Loesungen Oekologie - Zusammenfassung Einführung in die Ökologie PDF

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1. Vorlesung Räumliche Definition: das Biom, das Ökosystem und der Biotop Biom: Eine großräumige terrestrische Lebensgemeinschaft mit eigenem Klima, Flora undFauna(Großlebensraum der Biosphäre). z.B.: tropische Tieflandsregenwälder, Korallenriffe, Wüsten,… Ökosystem: Setzte sich aus Biotop und Zönose zusammen. Strukturelles und funktionelles Beziehungsgefüge der Lebewesen mit dem Lebensraum. Ein offenes, zur Selbstregulation befähigtes System. z.B.: Ökosysteme Ostsee, Buchenwald, Halbtrockenrasen, Sanddünen,… Biotop: Lebensraum mit bestimmten Bedingungen. z.B.: Tümpel, Hecke, Quelle, Baumrinde, Kuhmagen,… Organismische Definition: Zönose, Population und Art Zönose: Lebensgemeinschaften von Organismen in einem gemeinsamen Lebensraum. z.B.: Phyto-, Zoo-, Mycozönose,... (Pflanzen-, Tier-, Pilzgesellschaft,...) Population: Fortpflanzungsgemeinschaft von Individuen einer Art, die räumlich nicht getrennt sind z.B.: der globalisierte Mensche, Teichfrösche in einem Tümpel,... Art: In einer Art werden alle Individuen einschließlich ihrer Vorfahren und Nachkommen zusammengefasst, die in ihren wesentlichen Merkmalen übereinstimmen und sich fruchtbar kreuzen lassen. 3 verschiedene Ökologietypen: Autökologie, Synökologie und Populationsökologie Autökologie: untersucht die Wechselwirkungen des Einzelorganismus zu seiner un/belebten Umwelt oder Wechselbeziehungen einer einzelnen Pflanzen- / Tierart zu ihrer Umwelt. Synökologie: untersucht die Wechselwirkungen zwischen den Arten (interspezifisch) und der un/belebten Umwelt oder Ökologie der Populationen, Biozönosen und Ökosystemen (multiple Wechselbeziehungen). Populationsökologie: untersucht die innerartlichen (intraspezifischen) Wechselwirkungen oder Wachstum und Fluktuation innerhalb einer Population sowie ihre geographische Ausbreitung. Umweltfaktoren: biotische und abiotische Faktoren Biotische Faktoren: Wirkungselemente der belebten Natur auf die Organismen: Interaktion der Organismen 1!

Abiotische Faktoren: Wirkungselemente der unbelebten Natur auf die Organismen: Niederschlag, Strahlung, Wind, Bodenchemie und Temperatur Wichtige Waldbäume: Rotbuche, Stieleiche, Esche und Waldkiefer Einheiten und Disziplinen der Ökologie: Biosphäre (Kellerwald), Landschaftsraum (Forstund Agrarlandschaft), Ökosysteme (Xerophile Eichenwälder), Population von Organismen („Knorreichen“ der Kahlen Hardt), Organismus (Quercus petraea = Traubeneiche), Organ, Gewebe (Blatt, Palisadenparenchym), Zelle, Zellkompartimente (Palisadenzelle, Chloroplastenstapel), Biomolekül (Chlorophyll) Waldbäume Fagus sylvatica-Rotbuche Quercus robur-Stieleiche Fraxinus excelsior-Esche Pinus sylvestris-gem. Waldkiefer

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Vorlesung 2 Konsumenten: (heterotrophe Organismen) verwenden die von den Produzenten aufgebauten energiehaltigen, organischen Stoffe zu ihrer Ernährung. Konsumenten 1. Ordnung: Pflanzenfresser Konsumenten höherer Ordnung: Fleischfresser Destruenten: bauen organische Rückstände (der Produzenten und Konsumenten) zu anorganischen Stoffen ab. Produzenten: (autotrophe Organismen) bauen aus energiearmen organischen Stoffen, energiereiche organische Verbindungen auf (mit Hilfe von Lichtenergie (Photosynthese) oder chemischer Energie (bei einigen Bakterien) Edaphon: (gr. edaphos: Erdboden) die Gesamtheit der im Boden lebenden Organismen Nekrophage: Aasfresser Koprophage: Kotfresser Präzipitation: Regen, Schnee, Hagel (kommt vom Himmel) und Nebel, Tau, Reif (Luft kühlt sich ab, Wasserkapazität sinkt) Evaporation: Verdunstung von Wasser auf freien Flächen, z.B.: Seen, Wiesen, ist abhängig von den Faktoren Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wind. Interzeption: Der Teil des Niederschlagswassers, der nicht den Erdboden erreicht, sondern an Pflanzenteilen hängen bleibt und verdunstet Transpiration: Verdunstung von Wasser über die Spaltöffnungen der Pflanze Humid: feucht Arid: trocken

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Welche Umweltfaktoren gibt es? Erläutere sie bzw. gib Beispiele an! Biotische, abiotische, physikalisch abiotische, chemisch abiotische, klimatische abiotische und zeitliche Faktoren Biotische Faktoren: Umweltfaktoren, an denen Lebewesen erkennbar beteiligt sind Am Beispiel eines Halbtrockenrasens: Beweidung mit Schafen, Entbuschung (Mensch), Düngereintrag (Mensch), Sameneintrag (Kiefer), Minimierung von Randfaktoren, Parasitenbefall bei Pflanzen, Wuchsverhalten bei Pflanzen (Ausläufer: Schlehe, Blutroter, Hartriegel, Fiederzwenke) Abiotische Faktoren: Umweltfaktoren, an denen Lebewesen nicht erkennbar beteiligt sind Am Beispiel eines Halbtrockenrasens: Stickstoffversorgung (minimal); Strahlung (direkte Sonneneinstrahlung); Wasserversorgung (Trocknis); Niederschlag; Luftfeuchte, Temperatur (Hitze/ Kälte) Physikalische abiotische Faktoren (und Beispiel): Strahlung (Licht (Infrarot, Sichtbar, UV)), Energie (Temperatur, Wind, Wasser, Erosion), mechanische Einflüsse (Geröll, Bodenverdichtung, Lawinen), Thermische Einflüsse (Erdwärme, Lava), räumlichen Strukturen (Orographie (Meereshöhe, Himmelsrichtung, Hangneigung), Morphologie (Schlucht, Felsnase, Senken), Flächen (Seen, Meer) Chemischen abiotischen Faktoren (und Beispiele): pH-Wert (Boden-pH, pH des Niederschlags), Salz (Salzgehalt des Bodens), Nährstoffe (N-, P-, Ca-, Mg-, K- usw. Gehalt), organische Stoffe (Humusgehalt, Huminsäure), Giftstoffe (Schwermetallbelastung, DDT, PCB) Klimatische abiotische Faktoren (und Beispiele): Strahlung (Albedo, Ausstrahlung nachts), Temperatur (Luft-, Wasser-, Bodentemperatur), Wind (Hauptwindrichtung, Sturmereignisse), Präzipitation (Schnee, Regen, Hagel (alle drei kommen vom Himmel), Nebel, Tau, Reif (alle drei, die Luft kühlt sich ab, dadurch sinkt die Wasserkapazität)) Zeitliche Faktoren: Tageszeit (Balzverhalten der Vögel), Tageslänge (Zugverhalten der Vögel, Blüteninduktion), Jahreszeit (Vegetationszeit, Zugvögel), Mond (Gezeiten, Tidenhub, Orientierung mancher Zugvögel, Fortpflanzung des Samoa-PaloloRingelwurms) Was ist die Solarkonstante? −2 −1 8,274J! ⋅ cm ⋅ min

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Welche Strömungen gibt es und wodurch werden sie erzeugt? Globale Luftströmung durch: Erwärmung der Tropen, Umverteilung der Wärme, Luftdruckgroßlagen (Hoch/ Tief), Corioliskraft Globale Meeresströmung durch: Thermohaline Zirkulation, Dichteunterschied des Salzwassers, Corioliskraft

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Vorlesung 3 Klimaelemente: Strahlung, Temperatur, Niederschlag, Wind, Luftfeuchte Klimafaktoren: geographische Breite, Seehöhe, Exposition Exposition: Ausrichtung eines Hanges Wetter: Zustand der Klimaelemente zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort Witterung: Zustand der Klimaelemente zu einem bestimmten Zeitpunkt. Klima: Mittlerer Witterungsverhältnisse in einer Region in ihrem jahreszeitlichen Verlauf. Klimadiagramm: Graphische Darstellung des Klimas. Klimatogramm: „Klimastreifen“, graphische Darstellung des Klimas über mehrere Jahre. Makroklima: Klima einer Landschaft Mesoklima: Gelände-, Lokalklima Mikroklima: Punktuelles Klima an einem bestimmten Ort in einem Ökosystem Niederschlag: Regen, Hagel, Schnee, Nebel, Tau, Reif Taupunkt: Die Temperatur (°C), bis zu der ungesättigte Luft abgekühlt werden muss, um entsprechend der in ihr enthaltenen absoluten Feuchte zur Sättigung zu kommen. Ist der Taupunkt erreicht, tritt Kondensation ein. Bestandesniederschlag: Kronendurchlass und Stammablauf Relative Luftfeuchtigkeit: in %; Jene Wasserdampfmenge, welche in der Luft vorhanden ist (in Relation zu der Wassermenge), die bei gleicher Lufttemperatur maximal enthalten sein kann. / Mit steigender Temperatur steigt auch das Wasseraufnahmenvermögen der Luft. Messinstrument: Aspirationspsychrometer Maximale Feuchte: Gibt an, wie viel Feuchtigkeit die Luft bei einer bestimmten Temperatur maximal aufnehmen kann. Humide Klimata: Der jährliche Niederschlag übertrifft die potenzielle Evaporation. Aride Klimata :Die potentielle Evaporation übertrifft den Niederschlag. 6!

Ökoton: Die Grenze zwischen Biomen.

Beschrifte: 1. Station, Höhe ü. M., Beobachtungszeitraum 2. Skala 10, 20, 30, usw. °C 3. mittlere monatliche Niederschläge 4. mittlere monatliche Temperatur 5. mittleres tägliches Minimum des kältesten Monats 6. absolutes Minimum 7. Monate mit absoluten Minimum unter 0°C (Frost), wenn nicht schraffiert: Frostfrei, wenn ganz ausgemalt: Dauerfrost 8. Skala 20, 40, 60 usw. mm Niederschlag 9. Dürrezeit 10. Humide Jahreszeit 11. Niederschlag mittlerer Niederschlag monatlich mehr als 100mm 12. Mittlere Jahrestemperatur und Niederschlag

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Beschreibe das Aspirationspsychrometer nach Assmann! Ein Aspirator saugt die Luft durch ein gegabeltes Ansaugrohr an den Thermometern vorbei. Angezogen wird der Aspirator durch ein Uhrwerk, dass aufgezogen werden muss. Je nach Wassersättigung der Luft kommt es zu einer mehr oder weniger starken Verdunstung am benetzten Strumpf und einem damit verbundenen Wärmeverbrauch am Feuchtthermometer. Die relative Luftfeuchte kann aus diesen Werten aus der Psychrometertafel ermittelt werden.

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Vorlesung 4 Einstrahlung/Ausstrahlung:343 Watt/m2 (am Tag), auftretende Strahlung hauptsächlich (vis, IR, UV) , 31 % Reflexion durch Wolken und Erdoberfläche, 20% Absorption durch Wolken und die Atmosphäre, 49% Absorption durch die Erdoberfläche=100% Wie viel Prozent des globalen Wassers liegt im Meer? 97% Wie hoch sind der Grundwasseranteil und der Eisanteil? 1/3 Grundwasser und 2/3 Eis Aquatische Biome Physikalische abiotische Faktoren: Salzgehalt Wasserbewegung Wassertiefe Wassertemperatur Seen Verschiedene Habitate-Licht unterteilt-limnische(oben) und benthische Zone(unten)

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Vorlesung 5 Stickstofffixierung, Knöllchenbakterien(Rhizobium) 1. Stickstofffixierung ist die chemische Transformation von N² zu NH³ 2. Stickstofffixierung ist energetisch aufwendig 3. Stickstofffixierung wird durch Mikroben meist im Ramen einer Symbiose geleistet Edaphon: Lebensgemeinschaft der ständig frei im Boden lebenden Organismen. Humus: tote, dunkel gefärbte organische Substanz, die dem Oberboden aufliegt oder beigemischt ist Boden: Das an der Erdoberfläche aus mineralischer und organischer Substanz entstandene Umwandlungsprodukt, dass mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzt ist (kein Leben mehr enthalten = kein Boden mehr) Verlandung: Auffüllung von Gewässern mit organischem Material Aus welchen Schichten besteht der Oberboden? Laubschicht Fermentationsschicht Humusschicht Wie ist das Edaphon zusammengesetzt? 40% Bakterien und Actinomyceten, 35 – 40% Pilze und Algen, 20 – 25% Bodenfauna Zusammensetzung Bodenfauna: 58% Regenwürmer, 22% übrige Makrofauna, 10% Mesofauna und 10% Mikrofauna Beispiele für: Actinomyceten: Bakterien, Strahlenpilze, Pilze, Algen Mikrofauna: Geißeltierchen, Wurzelfüßler, Wimpertierchen Mesofauna: Rädertiere, Fadenwürmer, Milben, Springschwänze Makrofauna: Borstenwürmer, Schnecken, Spinnen, Asseln, Vielfüßler, Käfer und Larven, Zweiflüglerlarven, übrige Kerbtiere, Regenwürmer Gib die verschiedenen Humusformen an. Mull: nährstoffreich / mäßig sauer Organische Auflage: Laubstreu (Laub- und Nadelauflage nicht zersetzt) Oberboden: humoser Horizont, auch oberster Mineralbodenhorizont Moder: etwas nährstoffreich / etwas sauer !10

Organische Auflage: Laubstreu (Laub- und Nadelauflage nicht zersetzt), Fermentationsschicht (Auflage von sich zersetzenden Pflanzenauflagen, oft verklebt und von Pilzfäden durchzogen), Humusschicht (Auflage stark zersetzter organischer Substanzen, Struktur von Pflanzenresten nicht erkennbar) (nur sehr kleine Schicht) Oberboden: humoser Horizont auch Mineralbodenhorizont Rohhumus: nährstoffarm / stark sauerOrganische Auflage: Nadel- und Laubauflage nicht zersetzt (1/2), Auflage organischer sich zersetzender Pflanzenauflagen, oft verklebt und von Pilzfäden durchzogen Auflage stark zersetzter organischer Substrate, Struktur von Pflanzenresten nicht erkennbar (1/6) Oberboden: humoser Horizont auch oberster Mineralbodenhorizont Welcher Boden ist am besten für Landwirtschaft? Schluff Beschreibe das Bodenprofil. Organische Auflage: organische Reste Oberboden: Horizonte mit Humusanteilen Unterboden: Humusfreie Horizonte, Verwitterung, Anreicherung Untergrund: festes und lockeres Ausgangsgestein Abbau der Laubstreu 1. Frisches Laub 2. Fensterfrass (Öffnung der Epidermis-Springschwänze, Bakterien, Pilze) 3. Lochfrass (Springschwänze…) 4. Skelettfrass (Asseln, Tausendfüßler) 5. Maximaler Abbau( Pilze, Bakterien, Moosmilben) 6. Bildung von Ton-Humus-Komplexen durch Detritus Fresser (Regenwürmer) 7. Wiederholte Darmpassage (Bakterieller Abbau) Welche Bodentypen gibt es? Wo kommen sie vor und wie ist ihre Ausbildungsform? Rendzina: (= kratzendes Geräusch beim Pflügen des flachgründigen Bodens Vorkommen: karbonatreiches (= kalkreiches) Ausgangsgestein (auch Gips) Hügel und Bergland Ausbildungsformen: Proto-Rendzina: sehr flachgründig, häufig in Hanglage sonnenseitig Mull-Rendzina: 20-30cm mächtiger Oberboden, nährstoff- und basenreich Ranker: (= Berghalde, Steilhang) Vorkommen: Hanglagen mit starker Bodenabtragung !11

Ausbildungsform: Mull-Ranker: auf basenreichen Silikatgestein, z.B.: Basalt Rohhumus-Ranker: auf basenarmen Silikat- und Sandgestein Braunerde: (= nach der Farbe des Unterbodens) Vorkommen: auf Schiefer, Grauwacken, Granit und Basalt in Mittelgebirgen Ausbildungsform: Basenreich auf Basalt, basenarm auf Granit Podsol: (= Asche-Boden) Vorkommen: sandige Sedimente Nordwestdeutschlands, z.T. basenarme Ausgangsgesteine der Mittelgebirge wie Sandstein Vorraussetzungen: humides, kühles Klima; basenarmes Gestein mit hoher Wasserdurchlässigkeit; Vegetation, die sauren Humus produziert Gley: (= schlammiger Boden) Vorkommen: Marschen, Senken, Täler mit hochanstehendem Grundwasser, dass in Bewegung ist Voraussetzungen: Periodisches Heben und Senken des Grundwasserspiegels Moorböden: Niedermoor: Entstehung durch Verlandung, nährstoffreich, grundwasserabhängig. Torf aus Schilf, Seggen, Rohrkolben, Erlen, Weiden Hochmoor: Entstehung nur bei sehr humiden und kühlem Klima, nährstoffarm, grundwasserunabhängig. Torf aus Torfmoos. Zusammensetung des Bodens: 85-90% Mineralsubstanz + 10-15% Organische Substanz 85% tote Biomasse(Humus)+ 8-10% Wurzeln+ 5-7% Bodenorganismen (Edaphon) 40% Bakterien und Actinomyceten+ 35-40% Pilze und Algen+ 20-25% Bodenfauna 58% Regenwürmer+ 22% übrige Makrofauna+ 10% Mesofauna+ 10% Mikrofauna Bodenarten 1. Sand-rau/körnig-nicht formbar 2. Schluff-mehlig-kaum formbar 3. Lehm-Einzelkörner und Feinsubstanz 4. Ton-Gleitfläche glatt und glänzend-gut formbar Bodencharakteristika Sand-Wasserdurchlässig, gut durchlüftet, gut erwärm bar Schluff-in allen Bereichen mittelmäßig ausgeprägt Ton-Wasserhaltevermögen, Nährstoffgehalt, Speichervermögen von Nährstoffen

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Vorlesung 6

Ressourcen: Kombination der Stoffe und Umweltgegebenheiten, die ein Organismus (nicht die Art) braucht, um reproduktiv leben zu können. Raumressourcen Ökologische Nische: Bezeichnet den mehrdimensionalen Lebensbereich/Raum oder auch die multifunktionale Position einer Art (oder Sippe...) in einem Wirkungsgefüge zwischen zusammenlebenden Organismen und lebender Umwelt. Die Nische der Organismen wird durch ihre Bedürfnisse und Toleranzeigenschaften definiert und sie vollenden darin ihren Lebenszyklus und erzeugen Nachkommen. Existenz einer Art wichtig sind !13

Habitat: real existierender Lebensort, der zahlreiche Nischen bieten kann. Areal: Ausbreitungsgebiet einer Art, dass entsprechend der Lebensansprüche bewohnt werden kann. Population: Eine Fortpflanzungsgemeinschaft von Individuen einer Art, die räumlich nicht getrennt sind und eine genetische Kontinuität haben. Populationsökologie: Ist die Lehre von den Bevölkerungen (Arten), ihren Strukturund Funktionsmerkmalen, sowie ihrer Dynamik; untersucht die innerartlichen (intraspezifischen) Wechselwirkungen; sowie das Wachstum und die Fluktuation innerhalb einer Population und deren geographische Ausbreitung. Populationsdynamik: Durch Vermehrung und Hemmung bedingtes Auf und Ab einer Population. Populationsstruktur: Formale und funktionale Eigenschaften einer Population wie Bevölkerungsdichte, Verteilung, Altersstruktur, Sexualindex, Natalität (Vermehrung), Mortalität. Asynchronpopulation: alters- und größenverschiedene Populationen (Naturwald mit verschiedenen Altersklassen), Wechselwirkung mit Konkurrenzpopulationen Synchronpopulation: nach Feuer- und Sturmkatastrophen, Initialgesellschaften, Land- und Forstwirtschaft Kapazitätsgrenze: Maximale Populationsgröße in einem Raum. Fluktuation: Schwankung, Wechsel, etc. Interspezifische Konkurrenz: Arten mit gleicher ökologischer Nische konkurrieren in einem Habitat miteinander, sodass eine der Arten die andere verdrängt. Demographie: Altersaufbau einer Population. Welche Verschiedenen ökologischen Nischen gibt es? Beschreibe sie. Fundamentalnische: Der Bereich eines Organismus´, den er auf Grund seiner evolutiven und ontogenetischen Entwicklung heraus annehmen kann. Die Fundamentalnische ergibt sich aus seiner genetisch bedingten Toleranz (ökologischen Potenzen) zusammen mit den abiotischen Bedingungen Valenzen) seiner Umwelt. Realnische: Die reale ökologische Nische ist kleiner als die Fundamentalnische. Sie ergibt !14

sich für den Organismus dadurch, dass seine Fundamentalnische durch das Nahrungsangebot, die Konkurrenten und Feinden eingeengt wird, d.h. in Auseinandersetzung mit den Interaktionen anderer Organismen. In diesem Raum ist die dauerhafte Existenz der Art möglich (ökologische Präsenz). Trophische Nische: Die Ressourcenverfügbarkeit, die es der Art ermöglicht zu existieren. Minimalbedingte Nische: Minimalbedingungen, die eine Art benötigt um zu existieren (z.. der Kakteen als „Durstkünstler“). Habitatnische: Ort an dem die Art zu leben vermag Aktuelle Nische: z.B.: Lux kommt → Rehe weg → Lux wieder weg → Rehe wieder da Wie entsteht Artbildung allgemein? Eine Population ist heterogen und nutzt zum Teil unterschiedliche Nischen. Ressourcenknappheit führt zur Selektion bei Art A, die sich neue Ressourcen erschließt. Durch Erschließung neuer Ressourcen von Art A, zunehmende ökologische Trennung. Schließlich räumliche und genetische Isolation: 2 neue/verschiedene Arten. Erläutern sie die verschiedenen Artbildungstypen. Sympatrische Artbildung: innerhalb eines Lebensraumes durch ökologische Einnischung und Isolation sowie Bildung einer biologischen Fortpflanzungsschranke. Allopatrische Artbildung: durch geographische Isolation der Populationen zur Artbildung. Z.B.: neue Bildung eines Fluss.

Wie beeinflusst der Faktor Dichte eine Population? Es beeinflusst die: Geburts- und Sterberate (irgendwann Raum voll, passen keine Organismen mehr rein), die Wuchsgröße bei Pflanzen, vergrößert bzw. verkleinert Selbstausdünnung Erläutere das Räuber-Beute-Modell. Periodische Populationsschwankung: Die Populationsgrößen von Räuber und Beute schwanken periodisch. Dabei folgen die Schwankungen der Räuberpopulation phasenverzögert denen, der Beutepopulation. Konstanz der Mittelwerte: Trotz periodischer Schwankungen ist die durchschnittliche Größe !15

(Mittelwert) der Räuber- bzw. Beutepopulation konstant. Schnelleres Wachstum der Beutepopulation: Werden die Räuber- und Beutepopulation gleichermaßen für einen begrenzten Zeitraum dezimiert, so erholt sich die Beutepopulation stets schneller als die Räuberpopulation. Beschreiben sie die Modelle des Populationswachstums bei unlimitierten Ressourcen. Geometrisches Wachstum: Individuen kommen jedes Jahr zu einer bestimmten Zeit hinzu (saisonale Reproduktion) Exponentielles Wachstum: Individuen kommen kontinuierlich zu einer Population N = Nt + B − D + I − E hinzu (überlappende Generationen).! t +1 Nt +1 Nt Δ Populationsgröße, B = Geburtenzahl, D = Todesfälle, I = Immigration, E = Emigration, N N ! t +1 = Anzahl der Individuen zum Zeitpunkt t + 1, ! t = Anzahl der Individuen zum Zeitpunkt t Worauf weisen λ und r hin? λ weißt auf die Änderung der Populationsgröße hin (λ>1 = exponentiell, λ = 1 = stabil, λ1 = exponentiell, r = 1 = stabil, r...