Die Wälder im Harz sind durch eine lange wirtschaftliche Nutzung gekennzeichnet. Aufgrund ihres schnellen Wachstums, geringen Pflegebedarfs und ihrer hohen Holzqualität wurden aus naturnahen Wäldern großflächige Fichtenforste. Dieser monokulturelle Waldbau hat zusammen mit anderen Faktoren die Massenverbreitung des Borkenkäfers begünstigt. Art und Weise sowie der Umfang der Maßnahmen zur Regulation der Borkenkäferpopulation werden kontrovers diskutiert.

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Erläutere zwei Beziehungen zwischen dem Borkenkäfer und seiner Umwelt (M 1).

6 BE

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Vergleiche r- und K-Strategen tabellarisch nach vier selbst gewählten Kriterien.

Ordne den Borkenkäfer begründet ein (M 1).

10 BE

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Fertige ein beschriftetes Diagramm zum logistischen Wachstum einer Borkenkäferpopulation beginnend bei der Neubesiedlung eines Lebensraumes an.

6 BE

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Stelle eine Hypothese zur Erklärung der in Material 2 dargestellten Ergebnisse auf (M 1, M 2).

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Bewerte den Einsatz von Cyhalothrin zur Bekämpfung von Borkenkäfern multiperspektivisch anhand von drei Argumenten (M 1, M 2, M 3).

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Aufgabe 3, M 1: Borkenkäfer

Borkenkäfer gehören zur Familie der Rüsselkäfer (Curculionidae) und leben in Wäldern, in denen sie sich auf die Rinde von Bäumen spezialisiert haben. Viele Arten befallen Nadelbäume, v. a. Fichten, ernähren sich vom Holz oder Phloem und legen zur Eiablage Gänge unterhalb der Rinde an. Die Larven fressen nach dem Schlüpfen das nährstoffreiche Bastgewebe der Bäume. In intakten Wäldern regulieren z. B. Spechte sowie Borkenkäfer befallende Insekten und Pilze die Population. Warmes Wetter, durch Dürre gestresste Bäume und monokultureller Waldbau können hingegen zu einer explosionsartigen Massenvermehrung führen. Beim Buchdrucker, der zu den auf Fichten spezialisierten Borkenkäfern gehört, beträgt die Entwicklungsdauer von der Eiablage bis zum Ausschwärmen der fortpflanzungsfähigen Jungkäfer 5–10 Wochen. Unter optimalen Witterungsbedingungen kann ein Weibchen mit ca. 30–120 Nachkommen in der ersten Generation demnach innerhalb eines Jahres mehr als 100.000 Nachkommen erzeugen. Die wirtschaftlichen Schäden, die durch die Dürre 2018 und den Borkenkäfer entstanden, wurden von der Arbeitsgemeinschaft Deutscher Waldbesitzerverbände im Jahr 2023 auf etwa 20 Milliarden Euro geschätzt.

nach:

https://de.wikipedia.org/wiki/Borkenk%C3%A4fer#Lebenszyklus (letzter Zugriff am: 11.02.2025)

https://www.lwf.bayern.de/mam/cms04/waldschutz/dateien/mb14_borkenkaefer_bf.pdf (letzter Zugriff am: 11.02.2025)

https://fbgmemmingen.de/wp-content/uploads/2016/12/FBG_Borkenkaefer.pdf (letzter Zugriff am: 11.02.2025)

https://www.deutschlandfunk.de/20-milliarden-euro-schaeden-durch-borkenkaefer-und-duerre-seit-102.html (letzter Zugriff am: 30.03.2025)

Aufgabe 3, M 2: Buchdruckerpopulation in der slowakischen Tatra

Im slowakischen Tatra-Gebirge, das über ein hohes natürliches Fichtenvorkommen verfügt, wurde eine Vermehrung des Buchdruckers dokumentiert. Es erfolgte keine Bekämpfung dieser Vermehrung.

Abb. 1: Buchdruckerpopulation

Hinweis: fm – Festmeter (Raummaß für 1 m³ Holz)

nach: http://www.waldklein.de/w-biol/Borkenkaefer.pdf (letzter Zugriff am: 15.01.2025)

Aufgabe 3, M 3: Cyhalothrin

Cyhalothrin ist ein im Pflanzenschutz zugelassenes, synthetisches Insektizid aus der Gruppe der Pyrethroide, das in Land- und Forstwirtschaft eingesetzt wird. Es handelt sich um ein Kontaktgift, das von Insekten über die Körperfläche aufgenommen und im gesamten Körper verteilt wird. Einmal aufgenommen, verhindert es das Schließen von Natrium-Ionenkanälen in Nervenzellen. Bei einer zu geringen Dosis kann das Gift von den Insekten enzymatisch abgebaut werden. Cyhalothrin behält seine temperaturabhängige Wirkung zwischen zwei Wochen und fünf Monaten bei: Die Wirksamkeit nimmt bei hohen Temperaturen ab. Bei kühleren Temperaturen bleibt die toxische Wirkung länger bestehen, weil der Wirkstoff sich langsamer abbaut. Cyhalothrin wird von Pflanzen nicht aufgenommen, sondern bleibt auf deren Oberfläche. Bei einigen als Schadinsekten eingestuften Arten wie dem Kartoffelkäfer konnten Resistenzbildungen gegen Pyrethroide beobachtet werden.

Das Pflanzenschutzmittel ist nicht nur für Insekten giftig, sondern auch für zahlreiche Wasserorganismen wie Algen und Fische. Eine Sekundärvergiftung von Vögeln und Säugern durch Bioakkumulation des Wirkstoffes kann nicht ausgeschlossen werden. Die Gefahr einer Anreicherung im Grundwasser wird vom Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) als gering eingeschätzt, da die schlechte Wasserlöslichkeit und starke Bindung des Wirkstoffes an Bodenpartikel bewirken, dass dieser nur wenig in tiefere Bodenschichten und das Grundwasser gelangt. Allerdings kann der Wirkstoff durch Oberflächenabfluss nahegelegene Gewässer erreichen.

Für den Menschen ist der Wirkstoff giftig im Falle eines Einatmens oder Verschluckens. Bei Kontakt können zudem allergische Reaktionen und Atembeschwerden auftreten. Daher ist auf eine bestimmungsgemäße und sachgerechte Anwendung (Schutzkleidung, Handschuhe, Atemschutz) von Cyhalothrin zu achten, um gesundheitsschädigende Auswirkungen für Anwender oder Umstehende zu vermeiden.

nach: Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (2014): PSM-Zulassungsbericht, Lambda-Cyhalothrin https://www.bvl.bund.de/SharedDocs/Downloads/04_Pflanzenschutzmittel/01_zulassungsberichte/007213-00-00.html (letzter Zugriff am: 11.02.2025) https://de.wikipedia.org/wiki/Cyhalothrin (letzter Zugriff am: 11.02.2025)

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Erläutern:

• Temperatur:

  • Einfluss auf Entwicklungsdauer der abgelegten Eier: höhere Temperaturen – Beschleunigung der Stoffwechselprozesse (RGT-Regel) – Verkürzung der Entwicklungsdauer – Begünstigung von Massenvermehrungen

• Räuber-Beute-Beziehung:

  • Beziehung zwischen zwei Lebewesen unterschiedlicher Art, bei der ein Lebewesen (Räuber) ein anderes Lebewesen (Beute) tötet und frisst

  • Borkenkäfer (Beute) von Specht (Räuber) gefressen – Nahrung für Specht – Tod für Borkenkäfer

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Vergleichen:

	r-Strategie	K-Strategie
Zeit bis Geschlechtsreife	kurz	lang
Anzahl der Nachkommen	hoch	gering
Veranlagung der Strategie	genetisch fixiert (evolutionär entwickelt)	genetisch fixiert (evolutionär entwickelt)
ultimate Ursache	Fitnessmaximierung	Fitnessmaximierung

Einordnen:

• r-Strategie

• Begründung über zutreffende Merkmale, z. B.

  • hohe Anzahl von Nachkommen: 30–120

  • Entwicklungsdauer (Ei bis Geschlechtsreife): 5–10 Wochen

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Anfertigen:

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Hypothese aufstellen:

• Vermutung: Die Populationsentwicklung ist durch die Beziehungen des Buchdruckers zu seiner Umwelt zu erklären.

• Begründung:

  • Fichten-Käferholz als Maß für Größe der Buchdruckerpopulation

  • geringe Populationsdichte → optimale Lebensbedingungen (z. B. Nahrung, Brutplätze durch hohes natürliches Fichtenvorkommen, kaum innerartliche Konkurrenz) → hohe Reproduktionsrate → exponentielles Wachstum (1993–1995)

  • Erreichen bzw. Überschreiten der Kapazitätsgrenze → Verschlechterung der Lebensbedingungen durch Absterben vieler Brutbäume → weniger Brutplätze bei hoher Populationsdichte → starke innerartliche Konkurrenz um begrenzte Ressourcen → Stress (→ Krankheiten) → Vermehrung von Fressfeinden, Parasiten → geringe Reproduktionsrate bei hoher Sterberate → Zusammenbruch der Population (1996–1998)

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Bewerten:

• Wahrnehmen des Konfliktes und Aufzeigen von Handlungsalternativen

• Pro-Argument:

  • Deskriptive Aussage: Cyhalothrin ist für einen großflächigen, pflanzenschonenden Einsatz bei der Bekämpfung des Borkenkäfers optimal geeignet, da es pflanzenverträglich ist, eine lange Wirkdauer hat und zum Tod des Borkenkäfers führt. Damit werden ein großflächiges Waldsterben und wirtschaftliche Verluste vermieden.

  • Normative Aussage: Die wirtschaftliche Nutzung des Waldes muss für Waldbesitzer gewährleistet bleiben (z. B. Wohlstand/Vermeidung wirtschaftlicher Schäden, Erhalt der Wirtschaftskraft).

  • Schlussfolgerung: Daher sollte Cyhalothrin zur Bekämpfung von Borkenkäfern eingesetzt werden.

• Contra-Argument:

  • Deskriptive Aussage: Cyhalothrin wirkt nicht ausschließlich gegen den Borkenkäfer, sondern ist für zahlreiche weitere Organismen (z. B. Algen, weitere Insekten, verschiedene Wirbeltiere) giftig.

  • Normative Aussage: Organismen, die nicht zum sich massenhaft vermehrenden Schadinsekt gehören, dürfen bei der Borkenkäferbekämpfung nicht gefährdet werden (z. B. Tierschutz, Biodiversität).

  • Schlussfolgerung: Daher sollte Cyhalothrin zur Bekämpfung von Borkenkäfern nicht eingesetzt werden.

• Contra-Argument:

  • Deskriptive Aussage: Eine Massenvermehrung der Borkenkäfer wird durch monokulturellen Anbau, warmes Wetter und Dürren, die als Folge des anthropogen verstärkten Klimawandels häufiger werden, begünstigt. Da Ökosysteme zur Selbstregulation fähig sind, wird die Borkenkäferpopulation nach einiger Zeit wieder abnehmen.

  • Normative Aussage: Die Natur sollte sich ohne Eingriffe des Menschen entwickeln dürfen (z. B. Eigenwert der Natur).

  • Schlussfolgerung: Daher sollte Cyhalothrin zur Bekämpfung von Borkenkäfern nicht eingesetzt werden.

• Wichtung der Argumente und Entscheiden