Arbeitsblatt: Lernaufgabe_BIO_Invasoren

Herbst Lernfeld 08 Biologie naufgabe zu invasiven gebietsfremden Arte Störungen von Ökosystemen Verfasser: Patrick Christinger 1 Inhaltsverzeichnis 1Unterrichtssequenz 3 1.1Didaktische Rekonstruktion 3 1.2Biologische Sachstruktur 3 1.3Unterrichtsstruktur. 4 1.4Binnendifferenzierung 5 1.5Kompetenzen. 5 1.6Lebensraum und Alltagsbezug. 5 1.7Didaktischer Schwerpunkt 6 1.8Einbettung 6 2Unterrichtsmaterial 6 2.1Theorie. 6 2.2Störung von Ökosystemen. 6 2.3„Zehnerregel 7 2.4Biodiversität. 7 2.5Modell. 9 3Anhang. 9 3.1Lehrerkommentar. 9 3.2Lernaufgaben. 10 Einführungsgeschichte in Europa. 15 Vorteile. 17 Dank der auffallenden, leuchtend weißen und stark duftenden Blüten gehört die Robinie zu den nektar- und zuckerreichsten Bienentrachtpflanzen. Ihr Zucker besteht aus etwa 60% Rohrzucker und 30% Fruchtzucker. Robinienblütenhonig wird unter der Bezeichnung Akazienhonig gehandelt. Er ist sehr hell und von feinem Aroma und gutem Geschmack. Als Bienenweide dient die Robinie besonders in Frankreich und Ungarn. Auch in Brandenburg (D) stellt die Robinie in guten Jahren bis zu 60 Prozent der Honigernte. 17 4Quellen. 28 4.1Quellenangabe. 28 2 1 Unterrichtssequenz 1.1 Didaktische Rekonstruktion Ziele: Die Schülerinnen und Schüler [später mit SuS gekennzeichnet] kennen die Begriffe „Neobiota, Neophyten und Neozoen und können sie erklären kennen invasive gebietsfremde Arten, die auf Ökosysteme wirken Elementare Grundideen: Sachstruktur/Ideen für den können Grafiken interpretieren und zusammenstellen Interessen Motivation: Unterricht: setzen sich exemplarisch mit dem Neophyt Robinie auseinander Neobiota in der Schweiz – die Robinie Sache/Thema: Tiere, Pflanzen, Pilze und Mikroorganismen können eine eigene Haltung gegenüber Neobiota entwickeln Gemeinsame Erarbeitung, was wie In den Medien kursieren Schlagwörter bilden Lebensgemeinschaften, in denen sie verstehen den Zusammenhang zur Biodiversität Schülerperspektive: „Artensterben, „Flusskrebse oder voneinander abhängig sind und in der jede Neobiota sind. können wissenschaftlich arbeiten und sachgerechte Schlüsse ziehen „Ambrosia AberAufgaben was heisst das die Anhandusw. offener werden Art zählt. fremden Arten haben grossenaus genau? DieDurch Neobiota werdenkeinen Ökosysteme Kreativität und der Forschergeist Einfluss die hiesige gebracht, Natur. dem auf Gleichgewicht einheimische geweckt wie auch eine Vertiefung in Arten sindkönnen gleich verdrängt Arten; die werden Auswirkungen Hier lernen die SuS, wieso gebietsfremde Arten oder das allgemeine Thema gemacht. vonsterben fremden Arten auf einheimische Arten invasiv sein können und dagegen Ein Lückentext führt in diewas Thematik gar aus. Ökosysteme sind unbekannt. unternommen werden kann. exemplarisch Invasive gebietsfremde Arten können der Robinie ein, welche Vielleicht ist den SuS der „Erbsenökologische, gesundheitliche und angeschaut wird. Fachliches Vorwissen: Schotenbaum in der Stadt Es folgen Aufgaben zuraufgefallen. Robinie, wo die wirtschaftliche Schäden verursachen. Invasive Arten gelten nach der Zusammenhänge der Störung eines Habitatzerstörung natürliche Kreisläufe Ökosysteme als und die zweitgrösste Ökosystems ergründet und ein Graph Gefährdung Klimawandel der biologischen Vielfalt. interpretiert und neu wissenschaftliches Arbeiten zusammengestellt werden. Das Dilemma im Umweltschutz wird politisch diskutiert, um dabei eine Haltung zu entwickeln. Schliesslich schliesst sich der didaktische Reigen in der Biodiversität, wo der negative Einfluss des Menschen und der Klimawandel das Arten-sterben begünstigen. Eine Hypothese rundet dabei die Korrelation zwischen der biologischen Vielfalt und dem Bruttosozialprodukt ab. 1.2 iologische Sachstruktur Ökosysteme – Lebensgemeinschaften Ein Ökosystem setzt sich aus Biotop ( abiotische Umwelt unbelebte Umwelt) und Biozönose zusammen. Es ist insgesamt ein komplexes Gefüge von unbelebten und belebten Komponenten. Typische Ökosysteme sind Wald, Wiese, See und Meer. Wegen des ständigen Ein- und Austrags verschiedener Stoffe und von Energie, sowie der begrenzten Lebensdauer der Lebewesen ist ein Ökosystem ein offenes System. Ein solches offenes System kann lediglich ein dynamisches Gleichgewicht erreichen. Ein Ökosystem schwankt also in seinen Teilen und im Ganzen mehr oder weniger stark um bestimmte mittlere Zustandswerte. Biozönose (Lebensgemeinschaft) Unter dem Begriff Biozönose fasst man alle Lebewesen (Tiere, Pflanzen, Pilze, Mikroorganismen) eines Ökosystems zusammen. Art Alle Individuen, die sich unter natürlichen Bedingungen miteinander paaren und fruchtbare Nachkommen zeugen können. Mehrere Populationen oder eine einzelne Population bilden diese Art. Neobiota (Neu-Lebewesen) 3 Neobiota sind gebietsfremde Organismen, die ab 1492 durch menschliche Unterstützung in neue Gebiete gebracht wurden. Die zeitliche Trennung zwischen den beiden Gruppen Archäound Neobiota ist durch die Neuentdeckung Amerikas begründet, die einen Wendepunkt hinsichtlich Mobilität und globalisiertem Handel darstellt. Neophyten ist ein Unterbegriff für neobiotische Pflanzen; analog dazu bezeichnet der Begriff Neozoen neobiotische Tierarten. Invasivität, Invasion Als invasive gebietsfremde Arten werden jene Arten bezeichnet, die durch ihre Einführung oder Ausbreitung die biologische Vielfalt gefährden. Sie gelten als invasiv, wenn sie sich so stark ausbreiten und eine hohe Bestandesdichte erreichen, sodass die einheimische Artenvielfalt beeinträchtigt, oder Mensch, Tier oder Umwelt gefährdet werden können, und wenn sie in Ökosystemen Veränderungen verursachen. In der Schweiz werden im Zusammenhang mit der Invasivität von Arten meist auch die Gefährdung der menschlichen Gesundheit und die Verursachung ökonomischer Schäden als Kriterien beigezogen. Biodiversität (Artenvielfalt) Unter Biodiversität versteht man allgemein die Vielfalt von Arten in einem bestimmten Ökosystem oder auf der ganzen Erde. 1.3 Unterrichtsstruktur Die Unterrichtsstruktur ist so aufgebaut, dass zunächst als Einstieg in der Klassendiskussion geklärt wird, was „Aliens im Tier- und Pflanzenreich sind. Anhand des Textes „Aliens im Tierund Pflanzenbereich, welcher von den SuS vorgelesen wird, werden anschliessend verschiedene Definitionen durch die SuS formuliert und durch die Lehrperson gegebenenfalls ergänzt. In der Folge lösen die SuS einzeln allgemeine, offene Aufgaben, die Bezug zum Gelesenen haben und ihren Forschergeist wecken wie auch generell eine Vertiefung in das Thema gewähren. Bei dieser Vertiefungsarbeit kann es gelingen einen kleinen Wettbewerb zu lancieren, indem beispielsweise die selbsterfundene, invasivste Art gekrönt wird. Nachdem die Theorie geklärt ist, geht es zur Anwendung anhand eines Fallbeispiels über. Die Aufgabe der SuS ist nun in einer Einzelarbeit sich in die Thematik der Robinie einzulesen, wobei zuerst der Lückentext ausgefüllt werden muss, welcher danach mit den Lösungen aufgelegt wird. Mit diesem Grundwissen und Zusatz-/Hilfsblättern sollte es den SuS möglich sein, die Aufgaben zur Robinie, welche nun von der allgemeinen Thematik zum Beispiel dieses invasiven Neophyts übergegangen ist, zu lösen. Hier gilt es auch das Ganze zu verstehen und logische Schlüsse daraus zu ziehen. Die SuS untersuchen zu zweit, weshalb sich die Robinie im fremden Ökosystem behaupten konnte und stellen dar, welche Auswirkungen die Robinie auf das Ökosystem hat. Zudem interpretieren die SuS die Invasionsprozesse und deren Dynamik von invasiven Pflanzen und übertragen respektive zeichnen die Daten der Robinie als Graphen auf. In dieser Erarbeitungsphase mit der Sozialform Gruppenarbeit wird mittels eines Modells, welches durch die strukturelle Reduktion das Wesentliche vereinfacht darstellt, gearbeitet. Da dieses Thema fächerübergreifend ist, zumal nebst der Biologie Geographie, Geschichte, Wirtschaft, Gesundheit, Politik, Ethik und weitere Aspekte einbezogen sind, macht es Sinn ein didaktisches Netz in der Klasse zu erarbeiten, damit die Komplexität und die Zusammenhänge verstanden werden. Das Dilemma im Umweltschutz wird diskutiert, denn der Neophyt Robinie hat durchaus auch positive Eigenschaften. Im Rollenspiel könnte eine Podiumsdiskussion daraus entstehen, wo sich politische Lager bilden können, aber vor allem eine Haltung gegenüber dieser neuen Pflanze entwickelt wird. Hier könnte auch darauf hingearbeitet werden, wie gebietsfremde invasive Arten eingedämmt und kontrolliert werden können. Abschliessend schliesst sich der didaktische Rahmen in der Biodiversität, welche durch den Einfluss des Menschen und durch den Klimawandel gefährdet ist. Dabei spielt die Ausbreitung von Neophyten eine nicht untergeordnete Rolle. Mittels einer Hypothese wird der globale Zusammenhang zwischen Artenreichtum und Bruttosozialprodukt erschlossen. 4 1.4 Binnendifferenzierung Die hier entworfenen Aufgaben sind teilweise sehr offen gestellt, somit kann die Heterogenität der Klasse in Bezug auf die Geschwindigkeit und Aufgabenschwierigkeit aufgefangen werden. Trotzdem ist die hier präsentierte Arbeit eher für eine 3. Sekundarstufe konzipiert, denn die Thematik ist sehr komplex und der Aufbau der Sequenz entsprechend länger wie auch viel Vorwissen von den SuS abverlangt wird. Eine Vereinfachung für eine andere Stufe ist aber durchaus möglich: Indem bei den Aufgaben längere Zeit gewährt wird und eventuell die Lehrperson vermehrt Hilfestellungen gibt und indem die Zusammenhänge noch stärker reduziert werden. Zusätzlich kann der Schwierigkeitsgrad bei den Aufgaben noch angepasst werden. 1.5 Kompetenzen Mittels dieser Lernaufgabe lassen sich Kompetenzen erwerben, die massgebend für die Zukunft von Bedeutung sein werden. Als Oberbegriff wird die Gestaltungskompetenz genannt, da sie die Fähigkeit bezeichnet, Wissen über nachhaltige Entwicklung anzuwenden und Probleme nicht nachhaltiger Entwicklung erkennen zu können. Hierzu werden auswahlweise drei der Teilkompetenzen der Gestaltungskompetenz genauer aufgeführt: weltoffen und neue Perspektiven integrierend Wissen aufbauen (Informationsbeschaffung und –auswertung, Rollenspiele, etc.), vorausschauend denken und handeln (z.B. über die Zukunft nachdenken), interdisziplinär Erkenntnisse gewinnen und handeln (bspw. Gelerntes in ähnliche Zusammenhänge verwenden). Im Fachwissen kennen die SuS Basiskonzepte und können diese zuordnen; die Erkenntnisgewinnung wurde durch beobachten, vergleichen und Modelle nutzen erreicht. Nebst dieser Hauptkompetenz im Bereich der Fach-/Sachkompetenz, spielen weitere Kompetenzen eine Rolle: In der Sozialkompetenz lernen die SuS zu kooperieren, indem sie gemeinsam einen Lernstoff erarbeiten, oder sie können andere motivieren, aktiv zu werden. Das Interagieren in heterogenen Gruppen steht dabei im Mittelpunkt. Die Selbstkompetenz wird gefördert durch eigenständiges Handeln, wenn eigene Leitbilder reflektiert werden, und dadurch dass die SuS sich motivieren können, selber aktiv zu werden. Die Kompetenzen in der Kommunikation, wenn Informationen sach- und fachbezogen erschlossen und ausgetauscht werden wie auch die Kompetenz in der Bewertung, wenn Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkannt und bewertet werden. Explizite naturwissenschaftliche Kompetenzen bei dieser Lernaufgabe wären Informationen erschliessen: Sie vergleichen die verschiedenen Daten, diskutieren die Abweichungen bzw. Gemeinsamkeiten und bringen sie in einen Zusammenhang. Zudem zeichnen die SuS anhand von Daten einen Graphen ein. Sachverhalt einschätzen und beurteilen: Die SuS nehmen Stellung zum Dilemma im Umweltschutz, da die Robinie auch zur nachhaltigen Entwicklung beitragen kann, somit nicht nur negative Auswirkungen auf die Umwelt hat. Hypothese bilden: Die SuS stellen am Schluss eine Hypothese zur Korrelation zwischen Artenvielfalt und Bruttosozialprodukt auf. 1.6 Lebensraum und Alltagsbezug Der Alltagsbezug der SuS ist einerseits dadurch gegeben, als in der Stadt an vielen Orten die Robinie als Zierbaum gesetzt wurde, oder aber durch einen Ausflug ins Tessin, welcher individuell in der Familie oder mittels Schulreise bewerkstelligt werden kann. Im Frühjahr 5 eignen sich die Monate April und Mai, da zu diesem Zeitpunkt die Robinien am Blühen sind und ein betörender Duft in der Luft liegt. Eine weitere Möglichkeit mit der Klasse wäre im Rahmen einer Naturschutzaktion bei einer Ringelung dabei zu sein. Zudem bieten Aktionstage wie „Arten ohne Grenzen verschiedene Veranstaltungen an, wo sich die Schule beteiligen kann. 1.7 Didaktischer Schwerpunkt Artenvielfalt, genetische Vielfalt, Vielfalt der Ökosysteme wie auch Bedrohung dieses Reichtums durch die schnell wachsenden und verdrängenden invasiven Arten stellen den didaktischen Schwerpunkt dar. Bewusstseinsbildung bei den SuS hinsichtlich dieser Thematik und die Sensibilisierung bezüglich des nötigen Naturschutzes zwecks Erhaltung der Artenvielfalt stehen im Zentrum. So lassen sich invasive Arten gut als Einstieg in die BNE-Thematik nutzen. [BNE Bildung für eine nachhaltige Entwicklung] 1.8 Einbettung Invasive gebietsfremde Arten, die das Ökosystem stören, beinhaltet diese Lerneinheit. Die Thematik der invasiven Arten wird als Teil der Thematik der Biodiversität verstanden. Die Störung des Ökosystems, welche durch invasive Arten verursacht werden, steht in Verbindung zur Funktionalität und Struktur des Ökosystems. Das Ökosystem wiederum ist durch den abiotischen Teil des Biotops und dem biotischen Teil der Biozönose gekennzeichnet. Letztere setzen sich aus den verschiedenen Lebewesen (Tiere, Pflanzen, Pilze, Mikroorganismen) zusammen, die in diesem Ökosystem leben. Vom Basiskonzept in der Biologie entspricht dies dem Konzept der Kompartimentierung, bei welchem die ökologische Nische im Zentrum steht. Insbesondere betrifft es das Areal (Verbreitungsgebiet), wo die Individuen einer Art durch geographische und geologische Barrieren begrenzt sind; die Verschleppung von Individuen durch natürliche oder vom Menschen verursachte Vorgänge beschreibt die Grenzüberwindung. Hinsichtlich der Vielfalt steht das Konzept der Fortpflanzung und Entwicklung, wobei hier nur der Aspekt der Hybridisierung angeschaut wird. Das Konzept der Steuerung und Regelung dient der Übersicht des Stoffkreislaufs und das Konzept der stammesgeschichtlichen Verwandtschaft veranschaulicht die Biodiversität. 2 Unterrichtsmaterial 2.1 Theorie 2.2 Störung von Ökosystemen Problemfeld: Globalisierung der Arten Der Mensch schleppt neue Arten gewollt oder ungewollt ein. Gefahr für das Ökosystem? Neophyten [neue Pflanzen] Neozoen [neue Tiere] Bezeichnung für alle nach 1492 eingeführten Arten Bsp.: indisches Springkraut, Grauhörnchen, Kartoffel neue Art 6 überlebt und pflanzt sich fort geht zu Grunde erhöht die Biodiversität verdrängt einheimische Arten Verdrängung ist möglich durch: Fehlen von natürlichen Feinden Konkurrenzvorteil (Futter, Licht, Lebensraum) Fressen von einheimischen Arten größere Anpassungsfähigkeit (auch beim Klimawandel vorteilhaft) Hybridisierung (Einkreuzung der Gene) Übertragung von Krankheiten oder Parasiten Veränderung des Ökosystems Fazit: Es ist schwer abzuschätzen, welche Wirkung eine neue Art auf ein Ökosystem hat. Die Einführung ist aber so gut wie nie rückgängig zu machen. Ein verschwindend geringer Teil stellt eine Gefahr für den Menschen respektive für das Ökosystem dar. 2.3 „Zehnerregel 10% der eingeführten oder eingeschleppten Arten halten sich unbeständig; 10% davon etablieren sich dauerhaft in naturnahen Lebensräumen; 10% dieser eingebürgerten Arten können unerwünschte Auswirkungen haben und sind somit invasiv. Von 1000 eingeschleppten Arten können sich 100 Arten unbeständig halten, und 10 Arten schaffen die Etablierung (Vermehrung in freier Natur, können eigenständige Populationen aufbauen). Nur gerade eine davon wird sich invasiv verhalten. Zahlenbeispiel: Ungefähr 1 Promille sind Invasoren. Die Schweiz hat ungefähr 550 etablierte Neophyten, wovon sich etwa 45 invasiv verhalten (aktuellster Datensatz). 2.4 Biodiversität Negativer Einfluss von Mensch und Klimawandel auf die Biodiversität: Der Mensch zerstört auf der einen Seite direkt die Artenvielfalt, indem er landwirtschaftliche Flächen intensiv bewirtschaftet und düngt, die Lebensräume zerstückelt, die Überbauung und Zersiedelung der Landschaft vorantreibt und Gewässer verbaut und übernutzt. Auf der anderen Seite zerstört der Mensch indirekt die Artenvielfalt, indem er den Klimawandel beschleunigt, der wiederum die neuen Arten begünstigt. Zudem belastet der Mensch die Umwelt durch Licht, betreibt ungelenkte 7 Freizeit- und Tourismusaktivitäten, führt invasive gebietsfremde Arten ein, setzt genetisch veränderte Arten frei und liberalisiert den Welthandel. Biodiversi tät (Artenvielf alt) Mensch Klimawand el 8 2.5 Modell 3 Anhang 3.1 Lehrerkommentar Einheimisch/indigen Pflanzenarten, die von Natur aus in der Schweiz vorkommen bzw. seit der letzten Eiszeit ohne Mitwirkung des Menschen eingewandert sind. Gebietsfremd/nichteinheimisch Pflanzenarten, die von Natur aus nicht in der Schweiz vorkommen, sondern durch den Einfluss des Menschen (beabsichtig oder unbeabsichtigt) eingebracht wurden. Gebietsfremde Wirbeltiere wurden absichtlich wegen der Fischerei oder der Jagd ausgebracht. Gebietsfremde Wirbellose wurden unbeabsichtigt eingeschleppt (in Blumentöpfen, im Ballastwasser, an der Aussenhaut von Schiffen, etc.). Archäophyten gebietsfremde Pflanzenarten, die vor 1492 (z.B. im Zuge des Ackerbaus) eingebracht wurden. Neophyten gebietsfremde Pflanzenarten, die mit dem verstärkten Güteraustausch seit der Entdeckung Amerika seit 1492 eingebracht wurden. Unbeständige Neophyten Neophytenarten, die gelegentlich zerstreut auftreten, aber nicht etabliert sind. Etablierte/eingebürgerte Neophyten Neophytenarten, die über mehrere Generationen wachsen und sich ohne Zutun des Menschen vermehren (etablieren Vermehren in freier Natur). Die Hälfte der etablierten Neophyten wurden beabsichtigt eingeführt, d.h. ca. 30% Zier- und ca. 20% Nutzpflanzen. Etablierungsvoraussetzungen: für eine erfolgreiche Etablierung braucht es folgende Arteigenschaften: hohe 9 Reproduktion, hohes Potential für eine Fernverbreitung, starke Wuchskraft, hohe Toleranz gegenüber Störungen, Bevorzugung von nährstoffreichen Böden, Plastizität des Genoms (schnellere Anpassung an die neue Umwelt). Allgemein haben Generalisten einen Vorteil gegenüber Arten, die nur auf bestimmte Lebensräume spezialisiert sind. Neobiota Überbegriff für die nichteinheimischen Tier-, Pflanzen- und Pilzarten Invasive Arten Arten, die unerwünschte Auswirkungen auf andere Arten, Lebensgemeinschaften oder Biotope haben und auch oft ökonomische oder gesundheitliche Probleme verursachen. Schäden von invasiven Problemarten (nur ca. 10% der etablierten Neophyten bereiten Probleme): Probleme für die Gesundheit, da Allergien auslösend oder Verbrennungen bei Kontakt hervorgerufen werden. Wirtschaftliche Probleme sind z.B. die Minderung von Ernten und ein erhöhter Pestizideinsatz. In der Ökologie respektive im Naturschutz sind die Probleme die Zerstörung der Artenvielfalt. Die fremden Tiere und Pflanzen sind evolutionsmässig nicht mit den einheimischen Tieren und Pflanzen und der Umgebung im Einklang, weshalb sie ein Ungleichgewicht schaffen; einheimische Tiere werden von den Neozoen verdrängt, fremde Pflanzen überwuchern Felder und machen diese nicht mehr bepflanzbar. Schwarze Liste auf der Schwarzen Liste stehen Neobiota, die ökonomische oder ökologische Schäden verursachen wie auch die Gesundheit des Menschen gefährden können. Watch-Liste Vorwarnliste. Gewinner des Klimawandels sind Neobiota, denn sie sind grundsätzlich wärmeliebender und verfügen über eine hohe Anpassungskapazität und ein grosses Ausbreitungspotential. Natürliche Ausbreitung: Verbreitungsgebiete von Arten sind dynamisch (Stück für Stück wird die Arealgrenze verschoben). Anthropogene Ausbreitung: Überwinden der natürlichen Ausbreitungsschranken via Verkehr und Handel (Globalisierung) innerhalb kurzer Zeiträume. Biodiversität Vielfalt des Lebens: 1. genetische Vielfalt innerhalb einer Population, 2. Artenreichtum innerhalb eines bestimmten Habitats, 3. gesamtes Artenreichtum auf der Erde (Biodiversität ist unsere Versicherung des Lebens). Biodiversität und Funktionalität des Ökosystems: abiotische Faktoren sind häufig entscheidender als Artenvielfalt; Anfälligkeit einer Lebensgemeinschaft auf Neobiota hängt von der Artenvielfalt ab. Biodiversität und Bruttosozialprodukt: In dichter besiedelten und wirtschaftskräftigen Ländern ist der Druck auf die Lebensräume von Tieren und Pflanzen stärker und so der Anteil gefährdeter Arten höher. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Bevölkerungsdichte und Wirtschaftskraft eines Landes und der Bedrohung seiner Flora und Fauna. 3.2 Lernaufgaben ff. 10 „Aliens im Tier und Pflanzenreich Um sich erfolgreich fortzupflanzen und „wettbewerbsfähig zu bleiben, besiedeln Tiere und Pflanzen häufig neue Lebensräume. Dazu bedienen sie sich natürlicher Ausbreitungsmechanismen, die bei vielen Arten allerdings nur über kurze Distanzen funktionieren. Ozeane und Gebirge stellen dabei meist kaum zu überwindende natürliche Hindernisse dar. Mit dem Eingriff des Menschen ändert sich die Funktion dieser natürlichen Barrieren: Seit grosse Strecken mit [dem Auto resp. Lastwagen,] dem Schiff oder Flugzeug überwunden werden können, werden auch Tiere und Pflanzen in alle Herren Länder verschleppt. Diese nicht einheimischen, gebietsfremden Arten werden als Neobiota bezeichnet. Der Begriff steht für Pflanzen und Tiere, die vom Menschen in eine neue Region eingeschleppt wurden. Bei Neozoen handelt es sich um Tierarten, bei Neophyten um Pflanzenarten. Die Auswirkungen, die diese Tier und Pflanzenarten auf die jeweilige Umwelt haben können, sind äusserst vielfältig. Die meisten eingeschleppten Arten können sich in ihrem neuen Lebensraum nicht vermehren. Bei den fest etablierten gebietsfremden Arten wird zwischen invasiv und nicht invasiv unterschieden, je nachdem, ob unerwünschte Auswirkungen, wie das Verdrängen anderer Arten oder massenhafte Ausbreitung der Art verursacht werden. Neozoen gelangten und gelangen immer noch auf vielfältigen Wegen nach Mitteleuropa. Mit der Entdeckung Amerikas und dem Beginn der Entdeckungs und Handelsreisen über alle Ozeane wurden immer mehr Arten, beabsichtigt und unbeabsichtigt, aus ihren eigentlichen Lebensräumen in alle Welt verteilt. Ein Beispiel dafür ist die Schiffsbohrmuschel, die Christoph Kolumbus aus Mittelamerika mitbrachte und die zuerst sein eigenes Schiff zerfrass, sich dann über die Häfen und Flotten Europas verbreitete und noch jetzt Uferschutzbauten an vielen Küsten zerstört. Besonders die von europäischen Schiffen entkommenen Ratten hatten auf kleinen Inseln in den Tropen und Subtropen die Bestände zum Beispiel von Boden brütenden Vögeln innerhalb kürzester Zeit ausgelöscht. Ziegen und Schafe, die als lebender Proviant für die Seeleute mitgeführt wurden, frassen ganze Inseln kahl und entzogen den einheimischen Tierarten ihre Lebensgrundlage. Eingeschleppte Krankheiten, die bis dato unbekannt waren, löschten ganze Arten aus. Besonders dramatische Folgen, auch für den Menschen, hatte die Einschleppung der Wanderratte aus Asien: Mit ihr gelangte der Pestfloh und das Pestbakterium nach Europa und löste die grosse Pestepidemie von 1350 mit Millionen von Toten aus. Neben dieser eher unbeabsichtigten Verschleppung von Arten wurden unzählige Organismen absichtlich in fremde Regionen gebracht, meist um sie für Jagdzwecke oder für die Landwirtschaft zu nutzen. So wurde das Europäische Kaninchen als jagdbares Wild in Australien eingebürgert und hat sich dort zu einer Plage entwickelt. Versuche, den Tieren mit Krankheitserregern in Australien Herr zu werden, sind bisher missglückt. Als Pelzlieferant wurde der nordamerikanische Bisam [, die Bisamratte,] in Farmen Europas gehalten und später freigesetzt. Mittlerweile wird der Bisam mit grossem finanziellen Aufwand in Europa als Problemart bekämpft, da er zum Beispiel Dämme, die dem Schutz vor Hochwasser dienen sollen, beschädigt. In heutiger Zeit werden Handelswaren von Schiffen und Flugzeugen durch die ganze Welt transportiert und dienen damit unbeabsichtigt als Verbreitungsmittel für unzählige Arten. Die Ansiedlung von fremden Arten wird erleichtert, wenn sie auf Lebensräume stossen, die noch freie Nischen bieten, in denen sie überleben können. Auch vom Menschen veränderte Biotope mit instabilen Lebensgemeinschaften bieten einen optimalen Nährboden für neue Organismen. Wenn das zu besiedelnde Gebiet zusätzlich noch Ähnlichkeit mit dem Herkunftsgebiet und nur wenige natürliche Feinde aufweist, haben Arten kaum Schwierigkeiten sich dauerhaft zu etablieren. 11 Text aus: www.wwf.deErkläre folgende Begriffe: Neophyten Neozoen Neobiota invasive Arten Biotope einheimisch gebietsfremd 12 Comic von: Sandra und Woo Allgemeine Aufgaben a) Erfinde eine Pflanze, die äusserst invasiv ist. Welche Eigenschaften müsste sie idealerweise besitzen, um sich in der Schweiz zu verbreiten? oder b) Erfinde ein Tier, das extrem invasiv ist. Welche Eigenschaften müsste es unbedingt besitzen, damit es sich in der Schweiz rasant verbreiten kann? Zeichne deine invasive Art hier aufs Blatt: 13 Interpretiere die Zeitrechnung ab dem Jahr 1492 für fremde Arten. Weshalb ist dieser Zeitpunkt der Ausgangspunkt für neuere Arten? Wo liegen die Unterschiede zwischen der natürlichen Ausbreitung von Arten und der Ausbreitung gebietsfremder Arten? Finde heraus, welche Schäden invasive gebietsfremde Arten verursachen können und nenne Beispiele zu den Kategorien ökologische, gesundheitliche und wirtschaftliche Schäden. 14 Die Robinie Fehlende Worte im Abschnitt Einführungsgeschichte in Europa: Blütenstände, nährstoffarmen, Verbreitung, Bodenerosion, 17. Jahrhundert, Ziergehölz Einführungsgeschichte in Europa Die Robinie wurde als Zierpflanze nach Europa eingeführt Nach Europa wurde sie im frühen 17. Jahrhundert durch Jean Robin von Virginia (USA) nach Paris eingeführt, wo im Jardin des Plantes und vor der Nordfassade der Kirche St. Julien-lePauvre unweit der Notre-Dame zwei von Robin gepflanzte Exemplare als älteste Bäume der Stadt angesehen werden. Aufgrund ihrer attraktiven Blütenstände und ihrer gefiederten Blätter wurde die Robinie zuerst als exotisches Ziergehölz in Parks angepflanzt. 1640 gelangte sie nach England, und erste Nachweise für einen Anbau in Deutschland liegen für das Jahr 1670 vor, wo man sie im Berliner Lustgarten anpflanzte. 1726 kannte man sie in Italien. Im Laufe des 18. Jahrhunderts begann man, in dieser Holzart eine für die sich entwickelnde geregelte Forstwirtschaft vielversprechende Art auf nährstoffarmen Standorten zu sehen. Zwei Eigenschaften begünstigten ihre rasche Verbreitung: Die Robinie stellt nur geringe Anforderungen an den Boden und ist damit eine geeignete Baumart für die Wiederaufforstung von durch Übernutzung zerstörten Wäldern, und sie ist eine Pflanze, die eine weitere Bodenerosion verhindert. Sie wird deshalb für Anpflanzungen in Sandgebieten bis heute genutzt. Ausbreitungsstrategie Die Robinie verbreitet ihre Samen durch den Wind. Die Ausbreitungsdistanz, die die Samen der Pflanze auf diese Weise überwinden können, ist wegen ihres hohen Gewichts verhältnismäßig gering. Nur selten werden die Samen über eine weitere Strecke als 100 Meter verbreitet. Diesen Nachteil kompensiert die Robinie über zwei Mechanismen. Die Baumart blüht und fruchtet bereits im sechsten Lebensjahr und ihre Samen sind sehr lange keimfähig. Die Dauer der Keimfähigkeit wird auf bis zu 30 Jahre geschätzt. Zur Keimung benötigen die Pflanzen jedoch sehr viel Sonnenlicht. Diese Eigenschaften bedingen die Pionierfähigkeit der Robinie. Ausgehend von bereits bestehenden Samenbäumen ist die Robinie sehr schnell in der Lage, neue offene Standorte zu bewachsen; die Art neigt sehr stark zum Verwildern. Die Robinie ist außerdem im Stande, sich durch Wurzelausläufer vegetativ zu vermehren. Diese auch als „klonales Wachstum bezeichnete Verbreitung wird begünstigt, wenn es zu Standortstörungen wie etwa Bränden oder Rodungen kommt. Die Robinie reagiert darauf mit einer verstärkten Ausbildung von Wurzelsprossen, die letztlich zu einer Verdichtung bereits bestehender Bestände führt; andere Arten werden dadurch verdrängt. 15 Fehlende Worte im Abschnitt Ausbreitungsstrategie: Wurzelausläufer, Gewicht, Samen, verdrängt, 30 Jahre, Verwildern 16 Fehlende Worte im Abschnitt Probleme: Schwarzen Liste, ökologisches, hierhergehört, Sanitäter, 40 Prozent, Artenvielfalt Probleme Aber weil die Robinie so genügsam ist und eigentlich nicht hierhergehört, sondern nach den westlichen Appalachen, und also nach anderen Regeln spielt, wird sie oft auch als „invasiver Neophyt gesehen, als ökologisches Problem. In ihrer Heimat ist die Robinie ein Pionierbaum, der nach Waldbränden oder Kahlschlag das Areal renaturiert und dann nach etwa 20 bis 30 Jahren von einheimischen, höher wachsenden Arten verdrängt wird. Ein Sanitäter sozusagen, der weiß, wann er nicht mehr gebraucht wird. In den Wäldern der Appalachen beträgt der Anteil der Robinie weniger als vier Prozent. Nicht so in den anderen Teilen der Welt. In den Tessiner Wäldern beträgt der Anteil der Robinie bis zu 40 Prozent. Wo ihr Wildwuchs nicht kontrollierend und aktiv eingedämmt wird, reduziert die Robinie die Artenvielfalt erheblich. Geschlossene Robinienbestände sind wegen der Verbreitung über Wurzelsprosse für die sowieso bedrohte Kleinvegetation gefährlich. In der Schweiz steht sie auf der Schwarzen Liste der besonders problematischen Neophyten, auch in Dänemark und in Österreich gilt sie als Naturschutz-Problem. Insbesondere Magerrasenbiotope mit seltenen, bedrohten Pflanzen und Tieren sind hier gefährdet. Auf Magerrasen werden lichtliebende und konkurrenzschwache Pflanzen verdrängt, die nicht nur durch die Robinie selbst, sondern auch durch die mit ihr kommende Vegetation verdrängt werden. Dabei sind oft seltene und gefährdete Pflanzen- und Tierarten betroffen. Die Robinie ist in diesem Sinne ein invasiver Neophyt. Vorteile Dank der auffallenden, leuchtend weißen und stark duftenden Blüten gehört die Robinie zu den nektar- und zuckerreichsten Bienentrachtpflanzen. Ihr Zucker besteht aus etwa 60% Rohrzucker und 30% Fruchtzucker. Robinienblütenhonig wird unter der Bezeichnung Akazienhonig gehandelt. Er ist sehr hell und von feinem Aroma und gutem Geschmack. Als Bienenweide dient die Robinie besonders in Frankreich und Ungarn. Auch in Brandenburg (D) stellt die Robinie in guten Jahren bis zu 60 Prozent der Honigernte. Nach wie vor als Zierpflanze beliebt: Mittlerweile wurden viele schmückende Gartenformen gezüchtet. Als Allee- und Stadtbaum wird die Robinie häufig verwendet. Sie verträgt das trockene Stadtklima sehr gut und ist unempfindlich gegen Rauch, Staub und Ruß. Die Robinie kann dabei das städtische Klima entscheidend verbessern, denn sie bindet über die Wurzeln Luftstickstoff. Sie ist außerdem streusalz- und abgasresistent und häufig besser als einheimische Arten für eine Begrünung von schwierigen städtisch industriellen Standorten geeignet. Aus den Appalachen, der Heimat der Robinie, wird von 110-jährigen Zaunpfählen berichtet, die nach dem Ausgraben für den gleichen Zweck wieder verkauft werden konnten. Das macht das Robinienholz so geeignet für Holz mit Erd- (Pfähle, Masten, Stangen) und Wasserkontakt (Schindeln, Schiffsnägel, Ruder, Gartengestühl, Brücken, Stege, Spielplatzgeräte). Seine Elastizität und Dauerhaftigkeit ist hervorragend für Sportgerät, Fenster und Türen, Fußboden, Treppen, Werkzeugstiele. Es wurde auch gerne als Grubenholz eingesetzt, weil es richtig Krach macht, wenn es zu brechen droht. Sehr schwundarm kann man Pfeilbögen (wie die Indianer es taten) und Eisenbahnschwellen daraus machen. Außerdem brennt es gut. Das Holz der Robinie ist fast perfekt. Es ist attraktiv, hat eine freundliche Färbung von gelb bis dunkelbraun, oft mit roter Flammung. Es ist extrem biegsam, aber fest. Dazu extrem dauerhaft und feuchtigkeitsunempfindlich. Naturimprägniert, ja, das Kernholz enthält Giftstoffe, die eine Zersetzung verhindern und eine Schutzbehandlung unnötig machen. Zwar 17 fault die dünne äußere Schicht Splintholz schnell ab, aber was übrig bleibt, ist dauernder als Eisen. Fehlende Worte im Abschnitt Vorteile: Akazienhonig, Giftstoffe, Dauerhaftigkeit, Stadtklima, Bienenweide, Stadtbaum 18 Aufgaben zur Robinie a) Bis sich die Robinie (auch falsche Akazie) als invasive Pflanze entpuppte, dauerte es seit der Einfuhr etwa 150 Jahre, ehe dieser Baum anfing die Tessiner Wälder in Beschlag zu nehmen. Welche Tricks wendet die Robinie dabei an z.B. im Erdbereich (s. Zusatzblatt 1) oder gegen Fressfeinde (s. Zusatzblatt 2)? b) Wie wird das ökologische Gleichgewicht durch die Robinie empfindlich gestört? c) Interpretiere die Grafik auf dem Zusatzblatt 3 und zeichne die passende Grafik zur Robinie. Eckdaten: Einführung ca. 1700 n.Chr., Etablierungsphase ca. 150 Jahre, Invasion bis etwa 2010, Sättigungsphase ab 2010. 19 Zusatzblatt 1: Gut gedüngt ist halb gewonnen – die Robinie Da sie die Fähigkeit hat, durch ihre stickstoffproduzierenden Wurzelknöllchen den Boden selbst zu düngen, ist sie für die Aufforstung von sehr schlechten nährstoffarmen Böden geeignet. Dies ist jedoch eine Düngung, die nicht überall erwünscht ist, denn gerade seichtgründige, so genannte „magere, Standorte wie Trockenrasen resp. Magerwiesen beherbergen eine grosse Fülle seltener Arten. Die Stickstoffzufuhr bewirkt hier eine massive Änderung in der Artenzusammensetzung: seltene Trockenrasenarten wie Küchenschelle oder Adonisröschen (wie auch Orchideen und Enziane) verschwinden, um den konkurrenzkräftigeren, stickstoffliebenden Brennnesseln zu weichen. Zudem sondern die Robinienwurzeln chemische Hemmstoffe in den Boden ab, welche das Wachstum fast aller einheimischen Pflanzen verhindern. Aus der Sicht des Naturschutzes zählt die Robinie daher zur „Nummer Eins in der Hitparade der nicht-einheimischen Problemarten. Hinzu kommt, dass der Baum, bedingt durch die hohe Ausschlagfähigkeit, nur sehr schwer zu bekämpfen ist. Die teure, zeitaufwändige Bekämpfung durch Ringelung und Nachschneiden der Wurzelsprosse wird daher nur an gewissen Orten und in Naturschutzgebieten durchgeführt. Hier besteht dringender Handlungsbedarf von Seiten des Naturschutzes, diesen Baum weiter zurückzuschlagen. Text aus: Die „Aliens kommen! 20 Hülsen („Schoten) der Gewöhnlichen Robinie 21 Zusatzblatt 2: Zusatzblatt 3: 22 Invasionsprozesse und deren Dynamik Anzahl resp. Der zeitliche Verlauf einer Invasion entspricht einer Wachstumskurve. Erst wenn alle verfügbaren Lebensräume und Wuchsorte besiedelt sind, kommt es zu einer Sättigung und wird sich die Art nicht weiter ausbreiten. 1. Phase: Einführung Eine gebietsfremde Art wird eingeführt. Da es sich meist nur um wenige Individuen handelt und die Vermehrungsrate daher klein ist, ist der Einfluss auf einheimische Arten gering. 2. Phase: Etablierung Die Populationsdichte ist genügend gross, um eine deutliche und zunehmende Vermehrung zu gewährleisten. Der Einfluss auf einheimische Arten ist noch gering. 3. Phase: Ausbreitung, Invasion Die gebietsfremde Art weist ein starkes Populationswachstum auf und breitet sich in noch nicht besiedelte Gebiete aus. Der Einfluss auf einheimische Arten erhöht sich und kann ein grosses Ausmass annehmen. Das Entfernen wird immer schwieriger und teurer. 4. Phase: Sättigung Alle geeigneten Lebensräume im neu besiedelten Areal sind besetzt. Es ist keine weitere Expansion mehr möglich. Der Einfluss auf einheimische Arten ist in der Regel gross, Ökosysteme können stark verändert und wirtschaftliche Schäden gravierend sein. Text aus: Pro Natura Freiwillig zum Lesen: Verwilderung bedeutet Ausbreitung, und die Ausbreitung zeigt in der Regel vier verschiedene Stadien. Sie unterscheiden sich durch die Anzahl Wuchsorte und der Häufigkeit der Pflanze. Nach der Einführung oder Einschleppung bleiben viele Neophyten zunächst an die Orte gebunden, an denen sie kultiviert werden oder wo zufällig Samen gelandet sind. Erst viel später beginnen sie, sich spontan zu vermehren und neue Standorte zu besiedeln. Diese LagPhase (engl.: lag phase Anlaufphase bzw. Verzögerungsphase) reicht je nach Art von ein paar wenigen Jahren bis zu mehreren Hundert Jahren. So hatten Botaniker die Robinie bereits anfangs des 17. Jahrhunderts von den amerikanischen Kolonien nach Europa gebracht, doch erst um etwa 1850 begann der Baum sich stark auszubreiten. Die Gründe solcher zeitlicher Verschiebungen zwischen Einführung und spontaner Ausbreitung können genetische Anpassungen der Art sein, aber auch das Auftreten geeigneter Wuchsorte für den Neophyten. Nach dem zweiten Weltkrieg zum Beispiel traten „Schuttpflanzen wie der Schmetterlingsflieder oder das kanadische Berufkraut besonders häufig vor. 23 Text aus: Invasive Pflanzen der Schweiz 24 Das Dilemma im Umweltschutz Für die einen ist die Robinie ein invasiver Neophyt und sollte so konsequent wie möglich bekämpft werden. Andere sehen in der Robinie eine zukunftssichere Alternative, um wald baulich etwas gegen den voranschreitenden Klimawandel zu tun. Aus Frankreich wird berichtet, dass kaum eine andere Laubholzart derart hohe Holzproduktionsleistungen in kurzer Zeit erbringen kann und das Holz wegen seiner hervorragenden technischen Eigenschaften sehr geschätzt ist. Stelle dir vor, du bist der/die Umweltminister/in und müsstest eine Empfehlung abgeben. Wie würdest du argumentieren, welche Vor- oder Nachteile führst du ins Feld? Was ist dir wichtiger: den Rückgang der Artenvielfalt zu stoppen oder nachhaltige Holzproduktionen zu fördern? Robinie Pro-Argumente Robinie Kontra-Argumente Artenvielfalt Pro-Argumente Artenvielfalt Kontra-Argumente Bereite dich auf die Podiumsdiskussion vor, indem du im Rollenspiel die Position eines/r Vertreters/in der Holzproduzenten, des Umweltschutzes, des Umweltamtes sowie eines/r Schreiners/in, eines/r Journalisten/in, etc. einnimmst. Was gehört für dich alles zum Umweltschutz? Schreibe alle möglichen Massnahmen auf, wie der Rückgang der Artenvielfalt gestoppt werden kann. 25 zum Tüfteln: Zusatzaufgabe Welche Faktoren tragen dazu bei, dass der Mensch die Artenvielfalt zerstört? (So sind unter anderem die hormonaktiven Substanzen, die in den Gewässern landen, dafür verantwortlich, dass Fische verweiblichen.) 26 Biologische Vielfalt und Bruttosozialprodukt Oft ist die biologische Vielfalt am höchsten, wo die Bevölkerung am ärmsten ist. Biodiversität und Bruttosozialprodukt scheinen umgekehrt proportional zu sein. Die zehn Staaten mit der reichsten Tier- und Pflanzenwelt sind: Mexico, Venezuela, Kolumbien, Ecuador, Peru, Brasilien, Madagaskar, Malaysia, Indonesien und Papua Neuguinea. Erkläre diesen Zusammenhang. Woran könnte es liegen, dass Artenvielfalt und Armut zusammenhängen? Stelle eine Hypothese auf, in Form von beispielsweise: „Je mehr desto Hypothese: 27 4 Quellen 4.1 Quellenangabe 1. Nentwig, Wolfgang (Hrsg.). (2011).Unheimliche Eroberer. Invasive Pflanzen und Tiere in Europa. Haupt Verlag, Bern. 2. Křivánek, Martin. (2011). Robinien verändern die Welt. In: Nentwig Wolfgang (Hrsg.). Unheimliche Eroberer. Invasive Pflanzen und Tiere in Europa. Haupt Verlag, Bern, S. 65-72. 3. Weber Ewald. (2013). Invasive Pflanzen in der Schweiz. Erkennen und bekämpfen. Haupt Verlag, Bern. 4. Bundesamt für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft. (2002). Die „Aliens kommen! 5. Globe Schweiz. (2008).Invasive Neophyten. Heft Beginner/Beginnerinnen, 1. Auflage. 6. Labudde Peter (Hrsg.). (2013). Fachdidaktik Naturwissenschaft – 1.-9. Schuljahr. 2., korrigierte Auflage. Haupt Verlag, Bern. 7. WWF. (2014). „Aliens im Tier- und Pflanzenreich. Wirkung von eingeschleppten Arten auf die heimische Flora und Fauna. Abgerufen am 05.05.2014, 8. Pro Natura. (2014). Stichwort Biodiversität. Biodiversität in der Schweiz. Invasive gebietsfremde Pflanzen, abgerufen am 05.05.2014, 9. Aktionstage „Arten ohne Grenzen. (2014). Schweizweite Aktionstage. Abgerufen am 05.05.2014, 10.Info Flora (Das nationale Daten- und Informationszentrum der Schweizer Flora). (2014). Neophyten. Abgerufen am 05.05.2014, 11.Neobiota. (Gebietsfremde und invasive Arten in Deutschland). (2014). Ökologische Grundlagen. Die „Zehner-Regel. Abgerufen am 05.05.2014, 12.Wikipedia. (Die freie Enzyklopädie). (2014). Gewöhnliche Robinie. Abgerufen am 05.05.2014, 13.SKEW (Schweizerischen Kommission für die Erhaltung von Wildpflanzen). (2007). Schwarze Liste und Watch-Liste (Beobachtungsliste). Abgerufen am 06.05.2014, 14.Mühlethaler, Urs. (2010). Eine Baumart gibt zu diskutieren. Mit Robinie in die Zukunft – oder den Neophyten bekämpfen? Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). Abgerufen am 06.05.2014, 15.Mühlethaler, Urs. (2014). Berner Fachhochschule BFH. Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften HAFL. Forstwissenschaften. Professor für Waldökosysteme und Gesellschaftsfragen. 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