Aufgabe A – Moore – unverzichtbar für den Klimaschutz
Moore sind faszinierende Ökosysteme, die für zahlreiche spezialisierte Tier- und Pflanzenarten Lebensraum bieten. In den letzten Jahrzehnten gewannen Moore zunehmend an Bedeutung als wesentlicher Faktor bei der Bewältigung der Klimaprobleme.
Abb. 1: Sphagnum palustre
Erläutere den Begriff ökologische Nische am Beispiel des Torfmooses Sphagnum palustre (M 1).
Mikroskopiere den Laubblattquerschnitt eines Mesophyten (Dauerpräparat) und fertige von diesem eine beschriftete Skizze an.
Vergleiche tabellarisch den Bau und die Funktion eines Mesophyten-Laubblattes mit dem eines Torfmoos-Blättchens anhand von vier selbst gewählten Kriterien (M 1).
Diskutiere die unterschiedlichen Nutzungsformen der Niedermoore durch konventionelle Landwirtschaft und durch Paludikultur (M 2).
Stelle den Kohlenstoffkreislauf schematisch dar.
Begründe die Klimarelevanz von Mooren und die Notwendigkeit der Regeneration von entwässerten Mooren (M 1 – M 3).
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monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Material 1: Torfmoos (Sphagnum palustre)
Torfmoose bestehen aus toten Wasserspeicherzellen (Hyalocyten), die das Regenwasser speichern und den zwischen ihnen liegenden grünen Chlorocyten (assimilationsfähige, chloroplastenführende Zellen) vor Austrocknung schützen. Sie haben keine Wurzeln, wachsen dicht zusammen und bilden einen Rasen, der jährlich mehrere Zentimeter wächst. Abgestorbene Pflanzen werden zu Torf. Andere Pflanzenarten müssen ihre Wurzeln immer weiter nach oben verlegen, um nicht überwuchert und erstickt zu werden. Mit dem Wachstum des Moos-Rasens entfernen sie sich daher zunehmend vom Grundwasser und den Nährstoffen, wodurch sie nach und nach verdrängt werden.
Torfmoose erhalten ihre Nährstoffe nur noch aus dem Regen. Ihre Zellwände aus schwer zersetzbarem Sphagnan senken durch Abgabe von Protonen an das umgebende Wasser den pH-Wert auf bis zu 3, was zersetzende Bakterien und Pilze hemmt und das Moorwachstum fördert. Zudem binden in den Hyalocyten lebende Bakterien das aufsteigende Klimagas Methan und verhindern so dessen Freisetzung in die Atmosphäre.
Abb. 2: Torfmoos-Pflanze
Abb. 3: Querschnitt durch ein Torfmoos-Blättchen
Material 2: Nutzung von Mooren
Konventionelle landwirtschaftliche Nutzung von Niedermooren
Entwässerte Moorböden werden bisher meist als Ackerland oder Grünland genutzt. Dabei wird der Grundwasserstand auf mindestens 60 Zentimeter unter der Nutzfläche abgesenkt. Im Sommer kann es passieren, dass der Wasserstand noch niedriger ist. Die Nutzpflanzen drohen dann auszutrocknen. Für die Ackernutzung wird der Moorboden jährlich oberflächlich umgebrochen und mit dem Pflanzenschutzmittel Glyphosat behandelt und neu bestellt. Bei der Weidelandnutzung werden die Flächen mit schweren Maschinen befahren, regelmäßig gedüngt und für Schnittfuttergewinnung oder als Weideland genutzt. Bisher können landwirtschaftliche Betriebe den größten Gewinn erzielen, wenn sie das Niedermoor entwässern und es wie bisher üblich nutzen.
Abb. 4: Einfluss eines entwässerten Moores auf die Umwelt bei landwirtschaftlicher Nutzung
Paludikultur
Unter Paludikultur versteht man die Landnutzung von Moorböden oder wiedervernässten Böden bei gleichzeitigem Erhalt des Torfkörpers.
Paludikulturen eignen sich für die Haltung von Wasserbüffeln, Rotwild, Pferden, Rindern, Schafen oder Gänsen oder den Anbau von Schilfröhricht und Rohrkolbenröhricht. In Paludikulturen wird nicht gedüngt und es kommen keine Pflanzenschutzmittel zum Einsatz. Für Landwirte sind die Gewinne aus Paludikulturen geringer, als wenn sie die Moorflächen zunächst trockenlegen und dann wie üblich als Weiden und Äcker nutzen.
Abb. 5: Einfluss der Paludikultur auf die Umwelt
Material 3: Moore
Moore sind von besonderer Bedeutung für den Klimaschutz. Sie entstehen durch wasserdurchtränkte Böden, in denen die anfallenden Pflanzenreste wegen des Sauerstoffmangels nur sehr langsam zersetzt werden. Da die Produktion von organischer Substanz rascher erfolgt als ihr Abbau, kommt es zur Ablagerung von Torf. Wenn die Torfschichten größer als 30 cm sind, werden diese Gebiete als Moore bezeichnet.
Gefahr droht bei Trockenlegung, Kultivierung oder anderweitiger Nutzung der Moore. Hierbei wird der Torf durch aerobe bzw. anaerobe Zersetzungsvorgänge abgebaut. Bei aerobem Abbau wird Kohlenstoffdioxid freigesetzt, bei anaerobem Methan. In ausgetrockneten Mooren wird Methan in den oberen Schichten teilweise zu Kohlenstoffdioxid oxidiert.
Abb. 6: Torfbildung
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monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Definition der ökologischen Nische
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Die ökologische Nische beschreibt die Gesamtheit der abiotischen und biotischen Umweltfaktoren, die eine biologische Art für ihr Überleben, ihre Entwicklung und ihre Fortpflanzung benötigt.
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Sie stellt keinen physischen Ort dar, sondern umfasst die funktionelle Rolle, die Beziehungen zur Umwelt und die spezifischen Anpassungen einer Art innerhalb eines Ökosystems.
Anwendung am Beispiel des Torfmooses (Sphagnum palustre)
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Das Torfmoos besitzt keine Wurzeln und besetzt eine hochspezialisierte Nische, in der es notwendige Mineralstoffe und Wasser ausschließlich über das nährstoffarme Regenwasser aufnimmt.
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Die Zellwände der Pflanze bestehen aus schwer zersetzbarem Sphagnan und geben Protonen
an das umgebende Wasser ab. -
Durch diese Abgabe von
-Ionen sinkt der pH-Wert der Umgebung auf bis zu 3, was das Wachstum von zersetzenden Bakterien und Pilzen aktiv hemmt -
Spezielle tote Wasserspeicherzellen, sogenannte Hyalocyten, können fallendes Regenwasser extrem effektiv speichern
Mikroskopie eines Laubblattquerschnittes (Dauerpräparat):
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Einstellung des Mikroskops (z. B. Wahl des Ausschnittes, geeignete Vergrößerung, Beleuchtung, Kontrast)
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Übereinstimmung Präparat/Skizze (Bewertung anhand der Skizze)
Mikroskopisches Bild als Ersatz (Mesophyten-Blattquerschnitt):
→ Skizze anhand der im Unterricht besprochenen Kriterien mit entsprechender Beschriftung
Vergleich nach selbstgewählten Kriterien, z. B.:
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Kriterium |
Mesophyten-Blatt |
Torfmoos-Blättchen |
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Gewebearten/ Bestandteile |
aus Gewebe aufgebaut mehrere Gewebe z. B. Palisadengewebe, Schwammgewebe, Leitbündel, Kutikula, obere und untere Epidermis |
aus Gewebe aufgebaut nur zwei Zelltypen im Gewebe (Wasserspeicherzellen und Chlorocyten) |
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Dicke |
mehrere Gewebeschichten übereinander; wesentlich dicker |
eine Gewebeschicht; dünn |
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Schutz |
Kutikula und Epidermis |
nicht vorhanden |
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Regulierung der Wasserabgabe |
über Spaltöffnungen |
nicht vorhanden |
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Wasserspeicherung |
möglich im Schwammgewebe |
möglich in Hyalocyten |
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Ort der Chloroplasten |
in Palisaden- und Schwammgewebe |
in Chlorocyten |
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Ernährung |
autotroph durch Chloroplasten |
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Diskussion
Konventionelle Landwirtschaft:
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Pro: Nutzung als Weideland, für Schnittfutter, Maisanbau, andere Feldfrüchte; große Gewinne möglich;
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Contra: bis zu 40 t Treibhausgase pro Hektar und Jahr; Einsatz von Pflanzenschutzmittel mindert Biodiversität; Absenkung des Grundwasserspiegels auf mindestens 60 cm unter der Nutzungsfläche;
Paludikultur:
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Pro: Nutzung von Torfmoos, Schilf, Rohrkolben, Sauergräsern; Erhaltung des Kohlenstoffspeichers; nur 0 bis 8 t Treibhausgase pro Hektar und Jahr werden freigesetzt; Torf bleibt erhalten und bildet sich neu; Stand des Grundwassers bleibt erhalten; schonend für Biodiversität; keine Bodenverdichtung und Düngung;
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Contra: weniger Gewinn
Schematische Darstellung des C-Kreislaufes (nach unterrichtlichen Voraussetzungen) z.B.:
Klimarelevanz:
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große Mengen Kohlenstoff in Form von Torf gespeichert
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durch Fotosynthese der Moorpflanzen wird der Atmosphäre Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffdioxid entzogen (Assimilation)
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kaum Zersetzung der Biomasse durch fehlenden Sauerstoff (Dissimilation)
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dadurch wird klimawirksames Treibhausgas CO2 gebunden
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zudem wird durch anaerobe Stoffwechselvorgänge Methan gebildet, welches jedoch durch in Hyalocyten symbiontisch lebende Bakterien abgebaut wird
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Notwendigkeit der Regeneration:
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Erhalt der Biodiversität (seltener, spezialisierter Arten)
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Stabilisierung von Ökosystemen
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Beeinflussung des Mikroklimas
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Torfbildung
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