Advanced Economics Of The Einvironment

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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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 4.1 Populationen 4.1.2 Modell des Regenerationsverhaltens (i)Elemente (ii)Regenerationsfunktion Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 4.1 Populationen 4.1.2 Modell des Regenerationsverhaltens (i)Elemente • Fokus auf Reproduktionsziel • Einfluss der Umwelt: Kapazitätsgrenze • Unterschied zwischen Bestandsgrößen und Flussgrößen Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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) Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 4.2 Interaktion von Populationen 4.2.1 Populationen in Ökosystemen (iii)Art der Interaktion • Symbiose • Wettbewerb • Räuber/Beute-Verhältnis Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 4.2 Interaktion von Populationen 4.2.2 Räuber/Beute Systeme (i)Allgemeine Merkmale (ii)Konservative vs. kontrahierende („dissipative“) Systeme (iii)Folgerungen Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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) Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 4.2 Interaktion von Populationen 4.2.2 Räuber/Beute Systeme (i)Allgemeine Merkmale/Forts. • Darstellung der Interaktionspfade – Zeitraumdarstellung – Phasenraumdarstellung – 3D Darstellung Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 2000 R1 3000 4000 4.2 Interaktion von Populationen 4.2.2 Räuber/Beute Systeme (iii)Folgerungen • unterschiedliche Ordnung R2 • Stabilität/Instabilität • Ordnungsgebiete (Attraktorbassins) Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 4.2 Interaktion von Populationen 4.2.2 Räuber/Beute Systeme (iii)Folgerungen • Resilienzorientierte Sichtweise/ Beispiel Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 4.3 Entwicklungsmuster der adaptiven Zyklen (i)Komplexitätsmerkmal Hierarchie/Skalenvielfalt • Beispiel borealer Wald – Fleck – Bereich – Gebiet • Filtereffekt und Beschränkungseffekt zwischen den Hierarchieebenen Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT 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 Prof. Dr. Frank Beckenbach ADVANCED ECONOMICS OF THE ENVIRONMENT