Mechanisms and consequences of vertical light-nutrient competition between benthic and pelagic primary producers in running-water systems
Final Report Abstract
In aquatischen Ökosystemen ist die Primärproduktion durch Algen in zwei strukturell verschiedenen Habitaten möglich, im Benthos an den Gewässergrund angelagert oder als Phytoplankton im Oberflächenwasser. Die Algen in diesen Habitaten konkurrieren dabei insbesondere um Licht und Nährstoffe, wobei plankonische Algen benthische Algen beschatten und benthische Algen im Gegenzug den Nährstoffeinstrom durch die hyporheische Zone vermindern können. Diese Licht-Nährstoffkonkurrenz zwischen benthischen und planktonischen Algen wurde in diesem Projekt durch Meskosmen Experimente und einer Modellierung der Schlüsselprozesse für Fließgewässersysteme untersucht. Der Fokus lag dabei auf dem Weg des Nährstoffeintrags (Nährstoffeintrag über die hyporrheische Zone oder direkt in das Oberflächenwasser) und auf longitudinal beeinflusste Steuergrößen wie Licht- und Nährstoffangebot. Weiter sollten auch die Auswirkungen der Konkurrenz zwischen den Primärproduzenten auf Herbivore und der Einfluss der Herbivore auf diese Konkurrenz untersucht werden. Die Modelluntersuchungen und die Versuchsergebnisse zeigen dabei viele grundsätzliche Übereinstimmungen. Es zeigt sich, dass vor allem bei geringen bis mittleren Gewässertiefen das Ablösen von benthischen Algen, das Aussinken von planktonischen Algen und die Wege des Nährstoffeintrags bestimmende Prozesse für die Menge und Verteilung der Algenbiomasse in den jeweiligen Habitaten darstellen. Eine Zunahme an Nährstoffeinstrom erhöht die jeweilige Algenbiomasse, ändert aber nicht das grundsätzliche Muster der Konkurrenz. Eine Abnahme des Lichtangebots verringert die Dominanz des Phytoplanktons, erhöht aber die Menge an gelösten Nährstoffen im System. Bei mittleren bis hohen Grazingraten kann die Biomasse der Algen durch Herbivore kontrolliert werden, bei hohen Grazingraten akkumulieren sich jedoch gelöste Nährstoffe im System. Die Ergebnisse dieses Projektes bieten neben einen grundsätzlichen Erkenntnisgewinn von möglichen Schlüsselprozessen in Fließgewässersystemen auch ableitbare generelle Optionen vor allem zur Eutrophierungsvermeidung im Fließgewässermanagement. Dabei zeigt sich, dass vermittelt durch Prozesse der Ressourcenkonkurrenz zwischen benthischen und planktonischen Algen vor allem der Weg des Nährstoffeinstroms, die hydraulische Konnektivität des Gewässerbodens, die Gewässertiefe und eine interne Kontrolle durch Grazer als wichtige Faktoren im Gewässermanagement agieren können.
Publications
- (2018) Longitudinal patterns and response lengths of algae in riverine ecosystems: A model analysis emphasising benthic-pelagic interactions. Journal of theoretical biology 442 66–78
Jäger, C. G. & D. Borchardt
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2018.01.009) - (2014). Mechanisms and consequences of vertical lightnutrient competition between benthic and pelagic primary producers in running-water systems. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Limnologie e.V. (DGL), Magdeburg
Hagemann, Jeske & Christoph G. Jäger
- (2015). How resource competition determines diversity of primary producers - radial mesocosm experiments can simulate the benthic-pelagic interaction in rivers. Symposium for European Freshwater Sciences (SEFS), Genf
Hagemann, Jeske & Christoph G. Jäger
- (2017). Can nutrient pathways and biotic interactions control eutrophication in riverine ecosystems? Evidence from a model driven mesocosm experiment. Water Research, 115, 162–171
Jäger, C.G., Hagemann, J. & Borchardt, D.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.02.062)
