Fallzahl Standort Koblenz: 1 (Warnstufe Gelb bis 12.02.2021) Maßnahmenkonzept

Projektgruppe Fließgewässerökologie

 


Leiterin der PG

Projektgruppe Fließgewässerökologie
Leiterin der Projektgruppe Aquatische Ökologie

 

 

Die am „Institut für Integrierte Naturwissenschaften“ (IfIN), Abteilung Biologie, angesiedelte interdisziplinäre Arbeitsgruppe Angewandte Fließgewässerbiologie befasst sich mit  Fragestellungen der Fliessgewässerökologie sowie der ökologischen Folgeforschung.

Im Mittelpunkt unseres Interesses stehen dabei die Auswirkungen anthropogener Stressoren auf die ökologischen Leistungen und Funktionen (“ecological services“) fließender Gewässer. Auf der Grundlage der in den letzten Jahren entwickelten Kooperation zwischen der Universität Koblenz-Landau und der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ist die Arbeitsgruppe inhaltlich und personell eng mit Fachreferaten der BfG vernetzt.

 

  • Aquatische Mikrobiologie - Freshwater Microbial Ecology
  • Fließgewässerökologie - Ecology of Lotic Systems
  • Mikrobielle Ökologie - Microbial Ecology
  • Tierökologie - Animal Ecology
  • Tierphysiology - Zoology
  • Umwelt-Risikobewertung - Environmental Risk Assessment

 

 

Leiterin der PG

Projektgruppe Fließgewässerökologie
Leiterin der Projektgruppe Aquatische Ökologie

Mitglied

Projektgruppe Fließgewässerökologie

Mitglied

Projektgruppe Fließgewässerökologie

Mitglied

Projektgruppe Fließgewässerökologie

 

Laufende Projekte:

Es soll experimentell untersucht werden, ob Mikroplastik indirekte Auswirkungen auf aquatische Herbivore hat, die über die Reduktion der Nahrungsqualität vermittelt werden. Sowohl der Einbau von Mikroplastik in autotrophe Biofilme als auch schwebende Partikel im Phytoplankton können sich auf Herbivore auswirken und deren Energieaufnahme, Wachstum oder Fortpflanzung beeinflussen. Alle Experimente werden mit standardisierten Mikroplastikteilchen durchgeführt, die anschließend durch quantitative NMR-Spektroskopie, einer zerstörungsfreien und gleichzeitig qualitativen wie quantitativen Bestimmungsmethode, analysiert werden.
Das Zeitalter des ‚Anthropozäns' ist durch einen umfassenden Einfluss des Menschen auf seine Umwelt im globalen Maßstab geprägt. In diesem Zusammenhang prominent diskutierte Themen umfassen zum Beispiel Klima- und Landnutzungswandel, Umweltverschmutzung und Eutrophierung sowie den dramatischen Verlust der Artenvielfalt. Die Auswirkungen dieser Veränderungen sind nicht nur relevant für das Überleben vieler Tier- und Pflanzenarten, sondern sogar für Menschheit selbst. Die Erforschung und Bewertung des anthropogenen Einflusses auf Ökosysteme stellt daher eine vordringliche gesamtgesellschaftliche Aufgabe dar. Die Forschungsinitiative bearbeitet in diesem Kontext zwei Forschungscluster. Zum einen werden mit der Fokussierung auf Temperaturveränderungen und Eutrophierung anthropogene Stressoren herausragender Bedeutung thematisiert. Zum anderen ist das Schadpotential von Mikroplastikpartikeln in aquatischen Ökosystemen auf dem aktuellen Kenntnisstand nicht prognostizierbar, welche jedoch ein direktes ökotoxikologisches Risiko darstellen. Ziel der Projekte in dem Forschungscluster ist die Erarbeitungen von Vorschlägen zum Risikomanagement von Mikroplastik in Binnengewässern.

Abgeschlossene Projekte:

 

 

 Laufende Arbeiten

 

 

 

 

Abgeschlossene Arbeiten

 

 Mikroschadstoffe sind synthetische organische Substanzen, die chemisch vielfältig, schwer biologisch abbaubar und in bereits sehr geringen Mengen hoch wirksam sind. Pilze in Biofilmen aquatischer Ökosysteme spielen eine wichtige Rolle für Stoffkreisläufe und Nahrungsnetze. Daher wurde der Einfluss von Mikroschadstoffen aus neun Kläranlagen auf die Funktion und Struktur der Pilzlebensgemeinschaft in Biofilmen von Fließgewässern untersucht. Um die Funktion (z. B. Abbau organisches Material) zu erfassen, wurden extrazelluläre Enzymaktivitäten gemessen.

Die Mikroschadstoffbelastung hatte keinen Einfluss auf die Phenol-Oxidase-Aktivitäten, während das Substrat (Kläranlagenstandort mit viel Laub) von Bedeutung war. Hingegen hatten Mikroschadstoffe einen positiven Einfluss auf die Phosphatase- und Leucin-Aminopeptidase-Aktivitäten, wobei der zugrundeliegende Mechanismus nicht nachgewiesen werden konnte. Die Pilzlebensgemeinschaft war durch eine geringe Diversität gekennzeichnet, was durch den Vergleich mit der Bakterienlebensgemeinschaft bestätigt wurde. Mikroschadstoffe hatten einen positiven Einfluss auf die Diversität der Pilzlebensgemeinschaft, was jedoch auch beim chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), beim pH-Wert und bei der Temperatur beobachtet wurde. Demnach ist der positive Einfluss nicht nur auf die Mikroschadstoffe zurückzuführen. Ein Mikroschadstoffeinfluss auf die Zusammensetzung der Pilzlebensgemeinschaft war nicht erkennbar. Hingegen wurde ein positiver Einfluss auf die Zusammensetzung der Pilzlebensgemeinschaft durch die Metalle, den CSB, den pH-Wert und die Temperatur bestimmt.

Mikroschadstoffe sind Zivilchemikalien, die bereits in geringen Konzentrationen biologisch hoch wirksam sind und durch das Abwasser in die Gewässer gelangen. Die in Oberflächengewässern befindlichen mikrobiellen Lebensgemeinschaften können durch Mikroschadstoffe nachteilig beeinträchtigt werden. Zur Erfassung der Auswirkungen der Mikroschadstoffe auf die Funktion und Struktur der mikrobiellen Lebensgemeinschaften, wurden an neun Kläranlagenstandorten in Nordrhein-Westfalen (NRW) sowohl oberhalb als auch unterhalb des Kläranlageneinlaufes Biofilmproben von Steinen aus den Fließgewässern entnommen. Für die Bestimmung der Funktion wurden die Enzymaktivitäten der β-Glucosidase, Leucin-Aminopeptidase und Phosphatase durch Fluoreszenzmessungen analysiert. Durch die molekularbiologische Analyse des terminalen Restriktionsfragment-längenpolymorphismus (tRFLP) anhand der spezifischen 16S-rRNA-Gensequenz wurde die Diversität und Zusammensetzung der Bakterienlebensgemeinschaften untersucht.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Funktion und Struktur der Bakterienlebensgemeinschaften entlang des Mikroschadstoffgradientens verändern. Bei den extrazellulären Enzymen konnte mit zunehmender Mikroschadstoffbelastung eine Steigerung der Phosphatase-Aktivität analysiert werden. Zudem wurde entlang des Mikroschadstoffgradienten zum einen die Diversität der Bakterien verringert und zum anderen wurden sich die Lebensgemeinschaften in der Artzusammensetzung immer unähnlicher.

Obwohl der invasive Amphipod Dikeragammarus villosus als eine Bedrohung für einhemische Makrozoobenthosarten gilt, wird immer wieder eine Koexistenz  mit nativen Amphipoden im Freiland beobachtet. Daher stellt sich die Frage, ob sich die Substratpräferenzen verschiedener Amphipoden unterscheiden und es daher durch kleinräumige Einnischung der Arten zu solchen Koexistenzen kommen kann. Daher untersuche ich in Laborfließrinnen die Subtratpräferenz von D. villosus, dem einheimischen Gammarus pulex und einem bereits seit längerer Zeit naturalisierten Einwanderer G. roeselii. In Kurzzeitexperimenten können alle Arten zwischen größeren Steinen, mittlerem Kies und einem feinen Substrat wählen.

Eutrophierungsbedingtes, massenhaftes Algenwachstum führt in vielen Fließgewässern im Frühjahr zu einer biogenen Kolmation des Kieslückensystems und beeinträchtigt so dessen ökologische Funktionalität. In einem mesoskaligen Kurzzeitexperiment an der Nister wurden die Effekte herbivorer Nasen auf die Algenbiomasse untersucht. Entgegen den Erwartungen war in den Behandlungen ohne Fischen eine signifikant niedrigere Algenbiomasse beobachtet. Dies ist höchstwahrscheinlich durch indirekte Effekte zu erklären, da neben den Nasen auch benthivore Fische ausgeschlossen wurden. Das hat vermutlich das Makrozoobenthos entlastet und zu der beobachteten höheren Biomasse invertebrater Weidegänger und einem dementsprechend intensiveren Grazing bei Fischausschluss geführt.

Die Phosphatverfügbarkeit in Fließgewässern hat einen bedeutenden Einfluss auf die lokale Biozönose. Im Hinblick auf die grundlegenden Reaktionen des Makrozoobenthos als Lebensgemeinschaft auf unterschiedliche Phosphatkonzentrationen liegen bisher jedoch nur unzureichende Forschungsergebnisse vor. Im Zuge dessen werden vier unbeeinflusste Mittelgebirgsbäche mit geogen bedingten Unterschieden der Phosphatverfügbarkeit untersucht. Zum einen sollen Erkenntnisse über die Entwicklung der trophischen Struktur entlang des Phosphatgradienten mittels stabiler Isotopenanalyse gewonnen werden. Zum anderen sollen die Lebensgemeinschaften hinsichtlich ihrer funktionellen Diversität verglichen werden, die als ein Schlüsselfaktor der ökosystemaren Prozesse gilt.

Diese Masterarbeit wurde im Rahmen des Emmy Noether-Projekts „Mechanismen und Konsequenzen aquatischer Invasion in Europäischen Flüssen“, erstellt werden. Mit Hilfe von Freiland-Mesokosmosexperimenten wurde der Einfluss von  D. villosus auf die benthische Gemeinschaft des Rheins untersucht. Es wurde die Hypothesen gestestet, dass die Artendiversität des Makrozoobenthos in den Substratkörben abhängig von der D. villosus Dichte ist und dass eine höhere Biomasse von D. villosus in den Substratkörben zu einer geringeren Biomasse von Chelicorophium curvispinum führt.

Zwei Mittelgebirgsbäche mit unterschiedlichen geogenen Phosphateinträgen werden bezüglich Zusammensetzung und Biomasse des Periphytons sowie benthischer Grazer untersucht. Um festzustellen wie sich die Bottom-up Steuerung des Periphytons auf die Grazer auswirken, werden diese bezüglich ihrer Biomasse und ihrer Investition in Wachstum, mittels RNA/DNA Verhältnis, untersucht.

The RNA/DNA ratio can be used as an index of protein synthetic capacity and is expected to reflect an organism’s investment in growth. Therefore the aim of this study is to use it as an indicator of stress. In an indoor flow channel experiment using D. villosus it is analysed whether low food quantity or quality will affect RNA/DNA ratio and whether this response is correlated with changes in somatic growth rate.

Es ist anzunehmen, dass es artenspezifische Reaktionen und Anpassungsstrategien an veränderte Umweltbedingungen gibt, die eine unterschiedliche Konkurrenzfähigkeit des Organismus zur Folge haben und somit auch den Invasionserfolg beeinflussen. Aus diesem Grund soll in dieser Arbeit untersucht werden, ob der Invasionserfolg von D. villosus auf einer höhere physiologische Plastizität gegenüber einheimischen Arten beruht, die ihn einen größeren Umfang an Umweltbedingungen tolerieren lassen. Zudem soll getestet werden, ob ein effektiverer Energiestoffwechsel von D. villosus zu einem höheren „Scope for Growth“ führt.

Die erfolgreiche Einwanderung von D. villosus wird u.a. auf seine intensive räuberische Ernährungsweise zurückgeführt wie sie in Laborexperimenten beobachtet wurde. Seine trophische Rolle im natürlichen System ist dennoch kaum klar, kann aber mit der Stabilen Isotopenanalyse untersucht werden. Eine genaue Interpretation ist aber nur möglich, wenn die Anreicherungswerte der Isotope bekannt sind, die durch die trophische Fraktionierung einer Ressource im Stoffwechsel des Konsumenten bedingt sind. Diese Werte wurden erstmalig in einem 8-wöchigem Laborexperiment mit D. villosus ermittelt, der auf pflanzlicher als auch auf tierischer Nahrung gehältert wurde.

Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in einem Poster auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Limnologie vorgestellt und als eines der besten Poster prämiert.

In der Türkei sind die taxonomische Zusammensetzung und die Ökologie der Lebensgemeinschaften von Fließgewässern bisher nur lückenhaft bekannt. Aktuell werden in der Türkei Bewertungsverfahren für die Zustandsbewertung der Fließgewässer entwickelt. Dafür werden bestehende, in anderen Ländern etablierte Methoden der Gewässerklassifizierung an die Besonderheiten türkischer Fließgewässer angepasst. Im Rahmen einer bestehenden internationalen Kooperation der Universität Koblenz-Landau mit türkischen Wissenschaftlern werden Grundlagen für die Bewertung türkischer Fließgewässer geschaffen. Dazu werden in fünf unbeeinflussten Zuflüssen des oberen Euphrats habitatspezifische MZB-Proben entnommen. Desweiteren wird die Stellung abundanter Taxa im Nahrungsnetz mittels Analyse stabiler Isotopen ermittelt. Die untersuchten Bäche sollen als Referenzgewässer für die Bewertung von Gewässern gleichen Typs verwendet werden.

Im Oktober 2012 wurde erstmals eine Verunreinigung der Quelle des Burbaches nordwestlich Thalhausens (Kreis Neuwied) mit Sliagesickersaft seitens einer ansässigen Biogasanlage registriert. Einer Ausbreitung der Verunreinigung wurde mit verschiedenen Maßnahmen, darunter der Errichtung einer sich noch heute in Betrieb befindlichen mobilen biologischen Kläranlage entgegengesteuert.Es wird allerdings die Frage gestellt, was die ökologischen Folgen dieser Verunreinigung für das Gewässer sind. Vor dem Hintergrund dieser Thematik konzentrieren sich die innerhalb dieser Masterarbeit geplanten Untersuchungen sowohl auf den Burbach als auch auf die nachfolgenden Gewässer Iserbach und Saynbach. Anhand unterschiedlicher Analysen, welche sowohl die Gewässerlebensgemeinschaften als auch die chemischen und physikalischen Beschaffenheiten des Wassers einschließen, soll die ökologische Beurteilung der Gewässer nach den Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie und so eine erste Einschätzung der möglichen Auswirkungen der Verunreinigung, allen voran des Burbaches, und dessen Reichweite ermöglicht werden. Weitere Informationen unter bi-nothilfe-burbach.de/index.php

Precopulatory mate guarding is a common reproductive behaviour stage in freshwater amphipods. In the precopula phase males hold females for several days until the female molts and fertilization is possible. Between late summer and early winter the freshwater amphipods Gammarus fossarum and G. pulex usually undergo a non-breeding resting period during which the formation of precopula pairs ceases. Previous research results obtained by Becker et al. (2013) showed that in both species the onset of the resting period coincides with a lack of stored energy. It is therefore the aim of this study to verify experimentally whether the cessation of precopulatory mate guarding is caused by energetic depletion.

Seit dem Zusammenbruch der Nasenbestände an der Nister mit dem Auftreten der ersten Kormorane im Winter 1997/1998 hat sich die Gewässergüte der Nister massiv verschlechtert. Algenblüten und damit einhergehende pH-Werte von teils über 9,5 in Frühjahr und Sommer können nicht alleine durch Veränderungen der Phosphat- und Nitrateinträge erklärt werden. Durch ins Gewässer eingebrachte Betonplatten mit und ohne elektrischen Fischzäunen soll nachgewiesen werden, dass die Nase als herbivorer Fisch in erheblichem Maße zum Eindämmen der Algenblüten und somit zum Erhalt der Gewässergüte beitragen kann.

Das Verhältnis von RNA zu DNA im Gewebe eines Organismus kann Aufschluss über die aktuelle Wachstumsrate geben. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methode etabliert, RNA- und DNA-Konzentrationen von D. villosus zu bestimmen. In einem zusätzlichen Laborexperiment soll überprüft werden, ob das RNA/DNA-Verhältnis tatsächlich mit der Wachstumsrate der Organsimen korreliert.

Meine Bachelorarbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen von des eingewanderten Amphipoden Dikerogammarus villosus auf die Artengemeinschaft des Makrozoobenthos der Elbe. Dazu werde ich Proben auswerten, die im Mesokosmosexperiment des Emmy Noether-Projekts gewonnen wurden. Ich werde Proben unterschiedlicher D. villosus-Dichte auszählen und im Hinblick auf Dichte und Größe der anderen Makrozoobenthosarten miteinander vergleichen

In Rahmen meiner Masterarbeit habe ich in Tunceli (Türkei) die Habitatqualität je eines mit Schwermetallen belasteten und unbelasteten Flusses (Pülümür und Munzur) verglichen. Dies erfolgte durch eine Analyse der Makrozoobenthosbesiedlung und der Messung physiologischer Eigenschaften einiger Invertebraten (Glykogen und Fettreserven).

Obwohl in zahlreichen Renaturierungsprojekten die morphologische Habitatqualität stark aufgewertet wurde zeigt sich vielfach, dass sich die Qualität der Invertebraten-Lebensgemeinschaften durch die Renaturierungen kaum verbessert. Wir haben anhand von 1458 Makrozoobenthos-Proben aus Hessen untersucht inwieweit die ökologische Qualität von Invertebraten-Lebensgemeinschaften von der Gewässerstrukturgüte der Fließgewässer beeinflusst wird. Es zeigte sich, dass neben der lokalen Gewässerstrukturgüte am Ort der Probenahme insbesondere die mittlere regionale Gewässerstrukturgüte im 5 km Umfeld einen starken Einfluss auf den ökologischen Zustand der MZB- Lebensgemeinschaften hat. Ist die mittlere regionale Strukturgüte hoch, so ist auch der ökologische Zustand meist gut, unabhängig von der lokalen Strukturgüte. Ist die mittlere regionale Strukturgüte schlecht, so ist umgekehrt der ökologische Zustand in der Regel schlecht, unabhängig von der lokalen Strukturgüte.
Aus diesen Erkenntnissen lässt sich für zukünftige Renaturierungsprojekte ableiten, dass lokale Strukturverbesserungen insbesondere in Gebieten einer intermediären regionalen Strukturgüte eine ökologische Aufwertung herbeiführen können.

Diese Arbeit wurde mit dem Hintermann&Weber-Forschungspreis 2012 und dem Posterpreis der Deutschen Gesellschaft für Limnologie 2012 ausgezeichnet.

In einem paarweisen Ökosystemexperiment wurde der Einfluß benthivorer Fische (Bachschmerle, Gründling) auf die Makrozoobenthosgemeinschaft untersucht. Als sublethale Folgen der Prädation wurde eine Reduktion von Reservestoffen (Triglyceride) bei einzelnen Arten festgestellt. Im Rahmen dieser Bachelor Arbeit soll untersucht werden, ob sich diese Reduktion gespeicherter Energie auf den Fortpflanzungserfolg dieser Arten auswirkt.
Dazu sollen die Anzahl der Eier adulter Wasserinsekten aus Emergenzproben bestimmt werden, die jeweils in Anwesenheit oder Abwesenheit der Fische gewonnen wurden.

Um die Bedeutung invertebrater Weidegänger für die Steuerung der Biomasse autotropher Biofilme in Fließgewässern abschätzen zu können, soll die Wachstumsrate von Biofilmen mit der Konsumtionsrate benthischer Weidegänger verglichen werden. Dieser Vergleich erfolgt in einem dynamischen Modell uns setzt die Kenntnis der phosphor- und lichtlimitierten Wachstumsraten voraus. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit, sollen Wachstumsraten bei verschiedenen Licht und Phosphorkonzentrationen experimentell bestimmt werden.

Benthische Makroinvertebraten sind einem hohen Prädationsrisiko durch Fische ausgesetzt. Mit Hilfe der Drift können sie auf einfache und kraftsparende Weise dem Zusammentreffen mit dem Prädator enfliehen. Um genauere Erkenntnisse über den Einfluss der Fische auf die Driftraten von Makrozoobenthosarten zu erlangen, wurden in einem großangelegten Langzeitversuch die Driftraten in zwei ähnlichen Bächen über mehrere Jahre gemessen und in dieser Arbeit vergleichend ausgewertet.

 

 

 

Logo der DFG  

founded by the German Research Foundation with an Emmy Noether grant

 

The phenomenon of alien species’ invasion is attracting a growing attention worldwide. Invasion of alien benthic invertebrates is a global and important feature of large rivers and is assumed to pose a threat to biodiversity and ecosystem functioning. While changes of invertebrate communities have been described in detail, it is still unknown whether these structural changes translate into functional changes. The aim of this project is to understand the underlying key mechanisms of invasion and its consequences for ecosystem functioning and water–quality relevant processes. As a model the invasive amphipod Dikerogammarus villosus and its impacts are studied on multiple levels of complexity (individual, population, and community level) with ecological and physiological methods. Field mesocosm experiments will be conducted in three European rivers which differ in their invasion history (dominated by natives, invader-dominated, and invader’s home range). Thereby the effects of different D. villosus densities on biotic interactions and important ecosystem functions are compared among those rivers. This offers the unique opportunity to study invader traits and community features and their importance for the success of a biological invasion over different spatial and temporal scales. In addition it allows estimating the large scale effect of D. villosus invasion.

 

Schema der geplanten Mesokosmosanlage   Principle set-up of the mesocosm system we are planning to use in the three rivers. At each site nine channels will be exposed where the sediment filled baskets can be kept at the water surface by a pontoon construction. This system can be disassembled and thus transported relatively easy.