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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - JOUR A1 - Helmer, Michelle A1 - Helmer, Desiree A1 - Yohannes, Elizabeth A1 - Newton, Jason A1 - Dietrich, Daniel R. A1 - Martin-Creuzburg, Dominik T1 - Dissolved nitrogen uptake versus nitrogen fixation : mode of nitrogen acquisition affects stable isotope signatures of a diazotrophic cyanobacterium and its grazer JF - PLOS ONE N2 - Field studies suggest that changes in the stable isotope ratios of phytoplankton communities can be used to track changes in the utilization of different nitrogen sources, i.e., to detect shifts from dissolved inorganic nitrogen (DIN) uptake to atmospheric nitrogen (N₂) fixation by diazotrophic cyanobacteria as an indication of nitrogen limitation. We explored changes in the stable isotope signature of the diazotrophic cyanobacterium Trichormus variabilis in response to increasing nitrate (NO₃⁻) concentrations (0 to 170 mg L⁻¹) under controlled laboratory conditions. In addition, we explored the influence of nitrogen utilization at the primary producer level on trophic fractionation by studying potential changes in isotope ratios in the freshwater model Daphnia magna feeding on the differently grown cyanobacteria. We show that δ ¹⁵N values of the cyanobacterium increase asymptotically with DIN availability, from -0.7 ‰ in the absence of DIN (suggesting N₂ fixation) to 2.9 ‰ at the highest DIN concentration (exclusive DIN uptake). In contrast, δ ¹³C values of the cyanobacterium did not show a clear relationship with DIN availability. The stable isotope ratios of the consumer reflected those of the differently grown cyanobacteria but also revealed significant trophic fractionation in response to nitrogen utilization at the primary producer level. Nitrogen isotope turnoverrates of Daphnia were highest in the absence of DIN as a consequence of N₂ fixation and resulting depletion in ¹⁵N at the primary producer level. Our results highlight the potential of stable isotopes to assess nitrogen limitation and to explore diazotrophy in aquatic food webs. KW - Isotope ratios KW - Nitrogen KW - Cyanobacterium KW - Phytoplankton KW - Cyanobakterien KW - Isotopenhäufigkeit KW - Stickstoffbedarf Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0306173 SN - 1932-6203 VL - 19 IS - 8 PB - PLOS CY - San Francisco 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 -