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 - 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 -