Advanced Economics of the Einvironment

4 Dynamik
ökologischer
Systeme
4.1 Populationen
4.2 Interaktion von Populationen
4.3 Entwicklungsmuster der adaptiven
Zyklen
Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT
4.1 Populationen
4.1.1 Allgemeine Merkmale
(i)Definition
(ii)Umweltbezug
(iii)Verhalten
(iv)Interne Differenzierung
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4.1 Populationen
4.1.1 Allgemeine Merkmale
(i)Definition
Eine Population umfasst die Gesamtheit
der Mitglieder einer durch besondere
Merkmale auf eine Lebensumgebung
abgestimmten Spezies
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4.1 Populationen
4.1.1 Allgemeine Merkmale
(ii)Umweltbezug
• Spezies sind das Resultat eines sehr langen
Evolutionsprozesses
• Im Rahmen dieses Evolutionsprozesses erfolgt eine
genotypische und phänotypische Anpassung an die
Bedingungen einer gegebenen natürlichen Umgebung
• Die genotypische Anpassung wird durch das
Zusammenwirken von Replikation und Mutation
bewirkt
• Die phänotypische Anpassung verweist auf begrenzte
Möglichkeiten zur Verarbeitung von Erfahrungen
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4.1 Populationen
4.1.1 Allgemeine Merkmale
(iii)Verhalten
• (An-)Triebe für das Verhalten
– Unterschied zwischen „Antrieb“ und „Ziel“
– Nahrungssuche
– Vermehrung
• Überwiegend reaktives Verhalten
– Dominanz von genetisch determinierten Automatismen
– (Begrenzte) Fähigkeit zur Anpassung an veränderte
Umweltbedingungen
– (Begrenzte) Lernfähigkeit
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4.1 Populationen
4.1.1 Allgemeine Merkmale
(iv)Interne Differenzierung
• Gleichartigkeit der Verhaltensmuster als
Überlebensproblem
• Unterschiede in Bezug auf Alter und Ausstattung
• Lokale Verteilung/Wanderung
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4.1 Populationen
4.1.2 Modell des Regenerationsverhaltens
(i)Elemente
(ii)Regenerationsfunktion
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4.1 Populationen
4.1.2 Modell des Regenerationsverhaltens
(i)Elemente
• Fokus auf Reproduktionsziel
• Einfluss der Umwelt: Kapazitätsgrenze
• Unterschied zwischen Bestandsgrößen und Flussgrößen
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4.1 Populationen
4.1.2 Modell des Regenerationsverhaltens
(ii)Regenerationsfunktion
• Annahme einer bestandsabhängigen Vermehrung
• Einfluss der Distanz zur Kapazitätsgrenze auf den Zusammenhang
zwischen Bestand und Vermehrung
• Verwendung der Methode Differentialgleichung
• Ansatz:
dR
R
= 𝑔R(1 −
)
dt
𝐾𝐴𝑃
mit:
R – Ressource
g – Wachstumsrate
KAP – Kapazitätsgrenze
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4.1 Populationen
4.1.2 Modell des Regenerationsverhaltens
(ii)Regenerationsfunktion
Zuwachs
dR
5
KAP
4
3
2
1
2.5
5
7.5
10
12.5
15
Bestand R
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4.1 Populationen
4.1.2 Modell des Regenerationsverhaltens
(iii)Regenerationspfade
R(0)=10
15
15
12.5
12.5
10
10
R
R
R(0)=0.1
7.5
7.5
5
5
2.5
2.5
0
2
4
6
8
10
12
14
0
2
4
6
t
KAP↓
15
12.5
10
10
7.5
7.5
5
5
2.5
2.5
0
2
4
6
10
12
14
15
12.5
R
R
g↓
8
t
8
10
12
14
0
2
t
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4
6
8
t
10
12
14
4.2 Interaktion von Populationen
4.2.1 Populationen in Ökosystemen
(i)Unterscheidung in die Funktionsgruppen:
‘Produzenten‘, ‘Konsumenten‘ und
‘Destruenten‘
(ii)Interaktion der Spezies innerhalb und
zwischen den Funktionsgruppen
(iii)Art der Interaktion
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.1 Populationen in Ökosystemen
(i)Unterscheidung in die Funktionsgruppen:
‘Produzenten‘, ‘Konsumenten‘ und
‘Destruenten‘
(Quelle: Nebel/Wright 1998, p. 34)
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.1 Populationen in Ökosystemen
(i)Unterscheidung in die Funktionsgruppen:
‘Produzenten‘, ‘Konsumenten‘ und
‘Destruenten‘/Forts.
A-H-L-Sphäre
Produzenten
anorganische
Stoffe
Konsumenten
Destruenten
Humus
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.1 Populationen in Ökosystemen
(ii)Interaktion der Spezies innerhalb und
zwischen den Funktionsgruppen
• Beispiel Interaktion innerhalb einer Funktionsgruppe:
Löwe und Zebra
• Beispiel Interaktion zwischen den Funktionsgruppen:
Vieh und Weide
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.1 Populationen in Ökosystemen
(iii)Art der Interaktion
• Symbiose
• Wettbewerb
• Räuber/Beute-Verhältnis
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(i)Allgemeine Merkmale
(ii)Konservative vs. kontrahierende
(„dissipative“) Systeme
(iii)Folgerungen
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(i)Allgemeine Merkmale
• Vereinfachungen
– gegebene genetische Ausstattung
– keine phänotypische Differenzierung (Alter, Ortsbezug usw.)
– Ausschließen zufälliger Einflüsse (deterministischer Ansatz)
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(i)Allgemeine Merkmale/Forts.
• Einflussfaktoren für die Dynamik
– populationsinterne Faktoren (Geburt/Tod)
– Interaktionsfaktoren
• Asymmetrisches Ernteverhältnis
R1
R2
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(i)Allgemeine Merkmale/Forts.
• Darstellung der Interaktionspfade
– Zeitraumdarstellung
– Phasenraumdarstellung
– 3D Darstellung
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(i)Allgemeine Merkmale/Forts.
• Darstellung der Interaktionspfade/Forts.
R2
2000
1000
0
100
t
50
0
0
1000
2000
R1
3000
4000
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(ii)Konservative vs. elastische
(„dissipative“) Systeme
• Allgemeiner Ansatz
dR 1
 f 1 (R1 )  h1 (R1 , R2 )
dt
dR 2
  f 2 (R2 )  h2 (R1 , R2 )
dt
• Konservatives System
f 1  r1R1
• Elastisches System
f 1  r1R1 (1 
R1
)
KAP
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(ii)Konservative vs. elastische
(„dissipative“) Systeme
14
14
12
12
10
10
8
8
R2
R1,R2
• Beispiel konservatives System
6
6
4
4
2
2
0
0
5
10
15
20
25
2
4
6
t
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8
R1
10
12
14
4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(ii)Konservative vs. veränderliche
(„dissipative“) Systeme
• Beispiel dissipatives System
4000
2500
2000
1500
R2
R1,R2
3000
2000
1000
1000
500
0
0
0
20
40
60
80
100
0
1000
t
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2000
R1
3000
4000
4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(iii)Folgerungen
• unterschiedliche
Ordnung
R2
• Stabilität/Instabilität
• Ordnungsgebiete
(Attraktorbassins)
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R1
4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(iii)Folgerungen
• Stabilitätsorientierte Sichtweise
 ausschließliche Betrachtung der speziellen
Gleichgewichtsordnung
 Stabilität als Zeitbedarf für die Rückkehr zum
Gleichgewicht bei externer Störung
 Normalfall der globalen Stabilität
 strikte Trennung zwischen System und Umwelt:
exogene gegebene Parameter
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(iii)Folgerungen
• Stabilitätsorientierte Sichtweise/ Beispiel
3
2.5
R2
2
1.5
1
0.5
0
1
2
3
R1
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4
4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(iii)Folgerungen
• Resilienzorientierte Sichtweise
 Betrachtung unterschiedlicher Ordnungen (GG, Zyklus,
Chaos…)
 Resilienz als Störungsrobustheit in Bezug auf einen
gegebenen Ordnungszustand
 Normalfall der lokalen Stabilität
 fließender Übergang zwischen System und Umwelt:
quasi-endogene Dynamik der Parameter
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4.2 Interaktion von Populationen
4.2.2 Räuber/Beute Systeme
(iii)Folgerungen
• Resilienzorientierte Sichtweise/ Beispiel
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4.3 Entwicklungsmuster der adaptiven
Zyklen
(i)Komplexitätsmerkmal
Hierarchie/Skalenvielfalt
• Beispiel borealer Wald
– Fleck
– Bereich
– Gebiet
• Filtereffekt und Beschränkungseffekt zwischen den Hierarchieebenen
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4.3 Entwicklungsmuster der adaptiven
Zyklen
(ii)Von der Sukzession zur Adaption
• traditionelle Sukzessionsvorstellung über die Entwicklung der Arten
• Verknüpfung der Entwicklung der Arten mit der kreativen
(Zer)Störung
• Negativer Zusammenhang zwischen der Vernetzungsdichte und der
Stabilität der Arten
• Folgerungen
Biomasse/Bioenergie
REORGANISATION
IV
<
KONSERVIERUNG
II
>
>
I
EXPLOITATION
<
III
FREISETZUNG
Verflochtenheit
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