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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 -