Ökoregionen & Makroökologie

Ökoregionen & Makroökologie
2. Meere und Brackgewässer
2.5 Meeresküsten

Zonierung des Litorals
Aus Janke et al. 1990
MSpThw =
Mittleres
Springtidenhochwasser
MNThw =
Mittleres
Nipptidenhochwasser
MNTnw =
Mittleres
Nipptidenniedrigwasser
MSpTnw =
Mittleres
Springtidenniedrigwasser

Wirkende Kräfte
Brandung Felsküste
Ablagerung von Schlick
(Ton & org. Material)
Verlagerung durch
Strömung
Marschen, Mangroven
Sandstrand
Zerkleinerung des Materials:
Blöcke→Geröll→Kies→Sand
Verlagerung durch
Wind
Küstendünen

Anpassungen von Organismen in der
Gezeitenzone
• Toleranz gegenüber Temperaturschwankungen
• Toleranz gegenüber Änderungen des Salzgehalts
– poikilosmotisch (Strandschnecke, Seepocken)
– homoiosmotisch: Hypertonieregulation (Schnecken marinen Ursprungs,
Enchytraeiden, Krebse), Hypo- und Hypertonieregulation
(Strandkrabben, Asseln, Amphipoden, landlebende Arthropoden)
• Schutz vor UV-Strahlung
• Gewährleistung der Sauerstoffversorgung
– Kiemenatmer: Feuchthalten der Kiemen
– Landtiere: Überdauerung in luftgefüllten Spalten, Herabsetzung des
Sauerstoffverbrauchs
• Anpassungen gegenüber Dichteänderungen

Biologischer Rhythmik
Aus Tischler 1993
Zeitgeber:
• Tageslicht (24 h)
• Mond (14,7 d)
• Gezeiten (12,4 h)

Horn & Gibson 1991
Felsküsten

Felsküsten
Eulitoral: Zone zw. Hoch- und Niedrigwasser
• Vertikale Zonierung (ausgeprägt im gemäßigten Klima): Trockenheit, hohe
Temperaturen, Besonnung, Wellenschlag
Braunalgen
Seepocken
Sublitoral Eulitoral Supralitoral
• Horizontale Verteilung (Lage zum Aufprall des Wassers): Felslücken,
Anhäufung von Detritus, Sukzession
• Konkurrenz und Feinde
Biotische Faktore
Abiotische Faktore

Smith & Smith 2009

Supralitoral:
• Spritzone:
Felsküsten
– nur gelegentlich von Springtiden überflutet
– Meeres- und Landbewohner
– starke Windeinwirkung, salzhaltige Luft,
Wasserspritzer, Schwankungen der Temperatur &
Luftfeuchte
• Steilwände und Felsinseln:
– Brutplätze für Vögel

Sandstrand und Küstendünen
Aus Janke et al. 1990
• Prallhang mit bewegtem und
durchspülten Sand
• Farbstreifen-Sandwatt
– graugelb: Umlagerung
– blaugrün: Cyanobakterien
– rot: Schwefelpurpurbakterien
– schwarz: Desulfurikanten
• Zone des Strandanwurfs
• trockener Innenstrand und
Dünen

Aus Tischler 1993
Psammon:
• Meso-/Mikropsammon (< 5 mm):
Nematoden, Turbellaria,
Anneliden, Krebse,
Gnathostomulida, Gastrotricha,
Loricifera, Tardigrada,
Meeresmilben, Nacktschnecken,
Zwergmedusen, Mosstierchen,
Protozoen
• Import von Detritus und Plankton
als Nahrungsgrundlage
• hohe Individuendichte (2000
Ind./100 cm³)

Marschküsten: Watt
Aus Janke et al. 1990
• Schwemmland aus Sedimenten
feinster Mineralteilchen & org.
Partikel
• Eintrag von Plankton
• nährstoffreich
• Verlandung → Salzwiesen
• Boden-Typ
– Sandwatt (> 1% org. Anteil)
– Sand-Schlickwatt
– Schlickwatt (5 – 10 % org. Anteil)

Beispiel: Wattenmeer
• Ca. 450 km
Küstenlänge
• 3500 km²
Wattfläche
• Entstehung
vor ca. 4000
Jahren
Tardent 1993

Beispiel:
Wattenmeer
Reise 1991

Biotische
Faktoren
Tardent 1993

Biotische Faktoren
Aus Janke et al. 1990

Biotische
Faktoren
Wattwurm (Arenicola marina)
Reise 1991

Einflüsse des Menschen:
Deichbau & Landgewinnung
• Umwandlung der
Überschwemmungsflächen
in
Weiden und Äcker
• Verlust von 80 %
der Salzwiesenflächen
seit 1600
Reise 1991

Landgewinnung im Bereich der westfriesischen Inseln
1 km

Einflüsse des Menschen:
Deichbau & Landgewinnung
Folgen:
• Verminderung des Eintrags von pflanzlichem Detritus
aus den Salzwiesen
• Verstärkte Umlagerung von Sedimenten
Vertiefung & Erweiterung der Priele und Baljen
Verlagerung der Außensande und Barrieren-Inseln landwärts
• Verlust an Brackwasser- und Salzwiesenarten
• Zunahme der filtrierenden Muscheln; Rückgang der
Detritusfresser
• Vordringen von Arten der tieferen Nordsee; Rückgang
von Flachwasserarten

Einflüsse des Menschen:
Veränderung der Artengemeinschaft
Rückgang & Aussterben:
Europäischer Stör
(Acipenser sturio)
Nagelrochen (Raja clavata)
Sandröhrenwurm (Sabellaria alveolata & S. spinulosa)
Europäische Auster
(Ostrea edulis)

Einflüsse des Menschen:
Veränderung der Artengemeinschaft
Neubesiedlung: Anteil der Neozoen am Gesamtartenbestand 3 – 10 %
Nehring & Leuchs 1999

Einflüsse des Menschen:
• Phosphat- und Nitrat
• Öl
Nähr- & Schadstoffe
Zunahme der Planktonproduktion Sauerstoffmangel bei
geschichtetem Wasser
Zunahme der Miesmuschelbänke
Zunahme algenfressender Schnecken und anderer Bodentiere
Zunahme fädiger Grünalgen (G. Enteromorpha)
Sauerstoffmangel im Boden
• Schwermetalle
• chlorierte Kohlenwasserstoffe (z.B. polychlorierten
Biphenyle, PCB), polyzyklische aromatische
Kohlenwasserstoffe (PAK oder PAH)
• Tributylzinn (TBT)

Einflüsse des Menschen:
• Phosphat- und Nitrat
• Öl
Nähr- & Schadstoffe
Zunahme der Planktonproduktion Sauerstoffmangel bei
geschichtetem Wasser
Zunahme der Miesmuschelbänke
Zunahme algenfressender Schnecken und anderer Bodentiere
Zunahme fädiger Grünalgen (G. Enteromorpha)
Sauerstoffmangel im Boden
• Schwermetalle
• chlorierte Kohlenwasserstoffe (z.B. polychlorierten
Biphenyle, PCB), polyzyklische aromatische
Kohlenwasserstoffe (PAK oder PAH)
• Tributylzinn (TBT)
Reise 1991

Einflüsse des Menschen:
Schaumbildung an Brandungsstränden
durch gallertbildende
Planktonalge (Phaeocystis globosa)
Nähr- & Schadstoffe
Fädige Grünalgen (G. Enteropmorpha)

Marschküsten: Salzwiesen
Aus Janke et al. 1990
• Entstehung aus Watt (Erstbesiedler Queller
Salicornia & Schlickgräser Spartina)
• Salzregulation der Halophyten:
– selektive Salzaufnahme
– Abwerfen von Blättern mit salzgesättigter
Lösung in den Vakuolen
– Salzablagerungen in den Vakuolen der
Sprosse
– Abscheidung von überschüssigem Salz aus
epidermalen Drüsen
– Sukkulenz
• Hohe Produktion, geringer Anteil an
Konsumenten

Marschküsten:
Salzwiesen

Mangroven • trop. und subtrop.
Gezeitenwälder an
Küsten mit
Schwemmland („trop.
Marschküsten“)
• bis zu 30 m hohen,
immergrünen
Bäumen und bis zu 2
m hohen Sträuchern
(obligate Halophyten)
• Lebensräume
– Flussmündungsmangroven
– Küstenmangroven
– Riffmangroven
Aus Tischler 1993

Keimung:
• Viviparie
• Kryptviviparie
Anpassungen der Pflanzen
Wurzelatmung:
• Stelzwurzeln
• Luftwurzeln
• Lentizellen mit feinen Öffnungen, die Endringen von Wasser
verhindern
Anpassungen an den Salzgehalt:
• Einschränkung der Transpiration
• Ultrafiltration
• Erhöhung der Saugkräfte durch Salzspeicherung in den Vakuolen
• Eliminierung von Salz durch abfallende Blätter oder
Salzausscheidung („Salzdrüsen“)

Verbreitung
Region Fläche in km² (Anteil an
Gesamtfläche)
Süd- und Südostasien 75.000 (42 %)
Australasien 19.000 (10 %)
Nord- und Südamerika 49.000 (27 %)
Westafrika 28.000 (16 %)
Ostafrika und Mittlerer Osten 10 000 (6%)
Gesamt 180.000

Verbreitung
www2.tu-berlin.de/~kehl/

Bedrohungen
• > 50 % der Mangroven bereits verschwunden
• Ursachen:
– Umwandlung in Plantagen
– Trockenlegung
– Zuchtfarmen für Shrimps
– Holzgewinnung
• Folgen:
– Rückgang der Fischbestände
– Verschlammung von Riffen
– Fehlende Produktion
– Fehlender Küstenschutz

Nettoprimärproduktion ausgewählter
Lebensräume
Ökosystem Nettoprimär-produktion
(kg•m - ²•a -1 )
Eintrag
(kg•m- ²•a-1 )
Wattenmeereulitoral 0,2 bis zu 0,2
Salzwiesen 0,2-1,9 bis zu 1,5
Seegrasbestände 0,4-0,6
Großalgenbestände bis zu 4,0

Ökoregionen & Makroökologie
2. Meere und Brackgewässer
2.6 Ästuarien und andere Brackgewässer

Typen von Brackwässern
1. Meere, die noch eine schmale Verbindung zu den
Ozeanen haben (Ostsee, Schwarze Meer) oder in
früheren Zeiten hatten (Kaspische Meer, Aralsee)
2. Brackwässer im Küstenbereich mit geringer oder
fehlender Strömung (Fjorde, Lagunen, Strandtümpel)
3. Brackwässer mit starker Strömung in den
Mündungsgebieten der Flüsse (Ästuarien)
4. Unterirdisches Küstengrundwasser
5. Brackwasser im Binnenland (Salzquellen,
Brackwassersümpfe, brackige Seen)

Ästuarien
• trichterförmig erweiterte
Flussmündung
• Einfluss der
Gezeitenströme
• Übergang Süßwasser
zum Salzwasser
• hoher Gehalt importierter
Schwebstoffe
• z.B. Nördliche
Amazonasmündung

Physikalische & chemische
Eigenschaften: Salzgehalt
• polyhalin (3,0-1,8 %)
• α-mesohalin (1,8-0,8 %)
• β-mesohalin (0,8-0,3 %)
• oligohalin (0,3-0,05 %)

Physikalische & chemische
Eigenschaften: Salzgehalt
Erhöhung des Salzgehalts durch:
• Meerwasser
• Lösung von Salzen aus dem Untergrund
• Verdunstung
Erniedrigung des Salzgehalts durch:
• Einfluss von Süßwasser
• Schmelzwässer
• Infiltration von Grundwasser
• Niederschläge

Physikalische & chemische
Eigenschaften: Sauerstoff
• meist gute O 2-Versorgung
• bei stabiler Schichtung tiefere Schichten häufig O 2–
Armut aufgrund von:
– geringem vertikalen Austausch
– hoher biologischer Aktivität
– niedriger Durchflussrate
• Substrat extrem O 2–arm:
– viel organisches Material, hohe biologischer Aktivität
– geringer Austausch

Temperatur
Physikalische & chemische
Eigenschaften
• zeitlich (tageszeitlich, saisonal) und räumlich (horizontal,
vertikal) variabel:
– rasches Aufheizen durch Sonne
– Temperaturunterschiede von Fluss- und Meerwasser
– Schichtungsverhältnisse
Trübung
• Fracht suspendierter Partikel meist hoch
• geringe Lichtdurchflutung, führt zu geringer Primärproduktion

Substrat
Physikalische & chemische
Eigenschaften
• schlammige oder sandige Sedimente sowie ausgeflockte
Suspensionspartikel
• hoher Anteil an organischem Material
Strömung
• wechselnde Strömungen durch Ebbe und Flut
• meist schwache Wellenbewegung

Brackwasser als Lebensraum
• Euryhaline Arten:
– Vorkommen in Süß-, Brack- und Meerwasser
– Respirationsrate vom Salzgehalt unabhängig
– meist Arten mit limnischen Ursprung, einige Arten mit marinem
Ursprung, zyklisch euryhaline Arten (katadrome und anadrome
Tiere)
• Limnische Arten
– meist empfindlich gegen Salzwasser (nur wenige Arten bei > 1,8
% Salzgehalt)
– Erniedrigung der Respirationsrate im Brackwasser
• Marine Arten
– für meiste Arten 1,8 % Salzgehalt untere biol. Grenze
– Erhöhung der Respirationsrate im Brackwasser
• Spez. Brackwasserarten
– überwiegend oder ausschließlich im Brackwasser
– meist Arten mit stammesgeschichtlich marinen Ursprung

Artenzusammensetzung
Aus Tischler 1993

Besonderheiten der
Lebensgemeinschaft
• Artenarmut:
– rel. artenarm, jedoch reich an Individuen
• Abnahme der Körpergröße
– häufig geringere Körpergrößen, z.B. Nesseltiere, Mollusken,
Echinodermata, Fische
• Abweichung der Form
– Änderungen der Struktur, z.B. Rotalgen, Nesseltiere
• Abweichung in Entwicklung & Fortpflanzung
– verzögerte Entwicklung und Wachstum bei euryhalinen Organismen
– Sterilität, z.B. bei Algen, Seegras, Seestern, Polychaet
• Mischcharakter
– Lebensgemeinschaften aus limnischen und marinen Arten
– Verknüfung unterschiedlicher Lebensräume
• Nahrungsbeziehungen
– viele Arten polytroph
– lange und umfangreiche Nahrungsnetze

Aus Tischler 1993
Mischcharakter des
Lebensraumes
Verzahnung der Brackwasserlebewelt mit
der umgebenden Landschaft am Beispiel
von Meeresvögeln, die im Bereich der
salinen Lagunenzone brüten.

Ökologische Anpassungen
Morphologie
• Tiere:
– Anpassungen an Leben im Schlamm (z. B.
Haarsäume um Eingänge der
Atmungsorgane)
• Gefäßpflanzen:
– Aerenchym zur O2 – Versorgung der Wurzel
– hoher Lignin – Gehalt

Ökologische Anpassungen
Physiologie
• Tiere:
– Osmokonformer (poikiloosmotische Tiere): Anpassung des
Salzgehalt der Körperflüssigkeiten an umgebendes Wasser
– Osmoregulatoren (homoiosmotische Tiere):
Aufrechterhaltung des internen Salzgehalts unabhängig vom
umgebenden Wasser (z.B. durch Ausscheidung über
Kiemen, Salzdrüsen, bluthyperosmotischen Harn)
• Gefäßpflanzen:
– Erhöhung der Ionenkonzentration in den Wurzeln
– Drüsen zur Salz - Exkretion
– Einlagerung von Salzen in Blätter und deren Abwurf

Verhalten
Ökologische Anpassungen
• Vergraben im Schlamm:
– geringere Schwankungen von Salinität und
Temperatur
– Schutz vor Fressfeinden
• Wanderungsmuster:
– Verlagerung empfindlicher Stadien (Eier,
Jungtiere) ins offene Meer (einige Krabben-Arten)
– Nutzung der futterreichen und sicheren Ästuare
als Kinderstuben (viele Fisch-Arten)

Stoff- und Energieflüsse
Primärproduktion
• sehr hohe Produktivität: bis 20 000 kcal / m 2 * a
• systeminterne Primärproduzenten: v.a. Algen und
bodenlebende Diatomeen, Phytoplankton,
Seegras
• externe Quellen organischen Materials:
Salzmarschen, Fluss, Meer
• große Menge an Detritus (Schweb- / Sinkstoffe):
bis zu 100 mg / l (Meerwasser: 1- 3 mg / l)

Stoff- und Energieflüsse

Nahrungsnetze
Stoff- und Energieflüsse
• großer Nahrungsreichtum
• komplexe Netze durch Eurytrophie und interspezifischen
Verknüpfungen
• unvollkommene Energienutzung
• wesentliche Glieder der Nahrungskette:
– Detritus (und Bakterien)
– Primärproduzenten: Algen, Phytoplankton, Diatomeen
– detritusfressende und filtrierende Organismen (z. B. Muscheln,
Krebse, Borstenwürmer)
– Prädatoren (Fische, Vögel)