Photosynthese und Wachstum von Algen und Makrophyten
Ursachen und Auswirkungen der Massenentwicklung von Wasserpflanzen
Im MadMacs-Projekt untersuchen wir, unter welchen Umständen sich Wasserpflanzen massenhaft entwickeln können und welche Auswirkungen das hat auf andere Organismengruppen, auf Kohlenstoff- und Nährstoffhaushalt, auf Hydraulik und Gewässernutzer. Dabei vergleichen wir Abschnitte von Flüssen und Seen vor und nach der Krautung, jeweils mit Kontroll- und Krautungsflächen. Ein Ziel ist die Erarbeitung eines Leitfadens zum Management von Wasserpflanzen. Mehr Informationen sind auf der Projektseite zu finden.
Harpenslager, S.F., Thiemer, K., Levertz, C., Misteli, B., Sebola, K.M., Schneider, S.C., Hilt, S., Köhler, J. (2022): Short-term effects of macrophyte removal on emission of CO2 and CH4 in shallow lakes.- Aquatic Botany 182, 103555, doi.org/10.1016/j.aquabot.2022.103555
Langzeit-Änderungen von Müggelsee and Spree
Das IGB untersucht den polymiktischen Müggelsee in Berlin seit etwa 1978, den Flachlandfluss Spree oberhalb von Berlin seit 1987. Hierbei sind folgende Fragen derzeit besonders interessant:
- Wie reagiert das Ökosystem auf die gleichzeitige Änderung von Nährstoffeinträgen, Durchfluss und Wassertemperatur und die Besiedlung durch invasive Arten?
- In wieweit können Anstrengungen zur Verringerung externer Nährstoffbelastungen durch klimatische Änderungen konterkariert werden?
- Begrenzt das Angebot von Phosphor oder von Stickstoff die Phytoplanktonentwicklung im Müggelsee? Werden N2-fixierende Cyanobakterien bei Mangel an Nitrat oder Ammonium langfristig dominant? Welcher Nährstoff sollte bevorzugt im Einzugsgebiet zurückgehalten werden?
- Welche Wirkungen hat die zunehmende thermische Schichtung im Sommer auf den Sauerstoffhaushalt, die Freisetzung von Nährstoffen aus dem Sediment, die Phytoplanktonentwicklung und die Besiedlung mit Muscheln?
- Durch welche Rückkopplungsprozesse werden die Dominanz von entweder Phytoplankton oder Wasserpflanzen in Flachlandflüssen stabilisiert?
Wasserchemismus und Plankton werden wöchentlich im Müggelsee und 14-tägig in der Spree analysiert. Im Müggelsee zeichnet eine automatische Messstation eine Vielzahl meteorologischer, physikalischer und biologischer Parameter auf. Die Kartierung der Wasserpflanzen erfolgt durch beauftragte Taucher im Müggelsee und durch uns in der Spree.
Shatwell, T. & Köhler, J. (2019): Decreased nitrogen loading controls summer cyanobacterial blooms without promoting nitrogen-fixing taxa: long-term response of a shallow lake.- Limnology & Oceanography 64, S166-S178, https://doi.org/10.1002/lno.11002
Recknagel, F., Adrian, R., Köhler, J. (2021): Quantifying phenological asynchrony of phyto- and zooplankton in response to changing temperature and nutrient conditions in Lake Müggelsee (Germany) by means of evolutionary computation.- Environmental Modelling and Software 146 (2021) 105224 https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2021.105224
Fischsterben in der Oder durch Prymnesium parvum
In der zweiten Augustwoche 2022 tauchten im deutschen Teil der Oder massenhaft tote Fische und Muscheln auf. Gleichzeitig zeigten die Messwerte der automatischen Messstation des Landesamts für Umwelt Brandenburg bei Frankfurt/Oder Sauerstoff-Übersättigung, starke Schwankungen von Sauerstoff und pH im Tagesgang und drastisch gestiegene Chlorophyll-Konzentrationen, alles Zeichen für eine Massenentwicklung von Phytoplankton. Am 15.08. fanden wir massenhaft Prymnesium parvum im Oderwasser, einen Haptophyten (siehe Foto), der u.a. in Skandinavien und in Texas Fischsterben auslöste. Tatsächlich wurde in unseren Proben durch Dr. Varga (Uni Wien) das für diese Algenart typische Toxin Prymnesin nachgewiesen. Nach bisherigen Kenntnissen bevorzugt Prymnesium erhöhte Salzkonzentrationen, wie sie im August 2022 in der Oder gemessen wurden, natürlicherweise aber nicht vorkommen würden. Diese Massenentwicklung wurde gefördert durch viel zu hohe Einträge von Phosphor und Stickstoff aus Kläranlagen und Landwirtschaft, hohe Wassertemperaturen, Staustufen und niedrige Durchflüsse. Wir haben die Alge isoliert und im Labor vermehrt, um ihre Umweltansprüche zu untersuchen. Wir wollen besser verstehen, bei welchen Faktorenkombinationen Prymnesium massenhaft wachsen kann und Toxine bildet. 
Prymnesium parvum aus der Oder, Foto: K. Preuß, IGB
Wir haben in einer Vielzahl von Interviews über die bisherigen Kenntnisse berichtet, etwa in
Einfluss vertikaler Durchmischung auf Wachstum und Photosynthese von Phytoplankton
Die Lichtabhängigkeit von Wachstum und Photosynthese wird traditionell meist bei konstantem Licht oder in konstanten Wassertiefen gemessen. Tatsächlich können sich planktische Algen nicht gegen durch Wind oder Schwerkraft hervorgerufene Wasserbewegungen wehren. Sie werden in einer durchmischten Wassersäule auf und ab bewegt und empfangen dabei stark fluktuierendes Licht. Wir haben in Freiland- und Laborexperimenten diese vertikale Durchmischung simuliert. Dabei wurden Wachstum, Photosynthese und Respiration von typischen Algenarten und ganzen Gemeinschaften bei unterschiedlichen Durchmischungstiefen verglichen.
Köhler, J., Wang, L., Guislain, A., Shatwell, T. (2018): Influence of vertical mixing on light-dependency of phytoplankton growth.- Limnology & Oceanography 63, 1156-1167, https://doi.org/10.1002/lno.10761
Guislain, A., Beisner, B.E., Köhler, J. (2019): Variation in species light acquisition traits under fluctuating light regimes: implications for non-equilibrium coexistence.- OIKOS 128 (5) 716-728 https://doi.org/10.1111/oik.05297
Guislain, A. & Köhler, J. (2022): From minute to day: Ecophysiological response of phytoplankton to fluctuating light exposure during vertical mixing.- Limnology & Oceanography 67, 2809-2820 https://doi: 10.1002/lno.12240
