TY - THES A1 - Kommana, Giulia T1 - Biogeochemical signatures in sediments by iron from mining areas : case study River Spree (NE Germany) T1 - Biogeochemische Signaturen in Sedimenten durch Eisen aus Bergbauregionen : am Beispiel der Spree (NO Deutschland) N2 - During open-cast lignite mining in Lusatia (NE Germany), iron sulfide minerals associated with lignite, are exposed to air and weather. The weathering products iron (Fe), sulfate and acids subsequently enter the fluvial-lacustrine system Spree and its tributaries. The aim of this work was to identify and explain the evolving biogeochemical signatures (spatio-temporal patterns) in River Spree. These signatures are significantly influenced by biogeochemical turnover processes triggered by iron input. To identify the signatures, a regional field study was conducted from the inland delta Spreewald to the mouth. This study was followed by two laboratory experiments under controlled redox conditions to investigate the effect of Fe on the long-term binding of phosphorus and the degradation of particulate organic material in the iron-enriched sediments. Characteristic elements introduced by lignite mining (iron, sulfur, aluminum, cobalt, nickel) and by urban areas (zinc, lead, copper, chromium) could be determined by means of a principal component analysis. Based on these findings, the impact range of the open-cast mining was determined to be at least ~ 90 km downstream of the Spreewald. Within the urban-influenced systems Fürstenwalde and Berlin, the urban signature is more dominant than the mining signature. By means of sequential extractions and XRD analyses of the sediments, iron binding forms and characteristic iron minerals have been additionally identified (e.g., Fe(III) oxyhydroxides, pyrite, vivianite). Sediment analyses and column experiments have shown that iron increases the phosphorus sorption and decreases the phosphorus release in the sediments of three studied lakes of the fluvial-lacustrine system. However, the application of different phosphorus retention models for Lake Neuendorfer See showed that Fe cannot reduce the eutrophic state of the lakes along the river, since the water retention times are too short and the external phosphorus loads are too high. Additionally, lake sediments with different Fe contents have been incubated with particulate organic material. Higher Fe contents resulted in reduced emissions of the greenhouse gases CO₂ and CH₄, which can be attributed to a reduced degradation of organic matter by Fe. Possible reasons include sorption processes of (dissolved) organic matter onto Fe oxyhydroxides and toxic effects of iron on microorganisms. Nevertheless, Fe (and sulfate) are available as electron acceptors during the decomposition of organic matter in River Spree. The findings of this work deepen the understanding of the impact of iron from mining on sulfur, phosphorus and carbon turnover processes in fluvial-lacustrine systems. As a consequence of the Fe input from the Lusatian area, the signature will persist for decades in River Spree. N2 - Mit der Braunkohle in der Lausitz (NO Deutschland) liegen Eisensulfide vor, die während des Abbaus der Braunkohle durch abgesenktes Grundwasser freigelegt werden und verwittern. Die Witterungsprodukte Eisen (Fe), Sulfat und Säure gelangen nachfolgend in das benachbarte fluvial-lakustrine System der Spree und ihre Zuflüsse. Im Rahmen der Arbeit wurden biogeochemische Signaturen (raumzeitliche Musterbildungen), in den Sedimenten der Spree identifiziert und erklärt. Diese werden durch biogeochemische Umsetzungsprozesse verursacht, die maßgeblich durch den Eintrag von Eisen gesteuert werden. Die Arbeit besteht aus einer regionalen Freilandstudie vom Spreewald bis zur Mündung zur Untersuchung der Sedimentzusammensetzung und zwei Laborversuchen unter kontrollierten Redoxbedingungen, um die Auswirkung von Fe auf die langfristige Bindung von Phosphor im Sediment sowie den Abbau von partikulärem organischem Material zu untersuchen. Mittels Hauptkomponentenanalyse konnten neben Fe und Schwefel charakteristische Elemente, eingetragen durch den Tagebau (u.a. Aluminium, Kobalt, Nickel) und durch urbane Gebiete (Zink, Blei, Kupfer, Chrom), definiert werden. Aufgrund dieser Signaturen wurde die Reichweite des Tagebaueinflusses auf mindestens 90 km flussabwärts des Spreewaldes bestimmt, wobei die Bergbausignatur im Fürstenwalder und Berliner Stadtgebiet von der urbanen Signatur abgelöst wird. Mithilfe sequentieller Extraktionen und XRD konnten zusätzlich Eisenbindungsformen und charakteristische Fe-Minerale identifiziert werden (z.B. FeIII oxidhydroxide, Pyrit, Vivianit). Sedimentuntersuchungen und Säulenversuche haben bestätigt, dass Fe aus dem Tagebau die Phosphor-Sorption in Sedimenten von drei Spree-Seen erhöht und die Rücklösung verringert. Die Anwendung von Phosphor-Retentionsmodellen am Beispiel des Neuendorfer Sees hat allerdings gezeigt, dass Fe den eutrophen Zustand der Seen entlang der Spree nicht verringern kann, da insbesondere die Wasseraufenthaltszeiten zu gering und die externen Phosphor-Frachten zu groß sind. Zudem wurden Spree-Sedimente mit vers. Eisengehalten mit partikulärem organischen Material inkubiert. Die erhöhten Fe-Gehalte führten zu einer reduzierten Produktion der Treibhausgase CO₂ und CH₄, welches auf einen geringeren Abbau von organischem Material durch Fe zurückgeführt wurde. Als Gründe wurden insbesondere Sorptionsprozesse des (gelösten) organischen Materials an Fe-oxidhydroxide und toxische Effekte des Eisens auf Mikroorganismen diskutiert. Dennoch stehen Fe (und Sulfat) als Elektronenakzeptoren während des Abbaus von organischem Material in der Spree zur Verfügung. Die Erkenntnisse dieser Arbeit vertiefen das Verständnis über die Folgen des eingetragenen Eisens vom Bergbau auf Teilprozesse der biochemischen Kreisläufe von Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff in fluvial-lakustrinen Systemen. In der Spree werden die Signaturen infolge des Fe-Eintrags noch mehrere Jahrzehnte erhalten bleiben. KW - Iron KW - Lignite mining KW - Sediment composition KW - Biogeochemical processes KW - Element cycling KW - Eisen KW - Braunkohleabbau KW - Sedimentzusammensetzung KW - Biogeochemische Prozesse KW - Elementkreisläufe KW - Spree KW - Biogeochemie KW - Braunkohlentagebau KW - Eisen KW - Phosphor KW - Flusssediment KW - Hauptkomponentenanalyse Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64708 ER - TY - THES A1 - Schreckinger, José T1 - Short- and long-term succession in intermittent rivers and ephemeral streams : sediment microbial communities structure and biogeochemical trajectories T1 - Kurz- und langfristige Sukzession in intermittierenden Flüssen : Struktur mikrobieller Sedimentgemeinschaften und biogeochemische Trajektorien N2 - Intermittent rivers and ephemeral streams (IRES) experience drying events, and they are becoming increasingly common due to climate change and anthropogenic water withdrawal. Despite their prevalence, IRES have been less studied than non-drying rivers, and more research is needed to understand their dynamics. This dissertation examines drying events' effects on the sediment microbial community structure and biogeochemistry in temperate IRES. First, a research study was carried out using an outdoor mesocosm setup to track changes in bacterial and fungal communities, microbial functions and properties of sediment-dissolved organic carbon during three different drying events. Results showed that drying duration and intensity and sediment organic matter content regulated river Spree sediment microbial community composition and biogeochemical processes during drying. The associated sediment respiration, assessed as CO2 flux, rapidly declined during all drying treatments, and Bacilli class became the most dominant bacteria after 90 days of drying, except in non-enriched sediment under the most intense drying. Second, a microcosm experiment was conducted to understand how sediment drying history and properties influence biogeochemical dynamics during an IRES expansion phase. Sediment respiration and nutrient release/retention rates were measured through flow resumption, and results showed that drying duration and intensity and sediment organic matter content regulated the dynamics of nutrients and respiration upon flow resumption. Under the most intense and prolonged drying, non-enriched sediment showed a lag response in respiration during the first day after flow resumption, while all other treatments had either a linear increase or a fast pulse in respiration. Finally, the long-term microbial succession in IRES sediment and soil in the experimental catchment of Chicken Creek was investigated. In 2008 and 2018, the sediment of three ephemeral streams and their adjacent soil was analyzed for the structure of the bacterial and fungal communities and microbial functions across different seasons. Results showed that environmental factors, such as vegetation type and organic matter content, mediated sediment and soil microbial succession in Chicken Creek. Ephemeral streams under spare and sporadic flow events remained unique ecosystems with distinctive microbial communities and biogeochemical dynamics, different from its riparian soil. Overall, this dissertation concludes that temperate IRES are dynamic ecosystems where dry-wet cycles and environmental factors modulate their sediment microbial community structure and function trajectories in the short- and long term. N2 - Periodisch wiederkehrende Bäche und Flüsse (IRES, intermittent rivers and ephemeral streams) sind Gewässerkörper die episodisch austrocknen und durch Klimawandel und anthropogener Wasserentnahme zunehmend häufiger werden. Obwohl sie weit verbreitet sind, sind IRES bisher weit weniger erforscht worden als dauerhaft wasserführende Flüsse. Die vorliegende Dissertation untersucht Auswirkungen von Trockenperioden in IRES der gemäßigten Klimazone auf biogeochemische Parameter des Sediments sowie bakterielle und pilzliche Gemeinschaften. Zum einen wurde in einem Mesokosmen-Experiment im Freiland die bakterielle und pilzliche Diversität, sowie Eigenschaften von sedimentären, gelösten organischem Kohlenstoff und mikrobiellen Funktionen für verschiedene Austrocknungsintensitäten untersucht. Die Dauer und Intensität der Austrocknung, sowie die Konzentration an organischer Substanz, bewirkten maßgeblich eine Veränderungen der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft sowie der biogeochemischen Prozesse im Spree-Sediment während der Trockenphasen. In allen Austrocknungsintensitäten nahm die Respiration aus dem Sediment, gemessen als CO2 Emissionen, schnell ab; wobei die Ordnung Bacilli nach 90 Tagen Trockenzeit dominant wurde. Ausnahme war hier Sediment das nicht mit organischer Substanz angereichert war. Zum anderen wurde in Mikrokosmen der biogeochemische Effekte von vergangenen Austrocknungsepisoden und deren Eigenschaften während der Erweiterungsphase der IRES untersucht. Respiration im Sediment, sowie Freisetzung und Rückhalt von Nährstoffen wurden nach wieder einsetzenden des Wasserflusses gemessen. Eigenschaften wie Dauer und Intensität der Austrocknungsepisoden, sowie der Gehalt an organischer Substanz, bestimmten hier Nährstoffflüsse und Respiration; speziell in den ersten Tagen nach wiederkehren des Wasserflusses. Bei sehr intensiver und andauernden Austrocknung zeigte das Sediment ohne Anreicherung mit organischer Substanz eine verzögerte Reaktionszeit in der Respiration. Letzteren wurde die langfristige Auswirkung und mikrobielle Sukzession von IRES auf Sedimente und Böden im Einzugsgebiet Hühnerwasser in der Jahren 2008 und 2018 untersucht. Analysiert wurden die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften und Funktionen aus Sediment der wiederkehrenden Bäche und angrenzenden Uferböden in beiden Jahren. Vegetationsform und organische Substanz regulierten die mikrobielle Sukzession im Einzugsgebiet des Hühnerwassers. Die IRES bleiben auch bei nur geringem Wasserfluss eigenständige Systeme, die sich auch hinsichtlich ihrer mikrobiellen Struktur und Biogeochemie von den Böden in Gewässernähe unterscheiden. Schlussfolgernd für diese Dissertation steht, dass IRES in der temperten Klimazone dynamische Ökosysteme sind. Besonders Nass-Trocken-Zyklen und Umweltfaktoren regulieren die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften im Sediment und ihre Funktionen auf kurz- und langfristige Sicht. KW - Rivers KW - Drying KW - Biogeochemistry KW - Bacteria KW - Fungi KW - Flüsse KW - Trocknung KW - Biogeochemie KW - Bakterien KW - Pilze KW - Fluss KW - Bach KW - Bakterien KW - Pilze KW - Biogeochemie KW - Dürre KW - Klimawandel KW - Flusssediment Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63793 ER - TY - RPRT A1 - Leßmann, Dieter A1 - Grüneberg, Björn T1 - Impacts of artisanal small-scale gold mining on Hkaung Tung Hka Chaung River and recommendations for the conservation of Indawgyi Lake/Myanmar T1 - Auswirkungen des Kleinbergbaus von Gold auf den Hkaung Tung Hka Chaung-Fluss und Empfehlungen zum Schutz des Indawgyi-Sees/Myanmar N2 - Indawgyi Lake is one of the largest lakes in East Asia. Due to its habitat diversity and its great importance for international bird migration, it has the status of an UNESCO biosphere reserve. In the last decades, anthropogenic pressures on the lake due to increasing population numbers, overfishing and intensification of agriculture and forestry as well as to the impacts by artisanal small-scale gold mining in the catchment area have increased sharply. As a result of gold mining, lake inflows have very high suspended matter loads, both from the washing of gold-bearing sediments and from soil erosion as a result of the destruction of the floodplain and of the forest close to the river. The input of sediments and suspended matter from the Hkaung Tung Hka Chaung River has led to massive deposits of river sediments in the southern part of Indawgyi Lake within a few years. In the context of short-term investigations and a one-year monitoring close to the stream mouth, the extent of the suspended matter input from Hkaung Tung Hka Chaung River into Indawgyi Lake was estimated and heavy metal pollution concentrations of the suspended matter were measured as a basis for recommendations for the reduction of the pollution pressure on the lake. Sedimentation analyses showed that the river water was still very turbid even after 50 hours due to high concentrations of very small solids. In contrast, material in the size of sand grains settled completely after about ten hours. The clay fraction of the suspended matter was heavily contaminated by different heavy metals, including cadmium, copper, nickel, chromium and lead. The load of suspended matter was subject to strong fluctuations and showed no correlation with the discharge. The mean concentration of suspended matter was 9.6 g/L (as dry weight per volume of water). The daily dry matter load in Hkaung Tung Hka Chaung River varied between 2.3 and 2,900 t. The mean load was 359 t/d, with by far the largest amount being transported by the river during the rainy season during times of high discharge. That indicates that, in addition to direct inputs from mining activity, there was also suspended matter input from soil erosion and from the remobilization of river sediments. The estimates of the annual input into Indawgyi Lake came to an amount of about 133,000 t. This corresponds to a volume of the fresh matter between 0.26 and 0.4 million m³. The results show the urgent need for a control of the artisanal small-scale gold mining activities and for the building of sedimentation basins at Hkaung Tung Hka Chaung River to protect Indawgyi Lake with its highly valuable ecosystem. N2 - Der Indawgyi-See zählt zu den größten Seen Ostasiens. Aufgrund seiner Habitatvielfalt und seiner großen Bedeutung für den internationalen Vogelzug hat er den Status eines UNESCO-Biosphärenreservats. In den letzten Jahrzehnten haben anthropogene Belastungen auf den See durch ansteigende Bevölkerungszahlen, Überfischung und Intensivierung von Land- und Forstwirtschaft sowie die Folgen des Kleinbergbaus von Gold im Einzugsgebiet stark zugenommen. Durch den Goldbergbau weisen Seezuflüsse ganz erhebliche Schwebstofffrachten sowohl durch das Waschen goldhaltiger Sedimente als auch als durch Bodenerosion infolge der Zerstörung der Flussaue und von flussnahen Waldflächen auf. Der stark erhöhte Eintrag von Sedimenten und Schwebstoffen aus dem Hkaung Tung Hka Chaung-Fluss hat im Indawgyi-See innerhalb weniger Jahre zu mächtigen Ablagerungen von Flusssedimenten in den südlichen Seebereichen geführt. Im Rahmen von Kurzzeituntersuchungen sowie eines einjährigen Monitorings nahe der Mündung in den See wurden das Ausmaß der Schwebstoffeinträge aus dem Hkaung Tung Hka Chaung in den Indawgyi-See abgeschätzt sowie Daten zur Schwermetallbelastung der Schwebstoffe erhoben, um Maßnahmen zur Verminderung der Belastung für den See zu erarbeiten. Absetzversuche zeigten, dass das Flusswasser auch nach 50 Stunden noch eine starke Trübung durch fein suspendiertes Material aufwies. Material in Sandkorngröße setzte sich hingegen bereits nach etwa zehn Stunden komplett ab. Die Tonfraktion der Schwebstoffe wies eine starke Belastung durch eine Reihe von Schwermetallen auf, zu denen Cadmium, Kupfer, Nickel, Chrom und Blei gehörten. Die Schwebstoffbelastungen unterlagen starken Schwankungen und zeigten keine Korrelation mit dem Durchfluss. Für die Schwebstoff-Konzentration ergab sich ein sehr hoher Mittelwert von 9,6 g/L (als Trockengewicht pro Wasservolumen). Die Trockenmasse der täglich in den See eingetragenen Schwebstoffe schwankte zwischen 2,3 und 2.900 t. Der Mittelwert lag bei 359 t/d, wobei die weitaus größte Menge vom Fluss während der Regenzeit bei hohen Durchflüssen transportiert wurde, was anzeigt, dass es neben unmittelbaren Einträgen aus der Bergbauaktivität zu Einträgen durch Bodenerosion sowie die Remobilisierung von Flusssedimenten kam. Die Abschätzung des Jahreseintrags in den Indawgyi-See ergab rund 133.000 t. Dies entspricht einem Volumen der Frischsubstanz zwischen 0,26 und 0,4 Mio m³. Aus den Ergebnissen ließen sich dringende Empfehlungen zur Kontrolle des Goldkleinbergbaus und zum Bau von Absetzbecken am Hkaung Tung Hka Chaung-Fluss zum Schutz des Indawgyi-Sees mit seinem überaus wertvollen Ökosystem ableiten. KW - Indawgyi Lake KW - Artisanal small-scale gold mining KW - Pollution KW - Suspended matter KW - Indawgyi-See KW - Goldkleinbergbau KW - Schwebstoffe KW - Belastung KW - Indawgyi Lake KW - Goldbergbau KW - Wasserverschmutzung KW - Schwebstoff KW - Schwermetallbelastung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-56850 ER - TY - THES A1 - Dietz, Severine T1 - Geochemische Prozesse und schichtungsrelevante Stoffe in meromiktischen Seen der Lausitz T1 - Geochemical processes and density-relevant solutes in meromictic lakes of the Lusatian mining district N2 - Vor dem Hintergrund der zunehmenden Anzahl an Tagebauseen sowie den Folgen der anthropogen veränderten Klimaentwicklung und infolgedessen der Möglichkeit des Entstehens oder/und des Zusammenbrechens von Meromixis in Seen besteht die Notwendigkeit, Kenntnisse über die Dichteschichtung verursachenden chemischen Prozesse sowie die in der Wassersäule auftretenden Dichtegradienten und die Dichtebeiträge gelöster Stoffe zu gewinnen. Aus diesem Grund wurden zwei meromiktische, in der Lausitz gelegene Seen (Waldsee, Moritzteich) untersucht. Ziel war es, neben den Ursachen der Dichteschichtung die (bio)geochemischen Prozesse in der Wassersäule sowie an der Sediment-Wasser-Grenze zu untersuchen sowie Dichtegradienten und die Dichtebeiträge gelöster Stoffe im Gewässer zu quantifizieren. Hierzu wurden die Seewasser-, Sediment-, Sinkstoff- und Porenwasserbeschaffenheit chemisch analysiert sowie tiefenorientierte Messungen der Vor-Ort-Parameter in der Wassersäule durchgeführt. Die Daten waren Basis geochemischer Berechnungen, der Bestimmung dichterelevanter chemischer Prozesse und Parameter sowie der Berechnung der Dichtegradienten in der Wassersäule und der Dichtebeiträge gelöster Stoffe. Die Ergebnisse zeigten, dass in den untersuchten Braunkohletagebauseen die Meromixis auf der biogeochemischen Umsetzung des Eisens mit der Bildung eisenhydroxidischer und -hydroxosulfatischer Minerale im Mixolimnion und deren Auflösung sowie der Reduktion des Eisens(III) zu Eisen(II) im Monimolimnion beruht. Dabei war die Beschaffenheit der im Mixolimnion gebildeten Eisenverbindungen pH-abhängig. Bei pH-Werten ≤3 wurden Eisenhydroxosulfate (vermutlich Schwertmannit) und bei pH-Werten von 6 bis 7 Ferrihydrit ausgefällt. Die in den Monimolimnionsedimenten ablaufende Sulfatreduktion führte zu einem in das Sediment gerichteten Sulfat- und Eisenfluss, wobei bei einem möglichen Eisenüberschuss dieses auch ins Wasser freigesetzt und somit zu einer Erhöhung der Dichte im Monimolimnion beitragen konnte. Die im Mixolimnionsediment ablaufenden chemischen Prozesse waren vor allem vom vorliegenden geochemischen Milieu abhängig. Dabei können in Organikreichen Sedimenten sulfatreduzierende Prozesse stattfinden, wohingegen in den sauren, geringer organischen Sedimenten möglicherweise eine diagenetische Umwandlung metastabilen Schwertmannits zu stabileren Goethit vorliegt. Der chemische Dichtegradient beruhte im Wesentlichen auf Eisen(II) und dem Karbonatsystem (HCO3-+CO2), zu geringeren Anteilen auf DOC und Calcium sowie, ausschließlich im Moritzteich, auf Sulfat. Insgesamt war der in beiden Seen durch die chemischen Stoffe verursachte Dichtegradient zwischen Mixo- und Monimolimnion mit maximal rd. 1,0 g/l gering. Saisonale Veränderungen des chemischen Dichtegradienten in beiden Seen waren marginal. Somit basierten Schwankungen des Gesamtdichtegradienten in der Wassersäule vor allem auf den Änderungen der Temperatur und weniger auf den Änderungen der Konzentrationen gelöster Stoffe. N2 - The potential formation and/or collapse of meromixis in lakes due to climate change demands a better understanding of the influence of chemical processes and dissolved solutes on water density changes with depth. This need is amplified by the ever-increasing number of mining lakes with their potential for meromixis. The aim of this thesis is to investigate causes of density stratification and bio-/ geochemical processes in lakes as well as at the sediment water interface. Additionally, density gradients of solutes dissolved in lake water are quantified. Two meromictic mining lakes in the Lusatian mining district have been investigated, Waldsee and Moritzteich. The composition of the lake water, sinking particles, sediments, and pore water have been analysed chemically. Measurements of in-situ parameter changes with depth within the lake water have been performed. The collected data form the basis for geochemical analyses of the determination of (depth-relevant) chemical processes and parameters as well as for the analyses of water density gradients and the density contribution of dissolved solutes. Results show that meromixis depends in the studied mining lakes on the biogeochemical transformation of iron, on the development and dissolution of ironhydroxides and -hydroxysulfates within the mixolimnion and on the reduction of ferric iron into ferrous iron within the monimolimnion. The sulfate reduction taking place within the monimolimnion sediments leads to a sediment-oriented migration of sulfate and iron. Here, a possible iron surplus might render a dissolution of iron into the lake water, leading to an increase of the density within the monimolimnion. The chemical processes taking place within the mixolimnion sediment of the lakes mainly depend on the geochemical environment. Within sediments rich in organic components, such as those of Waldsee, sulfate reducing processes might occur. In contrast, in acidic sediments with less organic matter, such as those of Moritzteich, measurements indicate a diagenetic transformation of metastabile Schwertmannite into more stable Goethite. The chemical density gradient largely depends on iron(II) and on the carbonate system (HCO3- + CO2), to a lower degree on DOC and calcium and, in case of Moritzteich, on sulfate. In Waldsee, sulfate was not relevant for maintaining the chemical density stratification due to its nearly uniform density contribution at all depths. In conclusion, the density gradient between mixo- and monimolimnion caused by chemical solutes is rather small. For Waldsee, values lie around 0.5 g/l and for Moritzteich around 1.0 g/l. Seasonal changes of the chemical density gradient are rather small in both lakes. Thus, variations of the overall density gradient of the lake water in both lakes mainly depend on the temperature change rather than the concentration of solutes. KW - Tagebausee KW - Meromixis KW - Dichteschichtung KW - Eisenkreislauf KW - Mining lake KW - Meromixis KW - Density stratification KW - Iron cycle KW - Bergbaurestsee KW - Bergbaunachfolgelandschaft KW - Lausitz KW - Meromiktischer See KW - Umweltgeochemie Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-46625 ER - TY - THES A1 - Zlatanović, Sanja T1 - In-stream microbial carbon transformation under opposing stresses - drought and sediment transport T1 - Mikrobielle Kohlenstofftransformation in Fließgewässern unter Einfluss von Trockenheit und Sedimentumlagerung N2 - The mineralization of organic matter (OM) is an important ecosystem service that has come under pressure because of increased frequency of droughts and higher sediment loads in running waters. In particular, lowland streams in temperate regions may experience reinforced sediment transport through migratory ripples and changes of naturally sorted sand and gravel in streambeds towards sand-dominated, homogenized streambed structure. The impact on microbial carbon (C)-transformation from these changes was the main focus of my doctoral thesis, in particular the impact of (i) periodic mechanical disturbance associated with ripple migration (ii) streambed structure homogenization, and (iii) drought in streambeds with sorted or homogenized sediment structure. In a set of microcosms, the significance of periodic mechanical disturbances for microbial C-transformation was tested. Thereby, the quantity and quality of the OM in the sandy sediments were varied by the addition of leaves and fish feces to the OM-poor sands. The results revealed that periodic mechanical disturbances resulted in significant decrease in microbial respiration to a low and similar level regardless of OM quality contained in sand. The importance of the streambed structure (sorted vs homogenized) for C-transformation was tested using set of experimental streams. The focus was on the interaction between benthic and hyporheic microbial processes in C-transformation to better understand the consequences of streambed homogenization on microbial function. The results showed that sediment structure determines connectivity between the benthic and hyporheic zones. The lower water exchange in homogenized streambeds and thereby reduced supply of freshly produced bioavailable OM from the benthic to the hyporheic zone, curtailed microbial respiration in the latter affecting the water quality. The influence of a drought and rewetting was tested on C-transformation in streambeds with a sorted or homogenized sediment structure using experimental streams where one half of the streams were strongly shaded and the other half moderately shaded. The results showed that streambeds affected by droughts, either with sorted or homogenized sediment structure have a similar microbial activity at the first place controlled by shading, whereas microbial composition during drought and its recovery after rewetting was additionally affected by sediment structure. Overall, this doctoral thesis showed that in sediment transport– and drought-impacted streambeds (i) ripple migration results in decreased C-transformation regardless of the available quality of OM, (ii) homogenization of sorted sediment structure leads to a decrease in microbial C-transformation in the hyporheic zone, and (iii) interaction between sediment structure and shading alters microbial community composition especially critical for resistance and resilience of C-transformation during drought and rewetting. N2 - Die Mineralisierung von organischem Material (OM) ist eine wichtige Ökosystemdienstleistung, die durch die Zunahme von Trockenphasen und einem erhöhten Sandeintrag in Fließgewässern zunehmend unter Druck gerät. Insbesondere in Tieflandflüssen kann es zu verstärktem Sandtransport in wandernden Rippeln und zu Veränderungen der Sedimente kommen, von sortierten Sand- und Kiesbereichen hin zu einem von Sand dominierten, homogenisierten Flussbett. Die Auswirkungen dieser Veränderungen auf die mikrobielle Transformation von Kohlenstoff (C) bilden den Kern meiner Dissertation, insbesondere die Auswirkung (i) der periodisch, mechanischen Störung durch wandernde Sandrippel, (ii) einer Homogenisierung der Sedimentlagerung, und (iii) von Trockenphasen in Gewässern mit sortierter oder homogener Sedimentlagerung. In Mikrokosmen wurde die Bedeutung periodisch, mechanischer Störungen untersucht. Die Quantität und Qualität des OM in den sandigen Sedimenten wurde durch Zugabe von bioverfügbarem OM variiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die periodischen Sedimentverlagerungen eine erhebliche Störung für die mikrobielle C-Transformation darstellen. Die Respiration verringerte sich unabhängig von der Qualität des OM. In experimentellen Fließrinnen wurde die Bedeutung der Sedimentlagerung (sortiert und homogen) untersucht. Der Fokus lag auf der Interaktion zwischen benthischen und hyporheischen mikrobiellen Prozessen der C-Transformation. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sedimentlagerung die Konnektivität zwischen der benthischen und hyporheischen Zone bestimmt. Der niedrigere Wasseraustausch in einem homogenisierten Flussbett und die dadurch verringerte Zufuhr von bioverfügbarem OM aus der benthischen Zone, schränkten die Respiration im Hyporheal ein. Der Einfluss einer Trocken- und Wiedervernässungsphase in homogenen bzw. heterogenen Sedimentstrukturen wurde ebenfalls in Fließrinnen getestet, wobei eine Hälfte der Rinnen stark, die andere moderat beschattet wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die mikrobiellen Aktivitäten in einem austrocknenden Flussbett mit homogener oder heterogener Sedimentlagerung ähnlich sind und in erster Linie durch die Beschattung reguliert werden, wobei die Sedimentstruktur die resultierende mikrobielle Zusammensetzung zusätzlich beeinflusste. Diese Arbeit konnte aufzeigen, dass in einem sandigen Flussbett unter den o.g. extremen Umwelteinflüssen (i) Rippelmigration zu einer Abnahme der C-Transformation führt, unabhängig von der verfügbaren Qualität des OM, (ii) Homogenisierung von sortierter Sedimentstruktur zu einer Abnahme der mikrobiellen C-Transformation in der hyporheischen Zone führt, und (iii) das Zusammenspiel von Sedimentlagerung und Lichtintensität zu einer Änderung führt in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft, welche entscheidend für die Resistenz und Resilienz der C-Transformation während Dürre und Wiedervernässungsphasen sind. KW - Environmental stressors KW - Hyporheic zone KW - C-cycling KW - Microbial community KW - Flumes KW - Umweltstressoren KW - Hyporheische Interstitial KW - Kohlenstoffumsatz KW - Mikrobielle Gemeinschaft KW - Rinnen KW - Hyporheisches Interstitial KW - Mikrobiozönose KW - Mineralisation KW - Fließgewässer Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44896 ER - TY - THES A1 - Seidel, Michael T1 - Naturnaher Einsatz von Holz zur Entwicklung von Fließgewässern im Norddeutschen Tiefland T1 - Guidelines for the restoration of lowland streams with wood N2 - Vor dem Hintergrund der EG WRRL besteht ein großer Bedarf an effektiven Maßnahmen zur Gewässerentwicklung. Das Belassen und der Einbau von Holz haben hierfür durch die Aktivierung fließgewässertypischer Prozesse ein großes Potenzial. Ziel war es daher, Handlungsempfehlungen für das Belassen und den naturnahen Einsatz von Holz in Tieflandbächen zu entwickeln. Diese basieren auf Grundlage des aktuellen Wissensstandes und eigenen Untersuchungen zu offenen Fragen. In den eigenen Untersuchungen wurden Holz- bzw. Maßnahmenstrecken mit unveränderten bzw. holzfreien Kontrollstrecken in Tieflandbächen und –flüssen verglichen, hauptsächlich hinsichtlich ökologischer Zustandsbewertung des Makrozoobenthos und der Fische, der Gewässerstruktur und der Holzmengen bzw. der Holzdynamik. Die eigenen Untersuchungen zeigten: 1. Die Wirkungszusammenhänge zwischen Holz und Organismen des Makrozoobenthos waren auch in der Zustandsbewertung nach EG WRRL feststellbar. Holz führte unabhängig von Gewässertyp und –größe zur Verbesserung der Strukturgüte und des ökologischen Zustands beim Makrozoobenthos. Die Zustandsbewertung wurde in 45 % der untersuchten Strecken (N = 31) soweit verbessert, dass der „gute“ und sogar „sehr gute“ ökologische Zustand erreicht wurde. 2. Eingebaute Strömungslenker aus Holz können den natürlichen Eintrag nicht vollständig ersetzen. Strömungslenker erzielten nur teilweise Verbesserungen der Gewässerstruktur und des ökologischen Zustands. In den 7 untersuchten Strecken wurde die Tiefenvariabilität im Längsprofil durch die Bildung von Kolken gesteigert. Sinuosität, Querprofil, Sohlsubstrat und der ökologische Zustand des Makrozoobenthos und der Fische wurden aber nur kaum beeinflusst. 3. Der Einbau von Holz beeinflusst die Dynamik und Retention von Driftholz und führt zu einer Steigerung der Holzmenge in einer Gewässerstrecke. In einer 400 m langen Strecke eines Tieflandflusses mit Strömungslenkern aus Holz und natürlichem Holzeintrag wurde die eingebaute Holzmenge durch die zusätzliche Retention von Driftholz nach vier Jahren bereits um 60 % im Volumen und um 240 % in der Holzoberfläche erhöht. Der kontinuierliche Austrag von Holz aus der Strecke wurde durch neuen Eintrag und die Retention in der Strecke kompensiert. In den Handlungsempfehlungen für die Praxis wurde herausgearbeitet, dass die Förderung des natürlichen Holzeintrags prinzipiell Priorität gegenüber dem Einbau von Holz hat. Für drei Restriktionsgrade von gering bis hoch wurden Empfehlungen für einen möglichst naturnahen Holzeinsatz entwickelt, der zudem natürlichen Holzeintrag berücksichtigt. Grundlage der Empfehlungen sind Angaben zum Holzvolumen, dem Deckungsgrad, der Anzahl an Stämmen sowie dem Verbauungsgrad von Holzeinbauten und deren Lage zur Fließrichtung. Ergänzt werden die Angaben durch die Kategorisierung von 6 Grundtypen natürlicher Holzstrukturen. N2 - Against the background of the EU WFD there is a great need for effective river restoration measures. For this, the natural input and the installation of wood have great potential by activating typical river processes. Therefore, the aim was to develop recommendations for the preservation and close-to-nature installation of wood in lowland streams. These are based on the current state of knowledge and own investigations on open questions. In the own investigations, lowland river reaches with natural input or the installation of wood were compared with control reaches without wood, mainly with regard to ecological condition assessment of macrozoobenthos and fish, hydromorphology, and wood quantities or wood dynamics. The own investigations showed: 1. The causal relationships between wood and organisms of macrozoobenthos were also found by the assessment of ecological status according to the EU WFD. Irrespective of the type and size of the river, wood improved the structural quality and ecological status of the macrozoobenthos. The ecological status was improved in 45 % of the reaches so far that the "good" and even "very good" ecological status was achieved. 2. Built-in wooden flow deflectors can not completely replace the natural input of wood. Flow deflectors achieved only partial improvements in hydromorphology and ecological status in the seven study reaches. The depth variability in the longitudinal profile was increased by the formation of pools. However, sinuosity, cross-section, bottom substrate and ecological status of macrozoobenthos and fish were hardly improved. 3. The installation of wood influences the dynamics and retention of drift wood and leads to an increase in the amount of wood. In a 400 m reach of a lowland river with wooden flow deflectors and natural input of wood, the installed amount of wood was increased by 60 % in the volume and by 240 % in the wood surface after four years due to the additional retention of driftwood. The continuous export of wood from the reach was compensated by continuous input of wood into the reach. In the recommendations for action it was pointed out that the natural input of wood has in principle priority over the installation of wood. For three degrees of restriction from low to high, recommendations were made for the most natural installation of wood, which also takes account of natural wood input. The recommendations are based on information on the volume of wood, the cover ratio on the river bed, the number of logs, the blockage of the cross-section and its position relative to the direction of flow. The information is supplemented by the categorization of six basic types of natural wood structures. KW - Fließgewässer KW - Renaturierung KW - Totholz KW - Eigendynamische Entwicklung KW - Ökologischer Zustand KW - River KW - Woody debris KW - Flow deflector KW - Ecological status KW - Restoration KW - Fließgewässer KW - Bach KW - Renaturierung <Ökologie> KW - Totholz KW - Ökologie Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44314 SN - 978-3-8440-5775-1 PB - Shaker Verlag CY - Aachen ER - TY - RPRT T1 - NITROLIMIT – Stickstofflimitation in Binnengewässern: Ist Stickstoffreduktion ökologisch sinnvoll und wirtschaftlich vertretbar? Abschlussbericht des BMBF‐Verbundprojekts NITROLIMIT II N2 - NITROLIMIT hat gezeigt, dass nicht nur Phosphor (P), sondern auch Stickstoff (N) eine relevante Steuergröße des Phytoplanktons und damit des ökologischen Zustandes von Gewässern darstellt. Eine Minderung der N-konzentration lässt insbesondere für viele Flachseen und Flussseen eine Verbesserung des ökologischen Zustandes erwarten. Bedenken, wonach Maßnahmen zur Minderung der N-konzentrationen in Gewässern nicht zielführend sind, weil sie durch N2-Fixierung von Cyanobakterien ausgeglichen werden oder weil sinkende Nitratkonzentrationen die Freisetzung von P aus den Gewässersedimenten steigern, konnten für die Untersuchungsgewässer in NITROLIMIT weitgehend ausgeräumt werden. N2-fixierende Cyanobakterien (Nostocales) gelangen nicht oder nur selten zur Dominanz und ihr Beitrag zum jährlichen Eintrag von Stickstoff ist gering. Langfristig führt eine Senkung der N-Fracht jedoch zu einer Abnahme ihres Biovolumens. Nitrat beeinflusst die Bindung bzw. Freisetzung von P aus dem Sediment meist nur in geringem Maße. Hier spielen andere Prozesse (redoxunabhängige P‐Bindungsmechanismen), an denen Nitrat nicht beteiligt ist, eine größere Rolle. Auf den ökologischen Zustand von Fließgewässern wie der Elbe hätte eine N-Reduktion zunächst keinen Einfluss, da andere Faktoren die Biomasse des Phytoplanktons begrenzen. Eine Verminderung der N-Einträge in Fließgewässer ist dennoch anzustreben, um den trophischen Zustand der Küstengewässer zu verbessern. NITROLIMIT konnte zeigen: Stickstoffreduktion ist ökologisch sinnvoll. Da sich eine große Zahl von Seen in Deutschland nicht im guten ökologischen Zustand befindet, sind weitere Anstrengungen notwendig, um die Ziele der EU‐WRRL zu erreichen. Dabei sollten auch Maßnahmen zur Reduktion der N‐Einträge berücksichtigt werden. Hier schließt sich die Frage an, ob N‐Reduktion wirtschaftlich vertretbar ist. In drei Fallstudien wurden Möglichkeiten, Kosten, Nutzen und Akzeptanz von N-Reduktionsmaßnahmen analysiert. Am Beispiel der Berliner Unterhavel wurden Kosten für N‐Reduktionsmaßnahmen mit dem Nutzen in Form der Zahlungsbereitschaft von Bürgern für den guten ökologischen Zustand gegenübergestellt. Danach ist der Nutzen einer Verbesserung der Gewässergüte größer als die damit verbundenen Kosten. Auch der Wert der Gewässer für Freizeit und Erholung spricht für weitere Bemühungen. Für Gewässer in Berlin wurde belegt, dass urbane Maßnahmen zur Nährstoffreduktion Erfolge zeigen, aber häufig nicht zum Erreichen des guten ökologischen Zustandes ausreichen. Für ein ländliches Einzugsgebiet (Storkower Seenkette) wurde gezeigt, dass für die Verbesserung des ökologischen Zustandes vor allem N-Einträge aus landwirtschaftlichen Flächen reduziert werden müssen. Möglichkeiten hierzu bestehen durch eine Ausweitung der Umsetzung von Agrarumweltmaßnahmen. In Brandenburg und Berlin wurden jedoch entsprechende Fördermöglichkeiten bisher nicht ausgeschöpft. Hier gilt es daher, die Rahmenbedingungen und die Anreize zur Teilnahme zu verbessern. KW - Stickstoff KW - Stickstofflimitation KW - Gewässergüte KW - Stickstoffbelastung KW - Nährstoffretention Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43630 N1 - NITROLIMIT wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des BMBF Rahmenprogramms „Forschung für nachhaltige Entwicklungen“ (FONA) im Förderschwerpunkt „Nachhaltiges Wassermanagement“ (NaWaM) gefördert. Förderkennzeichen: 0033W015 AN – GN ER - TY - RPRT A1 - Mischke, Ute A1 - Riedmüller, Ursula A1 - Hoehn, Eberhard A1 - Nixdorf, Brigitte T1 - Handbuch Phyto-See-Index - Verfahrensbeschreibung für die Bewertung von Seen mittels Phytoplankton T1 - Method desription of the assessment of lakes and reservoirs with Phytoplankton and the Phyto-Seeindex in Germany. User handbook. N2 - Die vorliegende Verfahrensbeschreibung enthält alle Änderungen, die mit dem LAWA-Expertenkreis für Seen bis Dezember 2016 abgestimmt wurden und folgende Überarbeitungsbereiche betreffen: 1) Es erfolgte eine erhebliche Verfahrenserweiterung für Seen im Mittelgebirge sowie für künstliche und stark veränderte Seen (AWB und HMWB), worunter unter anderem die Talsperren und die Baggerseen fallen. Nach einem ersten Verfahrensentwurf (Hoehn et al. 2009) wurden die Bewertungsgrenzen sowie die Seetypologie nach den Ergebnissen eines Praxistestes der Bundesländer stark überarbeitet (Riedmüller & Hoehn 2011). 2a) Es wurden die Grenzwerte für die Kenngröße "Biomasse" an die Grenzwerte für die Trophiestufen des neuen Trophie-Index nach LAWA (2014) angepasst. 2b) Wie im Trophie-Index nach LAWA wurden alle Saisonmittel im PSI auf ein direktes Mittel aus den Termindaten umgestellt und nicht mehr wie bisher über den Umweg von Monatsmitteln. Dies betrifft auch den PTSI-Jahreswert. 3) Für die Tieflandseen wurden alle Bewertungsroutinen umfassend überarbeitet, die auf Kenngrößen der Algenklassen basieren. Dies erfolgte nach Überprüfung mit einem seit 2006 stark erweiterten Datensatz. 5) Für den Sondertyp der sauren Tagebauseen wurde ein Biodiversitäts-Index (Leßmann & Nixdorf 2009) als neue Kenngröße im Phyto-See-Index aufgenommen. 6) In dem neu entwickelten PhytoLoss-Verfahren werden automatisiert Indices für die Grazing-Effektstärke aus den gleichzeitig zum Phytoplankton ermittelten Zooplankton-Daten errechnet, wodurch eine erweiterte Interpretation des Phyto-See-Index und des Nahrungsnetzes erfolgt und Hinweise auf Handlungsoptionen für die Maßnahmenplanung gegeben werden. 7) Zur Qualitätssicherung des Untersuchungsverfahrens "Phytoplankton zur Bestimmung des Phyto-See-Index" wurde ein QS-Handbuch erarbeitet (Mischke 2015) 8) Die vormals zusammengefassten Seetypen 1, 2 und 3 der Alpen und Voralpen wurden als unabhängige Gewässertypen mit jeweils eigener Referenztrophie unterschieden (LAWA O 7.16). Es wurde eine Dokumentation erstellt, die die Gleichwertigkeit des überarbeiteten Phyto-See-Index zu den Ergebnissen der Europäischen Interkalibrierung darstellt (LAWA Projekt O 2.15; Riedmüller et al. 2016). N2 - In accordance with the European Water Framework Directive (EU-WRRL, 2000, EU 2008), the sensitivity of phytoplankton to environmental pressures of eutrophication is used to assess the ecological status of German lakes. In Germany the Phyto-See-Index (PSI) has been used since 2008. The European Commission has published the agreed classification systems of the member states – including the Phyto-See-Index - as the result of the intercalibration process in the Official Journal of the European Union (Europäische Kommission 2008, 2013). Since then, the Phyto-See-Index has been further developed (for details, see Annex III) with a considerable expansion for lakes in the German central highlands as well as for artificial and heavily modified lakes (AWB und HMWB), groups which include reservoirs and flooded quarry/gravel pits. For the special case of strongly acidic mining lakes, a biodiversity index (Leßmann & Nixdorf 2009) was adopted as a new component of the Phyto-See-Index. The Phyto-See-Index compares the current ecological status to a predetermined reference status, which is harmonised for ecoregions Europe-wide (Poikāne et al. 2010, 2014; Järvinen et al. 2013). Further required components of the Phyto-See-Index are: I) German lake sampling standard (Nixdorf et al. 2008, 2010), II) Profile documents describing German lake types and in the cover letter instructions for assigning lake types (Riedmüller et al. 2013b), III) German taxa list for phytoplankton (HTL; Mischke & Kusber Mai 2009) and IV) Assessment tool PhytoSee for the calculation of the Phyto-See-Index (Chapter 4). Please note that an update for the German coding list will be available at end of the year 2017, including currently accepted names also for indicator taxa. KW - Seenbewertung KW - Phyto-See-Index KW - Assesments of lakes KW - Phyto-See-Index KW - Gewässerüberwachung KW - Gewässergüte KW - Trophiesystem KW - Phytodiversität Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43595 N1 - Finanzierung durch das Länderfinanzierungsprogramm "Wasser,Boden und Abfall" - Projektbegleitung durch den LAWA-Expertenkreis "Biologische Bewertung Seen und Interkalibrierung nach WRRL" ER - TY - RPRT A1 - Mischke, Ute A1 - Riedmüller, Ursula A1 - Hoehn, Eberhard A1 - Nixdorf, Brigitte A1 - Deneke, Rainer A1 - Maier, Gerhard T1 - Handbuch für die Seenbewertung mittels Plankton–Phyto-See-Index (Teil A) und PhytoLoss - Modul Zooplankton (Teil B) N2 - Die vorliegende Verfahrensbeschreibung enthält alle Änderungen, die mit dem LAWA-Expertenkreis für Seen bis Februar 2015 abgestimmt wurden und folgende Überarbeitungsbereiche betreffen: 1) Es erfolgte eine erhebliche Verfahrenserweiterung für Seen im Mittelgebirge sowie für künstliche und stark veränderte Seen (AWB und HMWB), worunter unter anderem die Talsperren und die Baggerseen fallen. Nach einem ersten Verfahrensentwurf (Hoehn et al. 2009) wurden die Bewertungsgrenzen sowie die Seetypologie nach den Ergebnissen eines Praxistestes der Bundesländer stark überarbeitet (Riedmüller & Hoehn 2011). 2 a) Es wurden die Grenzwerte für die Kenngröße „Biomasse“ an die Grenzwerte für die Trophiestufen des neuen Trophie-Index nach LAWA (2013; Riedmüller et al. 2013b) angepasst. 2 b) Wie im Trophie-Index nach LAWA wurden alle Saisonmittel im PSI auf ein direktes Mittel aus den Termindaten umgestellt, und nicht mehr wie bisher über den Umweg von Monatsmitteln. Dies betrifft auch den PTSI-Jahreswert. 3) Für die Tieflandseen wurden alle Bewertungsroutinen umfassend überarbeitet, die auf Kenngrößen der Algenklassen basieren. Dies erfolgte nach Überprüfung mit einem seit 2006 stark erweiterten Datensatz. 4) Für den Sondertyp der stark sauren Tagebauseen wurde ein Biodiversitäts-Index (Leßmann & Nixdorf 2009) als neue Kenngröße im Phyto-See-Index aufgenommen. 5) In dem neu entwickelten PhytoLoss-Verfahren werden automatisiert Indices für die Grazing-Effektstärke aus den gleichzeitig zum Phytoplankton ermittelten Zooplankton-Daten errechnet, wodurch eine erweiterte Interpretation des Phyto-See-Index und des Nahrungsnetzes erfolgt, und Hinweise auf Handlungsoptionen für die Maßnahmenplanung gegeben werden. 6) Zur Qualitätssicherung des Untersuchungsverfahrens „Phytoplankton zur Bestimmung des Phyto-See-Index“ wurde ein Handbuch erarbeitet (Kapitel 8). KW - Seenbewertung KW - Gewässerüberwachung KW - Gewässergüte KW - Trophiesystem KW - Phytodiversität Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43584 UR - http://www.gewaesserfragen.de/pdfs/Handbuch%20fuer_die%20Seenbewertung_mittels_Plankton_Feb2015.pdf N1 - Finanzierung durch das Länderfinanzierungsprogramm "Wasser, Boden und Abfall". - Projektbegleitung durch den LAWA-Expertenkreis "Biologische Bewertung Seen und Interkalibrierung nach WRRL" ER - TY - THES A1 - Kolzau, Sebastian T1 - Phytoplankton nitrogen and phosphorus limitation and the N₂-fixation potential of Nostocales at varying nitrogen supplies and light intensities in lakes T1 - Stickstoff- und Phosphorlimitation des Phytoplankton und das N₂-Fixierungspotential von Nostocales bei variierenden Stickstoffverfügbarkeiten und Lichtintensitäten in Seen N2 - In order to lower the phytoplankton biomass in lakes it is theoretically most effective to reduce the nutrient that is actually limiting. However, it is widely assumed that the abundance and N₂-fixation rate of N₂-fixing cyanobacteria (Nostocales) would increase in response to reduced N loading, and thereby render efforts to improve water quality by N reduction ineffective. Nostocales N₂-fixation has a huge energy demand and consequently the light intensity may affect the response of Nostocales biovolume and N₂-fixation to varying N additions. This led to the following aims, for which three different sets of experiments were conducted. (i) Determination of the seasonal dynamic of N- and P-limitation for four lakes of differing lake types in the German lowlands and testing the power of four N:P ratios to predict the limiting nutrient: Biweekly experiments were performed in 4 lakes differing in lake. For the shallow lakes there was a trend from P limitation in spring to N or light limitation in summer and autumn, while the deep lake remained predominantly P limited. The ability of in-lake N:P ratios to predict the relative strength of N vs. P limitation was tested using linear regression. All four N:P ratios had significant positive relationships with the response ratio to N and P additions, but the TN:TP and DIN:TP ratios performed best. Nitrogen limitation was predictable, frequent and persistent, suggesting that nitrogen reduction could play a role in water quality management. (ii) Determination of the response of Nostocales biovolume and N₂-fixation to varying N additions: To achieve this, an experiment with water from an N limited lake (LAN) was conducted. While the Nostocales biovolume did not respond to varying N additions, the N₂-fixation increased in low N microcosms. To quantify the extent to which Nostocales compensated for the varying N addition rate, we calculated a compensation rate (CR). By the end of the experiment a CR of 36 % was reached. However, at biovolumes typical for summer in LAN the CR would be much lower. Therefore, in shallow polymictic lakes like LAN, reduced N loading may lower both in-lake N concentrations and biovolumes of non-fixing phytoplankton without significantly impacting Nostocales biovolume. (iii) Determination of the effect of the light intensity on the response of Nostocales biovolume and N₂-fixation to varying N additions: To accomplish this aim another microcosm experiment with water from LAN was conducted. While at low and intermediate light intensities the reduction of N addition had no effect on Nostocales biovolume, at high light intensities it led to an increase. The N₂-fixation increased at all light intensities when N addition got reduced. This positive response to a reduction in N addition increased with light, showing that Nostocales may take advantage of being able to fix N₂ mainly at high light intensities. N2 - Zur Verringerung der Phytoplanktonbiomasse ist es theoretisch am effektivsten den tatsächlich limitierenden Nährstoff zu reduzieren. Allerdings wird häufig angenommen, dass die Abundanz und die N₂-Fixierung von N₂-fixierenden Cyanobakterien (Nostocales) in Folge einer Verringerung der N-Einträge zunehmen und dadurch die Bemühungen die Wasserqualität zu verbessern ineffektiv machen. Der hohe Energiebedarf der N₂-Fixierung legt nahe, dass das Licht einen Einfluss auf die Reaktion des Nostocalen Biovolumen und der N₂-Fixierung auf variierende N-Zugaben hat. Dies führte zu den folgenden Zielen, für die drei Reihen von Nährstoffzugabeexperimenten durchgeführt wurden: (i) Bestimmung der saisonalen Dynamik der N- und P-Limitation in 4 Seen mit unterschiedlichen Seetypen und Prüfung der Vorhersagbarkeit des limitierenden Nährstoffes durch vier N:P-Verhätlnisse: Hierfür wurden alle zwei Wochen Bioassays in 4 Seen durchgeführt. In den polymiktischen Seen wurde ein Wechsel von P-Limitation im Frühling zu N-Limitation später im Jahr beobachtet, während der tiefe See vorwiegend durch P limitiert war. Die Möglichkeit die N und P-Limitation durch N:P-Verhältnisse in den Seen vorherzusagen wurde mit linearer Regression getestet. Alle vier N:P Verhältnisse zeigten einen signifikanten positiven Zusammenhang mit dem Reaktionsverhältnis, aber die Verhältnisse von TN:TP und DIN:TP schnitten am besten ab. N-Limitation konnte häufig und beständig nachgewiesen werden. Daher könnte die Reduktion von Stickstoff zur Verbesserung der Wasserqualität betragen. (ii) Bestimmung der Reaktion des Nostocalen Biovolumens und der N₂-Fixierung auf variierende N-Zugaben: Hierfür wurde ein Experiment mit Wasser aus dem überwiegend N-limitierten Langen See (LAN) durchgeführt. Während das Nostocale Biovolumen nicht auf eine Variierung der N-Zugabe reagierte, nahm die N₂-Fixierung bei niedriger N-Zugabe zu. Zur Quantifizierung der Kompensation durch Nostocales wurde eine Kompensationsrate (CR) berechnet. Bis zum Ende des Experimentes wurde eine CR von 36 % erreicht. Bei für den Sommer typischen Biovolumina wäre die CR allerdings wesentlich geringer. Daher könnte in polymiktischen Seen eine Verringerung der N-Einträge, sowohl die N-Konzentration, als auch das Gesamtbiovolumen des Phytoplanktons verringern, ohne das Nostocale Biovolumen zu beeinflussen. (iii) Bestimmung des Einflusses der Lichtintensität auf die Reaktion des Nostocalen Biovolumens und der N₂-Fixierung auf variierende N-Zugaben: Hierfür wurde ein weiteres Experiment mit Wasser aus dem LAN durchgeführt. Während bei niedrigen und mittleren Lichtintensitäten eine Verringerung der N-Zugabe kein Effekt auf das Nostocales Biovolumen hatte, führte sie bei hohen Lichtintensitäten zu einem Anstieg des Biovolumens. Mit steigender Lichtintensität nahm der Anstieg der N₂-Fixierung in Folge der Reduktion der N-Zugabe zu. Das zeigte, dass Nostocales von ihrem Vorteil der N₂-Fixierung hauptsächlich bei hohen Lichtintensitäten profitieren. KW - N₂-fixation KW - Nostocales KW - Nitrogen limitation KW - Lake KW - Stickstofffixierung KW - Nostocales KW - Stickstofflimitation KW - See KW - Nostocales KW - See KW - Stickstofffixierung Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42886 ER - TY - RPRT A1 - Nixdorf, Brigitte T1 - Stickstofflimitation in Binnengewässern - Ist Stickstoffreduktion ökologisch sinnvoll und wirtschaftlich vertretbar? Abschlussbericht NITROLIMIT I überarbeitete Fassung N2 - In NITROLIMT stand an erster Stelle die Frage: Ist N-Reduktion ökologisch sinnvoll? Die Auswertung der Seendatenbank hat gezeigt, dass Stickstoff weit häufiger die Biomasse des Phytoplanktons begrenzt und damit die Gewässergüte bestimmt als bisher angenommen. In flachen durchmischten Seen und Flussseen tritt N-Limitation sogar häufiger auf als P-Limitation, wobei meist ein Übergang von P-Limitation im Frühjahr zu N-Limitation im Sommer stattfindet. Diese Befunde wurden durch Gewässermonitoring und Bioassays in vier Modellgewässern bestätigt. Demnach ist nicht nur P-, sondern auch N-Reduktion ökologisch sinnvoll. Daher wurden seentypspezifische Zielwerte für TN- und TP-Konzentrationen zur Erreichung eines guten ökologischen Zustandes ermittelt. „Ist-“ und „Sollzustand“ der so ermittelten TN- bzw. TP-Konzentrationen differieren stark. Der Zusammenhang zwischen TN und Biomasse des Phytoplanktons ist aufgrund der kleineren Datenmenge für TN, uneinheitlicher N-Analytik und unberücksichtigter gelöster organischer N-Verbindungen (DON) sehr variabel. Eine Validierung der TN-Zielwerte basierend auf einer verbesserten Datengrund-lage wird daher in NITROLIMIT II angestrebt. Zudem galt es zu beantworten: Ist Stickstoffreduktion wirtschaftlich vertretbar? Ein Maßnahmenkatalog zur Nährstoffreduktion (N und P) für die Bereiche Landwirtschaft und urbane Quellen wurde erstellt. Darin sind Informationen zu Wirkungen und Kosten der einzelnen Maßnahmen zusammengestellt. Zudem wurden in einer Ökobilanz nichtmonetäre ökologische Auswirkungen verschiedener Varianten einer N-Elimination auf Großklärwerken an einem Modellklärwerk untersucht. Hier zeigten sich signifikante Unterschiede in Wirksamkeit und Energieeffizienz zwischen den verschiedenen Maßnahmen, die bei der weiteren Maßnahmenplanung für Großklärwerke berücksichtigt werden sollten. Für die ökobilanzielle Bewertung von Maßnahmen im urbanen Bereich fehlt noch die Untersuchung von Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung. Vorläufiges Fazit Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass Stickstoffreduktion überwiegend ökologisch sinnvoll und für einige der analysierten Szenarien wirtschaftlich vertretbar ist. Daher wird empfohlen, zur Verbesserung der Gewässergüte nicht nur den Eintrag von Phosphor, sondern auch den von Stickstoff zu reduzieren. Entsprechende regionale Konzepte zur Nährstoffreduktion sollten für kleine Modelleinzugsgebiete erstellt und umgesetzt werden. Durch wissenschaftliche Begleituntersuchungen sollten dabei der Erfolg von einzelnen Maßnahmen und Maßnahmenkombinationen geprüft und Schlüsselprozesse des N- und P-Umsatzes (N2-Fixierung, Denitrifikation und P-Freisetzung) weiter aufgeklärt werden. KW - Stickstofflimitation KW - Stickstoffbelastung KW - Wassergüte Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41845 ER - TY - CHAP A1 - Ramm, Jessica T1 - Spatial variability and germination potential of cyanobacterial akinetes in sediments of deep dimictic lakes T2 - PLANKTON RESTING STAGES 2015 WORKSHOP: Geological, Ecological and Evolutionary Perspectives, held in Hanko (Tvärminne Zoological Station), Finnland, 5-8 October 2015 N2 - Nostocales form thick-walled, resting cells (akinetes) for overwintering in lake sediments of Central Europe. The pelagic Nostocales population recruits after the germination of akinetes, which mainly takes place in the spring with increasing temperatures and light intensities. The study aimed to i) characterize the sediment surfaces inhabited by viable akinetes that potentially contribute to the formation of a pelagic population, and ii) estimate the inoculum size of the available sedimentary akinete pool. We investigated the horizontal distribution of akinetes in sediments and the seasonal course of light and temperature in two deep dimictic lakes (Lake Stechlinsee, max. depth 69 m and Lake Scharmützelsee, max. depth 29.5 m; NE Germany). The akinete pool was calculated and the potential inoculum was estimated using assumed light and temperature data for akinete germination. The akinete abundance in sediments depended on the basin morphometry and increased with water depth. Only a small proportion of the viable akinete pool in shallow water areas contributed as inoculum to pelagic population. The potential inoculum size in Lake Scharmützelsee was larger than in Lake Stechlinsee. KW - Cyanobacteria KW - Dimitic lakes KW - Akinetes KW - Sediments KW - Cyanobakterien KW - Limnobakteriologie KW - Seesediment Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41552 ER - TY - THES A1 - Krüger, Simone T1 - The impact of discharge regulation on microbial sediment respiration at a land-water-interface of the river Spree N2 - Flooding of dry sediments is known to trigger pulses of microbial respiration at land-water-interfaces. The regulation of discharge variability is therefore proposed to affect the respiration balance of these sites. In this study, I assessed the impact of discharge regulation on microbial respiration associated to surface sediments at a land-water-interface of the river Spree. I developed a theoretical model, based on empirical respiration data, to estimate the two-month total respiration at the study site for three discharge scenarios. The real scenario represented the actual discharge at the study site, which was regulated by the Spremberg reservoir dam. In the unregulated scenario, the regulating effect by the dam was excluded. In the extremely regulated scenario, a hypothetical constant discharge was modeled. For each scenario, the daily discharge, the corresponding flooded areas, the extent of dry or rewetted areas, and the durations of flooding or rewetting by rain at the study site were determined. Microbial respiration rates associated to surface sediments were measured with a respirometer under flooded, dry, and rewetted conditions. The model applied these rates to the respective flooded, dry or rewetted areas of the study site, to calculate the daily areal respiration. In all sediments from the land-water-interface, a distinctive respiration pulse was measured on the first day of flooding, and higher respiration rates under flooded than under dry conditions. The discharge of the unregulated scenario was characterized by a higher variability and larger flow volume than the regulated real scenario. Due to the higher total discharge, larger areas were flooded in the unregulated scenario, the total respiration from sediments under long-term flooded conditions was therefore higher. Moreover, the daily extent of flooded areas fluctuated more strongly, hence more short-term respiration pulses upon flooding were triggered than in the real regulated scenario. The calculated total two-month respiration of the unregulated scenario exceeded that of the regulated real scenario by almost 14 %. These results suggest that discharge regulation can have a considerable negative impact on sediment-associated microbial respiration at land-water-interfaces. KW - Respiration KW - Land-water-interface KW - Spree KW - Atmung KW - Bodenatmung KW - Flussufer Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40496 ER - TY - THES A1 - Lehmann, Eric T1 - Ermittlung von Stickstoff- und Phosphorfrachten als Grundlage zur Planung von Sanierungsmaßnahmen im Einzugsgebiet des Wolziger Sees N2 - Diese Arbeit ist eingebettet in das BMBF-geförderte Projekt NITROLIMIT II, in dem unter anderem ein Nährstoffreduktionskonzept für die Storkower Seenkette entwickelt werden soll. Ziel dieser Bachelorarbeit war es, Nährstofffrachten für Teileinzugsgebiete in der Storkower Seenkette zu ermitteln, welche als Grundlage zur Planung und Verortung von Sanierungsmaßnahmen im Einzugsgebiet dienen sollen. Die berechneten Nährstofffrachten sollten anschließend mit den Ergebnissen einer Messkampagne des Landesamtes für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Brandenburg aus dem Jahr 2011/12 verglichen werden sowie mögliche Sanierungsmaßnahmen diskutiert werden. Zur Bestimmung der Nährstofffrachten wurden die Gesamtphosphor- (TP) und Gesamtstickstoff-Konzentrationen (TN) aus Wasserproben von sieben Messstellen des Untersuchungsgebietes analysiert, die von Februar bis Dezember 2015 gesammelt wurden. Die TP-Analysen wurden vom Kandidaten mittels Natrium-Peroxodisulfat-Aufschluss und anschließender photometrischer Messung nach DIN EN ISO 6878 (DIN, 2004) durchgeführt. Die TN-Analyse erfolgte mittels Fließinjektionsanalyse nach DIN EN ISO 13395 (DIN, 1996). Als Basis für die Frachtberechnungen wurden die Daten der Durchflussmessungen aus zwei Studienprojekten verwendet. Für die drei Klärwerke, die Klarwasser im Untersuchungsgebiet in die Vorfluter einleiten, wurden die Ablauffrachten berechnet. Es zeigte sich, dass besonders die Fließstrecken unterhalb der drei Kläranlagen (Rieploser Fließ (KA Storkow; 22202 EGW) und Kuppengraben I (KA Friedersdorf; 1650 EGW und KA Wolzig; 467 EGW)) stark von Nährstoffen belastet sind und direkten Einfluss auf die Biomasseproduktion der unterhalb liegenden Gewässer nehmen. Vor allem für den davon betroffenen Stahnsdorfer See wird Handlungsbedarf gesehen, um eine Verbesserung gegenüber dem gegenwärtigen, polytrophen Zustand zu erreichen. Der Vergleich der 2015 ermittelten Daten mit den Ergebnissen der Messkampagne des LUGV aus den Jahren 2011/12 hat gezeigt, dass die im Einzugsgebiet transportierten Nährstoffmengen relativ konstant sind. Trotz der verschiedenen Niederschlags- und somit auch Durchflussmengen in den unterschiedlichen Jahren konnten Nährstofffrachten in sehr ähnlicher Größenordnung berechnet werden. Vor dem Hintergrund der ermittelten Nährstofffrachten wurden die geplanten Sanierungsmaßnahmen im Bereich des Rieploser Fließes betrachtet. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der geplanten Umleitung des Rieploser Fließes. Eine mögliche Variante sieht vor, das Fließ vor seiner Mündung in den Stahnsdorfer See durch ein Wehrbauwerk abzutrennen und das Wasser in ein künstliches Feuchtgebiet südlich des Sees zu leiten. Der dort befindliche ehemalige Torfstich könnte zu einem Schilfpolder umgestaltet werden und so als Retentionsfläche dienen. Diese Maßnahme könnte eine Nährstoffentlastung um ca. 30% für den Stahnsdorfer See bringen. Außerdem wurde durch diese Arbeit nachgewiesen, dass der Kuppengraben I im Vergleich zu anderen Messstellen bis zu 10fach höhere TP-Jahresmittel bzw. 4fach höhere TN-Jahresmittelwerte aufweist. Daher sollten auch für diesen Klärwerksableiter oder an den einleitenden Klärwerken Sanierungsmaßnahmen durchgeführt werden. KW - Nährstoffeinträge KW - Gewässergüte KW - Hydrologie KW - Nährstoffeintrag KW - Gewässergüte KW - Hydrologie Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40203 ER - TY - RPRT ED - Wiedner, Claudia ED - Schlief, Jeanette T1 - Positionspapier des Projekts NITROLIMIT – Stickstofflimitation in Binnengewässern – Ist Stickstoffreduktion ökologisch sinnvoll und wirtschaftlich vertretbar? - Ergebnisse, Schlussfolgerungen, Empfehlungen N2 - Das Positionspapier stellt die wichtigsten Ergebnisse des NITROLIMIT Projekts für Fachkollegen aus Wissenschaft und Praxis sowie für alle, die sich für Gewässerökologie interessieren, kompakt zusammen. Aufgrund der Kürze können nicht alle Teilergebnisse, methodischen Details oder ein kompletter Literaturüberblick gegeben werden. Eine ausführliche Darstellung aller Teilstudien ist jedoch in den Abschlussberichten von NITROLIMIT I und NITROLIMIT II zu finden. Zudem wurden ausgewählte Ergebnisse in Form von Diskussionspapieren und wissenschaftlichen Publikationen bereits veröffentlicht. Eine komplette Publikationsliste ist ab Seite 44 zu finden. Die Verantwortung für den Inhalt der einzelnen Kapitel des Positionspapiers liegt bei den Autoren. KW - Stickstoff KW - Gewässerschutz KW - Stickstoff Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40197 ER - TY - RPRT A1 - Horbat, Andreas A1 - Remy, Christian A1 - Mutz, Daniel A1 - Meyerhoff, Jürgen A1 - Kruse, Nina A1 - Matranga, Marisa A1 - Venohr, Markus A1 - Rouault, Pascale ED - Wiedner, Claudia ED - Schlief, Jeanette T1 - Kosten und Nutzen einer verbesserten Gewässergüte am Beispiel der Berliner Unterhavel N2 - Zur Beantwortung der Frage, ob Stickstoffreduktion in solchen Gewässern wirtschaftlich vertretbar ist, wurde am Beispiel eines für die Norddeutsche Tiefebene charakteristischen Flusssees, der Berliner Unterhavel, untersucht, mit welchen Kosten und Nutzen das Erreichen des guten ökologischen Zustandes verbunden ist. Hierfür wurde zunächst der Status quo der Stickstoff- und Phosphoreinträge aus dem Einzugsgebiet (EZG) sowie deren Konzentration in der Berliner Unterhavel ermittelt. Darauf basierend wurde berechnet, in welchem Umfang die Einträge reduziert werden müssen, um die gewässerinterne Konzentration auf einen Wert zu senken, ab dem erwartet wird, dass sich der gute ökologische Zustand einstellt. Zielwerte für Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen in unterschiedlichen Gewässertypen wurden in einer vorangegangenen Studie ermittelt (modifiziert nach: NITROLIMIT-Diskussionspapier Band 1, 2013; Dolman et al. 2016). Im nächsten Schritt wurden für das Einzugsgebiet der Berliner Unterhavel kosteneffiziente Stickstoffreduktionsmaßnahmen im urbanen und landwirtschaftlichen Bereich identifiziert. Schließlich wurde für verschiedene Kombinationen ausgewählter Maßnahmen ermittelt, wie hoch die Stickstoffreduktionsleistung und die entsprechenden Kosten wären, wenn sie im Einzugsgebiet der Berliner Unterhavel umgesetzt würden. Der ökonomische Nutzen wurde anhand der Zahlungsbereitschaft der Berliner und Brandenburger Bevölkerung für das Erreichen des guten ökologischen Zustandes der Berliner Unterhavel ermittelt. Die Zahlungsbereitschaft wurde in einer Umfrage erhoben, bei der auch erfasst wurde, wie häufig Gewässer zur Erholung aufgesucht und welche Aktivitäten dort am liebsten ausgeübt werden. Abschließend wurden die Kosten für Maßnahmen zur Stickstoffreduktion dem Nutzen gegenübergestellt. In diesem Diskussionspapier werden die wesentlichen Ergebnisse der Studien dargestellt. Eine ausführliche Darstellung aller Ergebnisse und methodischen Details sind im Abschlussbericht von NITROLIMIT I (2014) zu finden (S. 127-186). T3 - NITROLIMIT - Diskussionspapier - 4 KW - Gewässergüte KW - Untere Havel KW - Wassergüte Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39225 ER - TY - RPRT A1 - Fiedler, Dorothea A1 - Köhler, Jan ED - Wiedner, Claudia ED - Schlief, Jeanette T1 - Gelöste organische Stickstoffverbindungen in Seen - Vorkommen und Wirkung N2 - Die Konzentration von Gesamt-DON betrug in den vier Modellseen im Jahresdurchschnitt 0.54 mg L-1 und übertraf damit die mittleren Konzentrationen von DIN (0.11-0.35 mg L-1) in allen Modellseen außer der Unterhavel. Huminstoffe und hochmolekulare Substanzen machen mit 80 - 93% den größten Anteil von DON aus, gefolgt von Harnstoff mit 6 - 16%. Die Konzentrationen von Aminosäuren sind so gering, dass ihnen im Folgenden keine weitere Bedeutung zugemessen wird. Die DON-Verbindungen sind innerhalb der einzelnen Gewässer über alle vier Jahreszeiten nahezu konstant. Dagegen zeigen die DIN-Verbindungen, besonders Nitrat, ein saisonales Muster. Sie erreichen im Winter ihre höchsten Konzentrationen und liegen im Sommer im Bereich der Nachweisgrenze. Daher ist der relative Anteil von DON-Verbindungen an der TN-Konzentration im Sommer deutlich höher. Von den DIN-Verbindungen Nitrat und Ammonium weiß man, dass sie von Algen für ihr Wachstum gut genutzt werden können. Sie werden beim Aufbau der Algenbiomasse bis zum Sommer nahezu aufgebraucht, weshalb sie im Sommer häufig nicht mehr nachweisbar sind. Daher tritt nach unseren bisherigen Untersuchungen besonders im Sommer in vielen Gewässern eine Begrenzung der Algen-biomasse durch Stickstoff auf (NITROLIMIT Diskussionspapier, Band 1). Allerdings könnten die Algen von den weiterhin reichlich vorhandenen DON-Verbindungen profitieren, wenn sie diese nutzen können. Unsere Studie zeigte, dass die verschiedenen DON-Verbindungen in unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen und unterschiedlich durch Algen nutzbar sind. Mit zunehmender Komplexität der DON-Verbindungen nimmt die Nutzbarkeit durch Algen ab. Als am besten nutzbar erwies sich Harnstoff. Dessen relativ konstante Konzentration im Jahresverlauf trotz seiner guten Nutzbarkeit ist überraschend und am ehesten durch rasche Nachlieferung, etwa durch bakteriellen Abbau höhermolekularer N-Verbindungen, erklärbar. Die Nutzbarkeit von Huminstoffen hängt laut unseren ersten Untersuchungen auch von deren Ursprung und Alter ab. Während die frisch aus der Kläranlage Waßmannsdorf kommenden Huminstoffe von Algen für ihr Wachstum genutzt wurden, waren die schon länger in den untersuchten drei Seen befindlichen Huminstoffe kaum noch nutzbar. Der hohe Anteil von Huminstoffen und hochmolekularen Substanzen am TN könnte eine Ursache für die große Variabilität der TN-Zielwerte zum Erreichen des guten ökologischen Zustandes sein (NITROLIMIT Diskussionspapier, Band 1). Diese Substanzen können überwiegend nicht gut von Algen zum Aufbau von Biomasse genutzt werden und führen daher bei der Analyse des Zusammenhangs zwischen Biomasse und TN zu einer erhöhten Streuung (der TN-Zielwert wird hierbei über eine Regressionsanalyse zwischen Biomasse und der TN-Konzentration abgeleitet). Theoretisch sollten die Konzentrationen aller DON-Verbindungen, die nicht durch Algen nutzbar sind, von der TN-Konzentration subtrahiert werden. Die so kalkulierten Konzentrationen von durch Algen nutzbarem Stickstoff sollten einen besseren statistischen Zusammenhang mit der Algenbiomasse aufweisen als TN. Damit könnte die Streuung der Stickstoff-Zielwerte vermindert werden. Allerdings werden derartige Auswertungen erst möglich, wenn die Datenbasis zu algenverfügbaren DON-Verbindungen auf ähnlichem Niveau ist wie die zu DIN und TN. Zu letzteren liegen Daten für hunderte von Seen über mehrere Jahre vor, während Daten zu DON hier erstmals für vier Gewässer erhoben wurden. T3 - NITROLIMIT - Diskussionspapier - 3 KW - Stickstoff KW - Stickstofflimitation KW - Stickstoff KW - Stickstoffgehalt Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38765 ER - TY - RPRT A1 - Mutz, Daniel A1 - Matzinger, Andreas A1 - Remy, Christian ED - Wiedner, Claudia ED - Schlief, Jeanette T1 - Maßnahmen zur Reduktion der Nährstoffeinträge urbaner Bereiche N2 - Eutrophierung von Oberflächengewässern durch anthropogene Einträge von Stickstoff und Phosphor ist ein globales Problem. Die Einträge stammen aus der Landwirtschaft (v. a. diffuse Einträge) und aus urbanen Gebieten (Punktquellen und diffuse Einträge). In Deutschland wurden in den letzten drei Jahrzehnten die Einträge von Stickstoff in Fließgewässer um ca. 45% und von Phosphor um ca. 71% vermindert [1], wozu insbesondere Modernisierungen in Kläranlagen beigetragen haben. Dennoch beträgt der derzeitige Anteil der urbanen Quellen 21% der Stickstoff- und 45% der Phosphoreinträge [1]. Daher besteht im urbanen Bereich noch immer Handlungsbedarf für weitere Maßnahmen zur Nährstoffreduktion, um den von der EU-WRRL geforderten „guten“ ökologischen Zustand der Gewässer zu erreichen. Konkret stammen in urbanen Bereichen die Einträge aus geklärten Abwässern aus Klärwerken, Regenwasserabflüssen und Überläufen aus Mischwasserkanalisation. In Mischwasserkanälen wird häusliches Abwasser und Regenwasser zusammen zum Klärwerk geleitet. Tritt ein Starkregenereignis auf, kann überschüssiges Mischwasser ungeklärt in ein Gewässer gelangen und dieses kurzfristig mit hohen Schmutz- und Nährstofffrachten belasten. Regenwasser, das im separaten Kanalnetz (Trennkanalisation) gesammelt wird, wird meist direkt einem Oberflächengewässer zugeführt. Es enthält Nährstoffe aus der Atmosphäre und insbesondere aus der Abwaschung von Dächern und Straßen (z.B. aus Blättern und Pollen). Bei der Trennkanalisation behandeln Klärwerke nur das im Schmutzwasserkanalnetz gesammelte Abwasser (in der Regel ohne Regenwasseranteil). Ein Katalog zu Maßnahmen zur Reduktion von Nährstoffeinträgen aus urbanen Bereichen, deren Effizienz und Kosten sowie eine Bewertung der aus den Maßnahmen resultieren-den Umweltauswirkungen existieren bislang nicht. Insbesondere im Fall von Großkläranlagen, welche bereits ca. 80% der Stickstoff- und ca. 97% der Phosphorfrachten aus dem Abwasser entfernen, gilt es zu berücksichtigen, dass Verfahren zu einer weitergehenden Reduktion teilweise erhebliche Aufwendungen an zusätzlicher Energie, Chemikalien und Infrastruktur benötigen. T3 - NITROLIMIT - Diskussionspapier - 2 KW - Nährstoffeinträge KW - Nährstoffeintrag Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38775 ER - TY - RPRT A1 - Wiedner, Claudia A1 - Schlief, Jeanette A1 - Dolman, Andrew M. A1 - Mischke, Ute T1 - Einfluss von Stickstoff und Phosphor auf die Gewässergüte von Seen N2 - In NITROLIMIT wurde die bisher größte Datenbank zu Gewässergüteparametern aus 373 natürlichen Seen der norddeutschen Tiefebene zusammengestellt. Die Auswertung dieser Daten zeigte: • Der größte Teil der Seen befindet sich in einem mäßigen bis schlechten ökologischen Zustand. • Sowohl Stickstoff als auch Phosphor sind eng mit der Phytoplanktonbiomasse korreliert. Als Prädiktor für N- bzw. P-Limitation wurde ein DIN:TP-Massenverhältnis von 1,6 ermittelt. • N-Limitation tritt fast genauso häufig auf wie P-Limitation, wobei seentypspezifische und saisonale Limitationsmuster auftreten: N-Limitation tritt häufiger in flachen durchmischten Seen und Flussseen auf, und P-Limitation häufiger in tiefen geschichteten Seen. Im Verlauf der Vegetationsperiode findet häufig ein Wechsel von P-zu N-Limitation statt und zudem nimmt die Häufigkeit von anderen Limitationszuständen (beispielsweise Licht und Temperatur) zu. • Die ermittelten TN- und TP-Zielwerte zum Erreichen der oberen Grenze der ökologischen Zustandsklasse „gut“ reichen für die verschiedenen Seentypen von 480-800 μg L-1 TN und 22-66 μg L-1 TP. • Die derzeitigen TN- und TP-Konzentrationen in den Seentypen überschreiten die oben genannten Zielwerte in den meisten Fällen deutlich. Dies trifft insbesondere auf die TN-Konzentrationen zu. Der große Anteil von Seen mit einem mäßigen bis schlechtem ökologischem Zustand zeigt, dass zur Umsetzung der WRRL weitere Anstrengungen unternommen werden müssen. Dabei bekräftigen unsere Ergebnisse, nach denen P-Limitation etwas häufiger als N-Limitation auftritt, die derzeitige Strategie, durch Maßnahmen zur Reduktion der Phosphoreinträge eine Verbesserung des ökologischen Zustandes herbeizuführen. Unserer Ansicht nach sollte diese Strategie fortgeführt werden, wobei auch strengere Reduktionsziele für Phosphoreinträge zu erwägen sind. T3 - NITROLIMIT - Diskussionspapier - 1 KW - Stickstoff KW - Phosphor KW - Gewässergüte KW - Stickstoff KW - Phosphor KW - Wassergüte Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38789 ER - TY - CHAP A1 - Rücker, Jacqueline A1 - Knie, Matthias A1 - Nixdorf, Brigitte A1 - Kolzau, Sebastian A1 - Voss, Maren A1 - Wiedner, Claudia T1 - Nitrogen fixation in two polymictic lakes T2 - Aquatic Sciences Meeting of the Association for the Sciences of Limnology and Oceanography (ASLO) held in Granada, Spain, 22-27 February 2015 N2 - The ability to fix molecular nitrogen is considered to be a competitive advantage of Nostocales to overcome periods of nitrogen shortage but it is unclear to what extend these cyanobacteria import nitrogen into freshwaters and if they are able to compensate the efforts of reducing anthropogenic nitrogen input. We studied nitrogen fixation, cyanobacterial biovolume and species composition and abiotic parameters in two polymictic lakes (Germany) over three years. Although Nostocales were present from April to November N2-fixation was found only from June/July to September. In the summer months, it amounted up to 40 mgN m-²d-¹ or up to 500 mgN m-²d-¹ resulting in rather low annual N-inputs between 0.1 and 8 gN m-²a-¹. We found a high variation in N2-fixation rates between the two lakes and the years, which could neither be explained by total Nostocales biovolume nor heterocyte numbers. N2-fixation rates measured in the field will be analyzed on Nostocales species level, be compared to those of laboratory cultures and be discussed in the context of possible phosphorus or light limitation of Nostocales. KW - Nostocales KW - Nitrogen fixation KW - Cyanobacteria KW - Light KW - Nitrogen input in lakes KW - Cyanobakterien KW - Nostocales KW - Stickstofffixierung KW - Lichtabsorption Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-37082 ER - TY - THES A1 - Pätzig, Marlene T1 - Effect of lakeshore modification on structure and secondary production of macroinvertebrates in a large temperate lowland lake of Northeast Germany T1 - Auswirkung von Seeufermodifikation auf die Struktur und Sekundärproduktion der Makroinvertebraten in einem großen nordostdeutschen Tieflandsee N2 - Many lake water bodies not attained the goal of the European Water Framework Directive (WFD) to achieve a good ecological state by 2015. This is, among other things, because the assessment and improvement of hydromorphological conditions of lakeshores has been neglected as an important component ensuring the ecological integrity of lake ecosystems. In recent years, macroinvertebrates were emphasized to be useful indicators for the assessment of lakeshore hydromorphology. Hence, in Europe macroinvertebrate-based assessment methods were developed to evaluate the hydromorphological conditions of lakeshores. In this thesis, some of the uncertainties and missing aspects of existing macroinvertebrate-based assessment methods were addressed. The results were obtained by sampling macroinvertebrates and macrophytes at natural shores and at shores modified by marinas and beaches in three depth zones between April and November 2011 in a large lowland lake (Lake Scharmützelsee, Germany). Firstly, I clarified that upper littoral macroinvertebrates should be used for assessing the hydromorphology of lakeshores. It was shown that the effect of lakeshore modification on macroinvertebrate diversity and community composition was most pronounced in the upper littoral and decreased to the profundal zone. Secondly, I demonstrated that a single seasonal sampling is sufficient to capture the compositional differences of macroinvertebrate communities associated with human lakeshore modification. Seasonal effects on upper littoral macroinvertebrate diversity and composition were less important than shore type in comparison with the middle littoral and profundal zone. Thirdly, upper littoral macrophyte communities were also affected by lakeshore modification and at the same time the most important variable structuring macroinvertebrate communities. Hence, the effects of different shore types on macrophytes were transferred to macroinvertebrates, but artificial substrates were also able to partly substitute macrophyte habitats as it was shown for the studied marinas. Since lakeshore modification affected macrophytes slightly differently than macroinvertebrates, macrophytes should be considered as an additional component in lakeshore assessment. Finally, secondary production as proxy to determine the effect of lakeshore modification on the functioning of macroinvertebrates was estimated. Estimation of secondary production requires the determination of biomass. Biomass was indirectly determined by using length-mass regressions established for macroinvertebrates from temperate lakes of the central European lowland. The result showed that total secondary production and secondary production of native taxa in the upper littoral was substantially lower at the studied beaches compared to natural sites. In contrast, upper littoral secondary production at marinas did not differ to natural sites, but secondary production of non-native taxa was significantly higher at marinas. No effects of lakeshore modification on secondary production were found with increasing depth. Different scenarios based on upscaling of site-specific production to whole lake ecosystem level gave evidence that the observed local impacts of lakeshore modification can translate into alterations of the functioning of macroinvertebrates at whole lake ecosystem level. In addition, it was emphasized that secondary production as a functional measure is more sensitive in detecting hydromorphological alterations than the structural measures diversity or biomass. Secondary production should therefore be included in existing lakeshore assessment methods. In order to obtain a comprehensive overview about the changes in the functioning of macroinvertebrates following lakeshore modification, it is recommended to consider not only total secondary production but also secondary production of functional groups. With these results, this thesis contributes to the mechanistic understanding of the effect of lakeshore modification on the functioning of macroinvertebrates and the consequences for the functioning of the whole lake ecosystem. The newly generated knowledge helps to optimize the development of successful lakeshore assessment tools and identification of management measures. N2 - Viele stehende Gewässer haben es nicht geschafft, das Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtline (WRRL) bis 2015 einen gut ökologischen Zustand zu erreichen. Dies liegt unter anderem an dem Versäumnis die Bewertung und Verbesserung des hydromorphologischen Zustands von Seeufern in bisherige Ansätze zu integrieren. Seeufer stellen eine wichtige Komponente von Seeökosystemen dar, um die Intaktheit dieser zu gewährleisten. In den vergangenen Jahren wurden Makroinvertebraten als brauchbare Indikatoren für die Bewertung der Seeuferhydromorphologie hervorgehoben. Daraufhin wurden in Europa einige Bewertungsmethoden basierend auf Makroinvertebraten entwickelt, um den hydromorphologischen Zustand von Seeufern beurteilen zu können. In dieser Doktorarbeit werden einige Unsicherheiten und fehlende Aspekte existierender Makroinvertebraten-basierenden Bewertungsmethoden adressiert. Die Ergebnisse wurden erzielt, in dem Makroinvertebraten an natürlichen Seeufern und an Seeufern, modifiziert in Form von Häfen und Strände, in drei Tiefenzonen zwischen April und November 2011 an einem großen Tieflandsee (Scharmützelsee, Deutschland) beprobt wurden. Als Erstes konnte ich aufzeigen, dass die Makroinvertebraten des oberen Litorals zur Bewertung der Hydromorphologie von Seeufern herangezogen werden sollten. Die Auswirkungen anthropogen modifizierter Seeufer auf die Diversität und Zusammensetzung der Makroinvertebraten waren am stärksten im oberen Litoral und nahmen zum Profundal hin ab. Zum Zweiten konnte ich nachweisen, dass eine Beprobung pro Jahr ausreicht, um die Unterschiede in der Makroinvertebraten-Gesellschaft als Folge von Seeufermodifikationen zu erfassen. Jahreszeitliche Einflüsse auf die Diversität und Zusammensetzung der Makroinvertebraten wurden im oberen Litoral von den Auswirkungen der modifizierten Seeufer überlagert, jedoch nicht mehr im mittleren Litoral und im Profundal. Drittens konnte ich zeigen, dass die Makrophyten-Gesellschaften des oberen Litorals ebenfalls von den Modifikationen des Seeufers beeinflusst waren. Gleichzeitig wurden Makrophyten als die bedeutendste Variable, die Makroinvertebraten-Gesellschaften strukturiert, identifiziert. Demnach übertrugen sich die Auswirkungen von Seeufermodifikationen auf Makrophyten weiter auf die Makroinvertebraten. Makropyhten-Habitate konnten jedoch teilweise durch künstliche Substrate ersetzt werden, wie an den Häfen aufgezeigt. Da sich Seeufermodifikationen etwas anders auf Makrophyten auswirkten als auf Makroinvertebraten, sollten Makrophyten als zusätzliche Komponente zur Bewertung von Seeufern herangezogen werden. Abschließend wurde die Sekundärproduktion als Proxy zur Bestimmung der Auswirkungen von Seeufermodifikationen auf die Funktionalität von Makroinvertebraten abgeschätzt. Die Abschätzung der Sekundärproduktion erfordert die Bestimmung der Biomasse. Diese wurde indirekt mit Hilfe von Längen-Massen-Regressionen bestimmt. Die Längen-Massen-Regressionen wurden anhand von Makroinvertebraten aus Seen des zentraleuropäischen Tieflands erstellt. Im Ergebnis zeigte sich, dass die gesamte Sekundärproduktion und die Sekundärproduktion heimischer Taxa des oberen Litorals an den untersuchten Stränden, im Vergleich zu den natürlichen Stellen, beträchtlich verringert waren. Dagegen änderte sich die gesamte Sekundärproduktion an den untersuchten Häfen des oberen Litorals, im Vergleich zu den natürlichen Stellen, nicht. Der Anteil der Produktion von nichtheimischen Arten an den Häfen war jedoch höher gegenüber natürlichen Ufern. Keine Auswirkungen von Seeufermodifikationen auf die Sekundärproduktion konnte in den tieferen Wasserzonen gefunden werden. Unterschiedliche Szenarien, die auf Basis von Hochrechnung der standortspezifischen Sekundärproduktion auf Ebene des gesamten Sees erzeugt wurden, belegen, dass lokale Auswirkungen von Seeufermodifikationen auch auf Ebene des gesamten Seeökosystems bemerkbar werden. Zusätzlich wurde bestätigt, dass die Sekundärproduktion als Maß für die Funktionalität eine höhere Sensitivität aufweist, Auswirkungen von Seeufermodifikationen zu erkennen, als die strukturellen Maße Diversität und Biomasse. Deshalb sollte die Sekundärproduktion in existierende Bewertungsmethoden für Seeufer aufgenommen werden. Um einen umfassenden Überblick über die Änderungen der Funktionalität von Makroinvertebraten als Folge von Seeufermodifikationen zu erhalten, wird nicht nur empfohlen die gesamte Sekundärproduktion, sondern auch die Sekundärproduktion funktioneller Gruppen zu berücksichtigen. Mit diesen Ergebnissen trägt die vorliegende Doktorarbeit zum mechanistischen Verständnis der Auswirkungen der Seeufermodifikation auf die Funktionalität der Makroinvertebraten und der Konsequenzen für das gesamte Seeökosystem bei. Das neu generierte Wissen hilft, die Entwicklung von erfolgsversprechenden Methoden für die Seeuferbewertung und Identifikation von Managementmaßnahmen zu optimieren. KW - Lakeshore modification KW - Macroinvertebrates KW - Secondary production KW - Lowland lake KW - Ecosystem functioning KW - Seeufermodifikation KW - Makroinvertebraten KW - Sekundärproduktion KW - Tieflandsee KW - Ökosystemfunktionalität KW - Scharmützelsee KW - Makroinvertebraten KW - Sekundärproduktion KW - Schichtung KW - Seeufer KW - Ökosystem Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36445 ER - TY - THES A1 - Mendoza-Lera, Clara T1 - Reciprocal influences of microbial community and hydrogeomorphology in sandy streambeds T1 - Wechselwirkende Einflüsse von mikrobieller Gemeinschaft und Hydrogeomorphologie in sandigen Bachbetten N2 - The main goal of this dissertation was to explore the interactions between the hydrogeomorphology of the streambed in sandy lowland low-order streams and the microbial community inhabiting it. In particular, (i) the influence of the vertical water exchange across the streambed and (ii) of the sediment transport on the function and structure of the streambed microbial community, (iii) and the potential of the microbial community to influence these physical factors were explored. The influences were studied with a model system approach (micro- and mesocosms). Firstly, I examined the significance of vertical water exchange across the streambed for the microbial community. I determined the differences in the microbial community structure and function associated with sediments of differing grain sizes. The grain sizes differed in surface-to-volume ratio and hydraulic conductivity. The results revealed vertical water exchange as the major factor for the structure and function of the microbial community. Secondly, I studied the ability of the microbial community to influence the vertical water exchange across two sandy streambeds: leveled and rippled. My results showed that the microbial community can reduce and even block the vertical water exchange by reducing pore space with gas bubbles formed due to high primary production. Thirdly, I determined the effect of short-term sediment transport events on the function of the microbial community and on the influence of the microbial community on vertical water exchange. The results show that the mechanical stress associated with short-term sediment transport events does not influence the microbial community function. However, a single short-term sediment transport event increased vertical water exchange by (i) releasing the gas bubbles produced by the microbial community and (ii) creating irregularities in the flume bed. Lastly, I ascertained the potential of benthic algal mats to transport sediment by means of buoyancy-mediated detachment from the bed. The results revealed the detachment of algal mats as a novel mechanism of sediment transport during low-flow periods. Overall, the interactions studied show that in sandy streambeds (i) the pattern of vertical water exchange is the primary physical template for the microbial community, and (ii) the activity of the microbial community and sediment transport are stochastic sources of spatiotemporal heterogeneity in vertical water exchange. These results contribute to the understanding and prediction of stream ecosystem functions in sandy streams, which is of special significance in light of the increase in fine sediment load in streams worldwide. N2 - Das Ziel dieser Dissertation war es, die Wechselwirkungen zwischen der Hydrogeomorphologie von sandigen Bachbetten (Bäche geringerer Ordnung - nach Strahler) und der darin lebenden mikrobiellen Gemeinschaft zu untersuchen. Im Speziellen galt es dabei, (i) den Einfluss des vertikalen Wasseraustausches zwischen Porenwasser und Bachwasser, als auch (ii) den Sedimenttransport bezogen auf die Struktur und die Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft zu untersuchen. Zusätzlich wurde in diesem Zusammenhang (iii) das Potential der mikrobiellen Gemeinschaft genauer betrachtet, diese physikalischen Faktoren zu beeinflussen. Diese Interaktionen wurden in Modellökosystemen analysiert (Mikro- und Mesokosmos). Als erstes habe ich geprüft, ob der vertikale Wasseraustausch zwischen Porenwasser und Bachwasser für die mikrobielle Gemeinschaft von Bedeutung ist. Die Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft wurde in Sedimenten unterschiedlicher Korngröße erfasst. Die Korngröße der Sedimente wurden so gewählt, dass sich das Verhältnis der besiedelbaren Oberfläche zum Nährstofftransport im Porenvolumen unterschieden hat. Die Ergebnisse zeigen, dass der vertikale Wasseraustausch der Haupteinflussfaktor für die Struktur und die Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft ist. Als zweites untersuchte ich die Fragestellung, in wie weit die mikrobielle Gemeinschaft den vertikalen Wasseraustausch sandiger Bachbette, die sich in ihrer Rauigkeit unterscheiden (eben und geriffelt), zu beeinflussen. Meine Ergebnisse zeigen, dass die mikrobielle Gemeinschaft den vertikalen Wasseraustausch einschränken und sogar blockieren kann. Der Porenraum wurde signifikant durch die Einlagerung von Gasblasen, die bei der Primärproduktion entstehen, reduziert. Als drittes untersuchte ich den Effekt von kurzzeitigen Ereignissen des Sedimenttransports auf die Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft und den damit verbundenen Einfluss auf den vertikalen Wasseraustausch. Der mechanisch wirkende Stress, verursacht durch den Sedimenttransport, hatte keinen Einfluss auf die Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft. Dennoch erhöht ein einmaliger, kurzzeitiger Sedimenttransport den vertikalen Wasseraustausch durch (i) herauslösen der durch die mikrobiellen Gemeinschaft produzierten Gasblasen und (ii) Schaffung von Unregelmäßigkeiten im Rinnenbett. Zuletzt ermittelte ich das Potential von auftreibenden, benthischen Algenmatten, Sediment vom Gewässerbett zu lösen und flussabwärts zu transportieren. In Fließrinnenexperimenten konnte ich zeigen, dass das Ablösen von Algenmatten ein wichtiger und bislang unberücksichtigter Mechanismus von Sedimenttransport während Perioden mit geringem Wasserabfluss darstellen kann. Zusammenfassend zeigen die betrachteten Wechselwirkungen in sandigen Bachbetten, dass (i) das Modell des vertikalen Wasseraustausches der primäre physikalische Faktor ist, der die Struktur und die Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft im Bachbett prägt. Des Weiteren sind (ii) die Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft sowie der Sedimenttransport stochastische Quellen raum-zeitlicher Heterogenität des vertikalen Wasseraustauschs. Vor allem im Hinblick auf die zunehmenden Ablagerung von Feinsedimenten in Bächen weltweit tragen diese Ergebnisse wesentlich zum Verständnis und der Prognose von Ökosystemfunktionen in sandigen Bachläufen bei. KW - Flumes KW - Hyporheic zone KW - Lowland streams KW - Colmation/Sedimentation KW - Rinnen KW - Hyporheische Interstitial KW - Flachland Bäche KW - Sedimentation KW - Flachland KW - Bach KW - Sedimentation KW - Hyporheisches Interstitial Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35175 ER - TY - THES A1 - Ramm, Jessica T1 - Occurrence and life-cycle strategies of bloom-forming Nostocales (cyanobacteria) in deep lakes in Northern Germany and in Lake Kinneret, Israel T1 - Vorkommen und Lebenszyklus-Strategien nostocaler Cyanobakterien in tiefen geschichteten Seen Norddeutschlands und des Sees Genezareth, Israel N2 - Nostocalean cyanobacteria differentiate heterocysts to fix dissolved nitrogen (N2) and dormant cells (akinetes) to survive harsh environmental conditions. The distribution and proliferation of Nostocales and their hibernation strategies in deep stratified lakes of different trophic states and climate zones were investigated. Studies were carried out in the meso-eutrophic Lake Kinneret (Israel) and in the mesotrophic Lake Scharmützelsee and the oligo-mesotrophic Lake Stechlinsee (Germany). The spatio-temporal distribution of akinetes in sediments was analysed. The abundance in the sediment surface increased with water depth and differed due to basin morphometry. Light and temperature distribution revealed shallow areas of sedimentary akinete pool as a potential inoculum to contribute to the formation of a pelagic population. Hence, a small viable akinete pool was deposited in shallow sediments. A CARD-FISH protocol was implemented to identify and quantify the akinetes in sediments. Tested Nostocales strains and akinetes in sediment samples were successfully labelled with 16S rRNA targeted probes and microscopically detected by their fluorescence signal. Akinete enumeration in field samples confirmed the suitability of the CARD-FISH approach. Species- or genus-specific differences in the overwintering strategies of Nostocales were observed. Akinetes were the only overwintering form of Anabaena spp. On the other hand, Aphanizomenon flos-aquae overwintered as vegetative filaments in the pelagial of Lake Stechlinsee. In the other lakes studied, Aphanizomenon spp. performed an intermediate life cycle, with akinetes and a small pelagic population in winter. This suggested that Aphanizomenon spp. had another overwintering strategy contrary to the exclusively dormant strategy of Anabaena spp. Putative strains of cylindrospermopsin (CYN)-producing Aphanizomenon ovalisporum were isolated from Lake Kinneret. Their morphologic and phylogenetic diversity, as well as the presence of CYN-encoding gene cluster and CYN production, were analysed. Four of the six strains were assigned to Anabaena bergii. Although all the isolated strains possess at least fragments of CYN gene cluster, no CYN production was detected. Non-CYN-producing Aphanizomenon ovalisporum strains and the presence of non-toxic Anabaena bergii in Lake Kinneret have not been reported before. This suggested that toxic and non-toxic Nostocales strains can coexist in lakes. N2 - Nostocale Cyanobakterien bilden Heterozysten zur Fixierung molekularen Stickstoffs (N2) aus und entwickeln dormante Stadien (Akineten) zur Überdauerung ungünstiger Umweltbedingungen. In dieser Studie wurden die Verteilung sowie die Verbreitung der Nostocales und ihre Strategien zur Überwinterung in tiefen geschichteten Seen unterschiedlicher Trophie und unterschiedlicher Klimazonen untersucht. Die Untersuchungsgewässer waren der meso-eutrophe See Genezareth (Israel), der mesotrophe Scharmützelsee sowie der oligo-mesotrophe Stechlinsee (Deutschland). Die räumlich-zeitliche Verteilung der Akineten im Seesediment wurde untersucht. Die Abundanz an der Sedimentoberfläche steigt mit zunehmender Wassertiefe und die Artzusammensetzung kann sich aufgrund der Seebeckenmorphometrie unterscheiden obwohl sie im Pelagial sehr ähnlich ist. Die Licht- und Temperaturbedingungen im See ermöglichen nur dem Akineten-Pool der Flachwasserbereiche als Inokulum zur Bildung einer pelagischen Population beizutragen. In den Sedimenten der flachen Bereiche lagert nur ein kleiner Teil des Akineten-Pools. Ein CARD-FISH-Protokoll wurde zur Identifizierung und Quantifizierung von Akineten im Sediment modifiziert. Mit spezifischen 16S rRNA Sonden wurden Nostocales-Stämme und Akineten in Sedimentproben erfolgreich angefärbt und anhand ihres Fluoreszenzsignals mikroskopisch erfasst. Vergleichszählungen mit herkömmlicher Hellfeldmikroskopie bestätigten die Eignung der CARD-FISH-Methodik. Weiterhin wurden Unterschiede in den Überwinterungsstrategien der Nostocales beobachtet. Anabaena spp. überwintern ausschließlich als Akineten, wohingegen Aphanizomenon flos-aquae rein vegetativ im Pelagial des Stechlinsees überdauert. Andere Aphanizomenon spp. vollzogen in den anderen untersuchten Seen einen intermediären Lebenszyklus mit Akinetenbildung und einer geringen pelagischen Population im Winter. Dies deutete darauf hin, dass Aphanizomenon spp. eine andere Überwinterungsstrategie gegenüber der ausschließlich dormanten Strategie von Anabaena spp. verfolgt. Aus dem See Genezareth wurden mutmaßlich Cylindrospermopsin (CYN)-produzierende Stämme von Aphanizomenon ovalisporum isoliert. Neben ihrer CYN-Produktion und dem Vorhandensein des dafür codierenden Genclusters wurden die Stämme morphologisch und phylogenetisch analysiert. Keines der Isolate produzierte CYN obwohl zumindest Fragmente des CYN-Genclusters nachgewiesen wurden. Bei einem Teil der isolierten Stämme handelte es sich um Anabaena bergii. Bislang war weder das Vorkommen der nicht-toxischen Anabaena bergii noch das von nicht CYN produzierenden Aphanizomenon ovalisporum-Stämmen im See Genezareth bekannt. Dies lässt auf eine Koexistenz von toxischen und nicht-toxischen Nostocales Stämmen in Seen schließen. KW - Cyanobacteria KW - Cylindrospermopsin (CYN) KW - Lake sediment KW - Akinetes KW - Cyanobakterien KW - Lebenszyklusstrategien KW - Akineten KW - Seesediment KW - Cylindrospermopsin (CYN) KW - Life-cycle strategies KW - Brandenburg KW - Israel KW - Seesediment KW - Cyanobakterien KW - Klimazone KW - Lebensdauer Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31729 ER - TY - THES A1 - Belyaeva, Maria T1 - Effects of multiple abiotic stressors on the species and genetic biodiversity of littoral Cladocera in two types of acidic habitats in Germany : hard-water mining lakes and soft-water bog lakes T1 - Effekte multipler abiotischer Stressoren auf die Artendiversität und die genetische Diversität von litoralen Cladocera in zwei Typen versauerter Habitate in Deutschland : Hartwasser-Tagebauseen und Weichwasser-Moorseen N2 - Ecological research on acidic lakes has historically focused on soft-waters, whereas biota in natural and man-made acidic hard-water lakes remains poorly studied. My thesis deals with the effects of multiple abiotic stressors on species and genetic biodiversity of littoral Cladocera in two types of acidic waters in Germany: hard-water mining and soft-water bog lakes. I found that these two types of acidic lakes supported highly distinct cladoceran communities, both with respect to their species diversity and composition, what led to the rejection of my null hypothesis that pH was the only abiotic factor, determining species diversity patterns. Further analyses revealed that, apart from pH, TDS-related parameters and trophy significantly affected species composition of littoral Cladocera in the studied lakes. Particularly the role of TDS and its constituents for colonization of acidic lakes was virtually neglected by previous studies, based on soft-water lakes’ data sets. My study on the genetic diversity of a generalist cladoceran Chydorus sphaericus provided evidence for genetic erosion, i.e. negative effects of abiotic stress in the acidic hard-water mining lakes, but not in the acidic soft-water bog lakes. I conclude that the observed genetic erosion in acidic mining lakes may have negative long-term consequences for population persistence even in broadly tolerant species. In general, biodiversity at both species and genetic levels was much more impaired in the acidic hard-water mining lakes, compared to the naturally acidic soft-water bog lakes. This was possibly due to both ecological (higher abiotic stress) and evolutionary (insufficient time for long-term adaptations to evolve) mechanisms. My results suggest that colonization of acidic hard- and soft-water lakes in each case should require specific physiological adaptations at both species and population levels. The practical relevance of my studies is that they provide the scientific basis for monitoring of acidic hard-water mining lakes based on littoral Cladocera. Especially genetic diversity proved a valuable indicator of water quality in acidic mining lakes, as it provided unique information on population-level responses, being complementary to species diversity assessment. Overall, my results demonstrate that inclusion of acidic hard-water lakes into the research framework as well as comparisons among communities in chemically diverse acidic lakes can result in important new insights, concerning the community organization and adaptations in acidic environments. N2 - In der Vergangenheit konzentrierte sich die ökologische Forschung über saure Seen auf Weichwasserseen, während Lebensgemeinschaften in natürlichen oder künstlichen sauren Hartwasserseen kaum untersucht wurden. Meine Dissertation behandelt die Effekte multipler abiotischer Stressoren auf die Arten- und genetische Diversität litoraler Cladoceren in zwei unterschiedlichen Typen saurer Gewässer: Hartwasser-Tagebauseen und Weichwasser-Moorseen. Meine Ergebnisse haben gezeigt, dass die beiden sauren Gewässertypen sehr unterschiedliche Cladoceren-Gemeinschaften beherbergen. Deswegen musste die Null-Hypothese, dass der pH-Wert als einziger abiotischer Faktor die Arten-Diversität in sauren Seen bestimmt, abgelehnt werden. Weiterhin zeigte sich, dass neben dem pH-Wert TDS (total dissolved solids)-bezogene Parameter und die Trophie signifikant die Artenzusammensetzung der litoralen Cladoceren beeinflussten. Da sich die Untersuchungen bisher auf Weichwasserseen konzentrierten, wurde insbesondere die Rolle der TDS für die Besiedlung von sauren Gewässern allgemein nicht angemessen berücksichtigt. Meine Untersuchung zur genetischen Diversität eines Generalisten, der Cladocere Chydorus sphaericus, ergab Hinweise auf genetische Erosion als Folge von starkem abiotischen Stress in sauren Hartwasser-Tagebauseen, während ähnliches für saure Weichwasser-Moorseen nicht festgestellt werden konnte. Durch genetische Erosion könnte es langfristig selbst bei sehr toleranten Arten zu einem Aussterben der betroffenen Populationen kommen. Insgesamt war die Biodiversität sowohl auf Arten- als auch auf genetischer Ebene in sauren Hartwasser-Tagebauseen viel stärker beeinträchtigt als in sauren Weichwasser-Moorseen. Dafür waren wahrscheinlich neben ökologischen Faktoren, auf Grund stärkerem abiotischen Stress, auch Evolutionsmechanismen, wegen einer zu kurzen Zeit, um Adaptationen in den jungen Tagebauseen zu entwickeln, verantwortlich. Anhand meiner Ergebnisse kann vermutet werden, dass jeweils spezielle physiologische Anpassungen auf Populations- und Art-Ebene für die Besiedlung von sauren Hart- und Weichwasserseen erforderlich sind. Durch diese neuen wissenschaftlichen Grundlagen könnte das Monitoring von sauren Hartwasser-Tagebauseen mithilfe litoraler Cladoceren verbessert werden. Insbesondere die genetische Diversität wäre in Ergänzung zur Artendiversität ein wichtiger Indikator für die Wasserqualität von sauren Hartwasser-Tagebauseen, weil nur sie auch Informationen über Reaktionen auf Populationsebene liefert. Zusammenfassend zeigen meine Ergebnisse, dass wichtige neue Erkenntnisse über Besiedlungsmechanismen und Anpassungen an saure Lebensräume durch die Berücksichtigung von sauren Hartwasserseen und den Vergleich von Lebensgemeinschaften in chemisch unterschiedlichen sauren Seentypen erzielt werden können. KW - Brandenburg KW - Chydoridae KW - Bergbaurestsee KW - Bioindikation KW - Extreme Lebensräume KW - Saure Tagebauseen KW - Bioindikation KW - Evolutionäre Toxikologie KW - Chydoridae KW - Extreme environments KW - Acidic mining lakes KW - Bio-indication KW - Evolutionary toxicology KW - Chydoridae Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29373 SN - 978-3-8440-2391-6 ER - TY - THES A1 - Baptista, Melissa T1 - Phytoplankton succession and diversity-productivity relation in German and Brazilian shallow lakes T1 - Phytoplanktonsukzession und Zusammenhang von Diversität-Produktivität in deutschen und brasilianischen flachen Seen N2 - Phytoplankton succession linked to productivity-diversity relationship at steady-state/non steady state conditions, mixing events as predominant disturbance in sense of Connell (1978) and influence of conditional differentiation (temperature) on phytoplankton diversity were investigated. Water samples were taken two times a week in 4 German shallow lakes in Brandenbug region (Melangsee, Petersdorfer See, Wolziger See, and Langer See) from 2007 to 2010 and in 2009/2010 during cold and rainy season in a Brazilian coastal lagoon Peri. A comparison between literature data from 4 Brazilian lakes, in order to investigate the influence of temperature on diversity and dynamic of phytoplankton species was also done. The cyanobacterial species dominated all studied lakes and the mixing had a positive effect on the supremacy of this group in tropical lakes. The high biovolume of cyanobacteria contributed to the achievement of steady state conditions in sense of Sommer et al. (1993) during consecutive periods in Petersdorfer See and in Peri lagoon practically during all phases. The monodominance of Cylindrospermopsis raciborskii was observed in warm water, under no stratification regime. Oscillatoriales of group S1 (Reynolds 2002), represented by Limnothrix redekei and Pseudanabaena limnetica, typical in turbid mixed layers and with high nitrogen affinity, were typical in Petersdorfer See. In Melangsee, steady state was observed during colder periods under dominance of Bacillariophyceae and Chrysophyceae. Lower diversity coincided with steady state conditions and higher values of resource use efficiency (RUE), while higher diversity occurred mainly at transitional state during the spring in temperate lakes, supporting the non-equilibrium concept (Hutchinson 1961) at lower RUE values. Higher biovolume occurred mainly during the late summer in temperate lakes under dominance of cyanobacteria, and/or at steady state. Concerning the temporal variation of phytoplankton, the highest peak of species richness preceded the resource use efficiency, suggesting the productivity as consequence of diversity. The richness was much higher in temperate shallow lakes, which were more similar to each other in terms of seasonality, species number and biovolume. A positive correlation between richness and biovolume of temperate lakes was found and the opposite was observed in tropical lakes. The biovolume and richness in tropical lakes were more variable and in temperate lakes presented higher richness at intermediate level of biovolume (annual mean from 10 to 18 mm3/l). Low level of biodiversity allows an ecosystem to function under constant conditions, but a greater biodiversity occurred in fluctuating environments. N2 - Phytoplanktonsukzession im Zusammenhang von Produktivität und Diversität unter Equilibrium/non-Equilibriumzustand, Mischungsereignisse als vorherrschende Störung im Sinne von Connell (1978) und der Einfluss der Temperatur auf die Phytoplanktondiversität wurden untersucht. Von 2007 bis 2010 wurden zwei Mal pro Woche Wasserproben aus vier deutschen, flachen Seen in Brandenburg genommen (Melangsee, Petersdorfer See, Wolziger See und Langer See) und während der kalten, regnerischen Jahreszeit aus einer brasilianischen Küstenlagune. Zusätzlich wurden Literaturdaten von vier brasilianischen Seen verglichen, um den Einfluss der Temperatur auf Vielfalt von Phytoplanktonarten festzustellen. Die funktionelle Gruppe (Reynolds 2002) S1 Limnothrix war häufig bei niedriger Temperatur (> 16°C) und Cylindrospermopsis raciborskii (Sn) bei höherer Temperatur (>21°C). Die Cyanobakterien dominierten alle untersuchten Seen und die Durchmischung hatte einen positiven Effekt auf die Vorherrschaft dieser Gruppe in tropischen Seen. Hohe Biovolumina von Cyanobakterien trugen zur Erfüllung der Equilibriumbedingungen, im Sinne von Sommer et al. (1998), im Petersdorfer See während aufeinanderfolgender Zeiträume und in der Peri Lagune kontinuierlich bei. Im Melangsee wurde der Equilibriumzustand während der kalten Periode, unter Dominanz der Bacillariophyceae und Chrysophyceae erreicht. Geringere Vielfalt trat im Equilibriumzustand auf, sowie höhere Werte der Primärproduktion, berechnet als Ressourcennutzungeffizienz (RUE). Das Paradoxon des Phytoplankton (Hutchinson 1961) bekräftigend, trat höhere Vielfalt in deutschen Seen hauptsächlich beim Übergangszustand im Frühjahr auf, begleitet von niedrigen RUE-Werten. Bezüglich der zeitlichen Variation des Phytoplanktonsukzession, ging der größte Artenreichtum hohen RUE-Werten voraus, darauf hin deutend, dass die Produktivität Folge der Vielfalt ist. Der Artenreichtum war im Vergleich viel höher in gemäßigten flachen Seen, als in Seen der tropischen Zone. Eine positive Korrelation zwischen Artenreichtum und Biovolumen wurde bei deutschen Seen gefunden, im Gegenteil zu in tropischen Seen, wo diese Werten variabler waren. Geringe Vielfalt ermöglicht einem Ökosystem bei konstanten abiotischen Bedingungen zu funktionieren und eine größere Vielfalt tritt bei schwankenden Umgebungen auf. KW - Brandenburg KW - Brasilien KW - Flachsee KW - Phytoplankton KW - Ökosystem KW - Phytoplanktondiversität KW - Primärproduktion KW - Phytoplanktonsukzession KW - Paradoxon des Phytoplankton KW - Steady-state KW - Phytoplankton diversity KW - Succession KW - Primary productivity KW - Paradox of phytoplankton Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24386 ER - TY - THES A1 - Gerull, Linda T1 - Dynamics of microbial metabolic activities during stream ecosystem succession : insights from field observations and flume experiments T1 - Prozesse des mikrobiellen Kohlenstoffumsatzes während der initialen Fließgewässerentwicklung : Ergebnisse aus Freilanduntersuchungen und Rinnenexperimenten N2 - Processes of microbial carbon transformation and accumulation during initial stream succession were investigated. Studies were carried out in the experimental watershed Chicken Creek, constructed to investigate ecosystem succession, and additionally in experimental flumes simulating sand-bed streams. In a one year investigation, microbial respiration in soils and sediments along the hydrologic flow path of three stream corridors in the Chicken Creek watershed was measured. Contrary to expectation, respiration rates of rewetted soil and sediment from dry stream channels were similar to rates measured with sediments collected in the perennial channel sections. This suggested that permanent water availability was not a main factor determining metabolic potential in this early successional watershed. In an outdoor flume experiment it was determined whether shallow (1cm) and deep (4cm) sediment disturbances in small sand-bed streams have similar effects on whole-stream metabolism, and whether autotrophic and heterotrophic processes and organisms respond in similar ways. Results suggested that disturbing sediments during early successional stages had no effect on whole-stream metabolism, whereas in advanced stages, deep but not shallow sediment disturbance could lead to a transitory shift towards heterotrophy. Changes in riparian and in-stream vegetation during stream succession come along with different amounts and types of organic matter input in stream ecosystems. It was tested to determine if increasing quality and quantity of litter input changes whole-stream metabolism and activity and structure of microbial communities associated with sediments and leaves. Whole-stream metabolism was found to be similar in all treatments because sediments and leaves were constrained by oxygen and nutrient availability. There seemed to be compensation between the effect of algae fueling microbial activity in open-land treatments and microbial use of allochthonous carbon sources in the litter treatments. Fungal and bacterial activity associated with leaves was unaffected by the background litter standing stock, but the structure of communities was affected. However, leaf quality had a clear effect on microbial activity and community structure with higher activity on tree compared to grass leaves. N2 - In dieser Arbeit wurden Prozesse des mikrobiellen Kohlenstoffumsatzes während der initialen Gewässerentwicklung untersucht. Die Arbeiten wurden im experimentellen Wassereinzugsgebiet „Hühnerwasser“ durchgeführt, welches eigens dafür angelegt wurde, initiale Ökosystementwicklung zu untersuchen. Zusätzlich wurde eine experimentelle Fließrinnenanlage verwendet. In drei Gewässerkorridoren des Hühnerwasser-Einzugsgebiets wurde über einen einjährigen Beprobungszeitraum die mikrobielle Respiration in Böden und Gewässersedimenten entlang von Fließpfaden gemessen. Entgegen aller Annahmen, gab es keine Unterschiede in den Respirationsraten zwischen Sedimenten aus permanent fließenden und wiedervernässten, trockenen Gewässerabschnitten oder Bodenproben. Die sedimentgebundene mikrobielle Aktivität wurde demnach nicht hauptsächlich durch dauerhafte Wasserverfügbarkeit bestimmt. In einem Rinnenexperiment wurde getestet, ob flache (1cm) und tiefe (4cm) Sedimentumlagerungen sich ähnlich auf den Gesamtmetabolismus von Sandbächen auswirken, und ob autotrophe und heterotrophe Organismen und Prozesse ähnlich auf diese Störung reagieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Störung durch Sedimentumlagerung zu einem frühen Zeitpunkt keinen Einfluss auf den Gesamtmetabolismus hatte. Während des späteren Sukzessionsstadiums führte jedoch die tiefe, nicht aber die flache Sedimentumlagerung zu einem temporären Übergang des Systems in die Heterotrophie. Während der Gewässerentwicklung führt die Sukzession der Vegetation sowohl im Gerinne als auch im Uferbereich dazu, dass zunehmend Streu in Fließgewässer eingetragen wird, zunächst vor allem Gräser, später vor allem von Bäumen stammendes Laub. Es wurde experimentell getestet, ob die zunehmende Qualität und Quantität von Streu den Gesamtmetabolismus und die an Sedimente und Laubblätter gebundene mikrobielle Aktivität und Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften verändern. Der Gesamtmetabolismus zeigte sich vom Streueintrag unabhängig, wurde aber offenbar durch Sauerstoff und Nährstoffe limitiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass im Offenlandstadium labiler Kohlenstoff von benthischen Algen die Aktivität von bakteriellen Gemeinschaften antreibt, während in den simulierten Gehölzstadien die heterotrophe Aktivität durch den von der Streu stammenden Kohlenstoff angetrieben wird. Der Eintrag von Streu mit steigender Qualität und Quantität hatte keinen Einfluss auf die mikrobielle Aktivität am einzelnen Blatt. Die Qualität der Blätter selbst hatte hingegen starke Auswirkungen auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft, was sich durch eine erhöhte mikrobielle Aktivität am Birkenlaub im Vergleich zur Grasstreu zeigte. KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Fließgewässer KW - Sediment KW - Atmung KW - Fließgewässer KW - Sedimentrespiration KW - Hühnerwasser KW - Kohlenstoffumsatz KW - Sukzession KW - Sand-bed stream KW - Whole-stream metabolism KW - Chicken Creek KW - Succession KW - Carbon transformation processes Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23500 ER - TY - THES A1 - Bouchnak, Rihab T1 - Steuerung der Energieallokation in Cladoceren durch Futteralgen unterschiedlicher Qualität und unter Stressbedingungen T1 - Control of energy allocation in cladocera by algal food of varying quality and under stress conditions N2 - Viele biotische und abiotische Faktoren, wie die Nahrungsqualität und diverse chemische Stressoren, bestimmen die Lebensparameter von Cladoceren. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Effekte der unterschiedlichen Futteralgen (Pseudokirchneriella subcapitata, Monoraphidium minutum und Desmodesmus armatus) auf die Lebensparameter von vier Cladoceren-Arten (Daphnia magna, D. galeata, Moina macrocopa und M. micrura) in An- und Abwesenheit von chemischem Stress, ausgelöst durch den Huminstoff HuminFeed® (HF). Um die Effekte von HF auf D. magna zu ermitteln, wurden Lebenszyklusexperimente durchgeführt. In umweltrelevanten Konzentrationen wirkte HF lebensverlängernd, jedoch zeigten sich Verminderung in der Reproduktion. Die Ergebnisse wurden im Licht der Disposable Soma Theorie diskutiert. Es konnte keine Steuerung der Energieallokation durch HF und durch die Futteralgenqualität festgestellt werden. In einem Multigenerationsexperiment wurde der Einfluss von HF auf D. magna über drei Generationen hinweg betrachtet. Dabei bewirkte HF stets eine Verminderung der Reproduktion und eine Erhöhung der Lebensspanne. Die Ergebnisse des ersten Filialgenerationsversuchs F1 haben gezeigt, dass ein signifikanter Unterschied in der Fruchtbarkeit von Versuchstieren besteht, die in derselben Umwelt aufgewachsen sind (ohne HF), aber deren Mütter (P) unterschiedlichen Behandlungen ausgesetzt waren. Die Ergebnisse des zweiten Filialgenerationsversuchs F2 haben aber aufgezeigt, dass die Umwelt, in der die Parentalgeneration aufgewachsen ist, die Fruchtbarkeit der F2 Generation nicht nachhaltig beeinflusst. Es handelt sich vermutlich um Transgenerationseffekte (epigenetische Programmierung). In einem Langzeitexperiment wurden die Auswirkungen vom HF auf die Reproduktion und die Lebensspanne von D. galeata untersucht. Es zeigte sich, dass HF erneut eine Steigerung der Lebensdauer und eine Verringerung der Reproduktion bewirkt. Die Ergebnisse wurden im Licht der Disposable Soma Theorie diskutiert. Des Weiteren wurde der Einfluss von HF auf die Lebensparameter von M. macrocopa untersucht. Durch die Zugabe von HF bei Fütterung mit D. armatus wurde teilweise eine Verkürzung der Lebensspanne und eine Erhöhung der Nachkommenzahl hervorgerufen. Bei Fütterung mit P. subcapitata zeigte sich, dass HF keine signifikanten Effekte erzielte. Bei Fütterung mit M. minutum konnte in exponierten Ansätzen eine Verlängerung der Lebensspanne und Erhöhung der durchschnittlichen kumulativen Nachkommenzahl festgestellt werden. Hormonähnliche Effekte der Huminstoffe wurden in Betracht gezogen. Die unterschiedliche Antwort von M. macrocopa auf Huminstoffe bei verschiedenen Futteralgen kann darauf hindeuten, dass die Energieallokation in M. macrocopa bei HF-Exposition durch die Futteralgenqualität gesteuert wird. Ebenfalls wurde bei M. micrura festgestellt, dass die Energieallokation unter dem chemischen Stressor HF durch die Futteralgenqualität gesteuert wurde. So wurde gezeigt, dass HF einen (teilweise signifikant) negativen Einfluss sowohl auf die Lebensspanne als auch auf die Fruchtbarkeit hat, wenn die Versuchstiere mit P. subcapitata gefüttert wurden. Werden M. micrura hingegen mit M. minutum gefüttert, wirkte HF teilweise lebensverkürzend und ein Trend zur Erhöhung der Nachkommenzahl war sichtbar. Diese Arbeit gibt Hinweise darauf, dass zwischen den Zooplanktonarten Unterschiede hinsichtlich der Antwort auf chemischen Stress und des Bedarfs an einzelnen Futterqualitätsfaktoren bestehen. N2 - Many biotic and abiotic factors, like the food quality and several chemical stressors, determine the life parameters of Cladocera. This work focuses on the effects of different food algae (Pseudokirchneriella subcapitata, Monoraphidium minutum and Desmodesmus armatus) on life parameters of four cladocera species (Daphnia magna, D. galeata, Moina macrocopa and M. micrura) in absence and presence of chemical stress triggered by the humic substance HuminFeed® (HF). To determine the effects of HF on D. magna, life cycle experiments were conducted. HF prolonged the lifespan and decreased the reproduction in environmentally relevant concentrations. The results were discussed concerning the disposable soma theory. No control of the energy allocation by HF or by the algal food quality was observed. The influence of HF on D. magna was monitored across three generations in a multi-generation experiment. HF always reduced the reproduction and enhanced the lifespan. The results of the first filial generation F1 have shown that animals, which have risen in the same environment (without HF), but their mothers (P) were subjected to different treatments, vary in the fertility. However, the experiments with the second filial generation F2 have shown that the environment in which the parental generation has grown up, did not affect the fertility of the F2 generation strongly. Probably, it is a matter of trans-generational effects (epigenetic programming). In a long-term experiment, the effects of HF on reproduction and lifespan of D. galeata were analyzed. Again, it turned out that HF causes a decrease in the reproduction and an extension of the lifespan of D. galeata. The results were discussed concerning the disposable soma theory. Furthermore, the influence of HF on the life parameters of M. macrocopa was investigated. By adding HF and feeding with D. armatus, the lifespan is partially shortened and the number of offspring is increased. HF exposure had no effects when the animals were fed with P. subcapitata. But by the use of M. minutum, HF exposure leads to an extended lifespan and an increase of the average cumulative number of offspring. Hormone-like effects of humic substances were considered. The different response of M. macrocopa on humic substances using different algal food quality may indicate that the energy allocation in M. macrocopa during HF exposure is controlled by the quality of algal food. It was also found in M. micrura that the energy allocation is controlled by the chemical stress triggered by HF and the algal food quality. HF has adverse influence on both the lifespan as well as on the fertility when the animals were fed with P. subcapitata. When M. micrura was fed with M. minutum, HF has partially life-shortening activities and a trend to increase the number of offspring was observed. This work indicates that there are differences between the zooplankton species concerning the response on chemical stress and on the food quality. KW - Wasserflöhe KW - Algen KW - Futter KW - Lebensdauer KW - Futteralgen KW - Cladoceren KW - Huminstoffe KW - Stress KW - Algal food KW - Cladocera KW - Humic substance KW - Stress Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22092 ER - TY - CHAP T1 - Proceedings of the Workshop “Pollution Monitoring in the Upper Course of the Lerma River and Application of Clean Technologies in Water Treatment”, 17th and 18th February 2009 at the Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), Mexico-City T1 - Acta del taller "Monitoreo de la Contaminacion en el Curso Alto del Rio Lerma y Aplicacion de Technologias Limpias en el Tratamiento de Agua", 17 y 18 de Febrero de 2009 en el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), Ciudad de Mexico N2 - Rapidly developing countries are facing severe environmental problems at an extent that industrialized countries did not have to solve in comparable periods. Freshwaters belong to the ecosystems with the most severe impacts despite they are one of the most vital resources. The Lerma River is one example of a heavily degraded freshwater ecosystem in the rapidly developing country of Mexico. A number of NGOs and governmental institutions have made great efforts to elaborate strategies for the restoration and rehabilitation of the river system during the last years. Scientists from different disciplines and institutions met for a workshop at ININ in February 2009 to discuss the actual degradation of the upper Lerma River and argue about solutions for its sustainable restoration. This also included the presentation and discussion of new technologies that are currently in an experimental stage, but have the potential to solve different river pollution problems in the near future. N2 - Industrielle Schwellenländer stehen vor der großen Herausforderung, innerhalb kurzer Zeiträume extrem schwerwiegende Umweltprobleme lösen zu müssen. Sie haben dafür wesentlich weniger Zeit als dies in den Industrieländern bei langsamerer Entwicklung der Fall war. Gewässer zählen dabei zu den Ökosystemen, die am stärksten belastet werden, obwohl sie eine der lebenswichtigsten Ressourcen darstellen. Der Fluss Lerma ist ein Beispiel für ein solches stark belastetes Gewässer im industriellen Schwellenland Mexiko. In den letzten Jahren haben eine Reihe von Organisationen große Anstrengungen unternommen Planungen zu erstellen, die die Wasserqualität des Flusses verbessern sollen und Grundlagen für eine Restaurierung schaffen. Wissenschaftler unterschiedlicher Fachrichtungen und Institutionen trafen sich im Februar 2009 zu einem Workshop am ININ, um den aktuellen Zustand des Lerma zu diskutieren und die Möglichkeiten für eine nachhaltige Verbesserung des Gewässerökosystems aufzuzeigen. Dies beinhaltete auch die Präsentation und Diskussion neuer Technologien, die sich derzeit noch in einem Versuchsstadium befinden, aber das Potential haben, in naher Zukunft einen wesentlichen Beitrag zum Gewässerschutz leisten zu können. KW - Gewässerschutz KW - Fließgewässerrestaurierung KW - Schwellenländer KW - Bioremediation KW - Freshwater conservation KW - Running water restoration KW - Rapidly developing countries KW - Bioremediation Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-18954 SN - 978-3-940471-14-7 ER - TY - RPRT T1 - Bewertung von Seen mittels Phytoplankton zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie N2 - Die EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL 2000) beschäftigt Wasserforscher und Behörden in einer erfreulichen Weise: Erstmalig werden ökologische und gewässertypbezogene Bewertungsverfahren im nationalen Rahmen entwickelt und auf europäischer Ebene angepasst. Seit 999 sind die Autoren dieses Gewässerreportes in Projekten zur Erstellung eines Bewertungsverfahrens für das Phytoplankton in natürlichen Seen eingebunden. Die Verfahrensentwicklung begann mit einer umfassenden Literaturstudie zu Klassifizierungsverfahren von Seen und Flüssen anhand des Phytoplanktons. Diese internationale Literaturrecherche ergab, dass zwar gute Ansätze aus anderen Ökoregionen Europas vorhanden sind, diese sich jedoch nicht einfach auf die naturräumlichen Verhältnisse in Deutschland übertragen lassen oder nicht den vielfältigen Anforderungen der EU-WRRL genügen. Folglich beauftragte die Länderarbeitsgemeinschaft Wasser die Autoren, ein WRRL konformes Bewertungssystem zu entwickeln, das aus vorhandenen Überwachungsdaten gewonnen werden sollte. Allerdings machte die Zusammenführung dieser heterogenen Datenbestände deutlich, wie dringend eine Vereinheitlichung der Probenahmen und der mikroskopischen Erfassung erfolgen muss, da die einzelnen Bundesländer hierfür bisher sehr unterschiedliche Strategien praktizierten. Im Abschlussbericht wurden im Ergebnis die ersten Vorschläge für ein multimetrisches Bewertungssystem mittels Phytoplankton sowie zu seiner einheitlichen methodischen Erfassung beschrieben. In dem darauf folgenden 2-jährigen Praxistest wurden diese Empfehlungen einer bundesweiten Prüfung insbesondere auf Praktikabilität und Plausibilität unterzogen. Vielfältige Modifikationen des ersten Bewertungsentwurfes wurden notwendig infolge der Abstimmungsprozesse mit den Praxispartnern in den Bundesländern, mit den Anwendern in speziell zu diesem Thema ausgerichteten Workshops, aber auch innerhalb der EU („Interkalibrierung“). Ökologische Bewertung nach WRRL heißt, die Reaktion des Phytoplanktons auf eine anthropogene Belastung auf Ebene seiner Biomasse und seiner taxonomischen Zusammensetzung (Arten / Algenklassen) in Form von biologischen Kenngrößen (Metrics) zu berücksichtigen. Für die vorliegende Bewertungsherleitung für die Biokomponente Phytoplankton wird der Begriff „Belastung“ eingrenzend als eine anthropogen beschleunigte Eutrophierung und als Abweichung von einem Referenzzustand verstanden, wobei dieser Zustand nicht mehr allein biomasseorientiert, sondern auch durch die völlig neu entwickelte Liste an Indikatorarten (PTSI) definiert wird. Die Bewertung des Phytoplanktons erfolgt demnach mit einem multimetrischen Ansatz im Phyto-See-Index (PSI), der durch die Einbeziehung des Arteninventars sowie durch die neu definierten trophischen Referenzzustände in den meisten Fällen strenger ist als der in Deutschland bislang zur trophischen Einstufung von Seen verwendete LAWA-Index (1999). Um eine routinemäßige Bewertung einschließlich der Indikatorarten zu ermöglichen, wurde eine operative Taxaliste des Phytoplanktons mit Hinweisen für die Bestimmungstiefe sowie das Auswertungsprogramm „PhytoSee“ zur automatisierten Berechnung entwickelt, die zusammen eine schnelle Auswertung der standardisierten Messdaten erlauben. T3 - Aktuelle Reihe / Fakultät Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik - 2008, H. 2 KW - See KW - Wassergüte KW - Phytoplankton Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-9539 SN - 978-3-940471-06-2 ER - TY - THES A1 - Tingwey, Emilienne Ingie T1 - Studies on the life cycle of akinete forming cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii in the temperate region T1 - Untersuchungen am Lebenszyklus des Akinetenbildenden Cyanobakterium Cylindrospermopsis raciborskii im gemäßigten Raum N2 - In recent years Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju a potentially toxic freshwater cyanobacterium of the order Nostocales initially classified as a tropical species, has invaded the temperate region and has established in lakes in northern Germany. The formation of dormant cells (akinetes) is an important part of the life cycle which enables Nostocales species to survive harsh conditions like the winter in the temperate zone. In this thesis, my aim is to throw more light on the life cycle of the invasive cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii and also to compare it to native Nostocales species of the genus Aphanizomenon using derived field and laboratory data. This would help in the understanding of the invasion of C. raciborskii and spread and how it can be contained. Abiotic factors influencing the development and growth of photoautotrophic planktonic organisms in nature are examined and their variation with the years is discussed. A comprehensive look at C. raciborskii’s akinetes in the sediment and the filaments and akinetes in the water column is done. The timing and temperature condition of akinete germination, recruitment, formation in the pelagic and importation into the sediment is determined. An assessment of the role of abiotic factors on the dynamics and abundance of filaments is done with a statistical model used to isolate which abiotic factors are most influential on the population growth of C. raciborskii. Akinetes distribution on the bed of the lake and the effect of loss processes on their abundance are looked into. Cylindrospermopsis is compared to native species Aphanizomenon spp in terms of the seasonal dynamics and the germination condition of their akinetes. The main findings in this thesis were that the seasonal dynamics of C. raciborskii had a similar trend but different timing of each event in the four years of the study. The variabilities were due to the different timing of the abiotic conditions. But in all temperature was identified as the most important factor influencing the timing of most events with germination of akinetes occurring at 13°C which is lower than so far reported in literature Subsequent increment in temperature to at least 23°C was found to be essential for the development of high populations of C. raciborskii in the water column. With a drop of temperature in autumn the filaments are stimulated in to producing akinetes which settle out into the sediment and remain there until the next spring when favourable conditions force them to germinate. They might also be consumed before germination by non identified grazer or losses due to microbial infections are discussed. Overall, the native Nostocales species of the genus Aphanizomenon have a selective advantage over the invaded species C. raciborskii under low temperatures and temperature fluctuations in spring as observed from the field and laboratory studies. N2 - In den letzten Jahren ist das als tropische Art klassifizierte, potentiell toxische Süßwasser-Cyanobakterium Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju der Ordnung Nostocales in die gemäßigten Bereiche eingewandert. Es konnte sich bereits in Seen Norddeutschlands etablieren. Die Bildung dormanter Zellen (Akineten) ist ein wichtiger Bestandteil des Lebenszyklus der Nostocales, welche es den nostocalen Arten ermöglicht ungünstige Bedingungen zu überdauern, wie unter anderen den Winter in der gemäßigten Zone. In dieser Studie ist es das Ziel, den Lebenszyklus des invasiven Cyanobakteriums Cylindrospermopsis raciborskii näher zu beleuchten und diesen mit dem der einheimischen nostocalen Art der Gattung Aphanizomenon zu vergleichen, unter Verwendung von abgeleiteten Feld- und Labordaten. Dies soll zum besseren Verständnis der Invasion und Ausbreitung von C. raciborskii und dessen mögliche Eingrenzung beitragen. Abiotische Faktoren und deren jahreszeitliche Schwankungen werden untersucht, die die Entwicklung und das Wachstum von photoautotrophen, planktischen Organismen in der Natur beeinflussen. Eine umfassende Betrachtung der Akineten von C. raciborskii im Sediment und der Akineten sowie Filamente im Pelagial wird durchgeführt. Dabei werden die zeitliche Steuerung und die Temperaturbedingungen der Akinetenkeimung, die Rekrutierung, die Entwicklung im Pelagial und das Absinken der Akineten ins Sediment untersucht. Eine Bewertung der Rolle von abiotischen Faktoren auf die Dynamik und das Vorkommen von Filamenten wird mit einem statistischen Modell vorgenommen. Dieses Modell wird verwendet um die wichtigsten einflussnehmenden, abiotischen Faktoren auf das Populationswachstum von C. raciborskii herauszufiltern. Die Verteilung der Akineten im Sediment des Sees und die Wirkung von Verlust-Prozessen auf ihr Vorkommen werden analysiert. Cylindrospermopsis wird mit der einheimischen Art Aphanizomenon spp. in Hinsicht auf die saisonale Dynamik und die Keimungsbedingung der Akineten verglichen. Ein Hauptergebnis dieser Arbeit bestand darin, dass die jahreszeitliche Dynamik von C. raciborskii einer ähnlichen Tendenz, aber verschiedenen Zeitintervallen jedes Ereignisses in den vier Jahren der Studie unterlag. Die Varibilität wurde durch unterschiedlich vorherrschende, abiotische Bedingungen gesteuert. Die Temperatur wurde als der wichtigste Einflussfaktor auf die Steuerung der meisten Ereignisse von Akinetenkeimung bei 13 °C erkannt, dieser Wert ist geringer als bisher in der Literatur angegeben. Eine darauffolgende Erhöhung der Temperatur auf mindestens 23 °C war für eine Entwicklung von großen Populationen von C. raciborskii im Pelagial notwendig. Mit dem Temperaturabfall im Herbst werden die Filamente zur Produktion von Akineten stimuliert, welche daraufhin ins Sediment absinken. Die Akineten verbleiben im Sediment bis günstige Bedingungen deren Keimung verursacht. Teilweise werden die Akineten vor einer möglichen Keimung aufgebraucht, diskutiert werden als mögliche Ursachen dabei Grazing oder mikrobielle Verluste. Bei niedrigen Temperaturbedingungen sowie Temperaturschwankungen im Frühling besitzen die einheimischen nostocalen Arten der Gattung Aphanizomenon insgesamt einen selektiven Vorteil gegenüber der invasiven Art C. raciborskii, wie in den Feld- und Laboruntersuchungen gezeigt werden konnte. KW - Blaualgen KW - Extrembiotop KW - Mikrobiologie KW - Akinet KW - Laboruntersuchungen KW - Süßwasser-Cyanobakterium KW - Lebenszyklus KW - Akinete KW - Laboratory experiments KW - Freshwater cyanobakterium KW - Life cycle Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-7766 ER - TY - THES A1 - Wiedner, Claudia T1 - Toxische und nicht-toxische Cyanobakterien in Gewässern der Scharmützelseeregion: ihr Vorkommen in Gewässern unterschiedlicher Trophie und Morphometrie und Steuermechanismen ihrer Dynamik in polymiktischen Flachseen N2 - Das Vorkommen von Cyanobakterien, Anatoxin a und Microcystin wurde in 10 Gewässern erfaßt. Die Steuerung ihrer Dynamik wurde in 3 polymiktischen Seen untersucht und Effekte von Mixis mit Sedimentresuspension in Enclosures fokusiert. Die Gewässer waren durch Oscillatoriales, entweder Planktothrix agardhii oder Limnothrix spp. dominiert und wiesen hohe Biovolumina von Nostocales im Frühsommer auf. Hohe Lichtintensität und niedrige Stickstoff-Konzentrationen förderten die Entwicklung der Nostocales. Während des Sommers nahm die Lichtintensität aufgrund des steigenden Biovolumens der Cyanobakterien ab, was zum Rückgang der Nostocales und Dominanzen von Oscillatoriales führte. Durch Sedimentresuspension wurden Nährstoffpulse erzeugt, die zur Dominanz von P. agardhii führten. Bei Stagnation der Wassersäule waren die Nährstoffkonzentrationen niedriger und Limnothrix spp. gelangte zur Dominanz. Anatoxin a konnten auf Anabaena spp. zurückgeführt werden, Microcystine auf P. agardhii. Abnehmende Lichtintensität und/oder zunehmende Stickstoff-Konzentrationen förderten die Microcystin Produktion oder das Wachstum toxischer Stämmen. N2 - The occurrence of cyanobacteria, anatoxin a and microcystins were examined in 10 lakes. Factors controlling their dynamics were studied in 3 polymictic lakes, in the course of which effects of mixing with sediment resuspension were focused in enclosures. Lakes were dominated by Oscillatoriales, either Planktothrix agardhii or Limnothrix spp. Nostocales reached high biovolumes in early summer. High light intensity and low nitrogen concentration favoured the development of Nostocales. In summer, decreasing light intensity due to increasing cyanobacterial biovolume let to a decline of Nostocales and massdevelopments of Oscillatoriales. By mixing with sediment resuspension, phosphorus and nitrogen pulses were induced resulting in the dominance of P. agardhii. When the water column was kept stagnant the nutrient concentrations were lower and Limnothrix spp. became dominant. Anatoxin a could be related to Anabaena spp. and microcystins to P. agardhii. Increasing nitrogen concentration and/or decreasing light intensity did enhance the microcystin production or favoured the development of toxic strains of P. agardhii. KW - Scharmützelsee-Gebiet KW - Flachsee KW - Eutrophierung KW - Phytoplankton KW - Blaualgen KW - Morphometrie KW - Cyanobacteria KW - Toxius KW - Phytoplanton dynamic KW - Shallow lakes KW - Sediment resuspension Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000004 ER -