TY - THES A1 - Oprei, Anna T1 - Auswirkungen der häufigen Sedimentumlagerung auf Struktur und Funktion sedimentgebundener mikrobieller Gemeinschaften in Tieflandbächen T1 - Effects of high frequent sediment shifting on structure and function of sediment-associated microbial communities of lowland streams N2 - Sandy sediments are transported at low flow in so called migrating ripples. Migrating ripples are triangular bedforms with a flat upstream (stoss) and a steep downstream face (lee). Sediment grains are eroded on the stoss side of the ripple and deposited on the lee side of the ripple. They are buried under subsequently falling grains and rest until the next erosion cycle begins. During ripple migration, biofilms associated to sediment grains undergo frequent moving-resting cycles, and are exposed to abrasion and scour as a result of colliding grains during the moving phase, and to light limitation during the resting phase. These specific environmental conditions suggest that high frequent sediment shifting in migrating ripples affects the function and structure of benthic communities with profound consequences on ecological dynamics and biogeochemical processes. This thesis aimed to 1) shed light on the understudied effects of high frequent sediment shifting in migrating ripples on benthic microbial communities, and 2) unravel how legacy effects interact with the response of microbial communities towards high frequent sediment shifting in the context of sediment disturbance. To tackle the first research question, I characterized the specific microenvironment in migrating ripples compared to patches of stationary sediment in a field study. The results showed that migrating ripples created streambed heterogeneity by modulating the abundance, diversity, and structure of the microbial community. In a series of two microcosm experiments, it became evident that light oscillation played the pivotal role during high frequent sediment shifting. To answer the second research question, I studied how the microbial community of incoming sediment from bank erosion reacts to ripple migration after transitioning to the aquatic habitat. The results showed that although the terrestrial-aquatic transition had stronger impacts on the microbial community than subsequent sediment transport in migrating ripples, microbial colonization was decelerated under high frequent sediment shifting. A manipulative field study served to investigate the long-term effects of migrating ripples on microbial communities after transitioning to stationary conditions. Whereas heterotrophic activity was restored within a few days, primary productivity was hampered for several months. Conclusively, the findings of this thesis confirm that high frequent sediment shifting at low-flow conditions shapes local and regional biodiversity, meta-community dynamics, and the flow of matter through the benthic food web. I suggest that the current concept of sediment disturbance focusing on catastrophic flood events should be expanded towards sediment transport along a dynamic range of moving-resting frequencies across different spatiotemporal scales. N2 - Wandernde Sandrippel transportieren Sedimente bei geringem Durchfluss stromabwärts. Diese dreieckigen Rippel haben eine flache stromaufwärts gelegene Seite (Luv) und eine steile stromabwärts gelegene Seite (Lee). Sedimentkörner werden auf der Luvseite der Rippel erodiert und auf der Leeseite der Rippel abgelagert, wo sie bis zum nächsten Erosionszyklus ruhen. Während der Rippelmigration durchlaufen die auf Sedimentkörnern haftenden Biofilme häufige Bewegungs-Ruhe-Zyklen. Während der mobilen Phase sind sie Abrasion und Auswaschung durch Kollision mit anderen Körnern, während der Ruhephase sind sie Lichtlimitation ausgesetzt. Diese besonderen Umweltbedingungen lassen vermuten, dass die hochfrequente Sedimentumlagerung in wandernden Rippel die Funktion und Struktur benthischer Gemeinschaften beeinflusst und tiefgreifende Auswirkungen auf die ökologische Dynamik und biogeochemischen Prozesse hat. Das Ziel dieser Arbeit war es, 1) die bisher wenig untersuchten Auswirkungen der hochfrequenten Sedimentumlagerung in wandernden Rippel auf benthische mikrobielle Gemeinschaften zu beleuchten und 2) aufzudecken, wie Legacy-Effekte mit der Reaktion mikrobieller Gemeinschaften auf hochfrequente Sedimentumlagerung interagieren. Um die erste Forschungsfrage zu beantworten, habe ich in einer Feldstudie wandernde Rippel im Vergleich zu stationären Bereichen charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass wandernde Rippel durch die Modulation von Abundanz, Diversität und Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft zur Habitatheterogenität beitragen. In zwei Mikrokosmen-Experimenten wurde deutlich, dass Lichtoszillation während hochfrequenter Sedimentumlagerung eine entscheidende Rolle spielte. Um die zweite Forschungsfrage zu beantworten, untersuchte ich, wie die mikrobielle Gemeinschaft des durch Ufererosion eingetragenen Sediments auf die Rippelwanderung reagiert. Die Ergebnisse zeigten, dass der Übergang vom terrestrischen zum aquatischen Lebensraum zwar stärkere Auswirkungen auf die mikrobielle Gemeinschaft hatte als der anschließende Sedimenttransport in wandernden Rippel, die mikrobielle Besiedlung jedoch durch die hochfrequente Sedimentumlagerung verlangsamt wurde. Eine manipulative Feldstudie diente dazu, die langfristigen Auswirkungen wandernder Rippel auf mikrobielle Gemeinschaften zu untersuchen. Während sich die heterotrophe Aktivität innerhalb weniger Tage erholte, war die Primärproduktion mehrere Monate lang beeinträchtigt. Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass hochfrequente Sedimentumlagerung bei Niedrigwasserbedingungen die lokale und regionale Biodiversität, die Dynamik der Metagemeinschaft und den Stofffluss durch das benthische Nahrungsnetz beeinflussen. Ich schlage vor, das derzeitige Konzept der Sedimentstörung, das sich auf katastrophale Hochwasserereignisse konzentriert, auf Sedimenttransport entlang eines dynamischen Spektrums von Bewegungs- und Ruhezyklen über verschiedene räumlich-zeitliche Skalen hinweg auszuweiten. KW - Sediment transport KW - Migrating bedforms KW - Microbial metabolism KW - Ripples KW - Sedimenttransport KW - Wandernde Sandrippel KW - Mikrobieller Stoffwechsel KW - Biofilm KW - Stress KW - Microbial communities KW - Geomikrobiologie KW - Mikrobenthos KW - Mikrobiozönose KW - Sedimenttransport KW - Sandrippel Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71242 ER -