrennung fossiler Brennstoffe, Ozeane als bedeutende Kohlenstoffsenke über physikalische und biologische Pumpen) sowie den komplexeren Stickstoffkreislauf mit seinen mikrobiell vermittelten Teilschritten: Stickstofffixierung, Nitrifikation (zweistufige Oxidation von Ammonium über Nitrit zu Nitrat), Ammonifikation (Abbau organischer Stickstoffverbindungen durch Destruenten) und Denitrifikation unter anaeroben Bedingungen.

Ein zentraler Fokus liegt auf dem Energiefluss durch trophische Ebenen: Im Gegensatz zu Stoffen wird Energie nicht recycelt, sondern fließt unidirektional durch das Ökosystem und geht kontinuierlich als Wärme verloren (Dissipation). Das 10%-Gesetz beschreibt die typische Effizienz der Energieübertragung zwischen trophischen Ebenen — die Lektion arbeitet die drei Hauptursachen für diese geringe Effizienz heraus: Energieverlust durch Stoffwechselwärme, nicht gefressene Biomasse und in unverdaulichen Strukturen gespeicherte Energie.

Auch die Unterscheidung zwischen Bruttoprimärproduktion (gesamte durch Photosynthese fixierte Energie) und Nettoprimärproduktion (nach Abzug der Eigenatmung der Produzenten) wird vertieft, ebenso wie die Rolle von Mykorrhiza-Pilzen als Symbionten, die die Phosphat- und Stickstoffaufnahme von Pflanzenwurzeln erheblich verbessern.

Alle zehn Fragen sind eigenständig beantwortbar und verlangen ein fundiertes Verständnis biogeochemischer Kreisläufe. Diese Übung eignet sich hervorragend zur Vorbereitung auf Abiturfragen, die Stoffkreisläufe häufig mit aktuellen Themen wie Klimawandel und Landwirtschaft verknüpfen.

• Den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf mit ihren zentralen Teilschritten beschreiben können
• Nitrifikation, Ammonifikation und Denitrifikation im Stickstoffkreislauf unterscheiden können
• Den unidirektionalen Energiefluss vom Stoffkreislauf begrifflich abgrenzen können
• Die Hauptursachen für die geringe ökologische Effizienz zwischen trophischen Ebenen benennen können
• Brutto- und Nettoprimärproduktion korrekt unterscheiden können

Energie fließt unidirektional und geht stetig durch Dissipation (Wärme) verloren. Energieverluste entstehen durch drei Hauptursachen: Zellatmung (Wärme), nicht gefressene Biomasse (bleibt in der vorherigen trophischen Ebene) und unverdaut ausgeschiedene Stoffe (Exkretion).