Aquatische Ökosysteme sind von Natur aus komplex. In ihnen laufen beständig miteinander vernetze, oft nicht lineare Prozesse auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen ab. Zu nicht linearen Reaktionen kann es beispielsweise durch Störungen kommen, die einen sogenannten Regimewechsel auslösen, etwa langanhaltende Trockenheit. Wichtige Bestimmungsfaktoren komplexer aquatischer Ökosysteme sind die Landschaftsstruktur, in der sich die Gewässer befinden, und die Konnektivität, also die Verbindung der Gewässer untereinander auf verschiedenen Ebenen.
Im Programmbereich „Dimensionen der Komplexität aquatischer Systeme“ analysieren wir diese Netzwerke, um Dynamik und Verhalten aquatischer Ökosysteme und ihres terrestrischen Umfelds besser zu verstehen. Konkret geht es dabei um Flüsse von Wasser, Energie, Informationen, Nähr- und Schadstoffen sowie um den Beitrag externer Faktoren wie Landnutzung und Klimawandel. Wir nutzen Felduntersuchungen und Monitoring, Data Mining, Experimente und Modellierung. Das Langzeitmonitoring des IGB ist eine Schlüsselkomponente unseres Programmbereichs. Im Fokus unserer Forschung stehen die Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen terrestrischen und aquatischen Lebensräumen, zwischen Sediment und Wassersäule, zwischen Wasser und Luft sowie zwischen und innerhalb von Organismen.
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Ausgewählte Publikationen
Effects of temporary streamflow interruption on hyporheic oxygen dynamics
Die Studie zeigt, wie wichtig es ist, kurzfristige Durchflussunterbrechungen in Flussbewirtschaftungsstrategien zu berücksichtigen: Sie führten an der Erpe zu einem Rückgang der tägl. Schwankungsamplitude des Sauerstoffgehalts im Oberflächen- und im Porenwasser. Darüber hinaus kam es nach der Wiederbefeuchtung zu einer Stoffwechselverschiebung.
Enhancement of Hyporheic Flow and Solute Transport by Random Burrow- and Mound-Induced Bioturbation
Die Studie kombiniert Laborversuche, Geostatistik und 2D-Modelle, um zu untersuchen, wie Bioturbation Sedimentstruktur, Oberflächenrauheit und damit hyporheischen Austausch und biogeochemische Prozesse verändert. Unregelmäßige Röhrensysteme begünstigen ein tiefes, heterogenes Eindringen von gelösten Stoffen.
A Novel In Situ Experimental Setup for Studying the Impact of Bedform Celerity on 2D Oxygen Distribution in the Hyporheic Zone of Streams
Die Autor*innen untersuchten den Einfluss dynamischer hyporheischer Zonen. Sie entwickelten ein neues Feldmesssystem, das die gleichzeitige Beobachtung der Sauerstoffdynamik und der Migration von Sohlformen in einem Fluss ermöglichte. Im Gegensatz zu den Ergebnissen anderer Studien beobachteten sie bei der höchsten Strömungsgeschwindigkeit stärker mit Sauerstoff angereicherte Sohlformen.
Enhancing process interpretation with isotopes: potential discharge-isotope trade-offs in ecohydrological modelling of heavily managed lowland catchments
Die Autor*innen entwickelten ein tracergestütztes hydrologisches Modell weiter, um Schätzungen der ökohydrologischen Aufteilung und des Wasserhaushalts im Mittelspree-Einzugsgebiet besser einzugrenzen. Trotz der Komplexität der heterogenen Landnutzung, der umfangreichen Wasserinfrastruktur und der Tradition intensiver Bewirtschaftung gelang es ihnen, die ökohydrologischen Abläufe zu entflechten.
Dense stands of aquatic plants retain water in lowland rivers and in adjacent floodplain aquifers
Die Autor*innen fanden mithilfe von Langzeitdaten der Spree heraus, dass Wasserpflanzen sinkende Wasserstände von Tieflandflüssen in einem trockeneren Klima kompensieren können. In den letzten Sommern führten die Wasserpflanzen im unteren Teil der Spree zu einem Wasseranstieg von rund 50 bis 60 cm im Vergleich zur Situation ohne Wasserpflanzen und glichen damit die sinkende Abflussmenge aus.