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Vorträge nach Session

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Presentations sorted alphabetically by session

Letzte Aktualisierung / last update:  2024-09-09 15:05 CEST

Plenarvorträge / Plenary Talks

Prof. Dr. Marinda Avenant

University of the Free State, Bloemfontein, South Africa

Session: Plenary (PV1)

Monday 11:30, POT_081

(Moderation: Dirk Jungmann )

South Africa’s climate ranges from semi-arid to hyper-arid, with humid areas being limited to the south and east coasts. Its mean annual rainfall of 452 mm/year is exceeded by evaporation for most of the country, resulting in a rainfall-runoff conversion rate 8.6%; among the lowest in the world. This, together with highly erratic seasonal rainfall, result in highly variable stream flows, as well as unpredicted periods of droughts and floods. A large percentage of South Africa’s rivers are, therefore, event-driven and subjected to natural interruptions in their surface flow. These interruptions may last from a few days for intermittent rivers, to several years for episodic rivers that flow only briefly after an occasional rainfall event. Despite their abundance in southern Africa, surprisingly little is known about the hydrological and ecological processes sculpting these unique rivers. This poor understanding is mainly due to a strong research focus on perennial rivers in the past. A general lack of historical hydrological and ecological data for non-perennial rivers, together with the difficulty in predicting the occurrence of hydrological events, complicated the planning and execution of research programmes. This situation is not unique to southern Africa, with water scientists and managers in other parts of the word, including Europe, facing similar challenges. Globally, the realisation of how vulnerable non-perennial rivers are due to increasing anthropogenic pressures and general lack of legislative protection measures have led to a renewed focus and research interest in these understudied systems. Of particular concern is the impact climate change may have on existing flow regimes. Hydrological simulations project that the number of zero-flow days, as well as the frequency and duration of drying events in rivers, will markedly increase by 2050. The growing prevalence of streamflow interruptions will not only “force” intermittent river sections towards the episodic end of the hydrological continuum but will cause some perennial rivers to become intermittent. Research indicates that perennial rivers experiencing flow interruptions may exhibit comparable ecological trends to natural non-perennial river systems. This presentation shares information from case studies done on non-perennial systems in southern Africa, highlighting some of the lessons learnt and implications for river management.

Marie-Elodie Perga; Nicolas Escoffier; Pascal Perolo; Gael Many; Marttiina Rantala; Damien Bouffard

University of Lausanne, Switzerland

Session: Plenary (PV2)

Tuesday 13:30, POT_081

(Moderation: Robert Schwefel )

The role of lakes and other inland waters as significant CO2 emitters has been repeatedly demonstrated over the last three decades, but the underlying mechanisms remain debated. The metabolic theory has long been the dominant paradigm, i.e., lake metabolism, the balance between inorganic fixation by primary production and release by organic matter mineralization (respiration at large), is the primary mechanism controlling C cycling in lakes. However, the metabolic theory fails to explain CO2 emissions in many lakes, as well as the magnitude and directions of the changes we observed for the last 150 years. There is now piling evidence that lake CO2 excess could also be largely the product of inputs of inorganic carbon from the surrounding catchment, but the inorganic theory still struggles to find its way within the general understanding of the carbon cycle in lakes. A cause could be the deficient understanding that we still have of the processes acting upon alkalinity (i.e., TAC) and DIC in lakes and how they affect CO2 exchanges at the lake-atmosphere interface. We built upon observations at multiple scales, from paleo-ecological records, long-term ground observatories, high-frequency data, and remote sensing, and blended the acquired knowledge within a physical-biogeochemical model to understand and quantify how alkalinity inherited from catchment weathering could sustain the net positive CO2 emissions of lake Geneva. We mechanistically demonstrated how the so far side-lined process of calcite precipitation boosts net CO2 emissions at the annual scale. Far from being anecdotal, we showed that calcite precipitation could explain CO2 outgassing across various lakes globally, including some of the largest lakes in the World.

Prof. Dr. Jost Borcherding

Ökologische Forschungsstation Rees, Institut für Zoologie der Universität zu Köln, Deutschland

Session: Plenary (PV3)

Montag 09:00, POT_081

(Moderation: Thomas Berendonk )

In den letzten drei Jahrzehnten fokussierte sich unsere Forschung in den Auengewässern am Niederrhein im Wesentlichen auf fischökologische Fragestellungen. Das übergeordnete Ziel lag dabei in der Analyse von funktionalen Zusammenhängen, die zum Verständnis ökologischer Anpassungen der Arten beitragen, sowohl als Mitglied von Lebensgemeinschaften als auch in ihrer aktuellen Umwelt. In dem Vortrag werde ich erläutern, wie in der durchdachten Kombination der Erfassung der Artengemeinschaften im Freiland mit nachgeordneten Analysemethoden der qualitative Schritt vom rein deskriptiven zur Aufklärung der ökologischen Funktionalität gelingen kann. Für das Freiland bedarf es zunächst eines klug gewählten Designs in der Erfassung der Arten (Befischungen, Zählungen, Beobachtungen), um nachvollziehbare Entwicklungen (Abundanzen, Wachstum) der Arten (-gemeinschaften) zu dokumentieren. Häufig konnten wir anschließend mit umfangreichen Magenuntersuchungen grundlegende qualitative aber auch quantitative ökologische Zusammenhänge zum Lebensraum aufzeigen, weil der Großteil der ökologischen Nische der Fische durch die Nahrung bestimmt ist. Der wichtige Aspekt von Fischwanderungen/-bewegungen, als essentieller Bestandteil des Lifecycles vieler Arten, wurden durch sich immer weiter verbessernde Methoden der Besenderung unterstützt. In den Bereichen wo funktionale Zusammenhänge durch Erfassungen der Artengemeinschaften alleine nicht zweifelsfrei belegt werden konnten, halfen weitergehende Analysemethoden Zusammenhänge zu belegen, wie Modellierungen, statistische Verfahren und, in der jüngeren Vergangenheit zunehmend genetische Methoden. Ich werde in meinem Vortrag explizit eingehen auf, (a) zeitliche und örtliche Aspekte von Fischwanderungen (Jungfischschwärme im Winter, Nordseeschnäpel, Lachs, Aal), (b) auf phänotypische Plastizität in Bezug auf Verhalten, Wachstum und morphologische Veränderungen (Flussbarsch, invasive Grundeln), (c) Aspekte der Prädation und Konkurrenz innerhalb der Artengemeinschaften (Flussbarsch, invasive Grundeln), sowie (d) auf langfristige Veränderungen von Artengemeinschaften über Raum und Zeit (invasive Grundeln). Mein Vortrag soll dabei den Wert der Feldforschung als wesentliche Grundlage des Erkenntnisgewinns in den Vordergrund stellen, die über das deskriptive hinaus ökologische Zusammenhänge aufklären kann, um die heutigen Fischartengemeinschaften in ihrer anthropogen überformten und häufig gestörten Umwelt besser zu verstehen.

Preise / Awards

Dr. Rüdiger Mauersberger

Förderverein Feldberg-Uckermärkische Seenlandschaft e.V.

Session: Praxispreis (Vortrag)

Dienstag 17:00, POT_081

(Moderation: Markus Weitere / Eckhard Coring / Mario Sommerhäuser )

Zu den prioritären Objekten des Naturschutzes im Jungpleistozängebiet NO-Deutschlands zählen vordergründig natürliche, eiszeitlich entstandene Seen, Sölle (wassergefüllte Toteishohlformen) und Moore verschiedenster Typen. Eigene Aktivitäten seit den 1990er Jahren, vor allem im Naturpark Uckermärkische Seen, ferner im Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin sowie in den Naturparken Feldberger Seenlandschaft und Stechlin-Ruppiner Land widmeten sich der Qualitätsverbesserung und Mehrung derartiger aquatischer Ökosysteme. Grundlage bildeten vor allem Förderungen des Bundes (Naturschutzgroßprojekt Uckermärkische Seen, E+E-Vorhaben Chara-Seen), der Länder Brandenburg und MV sowie des NaturschutzFonds Brandenburg oder des WWF Deutschland.

Der Zielvorstellung von klaren, von Makrophyten dominierten Gewässern folgend, wurden intensiv stoffemittierende Flächen erworben und ihre Nutzung verändert, Drainagezuflüsse rückgebaut, seeinterne Eingriffe in den Phosphorhaushalt versucht (Fällung, Adsorption an eisenhaltiges Granulat, P-Entzug über Pflanzen-Biomasse oder Tiefenwasserentnahme). An etwa 40 Seen wurden verschiedene fischereiliche Maßnahmen zur Förderung von Makrophyten umgesetzt (Entnahme von Pflanzenfressern, Weißfischen und Karpfen, Besatz mit verschiedenen piscivoren Fischen). Auch wenn nicht wenige der genannten Maßnahmen erfolgreich oder sehr erfolgreich waren, bleibt nach drei Jahrzehnten Erfahrung doch die Erkenntnis, dass die erwünschte Beeinflussung der Gewässerqualität in der Realität deutlich schwerer ist als gedacht.

Entsprechend intensive Bemühungen vorausgesetzt (z.B. 16 Planfeststellungsverfahren, Beantragung von über 40 wasserrechtlichen Erlaubnissen), führen Maßnahmen zum Wasserrückhalt zugunsten des Volumens und der Fläche von Gewässern und Mooren zu signifikanter positiven Ergebnissen. So gelang die Wasserstandsanhebung an 30 Seen und über 60 Mooren sowie die Wiederherstellung zahlreicher Kleingewässer, vor allem als Habitate für die Rotbauchunke. Erwünschte Nebeneffekte dieser Maßnahmen waren die Vergrößerung der Grundwasservorräte, die Verlagerung eines Teils des Abflusses aus dem oberflächlichen Geschehen ins Grundwasser, die Pufferung von Abflussspitzen sowie die Schaffung oder Aufwertung einer großen Zahl von Lebensräumen von aquatischen oder semiaquatischen Arten (z.B. Characeen, Stratiotes aloides, Leucorrhinia pectoralis, Dytiscus latissimus, Seeadler, Kranich und Fischotter).

Meine Arbeit beim Förderverein Feldberg-Uckermärkische Seenlandschaft e.V. beinhaltet nicht nur die Vorbereitung weiterer Vorhaben, sondern auch die Verwaltung und Sicherung der bisherigen Maßnahmeflächen sowie den Versuch, die bewirkten Veränderungen in der Landschaft so gut wie möglich durch ein Monitoring mit geringem Budget zu dokumentieren.

In der Öffentlichkeit setze ich mich seit Langem für die Zurückdrängung der künstlichen Entwässerung der Landschaft und den Wasserrückhalt – ein Thema, was bei zunehmenden Klimawandeleffekten (die sich in NO-Deutschland durch eine anhaltend negative klimatische Wasserbilanz äußern) immer dringlicher wird.

Nele Markert

Department of Aquatic Ecology, Faculty of Biology, University of Duisburg-Essen, Universitätsstrasse 5, Essen D-45141, Germany

Session: Nachwuchspreis (Vortrag)

Wednesday 09:00, POT_081

(Moderation: Dominik Martin-Creutzburg / Michael Hupfer )

Human land use significantly impacts environmental conditions of aquatic ecosystems on a broad scale, thus affecting a wide range of riverine parameters from water quality to hydro-morphological conditions. The resulting multiple environmental stressors and their impacts on riverine biodiversity have been analysed in many limnological studies. Yet some stressors, such as micropollutants, have only been addressed in recent years, while questions remain about their specific sources and ecological effects.

This project examined the influence of catchment land use on stressor levels, including the proportion of agricultural areas, with detailed information on the cultivation of specific crop types, and the percentage of urban effluents. The results show that diffuse pollution from agricultural areas was positively associated with elevated pesticide concentrations. Crop type-specific analyses resulted in much stronger associations with pesticide concentrations (R² up to 0.46) as compared to the proportion of crop land. Urban areas and wastewater treatment plants, as important point sources of pollution, were strongly linked to elevated concentrations of both pharmaceuticals (R² up to 0.54) and pesticides (R² up to 0.33).

The analyses of multi-stressor effects on macroinvertebrates, benthic diatoms and fishes showed that water quality variables, especially physico-chemical variables, remain important factors for the ecological status of rivers. Notably, the calculated ecotoxicological risks of micropollutants did not align well with the relative importance for the three organism groups. Among hydromorphological stressors, only hydrological variables showed a high relative effect on riverine communities.

To improve the ecological status of river ecosystems, both water quality and structural habitat quality require consideration in river basin management. Broad-scale proxies such as the total percentage of agricultural (crop land) and urban areas may fail to detect specific areas of environmental risk. To identify potential agricultural impacts, a more detailed analysis at the level of individual cultivations is recommended, while in urban catchments analyses of the impacts of wastewater treatment plant effluents considering both water quality and hydrological alterations can help to identify targeted management measures.

Christian Schürings

Department of Aquatic Ecology, Faculty of Biology, University of Duisburg-Essen, Universitätsstrasse 5, Essen D-45141, Germany

Session: Nachwuchspreis (Vortrag)

Wednesday 09:40, POT_081

(Moderation: Dominik Martin-Creutzburg / Michael Hupfer )

The health of European rivers, as indicated by riverine biota, is profoundly influenced by agricultural land use. Numerous studies have documented the substantial pressures that agriculture exerts on freshwater systems, impairing water quality, altering habitat structure, and threatening biodiversity. However, large-scale studies often overlook the variability in crop types and cultivation intensities, despite clear evidence from case studies showing differential biota responses to various agricultural practices. Our European-scale study aggregates agricultural activities across the continent into 20 Areas of Farming-induced Freshwater Pressures (AFFP), characterized by specific profiles of nutrient surplus, pesticide toxicity, water abstraction, and hydromorphological alterations. This classification allowed us to create an agricultural intensity index that nearly doubled the correlative strength between agriculture and the ecological status of rivers compared to using the sheer share of agriculture in sub-catchments.

To place these findings within a broader context, a global meta-analysis revealed that the impacts of agricultural land use on river biota are widespread and significant, underscoring the importance of our European-scale analysis. Additionally, applying these findings to a Germany-wide dataset of 7,748 sites, we observed that agriculture’s impact, particularly through pesticide use, was more detrimental than urban land use across all organism groups. The strongest negative effects on macroinvertebrates and macrophytes were linked to pesticide-intensive permanent crops (e.g., orchards, hops, vineyards), while diatoms were most affected by nutrient-intensive crops (e.g., maize, intensive cereals). The relationship between land use and micropollutants, such as pesticides, in rivers was further evidenced at a regional scale.

Further detailed analysis in Germany showed that small mountain streams are particularly vulnerable to agricultural pressures, with the explanatory power of agriculture reaching up to R² = 0.43 for macroinvertebrates. These findings highlight the urgent need for sustainable agricultural practices across Europe and within Germany, particularly reducing pesticide application to protect river ecosystems. Additionally, these insights have the potential to contribute to the successful implementation of the EU Nature Restoration Law, which aims to halt and reverse biodiversity losses across European ecosystems and strengthen the resilience of freshwater habitats.

This research not only advances our understanding of agricultural impacts on freshwater ecosystems at a European scale but also provides crucial insights for national policymaking in Germany, where targeted measures could significantly enhance riverine biodiversity conservation. By aligning agricultural practices with ecological preservation, we can ensure healthier rivers and more resilient ecosystems across the continent.

Johannes Werner

Department of General Ecology, Institute for Zoology, University of Cologne, D-50674 Cologne (Köln), Germany

Session: Nachwuchspreis (Vortrag)

Wednesday 10:20, POT_081

(Moderation: Dominik Martin-Creutzburg / Michael Hupfer )

Biodiversity is a crucial prerequisite for the functioning of natural communities and ecosystems. However, the immense biodiversity in aquatic systems still raises many unresolved questions for ecologists. How can so many species coexist with only a few limited resources? This question was initially addressed by models and later by experiments showing that non-linear dynamics (interactions which do not follow linear trends) can generate complex behaviours, including oscillations and deterministic chaos, which allow multiple species to coexist where traditional linear models predict competitive exclusion. Deterministic chaos describes aperiodic fluctuations highly sensitive to initial conditions and is, without mathematical methods, barely distinguishable from random fluctuations. However, its underlying order providing ecosystem stability and ranges in which organisms abundances fluctuate, unlike pure stochasticity. Whilst models and experiments have demonstrated the potential of non-linear and chaotic dynamics to explain biodiversity patterns, the underlying mechanisms and reasons for chaos have remained elusive. This gap in understanding is not due to the absence of such dynamics in nature, but rather the complexity of natural systems and the challenge in isolating intrinsic factors from external influences make it difficult to recognise this phenomenon. Long-term, high-resolution data collection under tightly controlled conditions is necessary to distinguish deterministic chaos from random fluctuations and to uncover the intrinsic mechanisms driving dynamics. Such experiments are challenging to conduct and interpret, but are crucial for understanding the fundamental processes that contribute to biodiversity.

Our results show that even single-species populations exhibit characteristics of non-linear and chaotic dynamics. Using an automatic cell registration system, we conducted a continuous and undisturbed analysis of dynamic behaviour of a chemostat with high temporal resolution. Additionally, we performed experiments using a microfluidic chip, which in addition to chaotic dynamics also revealed self-organised patterns in a spatial dimension. These findings demonstrate that complex processes occurring within individual cells can significantly influence dynamics at both the population and spatial levels, challenging the traditional view that non-linear dynamics primarily arise from interactions between different species and as a response to interactions with the environment. Our findings reveal that single-species dynamics often operate at the “edge of chaos”, a state characterised by a mixture of chaotic, ordered and stochastic disordered behaviour, which may be particularly important for ecosystem resilience. Studying non-linear dynamics is crucial as it provides insights into the mechanisms that maintain biodiversity in natural ecosystems, even in wastewater treatment such pattern have been observed. Also, chaotic dynamics and pattern formation can stabilise ecosystems by reducing extinction rates and allowing a higher diversity, implications which can be explained by the behaviour of single-species dynamics as visible in our experiment. Hopefully, this study can bridge the gap between theoretical models and experimental observations, underscoring the importance of considering non-linear dynamics in both basic research and applied fields of ecology.

Session A01

  • Biodiversität und Ökologie aquatischer Lebensgemeinschaften
  • Diversity and ecology of aquatic communities

Moderation: Carola Winkelmann / Andreas Martens / Susanne Worischka

Dr. Christian K. Feld

University Duisburg-Essen

Session: A01 (Vortrag)

Montag 14:00, POT_081

Welche Artenvielfalt finden wir in Deutschlands Binnengewässern und Auen? Welche Trends sind zu erkennen und wie hängen diese mit den meist menschengemachten Belastungen der Ökosysteme zusammen? Welche Auswirkungen auf Ökosystemleistungen sind zu erkennen bzw. zu erwarten? Und welche Handlungsoptionen haben wir, um die Situation zu verbessern? Dies waren die Kernfragen des „Faktencheck Artenvielfalt“, der sich von 2021–2024 mit über 140 Expert:innen aus Wissenschaft und Praxis der bislang umfassendsten Bestandsaufnahme von Fakten zur Biodiversität in Deutschland widmete. Mit Blick auf die Süßwasserlebensräume wurden Fließgewässer mit ihren Auen und Ästuaren, Seen und kleine Stillgewässer, Quellen, Moore und das Grundwasser betrachtet. Die Ergebnisse sind alarmierend. Die Mehrzahl der untersuchten aquatischen Pflanzen- und Tiergruppen sowie ihrer Lebensräume ist in einem eher ungünstigen Erhaltungszustand. Viele Arten zeigen negative Bestandstrends, insbesondere Fische, Amphibien, Reptilien und einige Insektengruppen. Alarmierend ist zudem, dass die Mehrzahl der Binnengewässer und Fließstrecken in Deutschland nicht bzw. nicht regelmäßig überwacht werden. Die Datenlage zu vielen kleinen Bachoberläufen und Quellen sowie Teichen, Söllen und anderen kleinen Stillgewässern ist dünn. Das gilt auch für zahlreiche meist sehr kleine Organismengruppen, wie Bakterien, Archaebakterien und Pilze; Fakten zu ihrer Vielfalt in Binnengewässern und Auen sind kaum vorhanden. Die Befunde geben Anlass zur Besorgnis, zumal zahlreiche Studien einen Zusammenhang zwischen Biodiversität und Ökosystemleistungen demonstrieren. Letztere umfassen beispielsweise die für uns so wichtige Selbstreinigung des Wassers, die Retention von Stickstoff oder die Festlegung von klimaschädlichem Kohlendioxid in pflanzlicher Biomasse sowie im Boden. Die Suche nach Lösungen gestaltet sich nicht einfach. Die Förderung der Biodiversität von Flora und Fauna, beispielsweise durch Renaturierungsmaßnahmen, zeigte in der Vergangenheit zwar durchaus positive Wirkungen; für eine deutschlandweite Verbesserung wird es aber notwendig sein, auch die politischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen an die ökologischen Ziele anzupassen. Wie das aussehen könnte, wird im Rahmen des Vortrags erläutert. Das Projekt „Faktencheck Artenvielfalt“ wurde vom BMBF gefördert und ist Teil der BMBF-Forschungsinitiative zum Erhalt der Artenvielfalt (FEdA).

Dr. Michael Marten

Session: A01 (Vortrag)

Montag 14:15, POT_081

In den letzten Jahren wurden Nachuntersuchungen der Ephemeroptera, Plecoptera sowie der aquatischen Coleoptera und Heteroptera mit gleicher Methodik wie im Zuge der Diplomarbeit des Autors im Jahr 1981 an 21 Probestellen der Fulda durchgeführt.

Die Ergebnisse der neuesten Untersuchungen werden im „historischen“ Vergleich der vergangenen vier Jahrzehnte dargestellt und Entwicklungen mit Bioindikationsverfahren am Beispiel der vier Tiergruppen bewertet. Mögliche Ursachen wie z. B. aktuell die Situation der Fulda im Trockenjahr 2022, aber auch längerfristige klimatische Veränderungen, werden anhand von Temperatur und Abflussdaten beleuchtet.

Die Diversität je Untersuchung über den vollständigen Flussverlauf, von der Quelle auf der Wasserkuppe bis nach Hannoversch Münden, ist über die Jahre im Wesentlichen vergleichbar. Wenngleich einige Arten aus den ersten Untersuchungen noch verlustig sind, gibt es mit dem Wiederauftauchen der Steinfliegen Taeniopteryx nebulosa und T. schoenemundi und dem Käfer Stenelmis canaliculata einige positive Entwicklungen. Insbesondere die Ausbreitung der Eintagsfliegen Oligoneuriella rhenana, Potamanthus luteus und Torleya major, der Erstnachweis von Ephoron virgo, sowie die reiche Präsenz der Grundwanze Aphelocheirus aestivalis, z. T. weit über ehemals stark abwasserbelastete Abschnitte unterhalb der Städte Gersfeld und Fulda hinaus, zeigen die Erfolge der zunehmenden Abwasserreinigung.

Unter der Ägide der Limnologischen Flußstation Freudenthal, später MPI für Limnologie (1951-2006), wurden weitere Erhebungen durchgeführt: Die erste Fuldaexpedition der 5 Göttinger Studenten E.-J. Fittkau, J. Illies, K. Müller, M. Scheele, W. Schmitz im September 1948, sowie Untersuchungen von Illies (1953), Zwick (1969, 2010) und Siebert (1998). Damit liegen aus insgesamt 75 Jahren meist qualitative Daten verschiedener Gruppen des Makrozoobenthos vor, die Gegenstand weiterer Vergleiche seien werden.

Insgesamt ist die Fauna der Fulda auch unter Einbeziehung der faunistischen Nachweise, von zeitweisen Abwasser bedingten lokalen Einbrüchen abgesehen, in einem relativ stabilem Zustand. Allerdings ergreifen im Metapotamon der Fulda leider Neozoa der Gruppen Asellidae und Gammaridae aus der Werra Besitz, so dass der Lebensraum für einheimische Arten zumindest ab Kassel abwärts knapper wird.

Nadja Heitmann¹; Dr. Tarn Preet Parmar²; Sebastian Ayala Clarke²; Dr. Janine Rüegg¹; Prof. Dr. Dominik Martin-Creuzburg¹

¹ Brandenburg University of Technology (BTU) Cottbus-Senftenberg; ² Brandenburg University of Technology (BTU) Cottbus-Senftenberg

Session: A01 (Vortrag)

Monday 14:30, POT_081

A sudden bloom of the toxin-producing, brackish water golden alga Prymnesium parvum caused a massive die-off of fish, aquatic molluscs and likely other aquatic invertebrates. However, it is currently unknown how the species richness and abundance of aquatic insect communities were affected by the algae bloom. Adjacent flood plains ecosystems were not as severely impacted by the alga bloom as the river ecosystem. Flood plain water bodies could play a major role in the recovery of aquatic insect communities after environmental disasters. Especially considering that insects are important food web components in aquatic and terrestrial habitats, and they link these two habitats when they emerge. We deployed floating insect emergence traps at a total of six sites on the German side of the Oder between March and November, both in 2023 and 2024. At three of the sites, we also sampled adjacent floodplain waterbodies that are connected to the river during the spring flooding. We compared the taxonomic community composition of adult insect communities in both habitats and investigated changes within one year (seasonal dynamics) and between the sampling years (potential recovery). Despite lacking information on the insect communities before the environmental catastrophe, we aim to detect spill-over effects and recovery of the insect community in the river. The data may elaborate on the role of floodplains as a refuge for aquatic invertebrates in case of an ecological disaster and help to understand the population dynamics of emerging aquatic insects.

Anne Jäger MSc; Dr. Hans Jürgen Hahn

Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Standort Landau

Session: A01 (Vortrag)

Montag 14:45, POT_081

Zur Grundwasserfauna der Norddeutschen Tiefebene gibt es, von wenigen Ausnahmen abgesehen (Sachsen-Anhalt, Hannover und Berlin), kaum flächige Untersuchungen. Die bisherigen Befunde lassen eine vergleichsweise unstete, geringe und artenarme Besiedlung erkennen, bei der Oligochäten, Nematoden und Acari dominieren, während Crustaceen nur selten auftreten (Stein et al. 2012). Ursachen dürften die glazialen Vereisungen und, als Folge davon, der geringe Sauerstoffgehalt und die kleinen Lückensysteme der norddeutschen Grundwasserleiter sein. Die nacheiszeitliche Wiederbesiedlung dürfte überwiegend über die Fluss- und Urstromtäler erfolgt sein.

Im Rahmen der aktuellen Studie wurden 154 Grundwassermessstellen in allen norddeutschen Bundesländern (Berlin, Brandenburg, Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein) faunistisch beprobt. Die Untersuchungen fanden von Juni bis November 2022 statt. Die Probennahme wurde mit sogenannten Netzsammlern durchgeführt, speziellen Planktonnetzen für die Beprobung von Grundwassermessstellen. Die Auswahl der Messstellen erfolgte nach Tiefe (< 20 m), und Sauerstoffangebot im Grundwasser (> 1 mg/l). Zumeist handelte es sich auch um Messstellen des Monitoringnetzes zur Überwachung des chemischen Zustands nach der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL, RL 2000/60/EG).

Insgesamt wurden mehr als 50 Arten und höhere Taxa erfasst. Die aktuellen Ergebnisse bestätigen die bisherigen Befunde: So dominierten vor allem „Würmer“ (Nematoda, Aphanoneura, Oligochaeta, Polychaeta) und Milben (Acari). Krebstiere waren zwar durchaus divers vertreten (darunter Amphipoda, Syncarida, Cyclopoida, Ostracoda und Harpacticoida), kamen jedoch nur unstet vor. Crustaceen fanden sich vor allem direkt nördlich und östlich der Mittelgebirgsschwelle, vereinzelt aber auch im gesamten Untersuchungsgebiet. Bemerkenswert ist der Nachweis von Brunnenkrebsen (Syncarida) in Wahnebergen südöstlich von Bremen.

Die bisherigen grundwasserfaunistischen Bewertungsverfahren lassen sich kaum für die norddeutsche Tiefebene anwenden. Diese ersten Untersuchungen zum Vorkommen der Grundwasserfauna in der gesamten norddeutschen Tiefebene geben einen Überblick über deren Verbreitungsmuster. Darauf aufbauend soll versucht werden, faunistische Referenzen für die ökologische Bewertung des Grundwassers zu definieren.

Alexander Wachholz; Dr Jens Arle; Dr Jeanette Völker

Umweltbundesamt

Session: A01 (Vortrag)

Montag 15:00, POT_081

Kleine Standgewässer ( < 50 ha) spielen eine zentrale Rolle für die Biodiversität sowie den Wasser- und Stoffhaushalt von Landschaften. Trotz ihrer Bedeutung werden sie in Monitoringprogrammen und Studien auf Einzugsgebietsebene selten berücksichtigt, und auf nationaler Ebene liegen kaum Informationen über ihre Verteilung und Eigenschaften vor. Angesichts ihrer besonderen Empfindlichkeit gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels und ihrer bedeutenden Rolle in der Landschaft ist ein besseres Verständnis dieser Gewässer von großer Wichtigkeit, um ihre Funktionen für Mensch und Natur zu schützen, zu erhalten und wiederherzustellen. Unsere Untersuchung zielt darauf ab, die Funktionen von Kleingewässern auf verschiedenen räumlichen Skalen besser zu verstehen. Hierfür haben wir nationale Datensätze genutzt, um ein Inventar der kleinen Standgewässer ( > 1000 m² & < 50 ha) in Deutschland zu erstellen. Wir haben die Anzahl und relevante Eigenschaften wie Volumen, Anbindung an das Gewässernetz und die Landnutzung in ihren Einzugsgebieten ermittelt. Mit räumlichen Analysen haben wir die Gewässer des Weiteren in verschiedene Kategorien wie Baggerseen, Altarme oder Teichlandschaften eingeteilt. Insgesamt konnten wir für Deutschland ca. 300.000 Kleingewässer identifizieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese einen beträchtlichen Teil der Anzahl, der Uferlänge, der Gewässerfläche und des Volumens der deutschen Standgewässer repräsentieren, welcher jedoch regional stark variiert.

Dr. Michael Kloster¹; Dina Abdelmguid¹; Dr. Andrea Burfeid Castellanos¹; Dr. Benoit Paix²; Dr. Frédéric Rimet²; Dr. Maria Kahlert Associate Prof.³; Prof. Dr. Bánk Beszteri¹

¹ Universität Duisberg-Essen; ² INRAE - UMR Carrtel; ³ Swedish University of Agricultural Sciences

Session: A01 (Vortrag)

Monday 15:15, POT_081

Intercalibration, also referred to as ring or proficiency tests, is one of the most important tools for quality control in diatom biomonitoring. In such a ring test, participants receive slides prepared from the same sample, and their diatom identifications (counts by taxa) are compared with a “ground truth” count performed by an expert. This means that agreement / disagreement is only captured at the level of a whole sample, i.e., for instance, identical counts can be the result of misidentifying an individual belonging to species A as B accompanied by a misidentification the other way around. Differing counts can result not only from misidentifications, but also from stochastically different subsampling of the original sample during preparation and selection of the screened slide area. Also, whereas statistically sound conclusions about the expert’s identification proficiency can be drawn for abundant species, for rarer species this evaluation is much less significant.

Addressing these limitations, and using digital diatom analysis methodology developed by our group within the last years, we are preparing the first web-based digital diatom taxonomy intercalibration in the frame of the DNAquaIMG project (https://dnaquaimg.eu/). In this intercalibration, participants will be able to perform diatom identification and counting via a web browser-based interface, interacting with high resolution, multi-focal virtual slides digitized by slide scanning light microscopy. We are currently extending the functionality of our BioSLiDES virtual slide viewer (http://udue.de/bioslidesEN/) to enable it to serve as a platform for this intercalibration. The proposed procedure closely resembles the process of conventional light microscopic diatom analysis, and allows to evaluate identifications in a reproducible and traceable way on the level of individual cells.

Wolf-Henning Kusber; Dr. Nélida Abarca; Dr. Jonas Zimmermann

Freie Universität Berlin

Session: A01 (Vortrag)

Montag 15:30, POT_081

Taxonomie als Grundlagenforschung untersucht verwandtschaftliche Organismengruppen auf verschiedenen Rangstufen. Besonders häufig werden Gattungen, Arten und innerartliche Taxa untersucht. Wenn im besten Fall Taxa nach ihren morphologischen, mikromorphologischen, biologischen und molekularen Merkmalen untersucht, nach dem Linnéschen System benannt und publiziert werden, ist eine Basis für die Namensverwendung geschaffen. Meist wird eine Synonymie von Namen älterer Taxa hinzugefügt und häufig Information zu Vorkommen und Ökologie.

Bei angewandten Fragestellungen (Umweltmonitoring, Wasserrahmenrichtlinie) werden meist Taxonbeschreibungen und -dokumentationen aus zweiter Hand verwendet und die Bestimmungsergebnisse mit Datenbankeinträgen (z.B. AlgaeBase, DiatomBase) oder Taxonlisten (Rote Listen, Bundestaxaliste der Gewässerorganismen Deutschlands) abgeglichen. Jeder dieser Schritte kann durch Interpretation und Verkürzung der Informationen Verschiebungen bezüglich der ursprünglichen Daten bedeuten. Daher ist es unbedingt notwendig, dass bei der lichtmikroskopischen Artidentifikation grundsätzlich die Bestimmungsquelle, möglichst mit Seitenzahl und Abbildung genannt wird. Auch bei Listen aus dem Umwelt-Metabarcoding ist es wichtig, ob die Referenz-Sequenzen aus taxonomischen Originalarbeiten oder aus dokumentierten Identifikationen stammen. Grundlagenforschung und Praxis haben unterschiedliche Anforderungen an die Taxonomie die leicht als gegensätzlich wahrgenommen werden könnten.

In unserem Beitrag werden Werkzeuge zum Erkennen der Datenqualität von Bestimmungen und taxonomischen Beschreibungen kommuniziert. Ferner werden die Bedingungen der Möglichkeiten der Rückverfolgbarkeit von Artidentifikationen dargelegt.

Christian Vogelmann

Landesansanstalt für Landwirtschaft (LfL)

Session: A01 (Vortrag)

Montag 16:15, POT_081

Zooplankton spielt eine entscheidende Rolle in aquatischen Ökosystemen und ist vielfältigen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Traditionelle morphologische Analysen der Zooplanktonzusammensetzung sind jedoch zeitaufwändig. Moderne innovative Technologien wie das bildverarbeitende ZooScan System oder DNA-Metabarcoding bieten neue zeitsparende Analysemöglichkeiten. Beide Methoden wurden anhand von identischen Proben aus dem Starnberger See vergleichend angewandt, um die Übereinstimmung der mit ihnen gewonnenen Analyseergebnisse zu ermitteln.

Hierzu wurden vertikale Zooplanktonzüge analysiert, wobei dieselben Teilproben sowohl morphologisch mittels ZooScan als auch genetisch mittels DNA-Metabarcoding untersucht wurden. Es zeigte sich eine hohe Übereinstimmung (86,8 %) zwischen den ZooScan-Abundanzen und den DNA-Reads. Die Biomasseberechnung anhand der Körperlänge (Major-Axis) und des äquivalenten Kugeldurchmessers (ESD) ergab eine etwas geringere Übereinstimmung (78,1 % bzw. 79,6 %).

Die Ergebnisse heben die komplementären Stärken und Grenzen beider Methoden hervor: ZooScan unterstützt die Biomasseabschätzung und morphologische Differenzierung, während DNA-Metabarcoding eine höhere taxonomische Auflösung, die Erfassung seltener Taxa und Analyse großer Probenamevolumina ermöglicht. Die Kombination beider Ansätze erleichtert zukünftige Analysen bei gleichzeitigem Erkenntnisgewinn.

Patch Thongthaisong¹; Philippe Pondaven; Herwig Stibor; Maria Stockenreiter; Sabine Wollrab

¹ IGB Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries

Session: A01 (Vortrag)

Monday 16:30, POT_081

Life strategies of phytoplankton can be defined using three quantities: maximum growth rate (μ), carrying capacity (K) and minimum required resource (R), relative to others in the community. These quantities are modulated by temperature, where phytoplankton groups (e.g. diatom, chrysophyte, cyanobacteria, and chlorophyte) exert different thermal performance curves, affecting the three quantities. Here, we mathematically derived predictions on shifts in life strategies along a temperature gradient from 4 to 35°C, based on empirically derived thermal performance curves. We differentiated three size classes per phytoplankton group and contrasted oligo- from eutrophic environments. Our results suggest that below 10 to above 30°C, diatoms shift from the combination of high μ and R (typical for a copiotroph strategy known from bacteria) to only high R, while cyanobacteria shift from high K (K-strategy) to high μ (r-strategy). Between 10 and 30°C, we found that cyanobacteria, chrysophytes and chlorophytes can have positive μ-K correlation (r-K trade-up), instead of the typically assumed r-K trade-off. Above 30°C, the four groups express distinctive strategies: high values of μ (cyanobacteria), K (chrysophytes), R (diatoms), and intermediate μ and R* but low K (chlorophytes). Our results further indicate that, in general, strategies (via its impact on the respective quantities) of larger sized cells are more sensitive to changes in environmental N:P and strategies of cyanobacteria express high N:P sensitiveness below 20°C. Our theoretical results provide an explanation for the fact that cyanobacteria can strive both under cold and very warm conditions and provide a helpful framework for predictions on shifts in life strategies and correspondingly species performance with global warming.

Dr. Gerhard Schoolmann; Prof. Dr. Andreas Martens¹; Dr. Karsten Grabow¹

¹ PH Karlsruhe

Session: A01 (Vortrag)

Monday 16:45, POT_081

Kolonien des aus Gewässern von Japan, Südkorea und China beschriebenen Süßwasser-Moostierchens Hislopia prolixa Hirose & Mawatari, 2011 (Gymnolaemata) wurden erstmals 2021 im Oberrhein nachgewiesen (Grabow et al., 2022). Inzwischen sind auch Vorkommen aus holländischen Rheinabschnitten und der Lahn bekannt, und mit einer weiteren Ausbreitung im europäischen Fließgewässernetz ist zu rechnen. Während der überwiegende Anteil von Süßwasserarten von Moostierchen der Klasse Phylactolaemata angehört, die keine ähnlich spezialisierten Larvenformen aufweisen, dafür aber zur Überwinterung Statoblasten ausbilden, produziert H.prolixa in einem Zeitfenster planktische Larven, welche als Cyphonautes Larven bezeichnet werden. Sie sind bisher noch nicht im europäischen Süßwasserplankton vorgekommen. Im marinen Zooplankton der europäischen Küstengewässer ist diese Larvenform z.B. von dem weit verbreiteten Moostierchen Membranipora membranacea bekannt, die in ihrem Bauplan den Larven von H. prolixa sehr ähnelt. Da es sich bei Cyphonautes um eine völlig neue Larvenform für das europäische Süßwasser handelt, sollte sie in Zukunft bei Planktonuntersuchungen von Fließgewässern, und potentiell auch stehenden Gewässern, erkannt werden.

Der Vortrag stellt diese für das Plankton des Süßwassers in Deutschland und Holland neue Larvenform vor, informiert über voraussichtliche Ausbreitungstendenzen und Zeitfenster von Eientwicklung und Larvenproduktion.

Maren Paulmann; Tanja Dickel; Manuel Müller; PD Dr. Carola Winkelmann

Universität Koblenz, Institut für Integrierte Naturwissenschaften, Koblenz

Session: A01 (Vortrag)

Montag 17:00, POT_081

Die Bestände der Europäischen Äsche (Thymallus thymallus) sind in den letzten Jahren stark zurückgegangen. Gewässerverschmutzung, Verbau, Habitatverluste durch Überprägung, Klimawandel und Prädationsdruck sind mögliche Gründe dafür, dass die Leitfischart der Äschenregion heute auf der Roten Liste als „stark gefährdet“ eingestuft ist. Trotz Bemühungen im Gewässerschutz wirken bis heute lokale und großräumige Einflüsse negativ auf die Äschenbestände. Die Äsche stellt in verschiedenen Entwicklungsstadien unterschiedliche Ansprüche an ihren Lebensraum: Sie benötigt gut durchspülte Kiesbänke, die als Laichplätze dienen. Die Qualität und Sauerstoffversorgung dieser ist entscheidend für den Laicherfolg. Adulte Äschen bevorzugen tiefere Strukturen wie Rinnen oder Pools. Äschen migrieren zwischen Laich- und Adulthabitaten, weshalb anthropogene Wanderungshindernisse die Habitatqualität herabsetzen können. Der Verlust der Strukturvielfalt sowie die Degradation des Gewässerumfeldes führen zu Habitatverlust und dem Fehlen geeigneter Rückzugsorte für den Fall hoher Temperaturen oder Niedrigwasserphasen.

Ziel dieser Studie war es zu ermitteln, ob die Habitatqualität und -diversität die deutlichen Bestandsunterschiede der Äsche in Mittelgebirgsbächen in Rheinland-Pfalz erklären können. Dazu wurden in neun Mittelgebirgsbächen die kleinräumige und großräumige Habitatqualität und -diversität erfasst. Außerdem wurden die Äschendichten in Gewässerabschnitten von 250-400 m (1500-4500 m²) ermittelt und mit den Habitateigenschaften in Zusammenhang gebracht. Die Habitatdiversität wurde mit Hilfe der Hauptkategorien und deren Komponenten der Strukturgütekartierung aufgenommen. Die großräumigen Einflussfaktoren wurden mithilfe von GIS-gestützten Analysen untersucht, die eine Identifizierung und Bewertung der räumlichen Muster und Zusammenhänge ermöglichen. Da die Äschendichten neben der Habitatqualität und -diversität auch durch Prädatoren gesteuert werden können, wurde der Kormoran-Prädationsdruck anhand von Daten zu Kormoranschlafplätzen abgeschätzt. Im Vortrag werden die relativen Bedeutungen und die Wechselwirkungen zwischen Habitatqualität, -diversität und dem Kormoran-Prädationsdruck diskutiert.

Prof. Dr. Andreas Martens; Dr. Karsten Grabow

PH Karlsruhe

Session: A01 (Vortrag)

Montag 17:15, POT_081

Atrichops crassipes (Meigen, 1820) ist eine Fliege mit aquatischer Entwicklung. Die Larve lebt im Sediment von Bächen und Seeufern und ist mit paarigen Pseudopodien an den Hinterleibssegmenten 1-7 plus zehn sehr langen, fädigen Tracheenkiemen auf den Hinterleibssegmenten 6-8 einzigartig und unverwechselbar. Es gibt eine Vielzahl von limnologischen Untersuchungen zu dieser Art.

Die Imaginalbiologie ist hingegen bisher weitgehend unbekannt. Dass die Weibchen am Teichfrosch Pelophylax esculentum parasistiert, wird in einer nur wenig bekannten Arbeit aus dem Jahre 1942 mit einem einzigen Satz erwähnt. Wir stießen zufällig auf dieses Phänomen und haben zwei Sommer lang an einem Gewässer südlich von Karlsruhe Frösche und ihre Interaktionen mit Weibchen von Atrichops crassipes beobachtet und mit Video systematisch registriert.

Die Weibchen der Art sind im Juni/Juli Blutsauger an Teichfröschen an Stillgewässern in der der Nähe von Fließgewässern. Sie sind dort zwischen 11 und 16 h aktiv. Sie landen auf dem Rücken der Frösche an der Wasseroberfläche und haben einen massiven Einfluss auf das Verhalten der Frösche.

Dr. Patrick Fink; Dietrich Borchardt; Markus Weitere

Helmholtz-Centre for Environmental Research GmbH – UFZ

Session: A01 (Vortrag)

Tuesday 09:00, POT_081

Stream and river ecosystems suffer from multiple, co-occurring anthropogenic stressors due to land use changes (agriculture, urbanization), hydromophological alterations, inputs of organic and inorganic nutrients and pollutants, invasive species, and various effects of climate change. Taken together, these stressors impact the biodiversity and ecosystem functioning of small streams as well as large rivers. However, it is often difficult to disentangle the actions and effects of those simultaneous and interacting stressors through field observation and monitoring alone. Controlled experiments that incorporate the natural complexity are needed to study stressor effects and interactions and to understand mechanism and hierarchies of stressor effects. Flume experiments in mesocosms under near-natural conditions offer unique opportunities to separate and disentangle stressor actions and mechanisms. This is particularly important in highly heterogeneous environments such as river networks, with pronounced longitudinal gradients and various compartments. To account for this complexity, multi-flume experiments allow for gradient designs that are essential to assess stressor-response relationships with their potential thresholds for ecosystem functions and to ultimately delineate safe operating spaces for the management of resilient stream and river ecosystems. In my presentation, I will present several examples from such research using the Mobile streamside Mesocosm platform (MOBICOS) of the Helmholtz Centre for Environmental Research. I will demonstrate the versatility and application potential of the MOBICOS platform and show how this large research infrastructure could benefit functional stream ecology research across Germany and Europe.

Nele Wittmeier; Dr. Dominik Buchner; Svenja Gillmann; Marie-Thérése Werner; Dr. Arne Beermann; Prof. Dr. Florian Leese; Dr. Armin Lorenz

Universität Duisburg-Essen

Session: A01 (Vortrag)

Dienstag 09:15, POT_081

Die Boye ist ein rechter Zulauf der Emscher im Ruhrgebiet mit einem ca. 80 km² großen Einzugsgebiet. Das Einzugsgebiet ist urban geprägt und war in weiten Teilen bis vor wenigen Jahrzehnten als offener Schmutzwasserlauf ausgebaut. Seit den 2000er Jahren wurde es renaturiert. Im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereichs RESIST („Multilevel response to stressor increase and release in stream ecosystems“) wurden durch ein sehr engmaschiges Probestellendesign mit Probestellen im Abstand von etwa einem Kilometer (insgesamt > 50 Probestellen) umfassend Daten erhoben. Das Makrozoobenthos wurde nach Wasserrahmenrichtlinienstandard beprobt und bearbeitet. Die Bestimmung erfolgte mittels DNA-Metabarcoding, teilweise nach einer initialen morphologischen Bestimmung. Dieser Vortrag stellt die Ergebnisse des Vergleichs der beiden Bestimmungsmethoden vor und präsentiert darüber hinaus eine einzugsgebietsbezogene Analyse der Verteilung der Arten und Gemeinschaften basierend auf den morphologischen und Metabarcoding-Ergebnissen. Die Analyse fokussiert sich dabei auf die Ausbreitung der Arten nach Beendigung des offenen Abwasserabflusses und diskutiert den Einfluss möglicher Besiedlungsquellen auf die Zusammensetzung der Gemeinschaften.

Für eine bestmögliche Erfassung der Biodiversität ist es wichtig, dass beide Methoden kombiniert werden, da jede Methode bestimmte Taxa besser bzw. schlechter erfassen konnte.

Dr. Armin Lorenz¹; Dr. Caroline Winking²; Svenja Gillmann¹

¹ Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Biologie; ² Emschergenossenschaft / Lippeverband

Session: A01 (Vortrag)

Dienstag 09:30, POT_081

Seit den 2000er Jahren renaturiert die Emschergenossenschaft den Oberlauf und die Nebenbäche der Emscher im Ruhrgebiet. Einer der bedeutendsten Zuflüsse in diesem Kontext ist die ca. 14 km lange Boye, die ein Einzugsgebiet von ca. 80 km² umfasst. Mitte des 20. Jahrhunderts wurden die Boye und ihre sieben Nebenbäche weitgehend zu offenen Schmutzwasserläufen ausgebaut und führten seitdem Schmutzwasser. Über 70 Jahre später wurden im Jahr 2002 erste Maßnahmen zur ökologischen Verbesserung eingeleitet. Ab 2008 erfolgte schrittweise die Renaturierung aller Nebenbäche. Diese umfasste die Abwasserfreiheit und die morphologische Umgestaltung. Im Jahr 2017 wurden die letzten abwasserbelasteten ca. 8 km des Hauptlaufs der Boye abwasserfrei geschaltet und in den Folgejahren auch morphologisch verbessert.

Die Abteilung Aquatische Ökologie der Universität Duisburg-Essen begleitet und bewertet die Entwicklung der MZB-Zönosen, denn sie führt seit 2012 ein systematisches Monitoring an 12 Probestellen im Boye-System durch. Dabei werden jährlich im Frühjahr standardisiert Makrozoobenthosproben entnommen.

Dieser Vortrag präsentiert die Entwicklung der Zönosen und die Veränderung der ökologischen Bewertung der 12 Stellen über die 12 Jahre des Monitorings. Die Ergebnisse zeigen erhebliche Verbesserungen in der ökologischen Qualität im Zeitverlauf, wobei standortspezifische Unterschiede deutlich werden.

Darüber hinaus wird dargestellt, welche abiotischen Parameter (Wasserchemie, Substratanteile, klimatische Parameter) diese Veränderungen maßgeblich beeinflussen. Zudem wird die Ausbreitung verschiedener Makrozoobenthosarten als weiterer wichtiger biotischer Faktor näher beleuchtet.

Dr. Jonas Jourdan¹; Daniel Enns¹; Laura Soose¹; Safia El Toum Abdel Fadil²; Prof. Dr. Jörg Oehlmann¹; Dr. Kamil Hupało³

¹ Goethe Universität Frankfurt; ² Hamburg University of Applied Sciences; ³ Univerersität Duisburg-Essen

Session: A01 (Vortrag)

Tuesday 09:45, POT_081

Die allgegenwärtige Schadstoffexposition führt dazu, dass sich unsere Gewässer in ihrer Artzusammensetzung verändern. Unser Wissen darüber, warum welche Arten wo verschwinden ist dabei absolut unzureichend. Während Arten die als sensitiv angesehen werden vielerorts verschwinden, nehmen andere Arten an Abundanz zu und dominieren lokale Artgemeinschaften. Solche Artenturnover konnten wir in einer hessenweiten Studie für zahlreiche Ordnungen aquatischer Invertebraten feststellen, selbst innerhalb nah verwandter Arten. Einige Arten scheinen in der Lage zu sein, Anpassungsstrategien zu entwickeln, die ihr Überleben auch unter Belastungen ermöglichen. Am Beispiel der ökologisch bedeutsamen Ordnung Amphipoda haben wir festgestellt, dass sich nah verwandte Arten sowie Populationen innerhalb einer Art in ihrem Verhalten, ihrer Reproduktion und ihrer Toleranz gegenüber Schadstoffen unterscheiden. Offensichtliche Anpassungsstrategien finden wir bei Arten, die aquatische Artgemeinschaften in belasteten Regionen dominieren. Diese spiegeln sich einerseits in einer graduellen Zunahme der Toleranz gegenüber Neonicotinoiden wider, andererseits in einer veränderten Reproduktionsstrategie. Entwicklungsplastizität scheint dabei eine wichtige Komponente bei der Anpassung an Belastungen zu sein, wie wir in Mehrgenerationsexperimenten im Labor zeigen konnten. Es bleibt zu klären, ob die Plastizität der schnell entwickelten Toleranz artspezifisch ist und warum nah verwandte Arten – möglicherweise aufgrund fehlender Anpassungsfähigkeiten – in belasteten Lebensräumen verschwinden. Unsere Ergebnisse unterstreichen dabei die vernachlässigte Rolle der Entwicklungsplastizität bei der kurz- und langfristigen Exposition natürlicher Populationen gegenüber Umweltverschmutzung. Darüber hinaus zeigen unsere Ergebnisse, dass selbst Schadstoffwerte, die um ein Vielfaches niedriger sind als die in der Untersuchungsregion festgestellten Konzentrationen, deutliche Auswirkungen auf die Entwicklungsverläufe von Schlüsselarten haben. Insgesamt wird offensichtlich wie wichtig ein wissenschaftlicher Fokus auf ökologisch relevante, lokal dominierende Arten ist, wenn wir gegenwärtige Veränderungen unserer aquatischen Lebensräume verstehen wollen.

Thomas Walter; Tim Epe

Institut Dr. Nowak GmbH & Co. KG

Session: A01 (Vortrag)

Dienstag 10:00, POT_081

Nährstoffeinträge verschlechtern den ökologischen Zustand von Gewässern und können unter anderem die Badenutzung von Seen einschränken. Flachseen sind von der Eutrophierung besonders betroffen, da das organische Material schnellen Umsetzungsraten unterliegt.

Nach einer Reduzierung externer Zuflüsse sind Nährstofffällungen ein Mittel, um die Menge verfügbarer Nährstoffe im Gewässer zu begrenzen und die Produktivität des Phytoplanktons zu mindern.

Durch Massenentwicklungen von Cyanobakterien war das Baden im ca. 6 ha großen und mit einer mittleren Tiefe von 2,6 m flachen Bärensee vor 2007 häufig nur eingeschränkt möglich. Der Bärensee ist von der größten Campingplatzanlage Hessens umgeben und unterliegt einer intensiven Badenutzung. Nach Errichtung einer Ringkanalisation und der Reduzierung externer Nährstoffeinträge, wurde im Sommer 2007 erstmalig eine Nährstoffbindung mit lanthan-modifiziertem Bentonit (LMB) durchgeführt. Die Entwicklung im See wurde seitdem durch ein kontinuierliches Monitoring dokumentiert. Neu eingetragene Nährstoffe wurden durch weitere kleinere Nachbehandlungen mit LMB gebunden und damit die Nutzung des Badesees gewährleistet.

Der Vortrag zeigt die Entwicklung des Sees seit 2007. Neben dem Nährstoffhaushalt und den Chlorophyll-a-Gehalten wird die Entwicklung und Verbreitung der submersen Makrophyten beleuchtet. Diese haben sich seit 2017 im See etabliert. Hierbei wird auch die Frage diskutiert, wie sich flächendeckender Makrophytenbewuchs mit der Nutzung des Sees als Badegewässer vereinbaren lässt und welche Managementkonzepte zum Erhalt des Zielzustandes des Gewässers nötig sind.

Dr. Petra Ditsche¹; Andrea Herguedas²; Joana Batalha²; Dr. Rui Prieto²; Dr. Frederic Vandeperre²

¹ ClingTech Bionics UG; ² IMAR/MARE - University of the Azores

Session: A01 (Vortrag)

Thursday 11:30, POT_112

Attaching bio-logging tags to marine animals to study their behavior and physiology has a long tradition in marine research. Tracking techniques have continuously improved, e.g. in the size and shape of the tag or attachment methods. Sea turtles are usually tagged using epoxy resin to attach the tag to the carapace, even for short-term deployments. After tag detachment the epoxy resin remains on the turtle’s carapace increasing hydrodynamic resistance of the turtle and the danger of entanglement. Moreover, the epoxy resin stays in the ocean. Therefore, a reliable, non-invasive and reversible attachment method would be desirable. Suction cups with the Clingfish-Effect® (CE) have been developed by the model of the Northern clingfish. They attach reversibly, but strong to rough and textured surfaces.

To test the suitability for specifically designed suction cups with the CE for tagging sea turtles, we (1) measured the attachment forces of the CE-suction cups on different scales (central, 2nd, and 3rd scale) of a loggerhead turtle’s carapace in normal (perpendicular to the surface) and lateral (parallel to the surface) direction; (2) determined the hydrodynamic forces of the tag in a flow tank; and (3) performed first tag deployments with the CE-suction cups on living loggerhead turtles in the ocean.

Our results show significant differences in the attachment forces depending on the place of attachment (scale on the carapace) and the condition in which the suction cups have been attached to the carapace (dry, wet, and completely submerged). The strongest attachment was determined for CE-suction cups (6.5 cm diameter) attached in dry condition on the 3rd scale with pull-off forces ~ 150-200 N in the normal direction and 80-100 N in the lateral direction. Relating the forces to the size of the suction cup this equals a tenacity of ~ 50-60 N in the normal direction and ~20-30 kPa in the lateral direction. The drag forces of the tag, measured at flow velocities between 0 and 1.7 m/s, were always considerably under 10 N. In conclusion, the attachment forces in the lateral direction were always much higher than the acting drag forces and ensured secure attachment. However, it has to be considered that at higher swimming velocities drag will also increase. Moreover, the active behavior of the turtles can affect tag attachment. In the first deployment trials in the Atlantic at the Azores, the tag stayed on the large juvenile loggerhead turtles for up to 24 hours.

Session A02

  • Extremereignisse und globaler Wandel
  • Extreme events and global change

Moderation: Andrea Burfeid Castellanos / Mayra Ishikawa

Dr. Janine Rüegg PhD¹; Dr. Flavia Tromboni²; Prof. Dr. Dominik Martin-Creuzburg¹

¹ Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus-Senftenberg; ² Rheinland Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU)

Session: A02 (Vortrag)

Thursday 10:30, POT_112

Anthropogenic impacts on freshwater ecosystems range from nutrient and contaminant inputs to flow regulation and climate change, the effects of which may act antagonistically, additively, or synergistically to affect ecosystem biota and function. Extremes of multiple stressors can lead to ecological disasters, such as occurred in August 2022 in the River Oder, when prolonged low flows combined with high temperatures created low oxygen concentrations which were compacted with high salt inputs and a toxic algal bloom. These combined stressors resulted in a large fish kill of an estimated 1000 tons dead. The evaluation of ecosystem resistance and resilience after such an event is limited by a lack of ecological information before the event as they are rare and unexpected. Long-term water quality monitoring stations could provide tools to evaluate such ecological disasters, especially if ecological functional metrics can be derived, such as ecosystem metabolism, which can be estimated long-term (> 25 yrs time series available). Daily average temperatures in the first week of August were 2 – 4 °C higher at 23 – 25°C and oxygen concentrations 2 – 3 mg/L lower at 6 – 7 mg/L compared to the previous year, while chlorophyll concentration increased with a delay of approximately one week, potentially explaining why low oxygen concentrations recovered by mid-August. Both gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (ER), suffered a “crash” and were extremely low for summer, but then recovered by early August. However, early August values were not extremely elevated compared to other years. Furthermore, the “crash” was not unique to 2022 but also occurred in the two years prior. Temperature and light best predicted GPP and temperature, dissolved oxygen and GPP best predicted ER. However, the relationships followed a general linear pattern with the values during the event not significantly affecting predictive relationships. Identifying and potentially predicting a toxic algal bloom will likely require a multi-variate evaluation considering rates of change in addition to absolute values.

Dr. Mayra Ishikawa; Dr. Helmut Fischer; Dr. Marieke Frassl

Federal Institute of Hydrology (BfG) / Bundesanstalt für Gewässerkunde

Session: A02 (Vortrag)

Thursday 10:45, POT_112

Climate change is expected to enhance the frequency, duration and intensity of extreme events such as heat waves, droughts, floods, oxygen depletion and algal blooms. Nevertheless, extreme events have no fixed definition, especially for parameters outside the meteorological community. Water quality is no exception. To address this issue, time series of water temperature (WT), dissolved oxygen (DO) and chlorophyll-a (chl-a), at five stations of four different rivers, were assessed and events identified based on seasonal and fixed thresholds. Observations of WT and DO had a daily temporal resolution and started in the late 1970’s. While chl-a had weekly to monthly observations since the 1990’s. Seasonal thresholds were calculated based on a reference period of 30 years. For the seasonal thresholds, an extreme event was identified when observations exceeded the 90th percentile of the reference period. Additionally, an event must have had values above the threshold for a minimum of 5 days, and could have values under the threshold for 2 days or less. For chl-a, any observation that exceeded the threshold was marked as an event, due to the lower temporal resolution. With this approach, events based on seasonal thresholds were not limited to summer, and extreme events were assessed for the entire year and different seasons. Fixed thresholds refer to key/critical values established in regulations, common values used in the literature, and calculated site-specific mean maximum values. Water quality results from complex interactions in an aquatic system and it is not trivial to separate the climate from other anthropogenic signals. This became evident from the different trends at different stations, which were influenced by other factors despite the climate. WT showed a significant increase of the mean intensity of events at the Elbe and a decrease at the Neckar. Other stations presented changes on frequency and duration, but those were not significant (p-value > 0.05). DO showed a general improvement across all stations, with a significant reduction of events with concentrations lower than 8 mg/L. The same was observed for chl-a, except for the Moselle River, where the duration and intensity of events increased significantly.

Dr. Andrea Burfeid-Castellanos

Duisburg-Essen University

Session: A02 (NA)

Thursday 11:00, POT_112

Diatoms make a major contribution to the microphytobenthos and are only able to survive desiccation up to a certain degree. Throughout Europe, an increasing number of rivers are drying out at least temporarily because of climate change, and the effects this has on the organisms is not yet fully understood. Rivers can also run dry because of direct anthropogenic influence, e.g. by water extraction or due to landscape remodelling. This water reduction subjects a not-adapted diatom community to excessive drying stress and will consecutively reduce autochthone diversity. On the other hand, rivers that naturally fall dry at least for short periods of time are sometimes artificially replenished with water influx from other sources, which also modifies and homogenizes the river diatom communities. To observe the effects of increased drying and perennialization on riparian ecosystems, ecologists can use traditional morphology based as well as newer molecular methods to identify the microphytobenthos. However, both approaches have different advantages and drawbacks in the characterization of diatom communities, and combining both methods can help to give a more comprehensive view on the species diversity in the ecosystems and the ecological mechanisms underlying them. Here we provide an overview of diatom-based projects and their findings in Europe-wide surveys and regional long-term studies. One result is that resistance (survival through the drought) and resilience ([spatial] avoidance of drought) patterns seem to differ throughout Europe, probably following a gradient of environmental humidity. Another result it that perennialization creates a clear breaking point in the diatom communities, as the species distribution and water quality directly respond to the characteristics of the influx water. In general, the increasing threat of drought on previously perennial rivers, as well as the modification of the hydrology of previously non-perennial rivers, can have unforeseen consequences on diatom communities and ecology that need to be addressed.

Diana Goertzen¹; Anne-Kathrin Schneider²; Frank Suhling¹

¹ TU Braunschweig, Institut für Geoökologie; ² Thünen Institut für Biodiversität

Session: A02 (Vortrag)

Thursday 11:15, POT_112

Seit dem Jahr 2018 kam es in mehreren aufeinanderfolgenden Jahren zu extremer Trockenheit, was zu Veränderungen der Wasserführung in Fließgewässern führte: natürlicherweise temporäre Gewässer fielen überdurchschnittlich lange trocken, sonst permanente Bäche trockneten wiederholt aus oder wiesen eine stark reduzierte Wassertiefe von nur wenigen Zentimetern auf und größere Bäche und Flüsse hatten eine erkennbar verringerte Abflussmenge. Nun stellt sich die Frage, welche Auswirkungen die überdurchschnittlich trockenen Jahre auf die Zusammensetzung der Makrozoobenthoszönosen der Fließgewässer hatten. In der Stadt Braunschweig wird seit 2009 ein jährliches Gewässergütemonitoring an rund 60 Probestellen kleiner und größerer Fließgewässer durchgeführt. Diese Daten ermöglichten es uns, Veränderungen in den Makrozoobenthoszönosen und ihrer Diversität ab 2018 im Vergleich zum vorherigen Zeitraum zu untersuchen. Erste Ergebnisse zeigten, dass für die gesamte Stadt die Taxazahl (gamma-Diversität) zwar gleichbleibend hoch war, an verschiedenen Gewässertypen veränderten sich aber die Anzahl und/oder die Zusammensetzung der Taxa. Insbesondere ließen sich Veränderungen in Vorkommen und Häufigkeiten verschiedener Köcherfliegentaxa feststellen.

Session A04

  • Mikrobielle Ökologie
  • Microbial ecology

Moderation: Uli Klümper / Hans-Peter Grossart

Prof. Dr. Hans-Peter Grossart; Dr. Jason Woodhouse

Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB-Neuglobsow)

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 11:30, POT_151

Freshwater lakes are under pressure, with both eutrophication and brownification impacting on phytoplankton dominance and community composition as well as food-web structure. Multi-year microbial studies of lakes are lacking, despite the role of microorganisms in determining remineralisation of organic matter and net carbon export. Over ten years, we implemented monthly sampling of microbial community composition for metagenomic analyses alongside physical, chemical and biological variables in two freshwater lakes; (i) the clear water Lake Stechlin, experiencing internal eutrophication, and (ii) dystrophic bog Lake Fuchskuhle receiving pulsed terrestrial inputs from its surrounding. Eutrophication with intensification of phytoplankton blooms increased niche opportunities for generalist copiotrophic bacteria. Browning contributed to decreases in phytoplankton, particularly mixotrophic Dinoflagellates, increasing the dominance of specialised bacterioplankton often involved in humic matter degradation. Multi-year investigations are critical to avoid overstating seasonal predictors and highlight the dynamic and highly contextualised nature of individual lakes and their respective food webs.

Michele Meyer¹; Dr. Matthias Koschorreck¹; Prof. Dr. Markus Weitere¹; Dr. Daniel Graeber¹; Dr. David Kneis²; Dr. Nuria Perujo¹

¹ Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ, Magdeburg, Germany; ² TU Dresden

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 11:45, POT_151

Floodplains are increasingly threatened by climate change and more extended low flow and drought periods. In this context, prolonged water residence times during low flow and flow resumption following drought may alter biogeochemical processes and promote sediment nutrient release, leading to eutrophication. Previous studies have focused on the effects of drought intensity on microbial functioning and sediment nutrient release. However, how phosphorus (P) release and microbial functioning are coupled in drought-affected floodplains is poorly understood. Furthermore, the response of sediments and nutrient fluxes following drought upon flow resumption is likely dependent on the previous inundation history. Here, we tested how drought intensity and inundation history interactively affect macronutrient fluxes and microbial functioning in a floodplain area of the River Elbe (Germany). We conducted a laboratory drought-induced incubation experiment using sediments from three sites with varying inundation histories: a site close to the river (constantly flooded), a backwater, and a periodically disconnected site. Each site was subjected to two drought intensities (low and high) and a control (no drought).

Our results show that sediments closer to the river and in the backwater released P into the water irrespective of the drought intensity, with an overall higher P release at the site closer to the river. In contrast, the periodically disconnected site exhibited considerably lower P fluxes compared to the other sites and showed increased sediment P retention with higher drought intensity. Preliminary data suggest that these differences in P release behaviour are linked to variations in functional microbial metabolic diversity, extracellular enzyme activities, and microbial community-level physiological profiles. The inundation history had a stronger effect on sediment P fluxes and the P buffering potential than drought intensity. However, significant interactions between inundation history and drought on microbial metabolic diversity and community-level physiological profiles indicate that the P release behaviour was indirectly affected by the coupled effects of inundation history and drought. Our findings highlight that inundation history and drought intensity trigger a cascade of processes, ultimately altering sediment P retention and release dynamics.

Dr. Ling Luo, Uli Klümper

TU Dresden

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 12:00, POT_151

Since the widespread of antibiotic resistance genes (ARGs), they may result in high risk for human beings’ health. In the river ecosystems, biofilms are important part for microbial spread of ARGs, therefore, the spread of ARGs on biofilms should be paid attention. Moreover, the influence of light on the microbial communities on biofilms should not be ignored due to the role of phototrophs in affecting the spread of ARGS. Therefore, we designed different treatments, including dark-dark, dark-light, light-light, and light-dark, to reveal the importance of light on formation of microbial communities and ARG spread on biofilm. As a result, we found that light could alter the relative abundance of E.coli harboring ARGs and also the ARGs. In addition, the communities were altered by different light treatments. Through these results, we can know that, light, benefical for phototrophs, was a crucial factor affecting the spread of ARGs between prokaryotic/ eukaryotic microbes.

Dr. Uli Klümper¹; Kenyum Bagra²

¹ TU Dresden; ² Indian institute of Technology Roorkee

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 12:15, POT_151

River microbial communities regularly act as the first defense against antimicrobial resistance

genes (ARGs) that enter environmental microbiomes through wastewater. The global increase in

temperatures due to climate change might disrupt this barrier effect by altering river microbial

community structure and functions as well as resistome composition. Furthermore, the invasion

dynamics of wastewater-born ARGs into river biofilm communities could be affected.

To combat the spread of antimicrobial resistance (AMR) in the environment under changing

global temperatures, it is hence imperative to study such temperature effects on the natural river

microbial resistome as well as the river microbial communities’ resistance to invasion of foreign

ARGs. Here we aimed to elucidate such temperature effects on the naturally occurring river

biofilm resistome, as well as invasion success of foreign ARGs entering through wastewater.

To achieve this, natural river biofilms were grown in pristine rivers and transferred to laboratory

recirculation flume systems operated at three temperatures (20°C, 25°C, and 30°C). Already after

one week of temperature acclimatization, significant increases in the abundance of naturally

occurring ARGs were detected at higher temperatures. After this acclimatization period, biofilms

were exposed to a single pulse of wastewater, and invasion dynamics of wastewater-born ARGs

were analyzed over two weeks. Initially, after one day, wastewater-born ARGs were throughout

able to successfully invade all biofilms with no observable temperature effect on their relative

abundance. However, thereafter ARGs were lost at a far increased rate at 30°C, with ARG levels

dropping to the initial natural levels after 14 days. Contrary at lower temperatures, ARGs

were either lost at slower rates or even able to establish themselves in biofilms with stable relative

abundances above natural levels. Hence, higher temperatures come with trade-offs for river

resistomes: Naturally occurring ARGs increase in abundance, while foreign, invading ARGs are

lost at elevated speed.

Dr. Sven Meißner¹; Dr. Nikola Stankovic¹; Dr. Jutta Fastner²; Dr. Sabine Hilt¹

¹ Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB); ² Umweltbundesamt (UBA)

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 16:30, POT_151

Neurotoxic benthic cyanobacteria can form associations with aquatic plants and have recently caused fatal dog poisonings in Berlin and worldwide. Reductions in external nutrient inputs have reduced phytoplankton biomass in many inland waters. However, deeper light penetration also means increased growth of aquatic plants and their associated cyanobacteria. Cyanobacteria on aquatic plants can be easily transported to beaches where humans and animals can be exposed to potent neurotoxins.

Here I will present the results of a screening and monitoring study of Lake Tegel with a focus on the diversity of aquatic plants and the impact of biotic and abiotic factors on their associated cyanobacteria.

Shambhavi Parmar MdB; Dr. Karla Münzner; Dr. Stephanie Spahr; Dr. Jan Köhler

Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries, Berlin

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 16:45, POT_151

Harmful algal blooms (HABs) have significant ecological and economic impacts on aquatic ecosystems. One such HAB-causing alga is Prymnesium parvum, found in brackish and freshwater habitats, which caused the most recent algal bloom in August 2022 in the Oder River, resulting in the death of many fish and mussels. The specific environmental factors that potentially facilitated its growth in the river include high temperatures, low river flow rates due to reduced precipitation, and increased salinity. Quantifying the influence of these conditions on growth and toxin production of the P. parvum strain from the Oder River is crucial for forecasting and potentially preventing toxic blooms and mass kills of fish and other aquatic life in the future. In this study, we focussed on the effects of salinity and light on the growth and toxin production of a lab culture of the Oder strain of P. parvum. Additionally, we compared the salt tolerance of different P. parvum strains from around the world to the Oder strain. The optimal salinity for the growth of the P. parvum Oder strain was between 4 and 8 PSU, with growth decreasing at salinities below 4 PSU and death of the algae at 16 and 32 PSU. The different strains of P. parvum differed in their salinity optima but were able to adapt to a wide range of salinities and survived at lower salinities for some time while producing toxins, posing a significant threat to freshwater ecosystems. These results underscore the importance of monitoring salinity and avoiding salinization of freshwater systems as a potential factor in bloom events. Additionally, further research into the specific environmental triggers for toxin production is essential to develop targeted approaches for preventing and controlling harmful algal blooms. Ultimately, understanding the ecological niche and adaptability of P. parvum can inform policy and conservation efforts to protect freshwater biodiversity and ecosystem health.

PD Dr. Kenneth Dumack; Jule Freudenthal MSc.; Nils Heck MSc.; Nina Pohl MSc.; Marcel Dominik Solbach MSc.; Prof. Dr. Michael Bonkowski

University of Cologne, Cologne, Germany

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 17:00, POT_151

Microeukaryotes, particularly protists, have been overlooked in wastewater treatment studies due to methodological biases favoring prokaryotes. Applying metatranscriptomics has enabled us to address these biases, and in this presentation, I will provide a summary of four recent studies examining the entire wastewater microbiome, encompassing prokaryotes, fungi, protists, and microscopic metazoa (Heck et al. 2023, Freudenthal et al. 2022, Pohl et al. 2021, Solbach et al. 2021).

Our primary focus has been the exploration of biotic interactions within wastewater, leading to several noteworthy findings: 1. Microeukaryotic predators shape the prokaryotic community composition and are thus integral for well-performed wastewater treatment. 2. Gut parasites among microeukaryotes exhibit heightened activity in wastewater but undergo effective reduction during denitrification, likely influenced by microbial predation. 3. The so-far overlooked, but most abundant wastewater protist worldwide, Rhogostoma minus, hosts Legionellales and potentially functions as a vector for Legionnaire’s disease in humans. These findings underscore the significance of investigating microbial eukaryotes in wastewater, now made feasible with advanced tools.

Robin Starke¹; Dr. Magali de la Cruz Barron; Prof. Dr. Thomas Berendonk; Dr. David Kneis; Dr. Uli Klümper

¹ TU Dresden

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 17:15, POT_151

Conjugative plasmid transfer is a major bacterial evolutionary process and significantly contributes to the dissemination of antibiotic resistance genes. Abiotic conditions affecting plasmid transfer rates have been widely studied. Biotic factors including interactions with non-bacterial microorganisms have received less attention. Protozoa are commonly found in any aquatic ecosystem and constitute an important link between metazoan organisms and the microbial loop of aquatic food webs. Further, they are highly abundant in environments with high bacterial densities like wastewater treatment plants or aquatic biofilms which are considered hotspots for the spread and emergence of antibiotic resistance through plasmid transfer.

We here hypothesize that bacterial defense mechanisms like aggregation and stress responses under protozoan predation could provide favorable conditions for bacterial conjugation and thus increase transfer rates of antibiotic resistance encoding plasmids.

Through a combination of experimental liquid mating assays and mathematical modeling, we here demonstrate that predation pressure by the bacterivorous ciliates Tetrahymena pyriformis and Paramecium tetraurelia increase plasmid transfer rates between Pseudomonas putida strains. The presence of T. pyriformis caused a significant up to six-fold decrease in total bacterial densities. However, the number of transconjugants per recipient increased significantly with increasing predation pressure from 7.7 ± 7.8% in the absence of T. pyriformis to 47.7 ± 22.9% at the highest initial Tetrahymena concentration of 1000 cells/mL. A mathematical model based on ordinary differential equations was able to corroborate the experimental observations when assuming that the plasmid transfer rate constant γ is predation-dependent. Here γ increased by up to 60% at predator concentrations of 1000 cells/mL. Similar trends but with weaker effect sizes were obtained under predation of the other ciliate P. tetraurelia. Contrarily, the tested non-ciliate protozoan grazers, flagellates, and amoebae, did not affect the conjugation rates of their prey bacteria.

In conclusion, biotic stress through protozoan predation can directly affect plasmid transfer rates. Hence, ecological interactions need to be taken into account when assessing the spread of conjugative plasmids in complex environmental settings.

Eda Deniz Erdem; Prof. Thomas Ulrich Berendonk; Dr. Uli Klümper PhD

TU Dresden, Institute of Hydrobiology

Session: A04 (Vortrag)

Wednesday 17:30, POT_151

Carbamazepine (CBZ), a frequently used anticonvulsant pharmaceutical is accumulating as a pollutant in aquatic environments as it regularly persists environmental biodegradation. Previously, using artificial plasmid donor strains at unnaturally high abundance, CBZ at environmentally relevant concentrations has been shown to facilitate plasmid transfer in both single-species and community-level experiments. This brings into question if such conjugation-promoting effects of CBZ are of environmental relevance and detectibly promote the spread of antibiotic resistance gene (ARG) encoding plasmids that occur at far lower, natural levels in complex bacterial communities. Here we aimed at investigating this, using an experimental evolution approach.

To this end, an aquatic bacterial community was passaged in liquid medium across five different concentrations of CBZ (0, 0.05, 0.5, 5, 50 mg/L) for three days. High-throughput qPCR was employed to quantify changes in the abundances of 26 ARGs and 5 MGEs. Moreover, 16S rRNA gene-based amplicon sequencing was conducted to investigate CBZ-induced changes to the community composition.

First, no substantial changes in community composition of the microbial communities exposed to differing concentrations of CBZ were detected. Consequently, any effects observed for enrichment of ARGs or MGEs would be attributable to increased horizontal gene transfer within the community, rather than an altered survivability or selection of the specific ARG/MGE hosts. However, unlike in previous experiments with high plasmid loads, there was no all-encompassing trend of increase in the relative abundances of ARGs and MGEs due to CBZ exposure. In the evolved communities only 7 out of 30 genes of interest were significantly positive correlated with CBZ concentration. Among these genes, only the two beta-lactam ARGs blaOXA-48 and blaNDM were lost in the absence but increased in abundance in presence of CBZ. The macrolide ARG ermF increased under all conditions but this increase was more pronounced at higher CBZ concentrations. For the remaining 2 ARGs blaCMY and dfrA1 and the two MGE markers IncW and IS26 rather than enrichment through CBZ a decrease in the loss rate during the evolution experiment was detected.

Consequently, effects observed in laboratory plasmid transfer experiments with high plasmid loads do only partly translate to effects on ARG levels in natural aquatic communities and are if at all detectable highly gene dependent.

Session A05

  • Multiple Stressoren
  • Multiple stressors

Moderation: Mechthild Schmitt-Jansen / Stefan Lips

Louis Sollinger

Session: A05 (Vortrag)

Dienstag 09:00, POT_112

Infolge des durch den Menschen beschleunigten Klimawandels wird eine Zunahme von Abflussextremereignissen in deutschen Fließgewässern postuliert. Sowohl Hoch- als auch Niedrigwasserphasen beeinflussen natürlicherweise die Ichthyozönosen eines Fließgewässers auf vielfältige Weise und auf verschiedenen Ebenen. Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme ,,WaX – Wasserextremereignisse“ und des geförderten Projekts ,,DryRivers“ wurde das Ziel verfolgt, ein bundesweit für alle natürlichen Fließgewässer gültiges Werkzeug zur Risikoabschätzung der aus extremen Niedrigwasserereignissen resultierenden Schädigung von Fließgewässerfischartengemeinschaften zu entwickeln. Im Rahmen des Vortrages sollen zwei in diesem Zusammenhang entwickelte Herangehensweisen erläutert sowie ihre Vor- beziehungsweise Nachteile und vorläufige Ergebnisse präsentiert werden.

Dr. Nadine Hoffschröer¹; Cecilia Laspoumaderes²; Prof. Dr. Bettina Zeis¹; Nelly Tremblay³

¹ Universität Münster; ² CONICET-Universidad Nacional del Comahue; ³ Université du Québec à Rimouski

Session: A05 (Vortrag)

Dienstag 09:15, POT_112

Der Lebensraum des limnischen Zooplanktons stellt aufgrund der saisonalen sowie lokalen Temperaturschwankungen innerhalb der Wassersäule eine Herausforderung dar. Bei poikilothermen Organismen beeinflusst die Exposition gegenüber wechselnden Temperaturen die Eigenschaften der Mitochondrien. Enzyme des Metabolismus, die reduzierte Substrate an die Elektronentransportkette und das oxidative Phosphorylierungssystem liefern, müssen ihre Aktivität und Fluxraten an die veränderten Temperaturbedingungen anpassen. Untersuchungen mit Hilfe von Respirometrie ergaben, dass die Atmung von Daphnia magna durch die Akklimationstemperatur der Tiere beeinflusst wurde, wobei kalt-akklimierte Tiere eine höhere Citratsynthase-Aktivität zeigten, wahrscheinlich aufgrund quantitativer Anpassungen, während warm-akklimierte Tiere eine höhere Temperaturempfindlichkeit der funktionellen Eigenschaften mitochondrialer Enzyme aufwiesen. Dies deutet darauf hin, dass die Atmung von Daphnia hauptsächlich durch die Bereitstellung reduzierter Substrate begrenzt wird und nicht durch Einschränkungen in den Enzymkomplexen der Atmungskette. Dies könnte dazu beitragen, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies zu reduzieren und die Energiereserven der Tiere zu bewahren. Die Studie ergab jedoch auch, dass erhöhte Temperaturen zu einer verstärkten Abwehr gegen oxidativen Stress führten, wie durch die integrierte Biomarkerantwort aufgezeigt wurde.

Teresa Luftensteiner¹; Alcides Aybar-Galdos²; Dr. Heide Stein³; Prof. Dr.-Ing. Markus Noack²; PD Dr. Hans Jürgen Hahn³

¹ RPTU Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau; ² Hochschule Karlsruhe University of Applied Sciences; ³ Institut für Grundwasserökologie IGÖ GmbH

Session: A05 (Vortrag)

Dienstag 09:30, POT_112

Die EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) verpflichtet die Mitgliedsländer bis 2027 den guten ökologischen Zustand aller Fließgewässer herzustellen. Dieses Ziel wird voraussichtlich verfehlt werden. Ein Grund könnte die Kolmation sein, die sich hinter der „Allgemeinen Degradation“ verbergen dürfte. Kolmation, das Verstopfen der Sedimente, ist ein natürlicher Prozess, der durch intensive Landnutzung verstärkt wird. Sie führt zur Verringerung der Sauerstoff- und Nährstoffversorgung, zum Verlust von Lebensraum sowie zur Verarmung der Sedimentfauna.

Um den Zusammenhang zwischen WRRL-Bewertung, Kolmation und Sedimentbesiedlung zu überprüfen, wurden 2021 bis 2022 14 Bäche unterschiedlicher Fließgewässertypen (FGWT) hydrochemisch, faunistisch sowie sedimentologisch untersucht und die Kolmation quantitativ erfasst. Die Ergebnisse für silikatische, grobmaterialreiche Mittelgebirgsbäche (FGWT 5) werden vorgestellt.

Es besteht ein klarer Zusammenhang zwischen WRRL- Bewertung, Kolmation und Sedimentfauna. Die Trennung der Gewässer gemäß WRRL in „mäßig“ und besser spiegelt sich in der Besiedlung wider. Abundanz und Diversität sinken mit zunehmender „Allgemeinen Degradation“ sowie Kolmation und steigen mit hydraulischen Konduktivität (kf). Auch die Wasserchemie reflektiert die WRRL-Bewertung, wobei besser bewertete Bäche höhere Sauerstoffkonzentrationen aufweisen. Die die Sedimentfauna prägendsten Faktoren/ Parameter sind jedoch „Allgemeine Degradation“ sowie Feinsedimentanteil, Kolmation und kf.

Die Degradation von Fließgewässern wird durch verschiedene Faktoren wie stofflichen und organischen Belastungen beeinflusst. Unsere Untersuchungen zeigen, dass Kolmation einer dieser Faktoren ist. Fließgewässertypspezifische Referenzen zur Bewertung der Kolmation sind jedoch noch nicht verfügbar. Eine Bewertung der Kolmation ist notwendig, um Kolmationsprobleme zu erkennen und Maßnahmen zu ergreifen, besonders wenn Renaturierungsmaßnahmen den ökologischen Zustand kaum verbessern konnten.

Dr. Heide Stein; Dr. Hans Jürgen Hahn

Institut für Grundwasserökologie (IGÖ GmbH)

Session: A05 (Vortrag)

Dienstag 09:45, POT_112

Kiesige und sandige Gewässersohlen können durch Feinsedimente und biologische Vorgänge verstopfen. Dieser Prozess wird als Kolmation bezeichnet. Hohe Feinsedimentfrachten in Fließgewässern (FG) können natürliche Kolmationsprozesse verstärken. Besonders bei FG mit intensiv genutzten Einzugsgebieten sowie begradigten und verbauten Gewässern. Dauerhaft stark kolmatierte Gewässersohlen weisen ein strukturell und funktionell verarmtes Lückensystem (hyporheisches Interstitial) auf, hier sind das Reinigungspotenzial sowie die Habitat- und Biodiversität vermindert. Studien belegen, dass die Kolmation eine entscheidende Rolle bei der Degradation von Biozönosen spielt und negative Auswirkungen auf den ökologischen Zustand (ÖZ) hat. Bei der Zustandsbewertung der FG nach EG-Wasserrahmenrichtlinie wird die Kolmation jedoch nicht erfasst. Bei Renaturierungsmaßnahmen werden Sedimenteinträge und ihre Folgen kaum berücksichtigt, sodass sie selten nachhaltig zu einem guten ÖZ führen.

Im Frühjahr 2019 wurde die Kolmation an 25 FG in Rheinland-Pfalz gemessen, um Zusammenhänge mit der Interstitialbesiedlung und dem ÖZ zu untersuchen. An allen Standorten wurden der ÖZ, die hyporheische Meiofauna und ökologisch relevante Parameter (z. B. Sauerstoff, Sedimente) erfasst. Einer der Standorte (Unterer Guldenbach) wurde von Mai 2019 bis April 2020 monatlich untersucht, um zeitliche Veränderungen der Kolmatierung und Meiofauna zu erfassen.

Die Ergebnisse zeigen deutliche gewässertypische Unterschiede in der Kolmation. Folglich wären für eine Bewertung der Kolmation Referenzzustände für Fließgewässertypen sinnvoll. Auch wurden negative Zusammenhänge zwischen der Diversität und den Anteilen von Lückensystembesiedlern (v.a. Crustacea) mit der allgemeinen Degradation und der Kolmation nachgewiesen. Stärker degradierte FG waren i.d.R. auch stärker kolmatiert. Am Unteren Guldenbach wurde eine ausgeprägte zeitliche Dynamik der Kolmation festgestellt, die stark an das Abflussverhalten gekoppelt war. Die hyporheische Meiofauna spiegelte die wechselnde Kolmationssituation deutlich wider.

Die Untersuchungen bestätigen, dass zielgerichtete Maßnahmen v.a. auch im Einzugsgebiet zur Erreichung des guten ÖZ definiert werden können, wenn die Erfassung der Kolmation die Fließgewässerbewertung ergänzt. Forschungsbedarf besteht bei der Definition gewässertypspezifischer Referenzzustände für die Kolmationsbewertung und der Weiterentwicklung der Erfassungsmethoden, z.B. Messtiefe, -zeitpunkt, Standortwahl.

Uta Müller¹; Patrick Heidbüchel; Rüdiger Mauersberger; Constacia Levertz; Sabine Hilt

¹ Leibnitz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Session: A05 (Vortrag)

Dienstag 10:00, POT_112

Characeen sind die charakteristische Vegetation oligo-mesotropher kalkreicher Seen des Habitattyps 3140. Viele Characeen Bestände waren schon vor über 100 Jahren von starken Rückgängen betroffen, die meist auf erhöhte Nährstoffeinträge aus dem Einzugsgebiet zurückgeführt wurden. In den letzten Jahrzehnten gingen Characeen jedoch auch in vielen Seen ohne erkennbare erhöhte Nährstoffzufuhr aus dem Einzugsgebiet zurück. Im Erprobungs- und Entwicklungsvorhaben „Chara-Seen“ wurde zwischen 2019-24 der Erfolg verschiedener Maßnahmen zur Revitalisierung von Characeen in einem Vorher-Nachher-Maßnahme-Kontrolle Ansatz getestet. Beispiele für getestete Maßnahmen umfassen die Reduktion der Fischbestände, Exclosures, Phosphorfällung oder die Entnahme von Ceratophyllum demersum. Für alle drei Typen von Maßnahme-Seen konnte eine signifikante Verbesserung der Characeen-Zustandsklasse erreicht werden, während der Zustand der Kontroll-Seen im Mittel unverändert blieb. Von 10 Seen, die vor Durchführung der Maßnahmen keine Characeen-Bestände mehr aufwiesen, blieb nur ein See in diesem schlechten Zustand. Eine gute Characeen-Zustandsklasse konnte in 3-4 Seen erreicht werden, ein sehr guter Zustand dagegen keinem der Projekt-Seen. Vor- und Nachteile sowie Chancen und Grenzen der verschiedenen Ansätze werden diskutiert. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung einer Entscheidungshilfe zur Re-etablierung von Characeen in Hartwasserseen.

Cordula Jäger

Drausy GmbH

Session: A05 (Vortrag)

Dienstag 10:45, POT_112

Künstliche Seen, Flüsse, Teiche und Feuchtgebiete sind eigenständige wichtige Lebensräume. Sie sind nicht in der Lage, sich natürlich zu regenerieren - abgestorbene Biomasse führt zu Verschlammung und zur Produktion von Fäulnisgasen.

Durch minimalinvasive Sauerstoffanreicherung der Grenzschicht zwischen Wasserkörper und Sediment kann ein natürliches Gleichgewicht in den Gewässern geschaffen werden. Die flächig-bodennahe Dauerbehandlung erhält und verbessert die Funktions- und Leistungsfähigkeit von Oberflächengewässern unter Berücksichtigung der Anpassung an den Klimawandel, der Ressourcenschonung und des Schutzes der Artenvielfalt.

Herausforderung: Sauerstoffdefizite am Grund von Oberflächengewässern

Die Sauerstoffaufbereitung ist vor allem aus der Klärtechnik bekannt - in Oberflächengewässern besteht die Herausforderung darin, den Sauerstoff dort einzubringen, wo das Defizit entsteht: am Grund.

Stand der Technik:

  • Belüftungssysteme in Teichen und Seen wirken an der Oberfläche / benötigen viel Energie.

  • In tiefen Schichten ist die Flächenbehandlung ein Problem.

Die Technologie Drausy® Professional bietet eine nachhaltige, kontinuierliche Bewirtschaftung der Wasserressourcen. Diese Schlussfolgerung ergibt sich aus den folgenden Bewertungen:

  • Funktionale Kohärenz des Systems - In Bezug auf Material und Funktionalität (Bruch, Elastizität, Widerstand, Lebenszeit)

  • Wirkungsgrad (Sauerstofflöslichkeit) - Seit 2021 sind feine Blasen im Submillimeterbereich zum Standard geworden - das hat die O2-Löslichkeit deutlich erhöht und den Energiebedarf gesenkt. Der gesamte Wasserkörper wird kontinuierlich vom Boden bis zur Wassersäule behandelt.

Die vorgestellte naturbasierte Technologie erreicht mit einer Anwendung verschiedene Ziele. Sie ist eine ressourcenschonende Instandhaltungsmaßnahme. Die folgenden Herausforderungen können gelöst werden:

Erhaltung und Verbesserung der Funktionalität und Leistungsfähigkeit von Oberflächengewässern:

  • Stimulierung des Gewässers/ der Biozönose durch Sauerstoffanreicherung (Nährstoffbindung am Boden, Klärung des Wassers)

  • Sedimentreduzierung (Volumenreduzierung durch Metabolisierung organischer Stoffe und Bodenverdichtung)

  • Prophylaxe gegen Schlamm/Verschlammung/Methanemissionen

Anpassung an den Klimawandel, Ressourcenschutz und Erhaltung der biologischen Vielfalt werden in dieser naturbasierten Langzeitanwendung gleichermaßen berücksichtigt:

Energie, Betriebsmittel, Lebenszeit, Infrastruktur (Wasser und Land)

Sarah Betz-Koch; Prof. Dr. Jörg Oehlmann; Dr. Matthias Oetken

Goethe Universität Frankfurt am Main

Session: A05 (Vortrag)

Dienstag 11:00, POT_112

Neben einer Vielzahl von anthropogenen Stressfaktoren gelten Pestizide als einer der Hauptverantwortlichen für den Rückgang der Artenvielfalt von Makroinvertebraten in kleinen Bächen. Diese werden insbesondere während Regenereignissen von benachbarten Agrarflächen über Run-off wiederholt in die Gewässer eingetragen, was zu komplexen Expositionsdynamiken für die aquatischen Organismen führt. Insbesondere Pyrethroide werden weltweit in landwirtschaftlichen Oberflächengewässern nachgewiesen und stellen ein hohes Risiko für wirbellose Wasserorganismen dar. Aufgrund ihrer schnellen Wirkungsweise, die auf Natriumkanäle abzielt, können selbst kurze Pyrethroid-Expositionsimpulse erhebliche kurz- und langfristige Auswirkungen auf Makroinvertebratengemeinschaften haben. Daher ist es notwendig, für die Umweltrisikobewertung von Pestiziden realistischere Expositionsszenarien zu berücksichtigen und folglich realitätsnähere Wirkungsdaten durch den Einsatz von Multi-Stressor-Testsystemen zu erhalten.

Daher wurden in einem experimentellen Ansatz unter Verwendung künstlicher Fließrinnen vier durch starke Regenfälle verursachte Pyrethroidpulse simuliert, indem eine aquatische Lebensgemeinschaft, bestehend aus Gammarus pulex, Ephemera danica, Lumbriculus variegatus und Potamopyrgus antipodarum, über einen Zeitraum von 35 Tagen verschiedenen umweltrelevanten Konzentrationen von Deltamethrin (0.64 ng/L, 4 ng/L, 16 ng/L, 64 ng/L) für 12 Stunden mit dazwischen liegenden Erholungsphasen von sechs Tagen ausgesetzt wurde. Verschiedene letale (Mortalität) und subletale Endpunkte, darunter Reproduktion sowie das Trockengewicht der Würmer etc., wurden zur Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkungen auf eine aquatische Gemeinschaft verwendet.

Erste Ergebnisse zeigen, dass es bei einer gepulsten viermaligen Belastung mit einer Konzentration von 64 ng/L Deltamethrin zu einem signifikanten Anstieg der Mortalitätsrate von Gammarus pulex mit steigenden Deltamethrin-Konzentrationen kam, während die Anzahl an juvenilen Gammariden signifikant abnahm. Da Gammarus pulex als Zerkleinerer von Detritus und als Beutetier für viele Fischarten eine Schlüsselrolle von Süßwassersystemen spielt, deuten die vorliegenden Ergebnisse darauf hin, dass der Einfluss einer gepulsten Pyrethroidbelastung negative Auswirkungen auf das gesamte Süßwassersystem zur Folge haben kann.

Alina Kindinger; Dr. Devanshi Pathak; Prof. Dr. Dietrich Borchardt; Prof. Dr. Markus Weitere; Prof. Dr. Karin Frank; Dr. Mechthild Schmitt-Jansen; Dr. Olaf Büttner; Dr. Ulrike Scharfenberger; Dr. Mario Brauns; Dr. Patrick Fink

UFZ - Helmholtz Centre for Environmental Research

Session: A05 (Vortrag)

Tuesday 11:15, POT_112

Intensive agriculture relies heavily on the application of fertilizers and pesticides to increase crop production. However, export of these substances from agricultural areas into surface waters impairs water bodies’ ecological status and ecosystem functions. Prediction of stream ecosystem functioning from land use information is challenging, because it requires knowledge on how spatially distributed agricultural impacts in the catchment are integrated along the stream network to impact in-stream ecosystem functioning. To fill this gap, we introduce a novel Agricultural Land-Use Intensity index for Streams (LUIS) designed to quantify and differentiate the multiple stressors that agricultural land use exerts on stream ecosystems. Using grid-level information on fertilizer and pesticide inputs, and hydrological connectivity, LUIS is able to aggregate agriculture-related stressors at a sub-catchment level and to consider long-distance effects. To connect LUIS with trophic transfer efficiency as a proxy for ecosystem functioning, we conducted a large sampling campaign in the Harz mountains in Saxony-Anhalt in 20 different streams spanning along a LUIS gradient. The quantitative assessment of LUIS-function relationships will reveal potential thresholds for land use intensity where ecosystem functionality may shift outside sustainable safe operating spaces.

Rizwan Ullah¹; Anika Große²; Dr. Nuria Perujo²; Dr. Daniel Graeber³; Dr. Patrick Fink³

¹ Helmholtz-Centre for Environmental Research - UFZ; ² Helmholtz Centre for Environmental Research – UFZ; ³ Helmholtz Center for Environmental Research - UFZ

Session: A05 (Vortrag)

Tuesday 11:30, POT_112

Eutrophication is a prevalent stressor for streams worldwide. Nutrient enrichment, such as an excess of phosphorus together with light can drive eutrophication by stimulating the growth of autotrophic biofilms, while a combination of phosphorus together with dissolved organic carbon (DOC) should stimulate the heterotrophic biofilm growth. Yet, the effects of light or DOC along phosphorus gradients is largely unknown for benthic and hyporheic biofilm communities under near-natural conditions. We performed a flume mesocosm experiment in the anthropogenically undisturbed portion of the Holtemme River, which is characterized by low dissolved phosphorus concentrations. We applied a gradient of dissolved phosphate concentrations (12 levels from 5 to 220 µg P L-1) either together with increased light or together with additional reactive DOC (1 mg L-1, acetate). We expected the biomass of both benthic and hyporheic microbial communities to increase non-linearly with increasing phosphorus concentrations, but with characteristic differences for autotrophic and heterotrophic communities. Specifically, a combination of soluble reactive phosphorous with light should promote the dominance of cyanobacteria and chlorophytes compared to diatoms. The gradient approach of our experiment work will potentially contribute to the delineation of a safe operating space for biofilm biomass and composition, within which eutrophication only has moderate impacts. With this we may be able to delineate thresholds for eutrophication under different light and DOC regimes and predict effects on stream ecosystem functioning.

Willem Kaijser

Universität Duisburg-Essen, Campus Essen

Session: A05 (Vortrag)

Tuesday 11:45, POT_112

Aquatic ecology aims to generalize available information for practical applications. Biodiversity metrics of five biotic groups—bacteria, algae, macrophytes, macro-invertebrates, and fish—vary with specific stressors and their intensities. Commonly assessed stressors include salinity, oxygen, substrate (fine sediment), nutrients, flow, and temperature. Despite scattered literature, limited synthesis exists on the quantitative relationships between these stressors and biodiversity metrics.

This study synthesizes existing knowledge to quantify these general patterns and assess their uncertainties. We systematically scanned approximately 30,000 articles for relevant data in figures, tables, and datasets, fitting models and conducting a Bayesian meta-analysis on 1-3% of usable sources. Bayesian Model Averaging (BMA) was employed to account for noisy and biased sources of uncertainty.

Preliminary results indicate that data from figures more positively display patterns, with a notable relationship between effect size and standard error, suggesting large heterogeneity and potential overestimation. Biodiversity trends in invertebrates concerning fine sediment and salinity are most apparent, while other patterns remain vague and uncertain.

These results can inform future studies or highlight gaps in knowledge about other biotic groups. Additionally, ecology should emphasize clearly defining target populations and publishing negative results and datasets to improve transparency and progress.

Session A06

  • Aquatische Nahrungsnetze
  • Aquatic food webs

Moderation: Kristin Scharnweber / Mario Brauns

Mario Brauns¹; Romy Wild²

¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ ; ² Technische Universität München (TUM)

Session: A06 (Vortrag)

Thursday 10:30, POT_051

The expansion and intensification of agricultural land use and the associated deforestation, eutrophication and modification of habitat heterogeneity remain the most important stressors to stream ecosystems worldwide. Their effects on biodiversity and community composition are well described, but we lack comparative knowledge about the effects of agriculture on the topology of and energy fluxes in food webs. We combined stable isotope-derived dietary proportions with quantifications of ecosystem production to calculate food chain length, complexity and trophic transfer efficiency (TTE) of the green (biofilm) and brown (terrestrial POM) food chain in two forested and two agricultural streams. Food web complexity was lower, and food chains were shorter in agricultural than in forested streams. There was a shift in basal resources from tPOM to biofilm in agricultural streams, and TTE of the brown and green pathway decreased with increasing trophic positions in agricultural streams. However, the remarkably high TTE of primary consumers in agricultural streams compensated for the loss of green and brown fluxes to higher trophic levels. We attribute the observed food web effects to the release of primary consumers from top-down pressure, as predator production was lower in agricultural than in forested streams. We discuss if the inverse relationship between food chain length and TTE is a peculiarity of highly modified freshwater ecosystems.

Kristin Scharnweber¹; Lisa Heermann¹; Ulrich Werneke²; Jost Borcherding¹

¹ Universität zu Köln; ² Naturschutzzentrum im Kreis Kleve e.V.

Session: A06 (Vortrag)

Thursday 10:45, POT_051

Gravel pit lakes probably display the most abundant type of artificially created water bodies. These newly established ecosystems are oftentimes, at least initially, devoid of any fish as most gravel pit lakes are not connected to a river system or other water bodies. Natural colonization by fish may randomly occur via flooding or dispersal by other animals, in most cases, however, we have to assume human impact as colonization vector.

Excavation of the gravel pit lake Reeser Meer Nord-Erweiterung (RMNE) which is located in the floodplain area of the Lower Rhine started in 2006. We have monitored the lake over the course of 14 years. In 2019, we caught the first fish individuals of the species sunbleak Leucaspius delineates. Fish abundance increased massively and reached a peak in autumn 2022, but during the following year, catch-per-unit-effort has decreased again. Following the fish invasion, we were able to demonstrate a classical trophic cascade with top-down effects on zooplankton and subsequent decreasing effects on secchi depth and physical-chemical parameters, due to the release from grazing pressure on phytoplankton. For the zooplankton samples, we used an automated scanning system (ZooScan - Hydroptic) for identification and biomass estimation of the community. This system helped us to identify differences in the extent of the top down pressure on zooplankton. Little effects were visible for Copepoda, but size- dependent predation eliminated larger species of Cladocera (classical size-efficiency hypothesis). Cladocera abundance and their sizes decreased and the population responded with vertical migration patterns to escape predation. Chaoborus larvae were no longer detected in the second year after the fish invasion, indicating a strong feeding preference of sunbleak on these organisms. Stomach content analyses of sunbleak further showed that the rather planktivorous fish species switched their diet during ontogeny, incorporating more benthic macroinvertebrates and terrestrial insects from a size of > 40 mm total length. Our results of this long-term monitoring thus demonstrate the manifold processes following fish invasion.

Johannes Meka¹; Karina A. E. van der Zon²; Melina Werner³; Juliane Romahn³; Damian Baranski³; Leonie Schardt³; PD Dr. Kathrin Theissinger¹; PD Dr. Jean-Yves Georges⁴

¹ Justus Liebig Universität Gießen; ² Université de strasbourg, CNRS, LIVE UMR 7362; ³ LOEWE Center for Translational Biodiversity Genomics (LOEWE-TBG) ; ⁴ Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178

Session: A06 (Vortrag)

Thursday 11:00, POT_051

Since the 18th century, wetlands have declined by 90% due to land mismanagement, leading to significant biodiversity loss, including the European pond turtle (Emys orbicularis, “Emys”). Emys play a major role in wetland ecosystems, as it operates at all trophic levels from herbivore to predator and scavenger. Beyond, understanding the functional ecology of this threatened species is crucial for effective conservation efforts. In our study site between Neuburg am Rhein and Lauterbourg (Upper Rhine Valley, FR/DE), we investigated the food web dynamics involving Emys to determine: 1) Emys diet composition throughout seasons, 2) if Emys are opportunistic feeders or exhibit prey selection, and 3) the actual trophic levels of Emys within our study system. We hypothesised that according to optimal foraging theory, Emys’ diet varies in respect to seasonal prey availability while selecting prey size relative to its own body size. We collected faecal samples from turtles (N=243) and potential predators (N=71) during the Emys’ active season (April to September, 2022 and 2023). Using faecal eDNA and a multiplex metabarcoding approach, we performed exhaustive diet analyses, which surpass traditional methods reliant on identifying hard faecal items. To assess if Emys exhibit seasonal diet and prey selection, we compared the identified food items with the list of species identified during eDNA surveys in water samples analysed with the same multiplex metabarcoding approach. In addition, we analysed faeces of potential competitors, namely the invasive exotic turtle Trachemys scripta (as above), and of potential predators using an Emys-specific qPCR approach, followed by predator identification via metabarcoding in scats collected in the area. All analyses are currently in progress. Our study will reveal whether Emys are truly opportunistic feeders as described in literature. We identify species that act as potential competitors or predators of Emys to draw an exhaustive food web centered on Emys. As part of the Emys-R project (www.emysr.cnrs.fr), our study enhances the understanding of Emys’ trophic ecology, revealing the Emys´ ecological function in wetland ecosystems. This knowledge may contribute to conservation initiatives and aligning management measures to halt biodiversity loss in wetlands.

Dr. Albert Keim; Dr. Albert Keim

Anglerverein Karlsruhe e. V.

Session: A06 (Vortrag)

Thursday 11:15, POT_051

Retrieving floating objects from the open water, i.e. sampling zooplankton, can become a demanding activity. Working on ichthyoplankton in the open sea, on coastal plankton and on inland water plankton sometimes has differences in tasks and work equipment. Are there criteria for successful work and what promoting and inhibiting influences work? Limits and possibilities of nets, water sampling bottles and pumps are compared regarding the different sizes and densities of plankton organisms. Criteria for the quality of sampling are sought. To what extent is it possible to reduce the dispersion in the data and correlate the zooplankton with other parameters? In further processing, the comparison of net towing with pumping under the conditions of sampling on small lakes should be given priority.

Dr. Almut J. Hanselmann; PD Dr. Dietmar Straile

Universität Konstanz

Session: A06 (Vortrag)

Montag 11:30, POT_051

Im Zuge des Klimawandels und der damit einhergehenden Veränderungen wie Temperatur- und Wasserstand, verändert sich im Bodensee auch die Verbreitung und Verteilung der submersen Makrophyten. Speziell die Characeen verbreiten sich seit Jahren immer mehr im See, vermutlich auch als Folge der Reoligotrophierung. Zusätzlich gibt es vermehrt Sichtungen von vitalen Armleuchteralgen im Winter.

Für das Ökosystem im Litoral gewinnen die Makrophyten somit immer mehr an Bedeutung, sind sie doch Lebensraum, Refugium und Nahrungsgrundlage für viele Organismen.

Dieses Frühjahr ist das Teilprojekt Litoral des Seewandel-Klima-Projektes gestartet, das diese Gemeinschaft nun genauer untersucht. Die Makrophyten und die damit assoziierte Makrozoobenthos-Gemeinschaft werden zu verschiedenen Jahreszeiten an verschiedenen Stellen unterschiedlicher lokaler Nährstoffbelastung im Bodensee mit Hilfe von Tauchern beprobt und quantitativ erfasst. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auch auf die Interaktion zwischen den Makrophyten und Neozoen gelegt, da diese sich auf verschiedene Weise beeinflussen könnten. Neozoen haben die Artengemeinschaft in den letzten Jahren stark verändert, die neu eingewanderten Arten zeigen auch in den ersten Proben eine Dominanz.

Session A07

  • Stoffflüsse in aquatischen Ökosystemen
  • Matter fluxes in aquatic communities

Moderation: Michael Hupfer / Maximilian Lau

Dr. Norbert Kamjunke¹; Peter Herzsprung¹; Wolf von Tümpling¹; Oliver Lechtenfeld¹; Anna Matoušů²; Petr Znachor²; Holger Brix³; Götz Flöser³; Tina Sanders³

¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ; ² Institute of Hydrobiology, Biology Centre CAS; ³ Helmholtz-Zentrum hereon GmbH

Session: A07 (Vortrag)

Montag 16:30, POT_051

In großen Flüssen finden auf dem Weg zum Meer erhebliche Stoffumsetzungen statt. Wir untersuchten die Umsetzung von gelöstem organischem Kohlenstoff und von gelösten Nährstoffen in der Elbe von der Quelle in Tschechien bis in die Nordsee. Der organische Kohlenstoff war im Oberlauf von Ligninen und Polyphenolen aus terrestrischem Material dominiert. Mit fortschreitender Fließstrecke sanken das O/C-Verhältnis, die Anzahl an Doppelbindungen und die Aromatizität, und im Tide- und Küstenbereich stieg der Anteil von organischen Stickstoffverbindungen. Die gelösten Nährstoffe Phosphat, Silikat und Nitrat wurden in der Binnenelbe bis zur Nachweisgrenze aufgezehrt, was für Nitrat erstmalig beobachtet wurde. Die Nitratreduzierung war nicht eine Folge außergewöhnlich hoher Phytoplankton-Biomassen oder verringerter Stickstoffeinträge. Vielmehr indiziert das 18O:15N Verhältnis von Nitrat eine intensive autotrophe Nitratassimilation im Oberlauf und eine heterotrophe Denitrifikation im Unterlauf, welche durch lange Retentionszeiten und geringe Wassertiefe bzw. durch hohe Sedimentation und Temperaturen in Dürreperioden gefördert werden.

Jan Köhler¹; Dr. Sarah Faye Harpenslager²; Dr. Jordan Facey¹

¹ Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB); ² B-WARE Research Centre

Session: A07 (Vortrag)

Montag 16:45, POT_051

Das Gewässermanagement ist traditionell auf den Rückhalt von Phosphor in Kläranlagen fokussiert. Polymiktische Flachseen wie der Berliner Müggelsee können im Sommer aber Stickstoff-limitiert sein, während P im Überschuss aus dem Sediment freigesetzt wird. Wir nutzten Langzeitdaten und Prozessmessungen, um folgende Fragen zu beantworten: Welcher Anteil der Frachten an N und P wird durch Wasserpflanzen im Zufluss zurückgehalten? Kann der Rückgang der externen N-Frachten durch erhöhte N2-Fixierung im See ausgeglichen werden? Profitieren N2-fixierende Cyanobakterien vom Mangel an Nitrat und Ammonium? Die Spree oberhalb des Müggelsees wurde ab 1994 wieder durch submerse Makrophyten besiedelt. Dadurch stieg der Rückhalt in einem 30 km langen Spreeabschnitt im Sommermittel von 1 auf 26 % für TP und von 16 auf 28 % für TN an. Etwa 65 (TP) bzw. 50 % (TN) des Rückhalts waren auf Assimilation durch Wasserpflanzen und Aufwuchsalgen zurückzuführen, aber auch die Denitrifikation war in bewachsenen Abschnitten deutlich höher als in pflanzenfreien. Dieser verstärkte Rückhalt im Zufluss trug zur Reduktion der in den Müggelsee gelangenden TN-Fracht um etwa 85% seit den 1980er Jahren bei. Die seeinternen Konzentrationen an gelöstem anorganischem N verringerten sich im Sommermittel um 75 %, obwohl in (häufiger auftretenden) Schichtungsphasen neben P auch viel N aus den Sedimenten rückgelöst wurde. Die Biomasse der zur N2-Fixierung fähigen Cyanobakterien, insbesondere von Aphanizomenon, nahm noch stärker ab als die Biomasse des gesamten Phytoplanktons. Das Beispiel zeigt, dass Wasserpflanzen im Einzugsgebiet die Nährstoffeinträge mindestens temporär verringern, dass die Phytoplankton-Entwicklung in polymiktischen Flachseen im Sommer vom Stickstoff-Eintrag abhängen kann und dass N2-fixierende Cyanobakterien den Rückgang externer N-Frachten nicht ausgleichen können.

Prof. Dr. Michael Hupfer¹; Yara Friese¹; Dr. Thomas Gonsiorczyk²; Prof. Dr. Mark Gessner²

¹ Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB-Berlin); ² Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB-Neuglobsow)

Session: A07 (Vortrag)

Montag 17:00, POT_051

Im Metalimnion oligo- und mesotropher Seen und Talsperren kommt es zunehmend zu Massenentwicklungen der Burgunderblutalge, Planktothrix rubescens. Die Ursache für dieses Phänomen wird auch im Klimawandel und den damit verbundenen Veränderungen der thermischen Struktur gesehen. Bisher ist wenig bekannt, in welchem Maße damit auch der interne Phosphorhaushalt von Seen beeinflusst wird. Die Biomasse von P. rubescens könnte als temporäre Phosphor-Senke wirken und so die Gesamtproduktivität des Sees begrenzen sowie die Sedimentation von Phosphor in das Hypolimnion verringern. Hochaufgelöste Messungen von Phycoerythrin, Phycocyanin, Trübung und partikulärem Phosphor im Wasserkörper des Stechlinsee (NO Deutschland) zeigten im Juni 2023 einen parallelen Verlauf bis 25 m mit einem Maximum in 16 m. Der in P. rubescens fixierte Phosphor nahm einen Anteil von 43,0 % des partikulären und 18,4% des gesamten Phosphors in der Wasserschicht zwischen 0 bis 25 m ein. Diese hohen Anteile bedeuten, dass die genaue Ermittlung des Phosphorinhaltes und damit der mittleren Phosphor-Konzentration von Seen nur durch eine gezielte Beprobung auch der Horizonte mit Tiefenbiomassemaxima erreicht werden kann. Die Studie zeigt, dass die Dauer und das Ausmaß der Anreicherung von P. rubescens in tieferen Wasserschichten sowohl für das Verständnis des seeinternen Phosphorhaushalts als auch für die Gewässerschutzpraxis erhebliche Bedeutung haben kann.

Prof. Dr. Brigitte Nixdorf; Jacqueline Rücker

BTU Cottbus - Senftenberg

Session: A07 (Vortrag)

Montag 17:15, POT_051

Die Anwendung der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) bedeutet einen großen Fortschritt hinsichtlich der ökologischen Klassifikation und Bewertung von Gewässern. Die Zielvorgabe: „Mindestens guter ökologischer Zustand“ gilt für alle Gewässer. Durch die Reduzierung der Berichtspflicht an die EG auf Standgewässer >50 ha werden in der Gewässerüberwachung kleinere Seen vernachlässigt. Das betrifft sowohl Typisierungen als Grundlage für Bewertungsstrategien als auch Monitoringkonzepte zur Einschätzung der Belastung und zur Erfolgskontrolle von Therapiemaßnahmen. Die Vorgaben der EG-WRRL sind für Seen einer Größe von 10 bis 50 ha in den meisten Fällen anwendbar. Dagegen ist die Klassifikation und Bewertung von Kleingewässern im Bereich unter 10 ha nicht gelöst. Kleingewässer dieser Größenordnungen unterliegen meist vielfältigen Nutzungen. Während ihre Morphometrie relativ einfach ermittelt werden kann, sind die hydrologischen Verhältnisse und die Belastungspfade meist nur mit großem Messaufwand zu erfassen. Dieser ist ebenso wie die Quantifizierung des Istzustandes und eine vergleichbare Bewertung wie für Seen >50 ha nach EG-WRRL meist weder ökonomisch zu leisten, noch ökologisch sinnvoll. In diesem Beitrag wird ein Überblick über Klassifikationsansätze von Kleinseen gegeben. Belastungsparameter in Anlehnung an die trophischen Kriterien der LAWA und der EG-WRRL werden vorgestellt und diskutiert.

Aufgrund der Kleinheit der Gewässer gewinnen die benthischen Lebensgemeinschaften und Prozesse zur Beschreibung von Belastungen eine größere Bedeutung. Verschlammung, sprich: Sedimentzuwachs ist eine Schlüsselgröße für die Belastung und auch für die Erfolgskontrolle entsprechender Therapiemaßnahmen, die auf eine Verringerung des Schlammvolumens ausgerichtet sind. Welche Parameter zur Beurteilung des Istzustandes und möglicher Therapieerfolge eingesetzt werden können, wird anhand von Fallbeispielen vorgestellt. Ein Focus wird dabei auf respiratorische Umsätze in den verschiedenen Reaktionsräumen von Kleinseen gelegt.

Dr. Kai-Uwe Ulrich¹; Dr. Ina Hildebrandt¹; Jens Meisel²

¹ BGD ECOSAX GmbH, Dresden; ² Institut für angewandte Gewässerökologie GmbH

Session: A07 (Vortrag)

Montag 17:30, POT_051

Bei polytrophen Flachseen richtet sich der Fokus trophiesenkender Therapiemaßnahmen zumeist primär auf das Sediment als interner Phosphorspeicher. Externe P-Einträge sind oftmals schwer zu steuern, insbesondere, wenn der See von Grundwasser gespeist wird. Wurde die externe P-Last unter die erforderliche Frachtschwelle gesenkt, können die häufig polymiktischen Verhältnisse gerade in der Vegetationsperiode die Freisetzung von labil gebundenem Phosphat forcieren und eine zügige Senkung des Trophiegrades trotz niedriger Verweilzeit behindern. Somit stellt sich die Frage nach der Effektivität und Nachhaltigkeit der prinzipiell geeigneten Therapiemaßnahmen (insb. Entschlammung, Nährstoff-Fällung, Biomanipulation). Anhand mehrerer Praxisbeispiele stellt der Beitrag die Ergebnisse von Sedimentuntersuchungen an Flachseen in Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern vor, für die im Vorfeld von Sanierungsmaßnahmen mit einheitlicher Untersuchungsmethodik die Rolle des Sediments bezüglich seines P-Freisetzungspotenzials abgeschätzt wurde. Vergleichend zwischen den einzelnen Seen werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede dieser Sedimenteigenschaften dargestellt und bewertet. Weiterhin werden nach den nun vorliegenden Erfahrungen Schlussfolgerungen zur Optimierung der Untersuchungsmethodik für solche Praxisprojekte gezogen.

Seyedmorteza Ghorashinejad; Dr.-Ing. Corinna Lorey; Prof.Dr.-Ing. Regina Nogueira; Dr.-Ing Mahmud Haghshenas Haghighi

Leibniz University of Hannover

Session: A07 (Vortrag)

Wednesday 17:45, POT_051

Eutrophication is a growing water quality problem caused by high nutrient concentrations in water bodies that favour the growth of algae. Chlorophyll-a (Chl-a) is an indicator parameter of eutrophication in routine in-situ water quality monitoring. However, the traditional in-situ monitoring is time-consuming, requiring extensive sampling, transport to the laboratory and careful analysis. On the other hand, remote sensing, in particular Sentinel-2 with its regular revisit and medium spatial resolution, has proved effective in monitoring Chl-a in large water bodies. Previous studies suggest, the reflectance values from the red and red-edge bands of the electromagnetic spectrum, which correspond to bands 4, 5, 6 and 8 of the MSI sensor on board the Sentinel-2 satellite, are particularly sensitive to variations of Chl-a.

This study evaluates the potentials and limitations of remote sensing in assessing inland water quality of the River Aller, Celle, Germany. Two sections of the River Aller, located upstream and downstream of the Celle Wastewater Treatment Plant were selected for analysis. By integrating Sentinel-2 data with in-situ measurements, this study evaluates the potentials and limitations of assessing investigates temporal and spatial changes in Chl-a. Photometric determination of Chl-a, in the time period of summer 2024, was used to determine the concentration of Chl-a for the in-situ data. The results obtained so far show first of all a higher concentration of Chl-a for samples from the section after the wastewater treatment plant which can explain the effect of the wastewater treatment plant discharge on the eutrophication status of the river. Moreover, a positive correlation between satellite-derived reflectance values and in-situ Chl-a concentrations was found, indicating that higher reflectance values correspond to increased Chl-a levels. This relationship highlights the potential of using remote sensing techniques for effective, large-scale monitoring of inland water quality.

Patrick Aurich¹; Dr. Uwe Spank²; Matthias Koschorreck Dr.¹

¹ Helmholtz Zentrum für Umweltforschung - UFZ; ² TU Dresden, Institut für Hydrologie und Meteorologie

Session: A07 (Vortrag)

Thursday 10:30, POT_151

Lakes are hotspots of inland carbon cycling and are important sources of greenhouse gases (GHGs), such as carbon dioxide (CO2). The significant role of CO2 in global carbon cycle makes quantifying its emission from various ecosystems, including lakes and reservoirs, important for developing strategies to mitigate climate change. The thin boundary layer method is a common approach to calculate CO2 fluxes from CO2 measurements in both the water and the air, and wind speed. However, one assumption for the TBL method is a homogeneous CO2 concentration between the measurement depth and the water surface, where gas exchange takes place. This assumption might not be true under calm conditions, when microstratification below the surface slows vertical exchange of gases. We used an advanced floating field observatory to monitor CO2 concentrations in 5 cm and 25 cm depth, CO2 concentration in the air, wind speed, and water temperature profiles for one week in Bautzen Reservoir, Germany. While we found homogeneous CO2 concentrations in the two depths during wind speeds above 3 m s 1, there was a vertical gradient observed during wind still nights. The concentrations observed temporally ranged from undersaturation to supersaturation in 25 cm and 5 cm, respectively. Fluxes calculated from the measured concentrations therefore would change from negative to positive, depending on the measurement depth. Simultaneous Eddy Covariance measurements showed that even the measurements close to the surface underestimated the actual CO2 fluxes. Oxygen measurements support our hypothesis that respirational processes at the water surface cause a temporal CO2 concentration gradient from the surface to the underlying water. Until now, the depth of CO2 measurements has not been questioned, as long as measurements were done in the upper mixed layer and close to the surface. Our results provide evidence that representative measurements of CO2 in the water strongly depend on depth and time of measurements.

Muhammed Shikhani

Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ)

Session: A07 (Vortrag)

Thursday 10:45, POT_151

Dissolved oxygen is essential for aquatic organisms . However, the flux of oxygen by ebullition has not received much attention in environmental science. For a better quantitative understanding of the oxygen flux due to ebullition, we conducted a series of laboratory experiments, where we forced macrophytes to produce photosynthetic gas bubbles. Raising the CO2 concentration in the water greatly increased bubble formation. Depth was varied to compare the results with theoretically predicted composition of photosynthetic bubbles forming at minimum required gas pressure. Oxygen concentrations were between this theoretical line as lower boundary (ca. 21% O2 at 0.3 m depth and 45% of O2 at 4.5 m) and 45% of oxygen as the purely empirical upper limit for all depths. As a consequence, no bubble formation was observed at depths below 4.5 m.

Eric Röder; Jun.-Prof. Dr. Maximilian Peter Lau

Technische Universität Bergakademie Freiberg

Session: A07 (Vortrag)

Thursday 11:00, POT_151

Over the last four decades, the global surface area of inland waters has increased due to human-made impoundments such as hydropower reservoirs, but also by flooding former mining pits. Lakes in former lignite pits (lignite pit lakes) typically differ considerably from reservoirs in terms of water chemistry and hydrology. Their features can support high rates of accumulation and release of greenhouse gases (GHG) like carbon dioxide (CO2) and methane (CH4).

As lignite pit lakes age, they have the potential to become more similar to other lentic water bodies. To test the effect of maturation on GHG emissions, we studied lignite pit lakes of different age and trophic status. We repeatedly measured dissolved CO2 and CH4 concentrations throughout the water column and gas fluxes at the water surface using a floating chamber. Additionally, past surface water CO2 concentrations were estimated from long-term data on temperature, pH, and DIC. We compared these results with data from three freshwater reservoirs of different maturity and trophic status.

Like the reservoirs, an older and eutrophic lignite pit lake showed pronounced seasonal variations in GHG concentrations and fluxes of CO2, shifting from oversaturation and CO2 efflux at the water surface during fall turnover to hypolimnetic accumulation, surface water undersaturation, and CO2 uptake during summer stratification. Summertime GHG accumulation and turnover emissions were higher in the eutrophic pit lake, possibly due to additional DOC inputs fueling GHG enrichment and subsequent emissions. In contrast, a young and oligotrophic lignite pit lake was CO2 supersaturated and a source of CO2 to the atmosphere independent of season, likely due to groundwater inputs of acidity and repeated neutralization amendments, and low phytoplanktonic CO2 consumption. We conclude that the shape, maturity, and management of lignite pit lakes are essential factors in controlling their GHG budgets.

Anita Sanchez¹; Jr. Prof. Dr. Conrad Jackisch²; Jr. Prof. Dr. Sabrina Hedrich²; Jr. Prof. Dr. Maximilian Lau¹

¹ TU Bergakademie Freiberg; ² TU Bergademie Freiberg

Session: A07 (Vortrag)

Thursday 11:15, POT_151

Water quality degradation by decommissioned mining sites is an environmental issue recognized globally. In the Ore Mountains (Erzgebirge), a wide array of contaminants is released by old subsurface mining sites threatening the quality of receiving surface water bodies. While remediation has focused on treating contaminated mine water once it surfaces, the potential for controlling pollutant release within the mines have been largely overlooked. Here, we study temporal and spatial pollutant release dynamics in an abandoned but accessible mine (Reiche Zeche) draining directly to Elbe river tributaries. Using in-situ sensors, deuterium (δ2H) and oxygen-18 (δ18O) isotopic tracers, and extensive monitoring over a 2-year period across and below former extraction horizons, we identified distinct flow regimes of the mine drainage. Our results show shifts in water sources, organic matter origin and metal(oid) loads during different flow phases. The hydrochemical heterogeneity suggests complex metal(loid) mobilization mechanisms influenced by water storage capacity and flow path connectivity within the mine drainage system. The insights gained from this study offer valuable guidance for developing effective remediation and water management strategies for highly modified subsurface-surface water interfaces like mine outlets.

Dr. Tobias Goldhammer¹; Dr. Giulia Kommana²; Thomas Rossoll¹; Prof. Dr. Michael Hupfer¹

¹ Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB); ² Senat für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt

Session: A07 (Vortrag)

Montag 11:30, POT_151

The Spree is the major river system in NE Germany, with about 380km in length and a catchment of more than 10,000 km2. While intensive open pit lignite mining in the upper catchment has significantly altered the hydrology and hydrochemistry over the last century, River Spree is at the same time a critical supplier of drinking water to the city of Berlin. Acid mine drainage is the major contributor to the river water sulfate load, which frequently exceeds the drinking water limit of 250mg L-1. Increasing summer drought and low-flow regimes are projected to intensify this situation in the future. The iron and sulfate pollution has induced a significant shift in biogeochemical regimes, especially in those compartments of the river network where low flow velocity is supportive to sediment accumulation and decomposition of organic matter via anaerobic processes including iron and sulfate reduction. Secondary effects include the mobility of iron and phosphorus and entail critical consequences for the aquatic ecosystem.

In our contribution, we discuss selected results of our studies on the biogeochemical interactions between carbon, iron, and sulfur in the Spree River network. We put particular emphasis on

  1. Major geographic and functional sulfate sources and sinks in the Spree River network based on river sulfate isotopes and the role of biogeochemical sulfur cycling (reduction/reoxidation cycles and intermediates) in retention spaces of the river network

  2. The reduction of greenhouse gas fluxes in iron-polluted sediments with important implications for the carbon balance of the fluvial-lacustrine network

  3. Some scenarios for mid- to longterm perspectives of water quality and biogeochemical cycles in the Spree River network.

Session A09

  • Langzeitmonitoring und Citizen Science
  • Long-term monitoring and Citizen Science

Moderation: Susanne Schmidt / Stefanie von Fumetti

Dr. Markus Eßer; Jens Mählmann¹; Silke Oldorff²; Prof. Dr. Ellen Kiel³

¹ Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI); ² Landesamt für Umwelt (LfU) Brandenburg; ³ Carl von Ossietzky Universität

Session: A09 (Vortrag)

Montag 16:30, POT_081

Seit seiner Gründung, anlässlich der DGL-Jahrestagung 2003 in Köln durch Dr. Klaus van de Weyer und Dr. Ralf Köhler, versteht sich der AK-Tauchen in der Limnologie als Mediator, der das (Forschungs-)Tauchen den Kolleg*innen als Methode der Limnologie näherbringen möchte. Regelmäßig finden Treffen statt, die dem Austausch über aktuelle Entwicklungen und Erkenntnissen zum Thema Tauchen in der Limnologie dienen. Die Fortentwicklung von Methoden zur ökologischen Zustandsbewertung unterschiedlicher Gewässer bildet einen wichtigen Schwerpunkt der Aktivität. Vor- und Nachteile von Taucheinsätzen werden im Arbeitskreis deshalb ebenso diskutiert wie rechtliche Aspekte und Belange des Arbeitsschutzes bei der limnologischen Arbeit unter Wasser. Seit 2003 wurden im Anschluss an alle Jahrestagungen der DGL Tauchexkursionen in ausgewählte Gewässer der jeweiligen Region organisiert. Die Tauchexkursionen fanden überwiegend in räumlicher Nähe zum Tagungsort statt. Sie lieferten eine gute Übersicht über die Gewässertypen, ihre Vegetation und Fauna, aber auch wertvolle Erkenntnisse über Belastungsfaktoren und Entwicklungen, wie z.B. die Ausbreitung von Neobiota in Deutschland. Die Ergebnisse wurden regelmäßig in den Schriftenreihen der DGL publiziert. Die gewonnenen Daten, Herbarbelege sowie Foto- und Videomaterial waren für Fachbehörden oder die mit dem Management befassten Perso-nenkreise oftmals von besonderem Interesse. Nicht selten lieferten Tauchexkursionen dem Natur-schutz aber auch Wissenschaftler*innen wertvolle Informationen und Ansatzpunkte für Maßnahmen zur Verbesserung von Gewässern. Ein wichtiges Bewertungsinstrument stellt die Methodik des naturschutzfachlichen Tauchens dar, bei dem die ökologische Zustandsbewertung der Gewäs-ser über die Unterwasservegetation erfolgt. Teilweise wurden Gewässer über die 20 Jahre mehrfach betaucht, hierdurch dokumentierte und kommunizierte der AK Tauchen auch langfristige Entwicklungen (z.B. massive Veränderungen im Bodensee nach Ausbreitung der Quagga Muschel). Mit seiner Arbeit unterstützt der AK Tauchen seit 20 Jahren aktiv den Bildungsauftrag der DGL, indem regelmäßig Sporttauchvereine und Naturschutzverbände einbezogen und über die eingesetzten Methoden und Erkenntnisse der Tauchgänge informiert werden. Ein von der DGL geförderter Makrozoobenthos-Bestimmungskurses 2023 zielt zudem darauf ab, die Erfassung aquatischer Wirbelloser insbesondere durch die Unterwasserfotografie zu motivieren und methodisch zu verbessern.

Prof. Dr. Ralph Schill¹; Meinolf Asshoff²; Rainer Borcherding³; Prof. Dr. Franz Brümmer¹; Björn Marten Philipps³; Beate Rendgen-Heugle⁴; Wolfgang Schöder⁵; Thomas Uher⁶

¹ Universität Stuttgart; ² geoGLIS GmbH & Co. KG; ³ Schutzstation Wattenmeer e.V.; ⁴ aquatil gGmbH; ⁵ netzweber GmbH; ⁶ SiSol Systems

Session: A09 (Vortrag)

Montag 16:45, POT_081

Die neue naturkundliche App und Webplattform “LakeExplorer” eröffnet Naturbegeisterten neue Möglichkeiten, die aquatische Biodiversität Deutschlands zu erkunden. Dieses Citizen Science-Projekt vereint Umweltbildung mit Bürgerforschung, indem es Nutzer*innen ermöglicht, etwas über die heimische Flora und Fauna unter Wasser zu lernen, diese zu bestimmen und ihre Beobachtungen zu melden.

Die Plattform bietet für viele Tiergruppen eine digitale Bestimmungshilfe, die das Erkunden der Gewässerbiologie vereinfacht und den Nutzern erlaubt, theoretisches und praktisches Wissen anzueignen. Gemeldete Beobachtungen fließen in die Global Biodiversity Information Facility (GBIF) ein, wo sie für weitere Forschungen zur Verfügung stehen.

Der „LakeExplorer“ sensibilisiert die Nutzer*innen für Themen wie Artenschutz und die Auswirkungen invasiver Arten und motiviert zur aktiven Auseinandersetzung mit den ökologischen Herausforderungen unserer Gewässer. Verfügbar als kostenlose App für iOS und Android sowie als Webplattform, unterstützt der „LakeExplorer“ die Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt (NBS) und bietet jedem die Möglichkeit, zum Erhalt der biologischen Vielfalt beizutragen.

Das Projekt “LakeExplorer - Citizen Science taucht ab!” wird gefördert im Bundesprogramm Biologische Vielfalt durch das Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz sowie durch die Bingo!-Umweltlotterie Schleswig-Holstein.

Stefanie von Fumetti

Universität Basel

Session: A09 (Vortrag)

Montag 17:00, POT_081

Durch den Klimawandel sind Fliessgewässer in den Alpen mit starken Umweltveränderungen konfrontiert. Untersuchungen dazu, wie aquatische Invertebraten etwa auf eine Erhöhung der Wassertemperatur oder ein verändertes Schüttungsregime reagieren werden, basieren bisher vor allem auf Modellierungen. Quellen gelten als stabile Ökosysteme, die im Jahresverlauf eine konstante Wassertemperatur und zumeist stabile Schüttungsverhältnisse aufweisen. An diese Stabilität ihres Habitats haben sich Quellspezialisten angepasst. Deswegen eignen sich Quellen besonders gut dazu langfristige und tiefgreifende Umweltveränderungen anhand von Veränderungen der hydrogeologischen Verhältnisse wie auch der faunistischen Zusammensetzung aufzuzeigen. Mit einer Langzeituntersuchung unberührter Quellen und Quellbäche wird in der UNESCO Biosfera Engiadina Val Müstair die Entwicklung alpiner und subalpiner Fliessgewässer erfasst und analysiert. Die Wassertemperatur wird dabei mit Hilfe von Loggern kontinuierlich aufgenommen, physikochemische Parameter, die Schüttung und die Ionenkonzentrationen werden dreimal pro Jahr gemessen und die Ökomorphologie einmal pro Jahr kartiert. Die Meio- and Makrofauna wurde in 2019, 2020 und 2021 mit einem semi-quantitativen Ansatz beprobt, 2022 und 2023 erfolgte die Erfassung der Fauna mittels eDNA-Metabarcoding. Erste Ergebnisse aus den Jahren 2019-2023 zeigen, dass die Wassertemperatur, die Ionenkonzentrationen und auch die Schüttung bisher nur leichte jährliche Schwankungen aufweisen. Die saisonale Variabilität in einigen Quellen weist vermutlich auf einen Einfluss von Permafrost und Gletscherschmelzwasser hin. Die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften unterscheidet sich signifikant von Standort zu Standort, innerhalb eines Standorts bleibt die Zusammensetzung über die Zeit aber relativ stabil. Die Höhenlage und die Verfügbarkeit von Holz beeinflussen die Artenzusammensetzung signifikant; dies sind Parameter, die auf die Bewaldung der Standorte zurückschliessen lassen. Die Quellbäche lassen sich faunistisch von ihren Quellen abgrenzen: durch das vermehrte Auftreten von Bach-Arten ist ihre Diversität höher. Die langfristige Untersuchung der faunistischen Zusammensetzung – auch mittels eDNA-Metabarcoding – und der Abiotik werden es erlauben etwaige Auswirkungen des Klimawandels in eigentlich stabilen Ökosystemen in den Zentralalpen nachzuvollziehen.

Katharina Rettig; Patrick Heidbüchel; Andrea van den Boom

Wupperverband

Session: A09 (Vortrag)

Montag 17:15, POT_081

Das Bergische Land, die Kernregion der Wupper, wandelte sich bis Mitte des 19. Jahrhunderts von einer vom Menschen wenig beeinflussten Landschaft zu einem der größten von der Textilindustrie geprägten Wirtschaftszentren des europäischen Kontinents. Dieses Industrie- und Bevölkerungswachstum ging mit der Entsorgung großer Mengen an Müll und Abwässern in der Wupper einher. Infolge dieser massiven Verschmutzung wandelte sich die Wupper zur Kloake der Region und wurde zu einem lebensfeindlichen Gewässer – dem „schwarzen Fluss“.

Während der letzten Jahrzehnte wurden zahlreiche abwassertechnische Maßnahmen sowie Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstruktur in enger Zusammenarbeit von Wasserakteuren umgesetzt. Maßnahmen, die auf eine saubere, artenreiche und möglichst naturnahe Untere Wupper abzielen und bereits deutliche Erfolge gezeigt haben. Sichtbar werden diese Erfolge anhand der Analyse umfangreicher abiotischer und biologischer Monitoringdaten, die an der Unteren Wupper bis in die späten 1960er Jahre zurückreichen.

Seit Mitte der 1980er Jahre wird die Untere Wupper verstärkt von Gewässerorganismen wiederbesiedelt. Während die Besiedlung durch das Makrozoobenthos Anfang der 1980er Jahre einheitlich durch Strudelwürmer, Schnecken und Egel charakterisiert war, ist solch eine artenarme Makrozoobenthos-Biozönose mit der Absenz kompletter Organismengruppen heute nicht mehr zu beobachten. Vielmehr ist die Ausbreitung gewässertypischer anspruchsvoller Arten und das Verschwinden von Störzeigern zu verzeichnen. Obwohl auch noch heute kein Abschnitt der Unteren Wupper alle Kriterien des guten ökologischen Zustandes/Potentials nach EU-WRRL erfüllt, wird das Potential für die Zielerreichung des guten ökologischen Zustands anhand der Veränderungen in der Fließgewässerbiozönose deutlich. So wurde die Untere Wupper bis 1980 noch als fischfrei eingestuft, während sie heute einen wichtigen Lebensraum für anspruchsvolle Fisch- und Rundmaularten wie Groppe, Bach- und Flussneunauge und Großsalmoniden darstellt.

Dr. Antje Gutowski¹; Dr. Ilka Schönfelder²; Dr. Doris Stelzer; Dr. Andreas Müller³

¹ AlgaLab; ² Büro für Diatomeenanalyse; ³ chromgruen Planungs- und Beratungs-GmbH & Co. KG

Session: A09 (Vortrag)

Montag 17:30, POT_081

Die Bewertung der benthischen Flora von Fließgewässern mit den Teilkomponenten „Makrophyten“, „Diatomeen“ und „Phytobenthos ohne Diatomeen“ ist als Verfahren „Makrophyten und Phytobenthos“ ein Bestandteil des Ländermonitorings zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Aktuell wird Phylib 5.3 (Stand 2016) als online-Version 6.2.3 genutzt. Finanziert durch das Umweltbundesamt und die Bund-Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) sowie unter Einbeziehung weiterer Projekte der Bundesländer wurde diese Version weiterentwickelt und in zwei LAWA-Projekten (O 6.22/O 6.23) als Phylib-FG 7 zur Anwendungsreife gebracht. Dies wurde durch einen Beirat der LAWA begleitet sowie durch die Bundesländer getestet. Phylib – FG 7 ermöglicht unter Beibehaltung des Vorgehens bei der Probenahme und des Eingabeprozederes für Makrophyten eine verbesserte Abstimmung mit der LAWA-Typologie, die Erweiterung auf vier Gruppen von Indikatoren, die Beseitigung von mathematischen Unstetigkeiten und die Bewertung großer Flüsse. Bei den Diatomeen wurden der Trophie-, Saprobitäts- und Halobien-Index aktualisiert, Klassensprünge bei Massenentwicklungen überwunden, Bewertungen mit der Zustandsklasse 5 (schlecht) und plausiblere Bewertungen für Große Flüsse und Ströme gewährleistet und leicht interpretierbare stoffliche Belastungsprofile erstellt. Für das PoD führte die Differenzierung der biozönotischen Typen zu verbesserter Anpassung an die LAWA-Typologie und zur Ausweisung neuer bzw. Überarbeitung vorhandener Indikatortaxa. Weiterhin wurden plausible und gut vermittelbare Indexgrenzen hergeleitet sowie der Bewertungsindex erneuert. Insgesamt resultierten für alle Teilkomponenten eine Anpassung an den aktuellen taxonomischen Stand (BTL 2020) und die Normierung der Indexwerte auf einheitliche Klassengrenzen. Damit wurden Bewertungslücken geschlossen, Anpassungswünsche an Praxisanforderungen eingearbeitet und ein Plus an plausiblen, harmonisierten Gesamtbewertungen bei ähnlicher Bewertungsstrenge erreicht. Weiterhin bietet das Tool eine aktualisierte, gestraffte, differenzierte Verfahrensanleitung in drei Teilen. Teil 1 umfasst mit der Verfahrensanleitung Probenahme, Typermittlung, Grundsätze der Bewertung, Hilfen zur Interpretation und Plausibilisierung der Bewertungsergebnisse sowie Literatur. Teil 2 beinhaltet die Technische Dokumentation mit allen Berechnungsformeln zum Bewertungstool, Teil 3 alle aktuellen Tabellen zur Arteinstufung. Alles wird in aktueller Form online verfügbar sein.

Dr. Susanne Schmidt¹; Pia Laue²; Tanja Schröder¹; Kerstin Stelzer³; Hendrik Bernert⁴; Désirée Dietrich¹; Thomas Wolf⁵; Kurt Friese¹; Karsten Rinke¹

¹ Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ, Magdeburg, Germany; ² Hygiene Institut Hamburg HU; ³ Brockmann Consult GmbH; ⁴ EOMAP GMBH & CO. KG; ⁵ Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg, LUBW

Session: A09 (Vortrag)

Montag 17:45, POT_081

Fernerkundungs-Daten können im Monitoring von Oberflächengewässern hilfreich sein. Aus den optischen Messdaten z.B. der Sentinel- oder Landsat-Satelliten lassen sich Aussagen bezüglich der Wassergüte über Chlorophyll, Sichttiefe, Trübung oder Cyanobakterien bzw. Auftreten von potentiell gesundheitsgefährdenden Cyanobakterienblüten treffen.

Die Ausgestaltung der Messprogramme im behördlichen Monitoring wird wesentlich von nationalen und internationalen Rechtsvorschriften vorgegeben, insbesondere von der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) der Europäischen Union. Die Nutzung von Satellitendaten wird hier nicht explizit erwähnt, aber auch nicht ausgeschlossen. Satellitendaten zu integrieren, hat den Vorteil, dass die Satelliten mehr oder weniger regelmäßig und flächendeckend Informationen liefern und das klassische Monitoring sinnvoll ergänzen können, und dass man auch in die vergangenen Jahrzehnte zurückschauen kann.

Im Projekt BIGFE, das von der Raumfahrtagentur im DLR im Auftrag des BMDV gefördert wird, wurden die Daten der in situ-Messungen für Temperatur, Chlorophyll, Cyanobakterien, Sichttiefe und Trübung von über 100 Gewässern aus den Jahren 2016 bis 2020 von 13 Bundesländern für die Validierung der Satellitendaten verwendet.

Für die Auswertung hat man bei den satellitenbasierenden Rasterdaten die Wahl zwischen verschiedenen räumlichen Auswertung: man kann Pixel-genau (entsprechend der räumlichen Auflösung des verwendeten Satelliten und Sensors), über Makropixel, (z.B. 3*3, 5*5, 15*15 Pixel), oder Gewässer-weit auswerten. Da die Satelliten-Überflüge meist nicht Tag-genau mit den in situ-Beprobungen übereinstimmen, ist eine Möglichkeit, das Zeitfenster auf z.B. ± 1 Tag oder ± 5 Tage zu der in situ-Probenahme auszuweiten. Dadurch erhöht sich die Anzahl der „matches“ zwischen Satelliten- und in situ-Daten. In einem ersten Schritt wurde geprüft, ob es eine ideale räumliche und zeitliche Auflösung bei den Satellitendaten gibt, um möglichst genau die in situ-Daten wider zu spiegeln. Es stellte sich heraus, dass die beste Übereinstimmung von der Messgröße, dem Algorithmus, dem Fehlermaß und dem Prozessor abhängt. Ein Vergleich von Chlorophyll-Werten von in situ- und Fernerkundungsdaten aufgetrennt nach Trophie-Klassen zeigt auch: je höher die Trophie, desto genauer die Übereinstimmung.

Die hier vorgestellte Validierung ist eine Voraussetzung, um die Aussagekraft und Belastbarkeit der Fernerkundungsprodukte zu belegen.

Session S01

  • Neue Perspektiven für die Renaturierung von Fließgewässern – ein Fokus auf die Struktur-Funktionsbeziehungen
  • New perspectives in stream restoration – a focus on structure-function relationships

Moderation: Patrick Fink / Julia Pasqualini

Christine Anlanger; Mario Brauns; Julia Pasqualini; Patrick Fink; Markus Weitere; Clara Mendoza-Lera; Daniel von Schiller; Andreas Lorke

Session: S01 (Vortrag)

Monday 16:15, POT_051

Humans have interfered with the natural hydromorphology of streams and rivers for centuries by altering the flow regime, channel structure, and connectivity to floodplains. Improvements of the hydromorphology have thus been the focus of many restoration projects aiming to improve biodiversity and ecosystem functioning. However, these aims are often not achieved, most likely due to a mismatch between the spatial scales at which restoration measures are applied are the scales that are relevant for biodiversity and functioning. Moreover, there is no unified measure of hydromorphological diversity across different spatial scales allowing for the direct evaluation of hydromorphological restoration success.

Here we present an evaluation of hydromorphological restoration success at five sets of 2nd-order mountain stream reaches in Germany and Spain. Each set consisted of a control reach exhibiting a natural hydromorphological regime, an impacted reach disrupted by a low-head dam, and a restored reach after removal of the dam. To express hydromorphological diversity we deployed a novel framework using additive variance partitioning, similar to established biological concepts based on alpha, beta and gamma diversities. New to the approach is the evaluation of hydromorphological restoration success across different scales. In each set, hydromorphological restoration was successful in terms of increasing the reach-scale flow diversity (i.e., gamma diversity) in the restored in comparison to the impacted site. However, compared to the control reach, the restored flow diversity was higher for four out of the five sets, implying that too much constructional effort was put into the creation of low- and fast-flowing areas. When considering flow diversity at the microhabitat (i.e., alpha diversity), the restored sites had lower or equal flow diversity than the control sites in three out of the five sets.

Our findings may explain why restoration efforts, though generally successful, may not always fully restore to natural hydromorphological conditions. Such deficits, which we attribute to the influence of spatial scale, is a key consideration for professionals in the field. Our results can serve as a unifying foundation for evaluating the biological and functional restoration success.

Julia Pasqualini¹; Dr. Christine Anlanger²; Dr. Patrick Fink¹; Prof. Andreas Lorke²; Dr. Clara Mendoza-Lera²; Prof. Markus Weitere¹; Dr. Mario Brauns¹

¹ Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ); ² Institute for Environmental Sciences, University of Kaiserslautern-Landau

Session: S01 (Vortrag)

Monday 16:30, POT_051

Streams are hotspots of biodiversity and host key ecosystem processes. However, human activities have altered streams, resulting in loss of biodiversity and alteration of many ecosystem processes. In headwater streams, one of the main causes of these alterations is thought to be attributable to the presence of barriers and dams, which degrade their hydro-morphology. In the upcoming years, an increasing number of dams will be removed, with the main aim of restoring connectivity and ultimately biodiversity to conditions found under reference conditions. However, it is unclear whether these measures will also restore important stream ecosystem functions, such as nutrient uptake of epilithic biofilms. In the RESTOLINK project, we aim to first assess if degraded hydro morphology has an impact on the structural and functional attributes of biofilms when compared to reference conditions. Secondly, we aim to assess if restoration measures are successful in restoring these attributes to reference conditions. We sampled three reaches of a 2nd order stream (Harz region, Germany): an “impacted” reach altered by a dam, a “control” reach in reference conditions, and a “restored” reach where a dam was removed and replaced by a step-pool structure more than 10 years ago. At each reach, we measured structural (bacterial abundance, chlorophyll-a, biofilm biomass) and functional attributes (DOC and NO3- uptake) of epilithic biofilms. Chlorophyll-a and biofilm biomass did not differ among sites, while bacterial abundance was significantly higher at the impacted than at the restored site. We found that DOC uptake was significantly lower in the impacted site compared to the control. DOC uptake rates were comparable among the restored and control site. Conversely, the NO3- uptake was significantly higher at the restored than at the control site. Our results show that the presence of barriers in streams can alter the DOC uptake rates of biofilms and that restoration measures can be successful in restoring them to reference conditions. However, restoration measures themselves can result in alteration of other functions, as in this case, NO3- uptake. Finally, given the stronger sensitivity of functional attributes compared to structural ones to changes in the hydro morphological conditions, functions appear to be a promising tool for assessing stream restoration success.

Ulrike Haase¹; Thomas Berendonk¹; Mario Brauns²

¹ Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² Helmholz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Session: S01 (Vortrag)

Monday 16:45, POT_051

Ecosystem functioning may be a promising tool for evaluating stream restoration success, as it complements existing monitoring and evaluation schemes based on species diversity and community composition. However, we currently lack a systematic comparison of the effect size and effect direction at which functions respond to restoration. Here, we present a meta-analysis of the peer-reviewed literature of direct measurements of nutrient cycling, organic matter dynamics, ecosystem productivity, and food web interactions and the responses of these ecosystem functions to stream restoration. We aim to rank ecosystem functions by their sensitivity to detect changes following stream restoration. By doing this, we improve the development of a comprehensive assessment system to assess restoring success that combines biodiversity and functionality of stream ecosystems. Additionally, enhancing our understanding of how stream restoration improves ecosystem functionality can assist decision-makers in adapting stream management strategies or planning restoration.

Svenja M. Gillmann¹; Armin W. Lorenz¹; Willem Kaijser¹; Hong Hanh Nguyen²; Peter Haase²; Daniel Hering¹

¹ Universität Duisburg-Essen; ² Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt, Universität Duisburg-Essen

Session: S01 (Vortrag)

Monday 17:00, POT_051

Biotic communities often respond poorly to river restoration activities and the drivers of community recovery after restoration are not fully understood. According to the Asymmetric Response Concept (ARC), dispersal capacity, species tolerances to stressors, and biotic interactions are three key drivers influencing community recovery of restored streams. However, the ARC remains to be tested. Here we used a dataset on benthic invertebrate communities of eleven restored stream sections in a former open sewer system that were sampled yearly over a period of eleven years. We applied four indices that reflect tolerance against chloride and organic pollution, the community’s dispersal capacity and strength of competition to the benthic invertebrate taxa lists of each year and site. Subsequently, we used generalised linear mixed models to analyse the change of these indices over time since restoration. Dispersal capacity was high directly after restoration but continuously decreased over time. The initial communities thus consisted of good dispersers and were later joined by more slowly dispersing taxa. The tolerance to organic pollution also decreased over time, reflecting continuous improvement of water quality and an associated increase of sensitive species. On the contrary, chloride tolerances did not change, which could indicate a stable chloride level throughout the sampling period. Lastly, competition within the communities, reflected by interspecific trait niche overlap, increased with time since restoration. We show that recovery follows a specific pattern that is comparable between sites. Benthic communities change from tolerant, fast dispersing generalists to more sensitive, slowly dispersing specialists exposed to stronger competition. Our results lay support to the ARC (increasing role of competition, decreasing role of dispersal) but also underline that certain tolerances may still shape communities a decade after restoration. Disentangling the drivers of macroinvertebrate colonisation can help managers to better understand recovery trajectories and to define more realistic restoration targets.

Alexandra Schlenker¹; Mario Brauns¹; Patrick Fink¹; Armin W. Lorenz²; Markus Weitere¹

¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ; ² Universität Duisburg-Essen

Session: S01 (Vortrag)

Monday 17:15, POT_051

Effects of stream degradation and recovery after restoration are well studied for the composition of communities. However, the effects on ecological functions and processes and their relation to community structure are hardly understood. Stream food webs link structural and functional attributes, thereby offering a comprehensive ecosystem perspective. We hypothesize that stressor exposure simplifies food web complexity, including food chain length and resource diversity. Though simplified in terms of structure, functionality in terms of resource use is only negatively affected at high stressor levels, due to functional redundancy of species under intermediate stress. Further, we want to demonstrate how food webs recover with time since restoration. Therefore, we analysed food webs from 14 stream sites with varying stressor intensities and restoration status in the Boye and Rotbach catchments (North-Rhine Westphalia, Germany). The Boye catchment is a former open sewer system and has been restored section-wise, chemically and hydromorphologically. Upstream sites in the Boye and sites in the Rotbach catchment serve as natural references and have never been used as an open sewer. We conducted stable isotope (δ13C and δ15N) and gut content analyses of benthic macroinvertebrates from these sites, combined with stable isotope analysis of their potential food resources. The number of prey taxa in macroinvertebrate guts was higher in reference sites compared to restored sites, despite a similar overall diversity of macroinvertebrates. This indicates a higher resource diversity for predating invertebrates at reference sites, making predators more resilient to species loss. Additionally, the δ13C range of resources and consumers, as a proxy for resource diversity, decreased with time since restoration, approaching reference levels. This finding contradicts the original hypothesis and is probably explained by an increase of terrestrial leaf litter as the primary resource that increased with time since restoration and tree growth. Further, other food resources such as periphyton and sewage decreased with time since restoration. Overall, the investigation of the food webs brought new insights into the complex responses of stream ecosystems and their communities to degradation and recovery.

Dr. Lise Klunder PhD; Robin Schütz; Prof. Dr. Florian Leese; Dr. Till-Hendrik Macher

University of Duisburg-Essen

Session: S01 (Vortrag)

Monday 17:30, POT_051

The river Emscher, a tributary of the Rhine, was used as a channelized, open sewage for industrial wastewater for over a century. Even until recently, untreated wastewater from households was still discharged directly into the river. A generation programme to restore the ecological state of the river was launched in the 1990’s leading to substantial improvements of the tributaries to the Emscher. A key step in the restoration efforts was January 2022, when untreated sewage discharges were stopped and subsequently, in November 2022, a 5-m barrier blocking the mouth of the Emscher, was removed, promoting migration of species between both rivers.

Conventional methods assessing restoration effects are often focused on a specific species or taxonomic group in which taxonomic resolution is limited. However, changes in biodiversity due to stream restoration are diverse and can affect the entire tree of life and novel broad genetic methods might be better suited to investigate these changes also in groups that are difficult to determine, such as small insects or various other invertebrates. Environmental DNA (eDNA) analysis, which utilizes DNA from organisms, has proven a powerful tool for biodiversity analysis in freshwaters.

We sampled the river Emscher monthly for two years starting from February 2022, directly after the sewage discharge in the Emscher stopped. Sampling was conducted at 18 sites in the Emscher catchment, 15 from the Emscher river itself between Dinslaken and Dortmund, and three from its tributaries. At each location 1L of water was collected and filtered for eDNA. Diversity was assessed using two genetic markers, one designed to identify the fish community (12S), the other for the freshwater invertebrate community (COI). 


In this talk, we will present the first results obtained from this longitudinal time-series monitoring program using eDNA. In this analysis, we particularly focus on the time species (native and non-native) are reported for the first time in the Emscher, as well as total richness change, nestedness and turn-over. We will show the benefits of using eDNA metabarcoding as an additional tool to study biodiversity change in stream ecosytems and provide recommendations on the interpretation of the data in anthropogenically highly-impacted systems.

Session S02

  • Verborgene Erfolge – Bewertung der ergänzenden Erfolgsfaktoren der Flussrenaturierung
  • Hidden successes – Evaluating complementary success factors of river restoration

Moderation: Nina Kaiser / Florian Borgwardt

Ass.Prof. Dr. Florian Borgwardt¹; Stephanie Popp MSc.; Daniela Csar; Dr. Daniel Hayes

¹ Universität für Bodenkultur Wien - Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement (IHG)

Session: S02 (Vortrag)

Montag 14:00, POT_051

Renaturierungsmaßnahmen an Fließgewässern werden stets mit dem Ziel umgesetzt, den ökologischen Zustand von Gewässern zu verbessern oder zu erhalten. Die Erfolgskontrolle der Maßnahmen erfolgt zumeist über das Monitoring der biologischen Qualitätskomponenten (BQE - Fische, Makrozoobenthos, Makrophyten) entsprechend den Vorgaben der Wasserrahmenrichtlinie. Kleinräumige Wirkungen von Renaturierungsmaßnahmen, lokale Belastungsreduktionen bzw. Strukturverbesserungen oder auch Verbesserungen von Einzelkomponenten werden im Rahmen dieses Monitorings oft nur unzureichend angezeigt. Andere Aspekte, wie zum Beispiel eine Verbesserung der zur Verfügung gestellten Ökosystemleistungen gar nicht berücksichtigt. Dies kann dazu führen, dass eine gesetzte Maßnahme als nicht wirksam angesehen wird, obwohl es positive Effekte (abseits der BQE-indizierten) gibt. In Österreich wurden in den letzten Jahren zwei neue Methoden zur Evaluierung erarbeitet, die es erlauben, Renaturierungsmaßnahmen komplementär zum Monitoring der BQEs zu bewerten. Diese Methoden werden vorgestellt und diskutiert. Die erste Methode mit dem Namen evaRest“ (evaluation of Restoration) zielt dabei auf kleinräumige ökologische und hydromorphologische Wirkungen von Renaturierungsmaßnahmen ab. Die zweite Methode „ResCulES” (Methodological development of the evaluation of Restoration measures by Cultureal ecosystem services”) liefert ein methodisches Konzept zur Erhebung und Bewertung kultureller Ökosystemleistungen renaturierter Fließgewässer(abschnitte). Erste Evaluierungsergebnisse basierend auf ResCulES belegen, dass die Sanierungen von Isel und Liesingbach das Potenzial kultureller Ökosystemleistungen grundsätzlich erhöht haben. Dies trifft vor allem auf die wasserbezogenen Leistungen „Baden und Planschen“, „Bootfahren“ und „Angeln“ zu, aber auch auf passive Leistungen wie „Naturerlebnis und Ruhe“ sowie „Schönheit und Landschaftsbild“. Mit den beiden neuen Methoden zur Maßnahmenevaluierung stehen zwei Werkzeuge zur Verfügung, die es erlauben kleinräumige Wirkungen von Renaturierungsmaßnahmen zu bewerten und andere positive Effekte, die über reine ökologische Wirksamkeit hinausgehen, darzustellen und zu beschreiben.

Mathieu Floury¹; Blandine Charrat²; Aliénor Jeliazkov¹; Nina Kaiser³; Céline Le Pichon¹; Martin Palt³; Prof. Dr. Stefan Stoll³; Evelyne Talès¹; Dr. ir. Ralf Verdonschot⁴; Jérémy Piffady²; Dr. Christine Weber⁵

¹ INRAE Hycar Antony; ² INRAE RiverLy; ³ Hochschule Trier (Umwelt-Campus Birkenfeld); ⁴ Wageningen Environmental Research; ⁵ EAWAG Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology

Session: S02 (Vortrag)

Monday 14:15, POT_051

In the past two decades, many river restoration projects have been implemented worldwide to improve the ecological status of rivers. Initially, they aimed at recreating local hydromorphological structures and habitats, assuming that these should be directly colonized by aquatic organisms and thus promote diversity of the biological communities. However, this habitat-based strategy has been lately criticized as it ignores the fact that the anticipated ecological outcomes (e.g. improved community structure and functions, reinforcement of ecosystem processes) strongly depend on multiple drivers and processes at various spatial scales, such as river fragmentation and/or poor regional biodiversity preventing recolonization, large-scale hydromorphological and biogeochemical processes and anthoprogenic drivers at the reach and watershed scales. Historical land use and legacy effects can also play an important role in recovery processes of streams, shaping current macroinvertebrate and fish communities.

Considering spatio-temporal landscape context is therefore crucial in restoration implementation to support more successful projects. However, the quantitative effects of the various context variables and their relative importance in restoration practices, as well as the role of metacommunities, the scale issue and the role of legacy effects are still understudied and thus poorly considered in restoration planning.

Here, we propose new insights in analyzing outcomes of past restoration projects. In the COSAR project (Biodiversa+ Biodivrestore), we use existing ecological monitoring data from about 200 European restoration projects representing a large diversity of implemented hydromorphological measures and we develop models to represent and assess the dependence of a variety of complementary ecological metrics (describing both fish and macroinvertebrate taxonomic and functional responses) to landscape context, including climatic, land use and network connectivity descriptors. Trade-offs and synergies between the multiple metrics are also explored, allowing the assessment of ecological response complexity.

Dr. Martin Palt; Dr. Nina Kaiser; Wolfram Remmers; Prof. Dr. Stefan Stoll

Hochschule Trier (Umwelt-Campus Birkenfeld)

Session: S02 (Vortrag)

Monday 14:30, POT_051

The primary objective of river restoration is to enhance the ecological quality of the river biota. A number of methodological frameworks exist to assess aquatic communities, quantifying metrics that allow comparison between sites. However, river restoration also has the potential to deliver societal benefits that increase as ecosystems become more natural, particularly cultural ecosystem services (CES). No such consistent methodological frameworks have yet been established for these effects of restoration.

This is particularly true for the inclusion of social media in the assessment of CES. While it is possible to retrieve texts and photos posted on social networks in the context of aquatic ecosystems, this process is not straightforward, nor is the interpretation of findings from this new and promising data source. Therefore, this presentation aims to critically evaluate the methodological rigour and effectiveness of the analysis of social media data derived from different river restoration sites.

Specifically, we examine which restoration sites have social media posts available and how these differ in context (population, accessibility) from sites where this is not possible. In addition, we show how results from a combination of qualitative and quantitative approaches reveal motifs and themes in human-nature interactions that are prevalent in social media posts, and where there are current limitations and scope for further methodological advances. Issues of representativeness of user groups and potential biases are also discussed.

Based on these findings, we conclude that while social media can be a valuable source of information for deriving societal benefits from river restoration, there are caveats. However, these could be avoided by proactive measures taken during restoration processes. We provide recommendations for planners to take this into account, and for researchers to increase the reliability and depth of findings in future studies.

Dr. Nina N. Kaiser; Dr. Martin Palt; Prof. Dr. Stefan Stoll

Hochschule Trier (Umwelt-Campus Birkenfeld)

Session: S02 (Vortrag)

Monday 14:45, POT_051

River restoration projects are primarily undertaken to enhance biodiversity and ecosystem services, but their impact extends far beyond ecological benefits. This study explores the societal effects of river restoration by analyzing social media posts from various restoration sites. By employing qualitative and quantitative analysis, we identified distinct motifs and themes in the posts related to each site. Our findings reveal that restored river sites not only foster greater biodiversity but also significantly enrich human-nature relationships. The diversity of social media content indicates that these sites become vibrant spaces for community engagement, recreation, and cultural expression. This research highlights the multifaceted value of river restoration, demonstrating its capacity to foster social cohesion, enhance well-being, and strengthen connections between people and natural environments.

Wolfram Remmers; Dr. Nina N. Kaiser; Dr. Martin Palt; Prof. Dr. Stefan Stoll

Hochschule Trier (Umwelt-Campus Birkenfeld)

Session: S02 (Vortrag)

Monday 15:00, POT_051

A key success factor for river restoration projects are benefits for local communities. The directly perceived values from restoration of small watercourses in urban areas consist mainly of improvements to various cultural ecosystem services in the areas of recreational activities and aesthetics. Furthermore, the perception of benefits and possible downsides as well as an understanding of the importance of ecological viability of watercourses, can influence the acceptance of restoration efforts and concomitant financial expenditures. Therefore, we aimed to improve the understanding of public perception regarding small urban river restoration projects in Rhineland-Palatinate, Germany. Our analysis is based on several years of questionnaire surveys conducted among local residents. The surveys aimed to gauge community views on the ecological and social impacts of the restoration efforts. Our findings indicate a generally positive reception, with many respondents recognizing the benefits of enhanced biodiversity, improved recreational opportunities, and strengthened human-nature relationships. However, the study also highlights critical voices, particularly concerning unmet expectations and perceived shortcomings in some restoration outcomes. These mixed responses provide a nuanced understanding of the public’s perspective, emphasizing the need for ongoing communication and engagement with local communities to address concerns and align restoration efforts with public expectations. This presentation will offer valuable insights for policymakers and practitioners seeking to balance ecological goals with societal needs in future restoration projects.

Dr. Daniel Graeber¹; Anika Große²; Katja Westphal³; Dr. Alexander Wachholz⁴; Dr. Marc Stutter⁵; Dr. Gabriele Weigelhofer⁶; Prof. Dr. Thomas A. Davidson⁷; Dr. Tom Shatwell¹; Dr. Andreas Musolff²; Dr. Rohini Kumar¹; Prof. Dr. Dietrich Borchardt²

¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) ; ² Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ); ³ Landesamt für Umwelt des Landes Schleswig-Holstein; ⁴ Umweltbundesamt (German Environment Agency); ⁵ James Hutton Institute; ⁶ WasserCluster Lunz; ⁷ Aarhus Universität

Session: S02 (Vortrag)

Monday 15:15, POT_051

The ongoing climate crisis necessitates evolving strategies for water usage and the protection of freshwater ecosystems. Current national initiatives, including the National Water Strategy and the Programme for Natural Climate Protection, advocate for large-scale restructuring of freshwater bodies and their catchments. Central to these strategies is the restoration and development of wetlands and floodplains, which are expected to improve landscape water balance, particularly in terms of flood and drought mitigation. These actions will also exert significant secondary effects on freshwater ecosystems, especially regarding macronutrient biogeochemical cycling.

We propose a comprehensive framework aimed at predicting these secondary effects on macronutrients. This framework enhances catchment and ecosystem-level understanding of nitrogen (N) and phosphorus (P) sources and their impacts through N:P ratio assessments, examining sources, transport mechanisms, and ecological effects, such as eutrophication. Furthermore, we suggest that the provision of organic carbon (OC) from restored wetlands and floodplains will alter the retention of N and P in agriculturally impacted inland waters. This can be effectively assessed using C:N:P ratios in innovative statistical approaches. By restoring water balances through wetland restoration, the unintended side effects can be transformed into opportunities for a multiple-benefit approach within catchment and freshwater ecosystem management strategies.

In our presentation, we will present robust evidence supporting the efficacy of this stoichiometric nutrient management framework. Our evidence is derived from a series of studies, including conceptual and statistical modeling, ratio-based monitoring, and proof-of-concept microcosm experiments. We conclude that this stoichiometric framework will be a valuable tool in predicting landscape and ecosystem effects, thereby aiding in the adaptation and protection of our freshwater resources amidst the challenges posed by the climate crisis beyond the water framework directive.

Dr. Carmen Gallas¹; Raphael-Manuel Komanek²; Dr. Carmen Gallas¹; Johannes-Ulrich Bossert¹; Dr. Fabian Itzel¹; Prof. Dr. Ute Hansen²

¹ Linksniederrheinische Entwässerungs-Genossenschaft (LINEG); ² Hochschule Rhein-Waal

Session: S02 (Vortrag)

Montag 15:30, POT_051

Fünf Jahre nach Umsetzung der Renaturierungsmaßnahme eines Tieflandgewässers im Deichvorland siedelte sich 2021 der Biber im Lohkanal in Rheinberg-Orsoy an.

Biber wirken auf natürliche Weise gestalterisch auf die Gewässerlandschaft ein. Biberdämme liefern zusätzliche Habitate für aquatische und semiterrestrische Tiere. Die Auswirkungen von Biberaktivitäten auf den ökologischen Zustand eines Gewässerabschnitts werden in der Fachwelt jedoch kontrovers diskutiert.

Inzwischen sind im Gewässer drei Biberdämme mit positiven hydromorphologische Auswirkungen auf die Tiefen- und Breitenvarianz und das Strömungsbild entstanden. Andererseits kommt es in den Biberteichen zu vermehrter Ablagerung von Feinsedimenten.

Mittels Surber Sampler und Substratkästen wurde im April/Mai 2024 die Lebensgemeinschaft des Makrozoobenthos in den Biberteichen und unterhalb der Biberdämme erfasst. Das Monitoring der Biberdämme wurde mit dem Vacuum Sampler nach SCHLOEMER durchgeführt.

Die Ergebnisse der unterschiedlichen Untersuchungsmethoden werden verglichen. Der Vacuum Sampler eignet sich gut für eine schonende Beprobung der Biberdämme. Die Substratkästen stellen eine Ergänzung zur herkömmlichen Erfassung des MZB nach AQEM dar.

Session S04/S05

  • Große Flüsse, Mehrfachbelastung, Modellierung und Management
  • Large rivers, multiple pressures, modeling and management

Moderation: Karla Münzer / Anna Oprei

Dr. Franziska Klotz¹; Marco Herrmann¹; Dr. Mayra Ishikawa¹; Dr. Demetrio Mora²; Manoj Schulz¹; Johannes Lingen¹; Phillip Jung¹; Dr. Björn Baschek¹; Dr. Helmut Fischer¹; Dr. Julia Kleinteich¹

¹ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG); ² Observatory for Climate, Environment and Biodiversity (OCEB)

Session: S04/S05 (Vortrag)

Dienstag 14:30, POT_051

Cyanobakterienblüten in Flüssen haben einen negativen Einfluss auf die Gewässergüte und können auf Grund potentieller Toxine eine Bedrohung für Menschen und andere Organismen darstellen. In der stauregulierten Mosel kam es seit 2017 wiederholt zu Cyanobakterienblüten der Gattung Microcystis, mit Ausnahme des kühlen und abflussreichen Sommers 2021. Wir untersuchten den gesamten deutschen Moselabschnitt im Detail seit 2021 anhand von molekularbiologischen, aber auch fernerkundlichen Methoden. Die Konzentration von Microcystis erreichte in warmen und trockenen Jahren Maxima von 5 x 108 Zellen/L und dominierte damit die Phytoplanktongemeinschaft mit mehr als 86 %. Besonders im Unterlauf waren die Microcystis-Blüten stark ausgeprägt. Auch die abgeleiteten Gesamtchlorophyllkonzentrationen des Sentinel-2-Satellitenpaars aus dem ESA/Copernicus Programm zeigten, dass es räumlich und zeitlich zu großen Unterschieden entlang des Moselverlaufs kommt mit Maxima im Unterlauf der Mosel. Die Toxinkonzentrationen (Microcystin) variierten lokal stark und überstiegen teilweise den WHO-Trinkwassergrenzwert von 1,0 µg/L mit Maximalwerten von 4 µg/L in der Flussmitte. Anhand von sensitiven Bestimmungsmethoden wie droplet digital PCR konnten wir die Microcystis Bestände im Längsverlauf wie auch saisonal nachvollziehen und mit Temperatur- und Abflussveränderungen korrelieren. Anhand des Vergleichs mit dem Cyanobakterien-freien Jahr 2021 nehmen wir an, dass die unterschiedlichen hydrologischen und klimatischen Bedingungen, insbesondere die Fließgeschwindigkeit, zu den ausgeprägten saisonalen Unterschieden im Wachstum der Cyanobakterien führten. Die Mosel kann als Modellsystem dienen, wie stauregulierte Flüsse in Zukunft auf höhere Temperaturen und geringere Abflüsse infolge des Klimawandels reagieren werden.

Kerstin Stelzer¹; Tobias Goldhammer²; Carole Lebreton¹; Jorrit Scholze¹

¹ Brockmann Consult GmbH; ² Leibnitz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Session: S04/S05 (Vortrag)

Dienstag 14:45, POT_051

Monitoring von Fließgewässern erfolgt in der Regel über regelmäßig durchgeführte Messungen entweder übe Dauermesssonden oder wiederkehrenden Analyse von entnommenen Wasserproben. Für das Monitoring und die Dokumentation der Gewässerqualität in kritischen Teilen des Flussökosystems der Oder sind diese punktuell erhobenen Messungen eine wichtige Komponente, besitzen aber bei regionalen Analysen der Wasserqualität nur eingeschränkte Aussagekraft. Insbesondere die räumliche Erfassung von Algenblüten, ihr zeitliches Auftreten und ihre Dynamik ist aus stationsgebundenen Zeitreihen nur eingeschränkt möglich. Hier können Daten multispektraler Sensoren von Erdbeobachtungssatelliten, insbesondere dem Europäischen Copernicus-Satelliten Sentinel-2, ergänzend genutzt werden, um farbgebende Pigmente wie Algenchlorophyll in der Fläche und grenzüberschreitend innerhalb eines Gewässernetzwerks zu erfassen. Damit können auch Entwicklungen im Oberlauf frühzeitig detektiert und mögliche Konsequenzen für den Unterlauf vorausschauend berücksichtigt werden. Im Zuge der Umweltkatastrophe in der Oder im August 2022 konnte die Nutzbarkeit von Sentinel-2 Daten bereits demonstriert werden (https://www.igb-berlin.de/news/neue-analyse-satellitendaten-bestaetigen-massive-algenbluete-der-oder). Im Rahmen eines im Juni 2024 gestarteten Teilprojektes des ODER~SO Projekts erfolgt nun eine spezifische, zeitnahe Auswertung aus frei verfügbaren Sentinel-2 Daten für die Oder. Es wird ein neues, kontinuierliches Datenprodukt erzeugt, das die Entwicklung der Chlorophyllkonzentrationen in der Oder sichtbar macht.

Diese Satellitendaten werden in einer integrierten Daten- und Informationsplattform veröffentlicht, um die verfügbaren Informationen gebündelt aufbereitet zur Verfügung zu stellen. Dieser Beitrag stellt die Werkzeuge zur Satellitenbildverarbeitung und ihrer Darstellung vor und wird die Zeitverläufe der Chlorophyllkonzentrationen aus den letzten Sommern demonstrieren.

Beke Lohmann¹; Dr. Maike Lorenz²; Birgit Olberg²; Dr. Urban Tillmann³; Dr. Eckhard Coring¹

¹ EcoRing; ² SAG; ³ AWI (Alfred-Wegener-Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research)

Session: S04/S05 (Vortrag)

Dienstag 15:00, POT_051

Die fisch-giftige Mikroalge Prymnesium parvum hat in den letzten Jahren aufgrund ihrer potenziell verheerenden Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme erhebliche Aufmerksamkeit erlangt. Massenhaftes Fisch- und Invertebratensterben, verursacht durch Prymnesin-Toxine, hat weltweit zugenommen, insbesondere durch anthropogene Einflüsse wie Eutrophierung und Bergbau. Ein aktuelles Beispiel aus Deutschland ist das massive Fischsterben in der Oder im Jahr 2022. Diese Vorfälle unterstreichen die Notwendigkeit, das Wachstum und die Ausbreitung von P. parvum in Süßwassersystemen besser zu verstehen.

In dieser Studie haben wir das Wachstumsverhalten von P. parvum unter verschiedenen Salinitätsbedingungen, mit besonderem Fokus auf die Flüsse Weser und Werra, untersucht. Diese Flusssysteme sind ökologisch bedeutsam und stehen aufgrund der Einflüsse des Kalibergbaus unter besonderer Beobachtung. Unsere Methodik umfasste die Kultivierung von fünf P. parvum Stämmen, darunter ein mariner Stamm, ein aus einem Fischteich isolierter Stamm und drei Stämme aus der Oder-Katastrophe, unter kontrollierten Laborbedingungen. Wir analysierten die Wachstumsraten in verschiedenen künstlichen Kulturmedien mit unterschiedlichen Natriumchlorid-Gehalten und in verschiedenen natürlichen Medien aus der Werra, Weser und einiger stehender Gewässer. Mit Hilfe eines Gradiententisches haben wir außerdem das Wachstum eines Oder-Stammes in Wasser aus Gerstungen in Abhängigkeit von Temperatur und Lichtintensität untersucht.

Die Versuche zielten darauf ab, Antworten auf die Fragen zu finden, wie unterschiedliche Salinitäten das Wachstum von P. parvum beeinflussen und welche spezifischen Umweltbedingungen das Wachstum der giftigen Alge begünstigen.

Unsere Ergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse über die bevorzugten Wachstumsbedingungen von P. parvum und die potenziellen Risiken für die aquatischen Ökosysteme der Flüsse Weser und Werra. Diese Informationen wurden mit den hydrologischen Rahmenbedingungen verschnitten und sind entscheidend für das Risikomanagement und die Entwicklung gezielter Maßnahmen zum Schutz und zur Erhaltung dieser Lebensräume.

Dr. Karla Münzner; Dr. Sven Würtz; Margie Glenn; Dr. Heiner Kuhl; Dr. Stephanie Spahr; Dr. Jan Köhler

IGB Berlin

Session: S04/S05 (Vortrag)

Tuesday 15:15, POT_051

The harmful alga Prymnesium parvum (Haptophyta) causes massive kills of fish and other aquatic organisms in saline rivers around the world, most recently in the Oder River in Poland and Germany (also known as the “Oder catastrophe”). It is believed that such blooms are caused by an increase in salinity resulting from high evaporation and low discharge during droughts, natural sources of salt, or anthropogenic salt inputs. However, blooms also occur at salinities as low as 0.8 ppt, and the mechanism of how salinity stress could induce toxin production in P. parvum remains unknown. We conducted batch experiments with P. parvum cultures isolated during the Oder catastrophe to determine whether changes in salinity trigger toxin production in this alga. In a first step, cultures producing high and low amounts of toxins were grown at 5 ppt salinity, and exposed to a 50% decrease in salinity, simulating the release of brine storage rich in P. parvum into less salty river water. Over a time period of 48 hours, we extracted RNA to analyse whether mRNA expression of two polyketide synthases (PKS) increased after salinity shock. Both PKS have recently been correlated to the prymnesin structure by genomics analyses of strains producing prymnesins of types A and B. We also determined the amount of toxins (prymnesins) produced before and after salinity treatments. We expected cultures exposed to salinity stress to produce more toxins than the control cultures congruent with a higher expression of the PKS genes. This would, for the first time, confirm the role of environmental stressors in the synthesis of prymnesins, representing an experimental model to study environmental triggers of toxin production during harmful algal blooms. Such insight will help to better understand the processes which caused the Oder catastrophe in 2022, and to adapt bloom management efforts in the Oder River.

Dr. Tarn Preet Parmar; Sebastian Ayala Clarke; Dr. Janine Rüegg; Nadja Heitmann; Prof. Dr. Dominik Martin-Creuzburg

Brandenburg University of Technology (BTU) Cottbus-Senftenberg

Session: S04/S05 (Vortrag)

Wednesday 11:30, POT_051

Massive amounts of fish and invertebrates perished in the Oder River in 2022 as a result of the toxin-producing, brackish water, golden alga Prymnesium parvum. Understanding the impact of this catastrophe on invertebrate communities is important as such events might affect not only the aquatic communities themselves but also the surrounding terrestrial food webs via insect emergence. To examine the potential impact, we need to understand the trajectory of the aquatic emergence and its contribution to the surrounding terrestrial food web in the following years as information on insect emergence from the Oder is currently lacking. Insect larvae represent an important food web component for aquatic consumers and the emerging adults represent a key vector for aquatic-based nutrients to transfer to adjacent terrestrial food webs. Aquatic insects contain higher long-chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) than terrestrial insects and can are physiologically important for several riparian predators (e.g., birds, bats, and spiders). We deployed floating insect emergence traps at six sites along the German side of the Oder River, at three of which we also sampled floodplain waterbodies from March to November 2023. Here we present the taxonomic diversity, biomass flux, and LC-PUFA flux of emerging insect from the aquatic to the terrestrial environment. Without baseline information of insect emergence from the Oder before the catastrophe, quantifying the extent of the environmental damage is difficult, however, we aim to use this data as a baseline to study the recovery of invertebrate communities, in general, and in the event of persistent Prymnesium parvum bloom in particular.

Manoj Sanyasee Thapa; Dr. Tanja Bergfeld-Wiedemann PhD; Dr. Annette Becker PhD

BfG / Bundesantalt für Gewässerkunde

Session: S04/S05 (Vortrag)

Wednesday 11:45, POT_051

Thermal pollution arises due to discharge of heated water from power plants and industries into aquatic ecosystems. It affects water temperatures (wT) and causes variations in the concentration of dissolved oxygen (DO) in water. DO is important for sustaining aquatic life and it is required for biodegradation processes that remove organic pollutants from water. In this study, we investigated how thermal pollution affects water temperatures and dissolved oxygen in the Rhine River. This study implemented a deterministic model QSim of BfG to simulate water quality in the free-flowing German reach of the Rhine, from Karlsruhe (km 359) up to Bimmen (km 865). The influences of thermal emissions into the Rhine between 2018 and 2020 were assessed via comparison of two identical simulation runs only differing in heat inputs. As an effect of thermal emissions, water temperatures increased in the Upper Rhine (between km 359 and 500), since the larger power plants are situated in this region. This energy effect was highest during autumn and winter at low discharge. However, the Lower Rhine was less influenced from thermal pollution. Further, heated Rhine water resulted in less DO in river compared to cooler water without thermal emissions. Likewise, DO concentrations in the Rhine between km 400-500 remained roughly constant as an effect of thermal emissions before it decreased with the confluence of the Main River. Downstream after km 500, oxygen level increased with decreasing water temperatures and higher photosynthetic activity of phytoplankton. Oxygen concentration was differently controlled, in summer predominantly via phytoplankton production whereas in winter via air-water oxygen exchange concurrently with high discharge and high turbulence. Further, elevated water temperatures in the Rhine during winter due to thermal emissions resulted in actual oxygen concentrations above the saturated concentrations between km 395 and 495. Hence, oxygen was aerated to the atmosphere for the restoration of the equilibrium DO condition.

Anna Oprei; Dr. Markus Venohr

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Session: S04/S05 (Vortrag)

Montag 12:00, POT_051

Weltweit sind aquatische Ökosysteme von multiplen, anthropogenen Stressoren wie z.B. Landnutzungsänderungen und Klimawandel betroffen. Unter anderem verän-dern Wasserentnahme, Bodenversiegelung und -verdichtung, Drainagen und Ab-flussregulierung die Menge, Qualität und Dynamik der Wasserressourcen. Die na-türliche und zunehmend anthropogen überprägte Niederschlags- und Abflussdy-namik bedingt spezifische raum-zeitliche Muster des Eintragsgeschehens und der resultierenden Wasserqualität, die aquatische und terrestrische Ökosysteme maß-geblich beeinflussen. Die sich saisonal verändernden ökodydrologischen Bedin-gungen erfordern eine Modellierung auf unterjährlicher Ebene, um eine effektive Wasserbewirtschaftung in Verbindung mit einer ökologischen Bewertung zu ermög-lichen. Um diesen Herausforderungen besser gerecht zu werden, wurde das Nähr-stoffeintragsmodell MONERIS (Venohr et al., 2011, Lemm et al., 2021) in die Open-Source-Programmiersprache R überführt und die Eingangsdatenformate als auch Berechnungsansätze grundlegend überarbeitet. Hierbei wurde insbesondere auf eine transparente, flexible und performante Umsetzung geachtet, die eine Wieder-verwendung und Kombination unterschiedlicher Eingangsdaten erlaubt und eine Reproduzierbarkeit sicherstellt. Zu den neuesten Modellentwicklungen gehören die Erhöhung der zeitlichen (monatlich) sowie räumlichen Auflösung (1 km2) durch den Einsatz hochaufgelöster Eingangsdaten sowie der Verwendung einer räumlichen Standardauflösung. Da der Abfluss einer der Haupttreiber der Nährstoffemissionen ist, wurde ein modellspezifischer Niederschlags-Abfluss-Ansatz entwickelt und er-folgreich getestet. Obwohl die Verfügbarkeit an hochaufgelösten internationalen Eingangsdaten in letzter Zeit deutlich gestiegen ist, liegen national häufig besser-aufgelöste Datengrundlagen vor. MONERIS ermöglicht daher die Kombination von alternativen internationalen Eingangsdaten sowie verschiedenen nationalen Da-tensätzen. Wir stellen hier nun das aktualisierte, auf Open Source basierende Mo-dell MONERIS vor und zeigen seine praktische Anwendung anhand der ausländi-schen Oberlieger der großen deutschen Flusseinzugsgebiete. Unser Ziel ist es, ei-ne offene Modellierungsplattform aufzubauen, die die Emissionsmodellierung wei-terer Parameter und Stoffe (z.B. Salzgehalt, Schwermetalle oder prioritäre Stoffe) und die Berücksichtigung zusätzlicher Module wie z.B. für Phytoplanktonwachs-tum, Auen- oder Buhnenfeldretention ermöglicht.

Dr. Jürg Bloesch PhD

IAD (International Association for Danube Research)

Session: S04/S05 (Vortrag)

Wednesday 12:15, POT_051

The five Co-Authors act as Editors of an ELSEVIER-Book entitled “Danube River and Western Black Sea Coast: Complex Transboundary Management” in the series “Ecohydrology from catchment to coast”. The book encompasses 17 chapters grouped into three parts and shall be published in fall 2024. A couple of distinct case studies clearly show the existing environmental problems. Sturgeons, one of the Danube flagship species, are presented in several chapters to illustrate the link between the sea and the river.

This contribution presents a selection of three specific scientific topics emphasizing the interlinkage between riverine and marine ecosystems, reflecting theory and practice, major pressures as well as main obstacles for the implementation of restoration and conservation (including governance, politics and management): (1) Alteration of hydromorphology, reduced sediment transport by the Danube and shore erosion in the Black Sea, (2) Nutrient load and eutrophication, and (3) Drastic decline of anadromous sturgeons due to disrupted connectivity and overfishing. Environmental protection of aquatic ecosystems to conserve biodiversity needs to consider, amongst other, ecosystem services, floodplain ecology, effects of climate change, and sustainable use of resources. Accounting for the requirements of Integrated Water Resources Management (IWRM) and the rather poor implementation of environmental law, the decision makers and politicians face multiple challenges: to have procedural knowledge, to support and trust science, to understand and rate expert debates, to finance the development and harmonization of new methodology and proper monitoring programs, to have a holistic view of the social-ecological systems, and to cope with inherent conflicts of interest. Basic managerial tools are learning by doing, adaptive management, transparent and well-designed communication, early involvement of relevant stakeholders to discuss and co-design solutions (sound public participation), and public awareness. In the long term, the prevailing primacy of economy (business as usual), exploiting ecosystems for profit, must be ended and the environmental costs of any business should be internalized. The elaboration of Sustainable Development Strategies for the Danube and Black Sea regions can foster the wellbeing of inhabitants. The key message is that fighting the causes provides much better solutions than fighting the negative effects themselves (end-of-pipe solutions).

Session S06

  • Ästuare – einzigartige Ökosysteme unter dem Einfluss vielfältiger Stressoren
  • Estuaries – unique environment under multiple stressors

Moderation: Fabian Große / Kirstin Dähnke

Dr. Johannes A. Leins; Dr. Maike Heuner; Dr. Jana Carus; Dr. Tim Scheufen; Christine Borgsmüller

Session: S06 (Vortrag)

Dienstag 10:45, POT_081

Im BMDV-finanzierten Projekt „Parabola for Climate“ wird mit dem Vegetationsmodell HaMac (Habitat Macrophyte Model) die Entwicklung der Marschvegetation in Ästuaren untersucht. HaMac-Simulationen projizieren die Auswirkungen lokaler Stressoren und des Meeresspiegelanstiegs (MSA) unter künftigen Klimaszenarien auf dieses Ökosystem. Die Erkenntnisse tragen dazu bei, die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) zielgerichtet zu beraten, wie die Deutsche Anpassungsstrategie (DAS) an den Klimawandel und einhergehende klimaverträgliche Maßnahmen an Ufern und Marschen umgesetzt werden könnten.

Bereits die Maßnahmen, die auf die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) abzielen, sind aufgrund anthropogener Einflüsse und der Dynamik der Ästuare herausfordernd. Der Klimawandel verschärft diese Bedingungen und sollte bei der Auswahl von Ufersicherungsmaßnahmen berücksichtigt werden. So dürfte mit dem MSA auch das Mittlere Tidehochwasser (MThw) ansteigen und Watten bzw. Marschen länger und häufiger überflutet werden. In diesem Kontext liefern bestandsbildende Röhrichte mit ihrer Ökosystemleistung einen bedeutenden Beitrag. Sie sichern mit ihren Wurzeln das Ufer, schwächen Strömung und Wellen ab und akkumulieren Sediment, sodass Watten und Marschen mit dem MSA mitwachsen.

Im BMVI-Forschungsprogramm KLIWAS (Klimawandel an Wasserstraßen) wurde mit HaMac anhand zweier Röhrichtarten (B. maritimus, P. australis) bereits untersucht, wie ausgewählte Habitatfaktoren Wachstum und Mortalität dieser Spezies beeinflussen. Mit statistischen Modellen wurden dazu Funktionen berechnet, die das Artvorkommen mit Faktoren wie interspezifischer Konkurrenz und Überflutungsdauer verknüpfen. Die Ergebnisse der HaMac-Simulationen wurden hinsichtlich der Ursachen für Ausbreitung und Rückzug der Röhrichtvegetation entlang der Tideelbe analysiert. Einige dynamische Prozesse mit voraussichtlich hoher Bedeutung für Langzeitprognosen konnten bisher jedoch noch nicht berücksichtigt werden.

Im Projekt „Parabola for Climate“ wird HaMac um dynamische Feedbackprozesse wie Sedimentation erweitert und für weitere Habitatfaktoren kalibriert – etwa Wellenschlag, steigendes MThw und Sohlschubspannung. Neben der Abschätzung zur dynamischen Entwicklung der Marschenvegetation werden die Robustheit und Gültigkeit der in KLIWAS berechneten Funktionen anhand aktueller Daten diskutiert. Zudem wird erörtert, wie sich die ergänzten Prozesse und Faktoren auf die Modellergebnisse auswirken.

Kerstin Stelzer¹; Carole Lebreton¹; Dimitry Van der Zande²; Quinten Vanhellemont²; Joppe Massant²; Martin Böttcher¹

¹ Brockmann Consult GmbH; ² Royal Belgian Institute of Natural Sciences (RBINS)

Session: S06 (Vortrag)

Dienstag 11:00, POT_081

Qualitativ hochwertige satellitengestützte Wasserqualitätsprodukte können wertvolle Unterstützung und Erkenntnisse für die Bewirtschaftung und Überwachung von Binnen-, Übergangs- und Küstengewässern liefern. Die heutige Verfügbarkeit von Erdbeobachtungsdaten (EO) basiert auf traditionellen Ocean Colour Systemen mit mittlerer Auflösung (z. B. SeaWiFS, MODIS-AQUA, MERIS, Sentinel-3/OLCI) aber auch auf hochauflösenden Landsensoren (z. B. Sentinel-2/MSI). Jeder dieser Sensoren bietet spezifische Vorteile in Bezug auf räumliche, zeitliche oder radiometrische Eigenschaften. Im Rahmen von Copernicus Marine werden verschieden Wasserqualitätsprodukten auf verschiedenen Skalen für unterschiedliche Fragestellungen bereitgestellt.

Mit dem High-Resolution Coastal Service (HROC) bietet Copernicus Marine hochauflösende Wasserqualitätsprodukte auf der Grundlage von Sentinel-2/MSI-Daten für alle europäische Küstengewässer. Es stehen 12 verschiedene Produkte zur Verfügung, die sowohl im Echtzeitdienst als auch als aggregierte Produkte genutzt werden können. Neben den Küstengewässern, die in einem Streifen von 20-km-Streifen zur Verfügung stehen, sind auch die Europäischen Ästuare Teil des Datensatzes. Es werden sowohl optische (Wasserreflektanzen, Rückstreuung, Trübung), also auch bio-geo-physikalische Parameter (Chlorophyll- und Schwebstoffkonzentration) bereitgestellt.

Die Produkte sind seit 2020 verfügbar, wobei regelmäßig (jährlich) Verbesserungen der Algorithmen einfließen. Dazu gehört die Entwicklung eines Korrekturverfahrens für die deutlichen Detektor-Streifen, die bei S2/MSI-Bildern über Wasser beobachtet werden können.

Über die frei verfügbaren Daten aus den Copernicus Diensten gibt es auch Downstreamdienste, die individuell auf Nutzerwünsche eingehen und die Daten beispielsweise in höherer räumlicher Auflösung oder weiter ins Landesinnere reichende Produkte erzeugen.

Die Produkte werden an Beispielen verschiedener Ästuare in Europa vorgestellt und wo verfügbar, das Zusammenspiel von in-situ Messungen und Fernerkundungsdaten demonstriert.

Nele Oncken¹; Dennis Eick²; Jörg Scholle³; Andreas Schöl¹

¹ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG); ² Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Elbe-Nordsee; ³ BioConsult GmbH & Co. KG

Session: S06 (Vortrag)

Dienstag 11:15, POT_081

Die anadrome Fischart Finte (Alosa fallax) laicht im limnischen Ästuarbereich der Elbe unterhalb des Hamburger Hafens und ist eine Art innerhalb der Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie. Die Hauptnahrungsquelle der Fintenlarven ist das Zooplankton. Die Finte ist durch eine interannuell unterschiedliche Dichten der Eier und Larven geprägt. Eine unzureichende Nahrungsverfügbarkeit mit Blick auf Fintenlarven könnte eine mögliche Ursache für ungewöhnlich geringe Larvendichten (als Folge einer ungewöhnlich hohen Mortalität) sein. Ob allerdings ein generell unzureichendes Nahrungsangebot für Fintenlarven vorliegt oder ob das räumliche oder zeitliche Aufkommen der Fintenlarven nicht mit dem vorhandenen Nahrungsangebot übereinstimmt, ist nicht bekannt.

Als Datengrundlage des Projektes dienen die Daten des Fintenmonitoring (Eier und Larven) die im Auftrag des WSV Elbe-Nordsee von der Firma BioConsult wöchentlich von Mitte April bis Mitte Juni der Jahre 2013–2022 bei Elbe-km 643 und 651 erhoben wurden, inklusive der parallel genommenen Zooplanktonproben. Um die Dynamik des Zooplanktons im Elbeästuar besser zu verstehen, wurden zusätzlich Zooplanktonproben knapp oberhalb des Fintenlaichgebietes bei km 629 ausgewertet.

Ziel der Auswertung ist es, die Nahrungsgrundlage der Fintenlarven zu bestimmen, die Zooplanktonbiomasse in Bezug zum räumlichen und zeitlichen Nahrungsbedarf der Fintenlarven zu setzen und intra- und interannuelle Unterschiede der Nahrungsgrundlage zu untersuchen. Zudem wird der Einfluss der abiotischen Bedingungen in Form von Abfluss, Temperatur, Sauerstoffkonzentration und zusätzlich Chlorophyll a-Gehalt auf das Zooplankton bzw. die Fintenlarvenabundanz untersucht.

Die bisherigen Auswertungen zeigen eine Korrelation des Vorkommens von Fintenlaichprodukten und hoher Zooplanktonbiomasse bei Probestelle Elbe-km 643 (im Hauptlaichgebiet der Finte), was auf eine zeitliche Synchronisierung der Eiablage mit dem Auftreten des Zooplanktons hindeuten könnte. Auffällig ist zudem, dass die Anzahl der Finteneier nicht zwingend mit der Zahl der Fintenlarven korreliert. Dies zeigt, dass der Entwicklungserfolg von Eiern oder Frühlarven nicht jedes Jahr gleich ist, sondern stark von verschiedenen biotischen oder abiotischen Bedingungen beeinflusst wird und nach unseren Auswertungen in einigen Jahren möglicherweise auch auf eine unzureichende Nahrungsgrundlage der Fintenlarven zurückzuführen ist.

Tea Behrends¹; Christine Borgsmüller²; Andreas Schöl²; Prof. Dr. Oliver Wurl³; Dr. Dennis Oberrecht¹; Prof. Dr. Andreas Wurpts¹

¹ Forschungsstelle Küste im Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz – Betriebsstelle Norden-Norderney; ² BfG / Bundesanstalt für Gewässerkunde; ³ ICBM, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

Session: S06 (Vortrag)

Dienstag 11:30, POT_081

Im teildurchmischten Emsästuar ist aufgrund der hohen Ansammlung von Schwebstoffkonzentrationen mit phasenweiser massiver Flüssigschlickbildung infolge der anthropogenen Eingriffe (Begradigungen und Vertiefungen) in den Sommermonaten eine starke Sauerstoffzehrung zu beobachten. Diese führt zu einer mehrere Monate andauernde Sauerstoffminimumzonen (anaerobe Verhältnisse). Anhand von stationären Messungen über einen Zeitraum mit geringen Oberwassermengen (2014) sind an drei Standorten innerhalb der Flüssigschlickstrecke hochaufgelöste Messungen durchgeführt worden. Es wurden Schwebstoffkonzentration, Strömungsgeschwindigkeit, Wassertemperatur, Leitfähigkeit und Sauerstoffsättigung gemessen und ausgewertet. Die über den Großteil der Gezeit deutlich ausgeprägte sedimentinduzierte Schichtung, führte zu einer vollständigen Entkopplung innerhalb der Wassersäule mit einem frei fließenden oberflächennahen Bereich und einen auf ungefähr von der Sohle an bis zu der Hälfte der Wassertiefe beschränkte hochkonzentrierte Flüssigschlickschicht. Letztere zeigt Konzentrationen von SSC 20 – 300 g/l. Durch die hohe (rheologische) Viskosität wird die horizontale Strömungsgeschwindigkeit und vertikale Turbulenzproduktion stark gedämpft. Dadurch wurde deutlich, dass sich hier lokal die Aufenthaltszeiten erhöhen und zusätzlich eine starke Sauerstoffzehrung vorhanden ist, während in der oberen Wassersäule der Sauerstofftransport voranging von der Tidedynamik gesteuert wird. Die Ergebnisse zeigen ebenfalls, dass die Sauerstoffzehrung sehr dominant in der unteren Wassersäule stattfindet und ebenfalls stark von der Schwebstoffkonzentration abhängen. Es ist gelungen anhand der Daten einen physikalischen Zusammenhang zwischen der Sauerstoffzehrung, der Wassertemperatur als auch den Schwebstoffkonzentrationen (organischem Anteil) abzuleiten. Die hier gewonnenen Ergebnisse können zu einem verbesserten Systemverständnis in der Ausbildung von anthropogen veränderten Ästuaren beitragen. Gerade im Hinblick auf die geltenden Richtlinien, wie der WRRL und dem darin verankerten Verschlechterungsverbot des ökologischen Zustandes, ist die Analyse der komplexen-dreidimensionalen Sauerstoffdynamik in Zusammenhang mit der Schwebstoffdynamik und Morphologie, von großer Bedeutung.

Dr. Lorenzo Rovelli¹; Dr. Dörthe Holthusen¹; Aron Slabon¹; Dr. Ole Rößler¹; Andreas Schöl¹; Dr. Christine Borgsmüller; Dr. Annika Fiskal¹

¹ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)

Session: S06 (Vortrag)

Tuesday 11:45, POT_081

The hyper-turbid Ems Estuary (NW Germany) is characterized by the occurrence of fluid mud (i.e., suspended matter concentrations above 10 g L-1). The presence of fluid mud not only poses obvious threats to the Ems as a waterway, e.g., by affecting its navigability but has also been linked to oxygen deficits, leading to an overall poor ecological status of the lower Ems. Given the complexity of the fluid mud dynamics, predictive tools to assess past and future conditions, such as deterministic models, require extensive monitoring data and dedicated high-resolution field measurements with high temporal and vertical resolution to validate their approach and identify missing processes or feedbacks. However, the strength and usability of such datasets strongly depend on their resolution and completeness, and gaps in the data might make it difficult to conciliate temporal and spatial monitoring data, targeted field measuring campaigns, and modeling results.

Here we evaluate the use of numerical machine learning approaches based on artificial neural networks (ANN) as tools for i) the reconstruction of gaps in time series, ii) the plausibilisation of measurements, and iii) the reproduction and forecast of fluid mud driven dissolved oxygen concentrations in the Ems Estuary. The ANNs are trained and tested with time series of key physical parameters such as temperature, salinity, water level, and flow velocity/direction as part of the decade-long monitoring effort of the Federal Institute of Hydrology (BfG) in the Ems Estuary. Our evaluation highlights the robustness of ANN approaches for time series processing and validation, as well as their strength as predictive tools for fluid mud occurrence and resulting dissolved oxygen availability. There is therefore a great potential for the utilization of ANN tools as numerical support for the testing and optimization of deterministic models.

Anjela L. Vogel; Dr. Lorenzo Rovelli; Dörthe Holthusen; Aron Slabon; Christine Borgsmüller; Helmut Fischer; Annika Fiskal

Federal Institute of Hydrology (BfG)

Session: S06 (Vortrag)

Tuesday 14:30, POT_081

The Ems Estuary is highly turbid, with suspended particle matter (SPM) values of up to 100 g/L throughout the water column. The tidal pumping effect, along with high SPM, leads to fluid mud layers of varying densities and characteristics resulting in dynamic variations in, e.g., oxygen and nutrient concentrations. The changing conditions affect the composition of the estuaries’ microbial population whose alterations over tidal cycles are poorly understood. To close this knowledge gap, changes of the 16S rRNA Illumina sequencing-based community, nutrients, oxygen concentrations, salinity, total organic carbon content, and density were followed vertically within the water column and fluid mud layer during high and low spring tide. We demonstrate that the composition and possible function of the microbial community varied with water depth and between low and high tide. First results show that the upper water column contained an increased abundance of aerobic species compared to community within the fluid mud. Furthermore, a high relative abundance of microbial nitrifiers was found associated with the fluid mud layer, indicating active cycling of nitrogen. In future, changes in microbial community composition could help to characterize and monitor residence time and ecological quality of fluid mud in highly turbid estuaries.

Kirstin Dähnke¹; Vanessa Russnak¹; Tina Sanders¹; Gesa Schulz²

¹ Helmholtz-Zentrum Hereon; ² Universität Hamburg

Session: S06 (Vortrag)

Tuesday 14:45, POT_081

Along the River-Sea-Continuum, the estuarine transition zone is an important biogeochemical hotspot. Nitrate regeneration has in the past been investigated in the Elbe, and it has been shown to double the river nitrate load, contributing strongly to river nutrient loads to downstream regions and to the coastal ocean. Over an annual cycle, we performed incubation experiments with contrasting techniques to capture nitrate production in the water column. We use these data to evaluate the role and limitation of nitrate production (nitrification) along the Elbe estuary. We find that the substrate availability limits nitrate generation, so that either ammonium concentration in the water column or remineralisation of ammonium are crucial for nitrate regeneration. An overarching control, however, is exerted by competition for ammonium between nitrifiers and phytoplankton. Under favourable conditions, phytoplankton outcompete nitrifiers, producing fresh organic matter and adding to a downstream cascade effect of eutrophication. This highlights that even in heterotrophic, turbid estuaries, phytoplankton is key to nutrient management in the coastal transition zone. Optimal management strategies for nutrient reduction should be adapted to river biogeochemistry.

Dr. Fabian Große¹; Dr. Tina Sanders²; Werner Blohm³; Dr. Jens Wyrwa¹

¹ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG); ² Helmholtz-Zentrum Hereon; ³ Institut für Hygiene und Umwelt

Session: S06 (Vortrag)

Tuesday 15:00, POT_081

The Elbe Estuary (Elbe-km 585 to 727) is a heavily anthropogenically modified and influenced waterbody providing access to the Port of Hamburg, one of the largest seaports in Europe and the world. A combination of factors – including eutrophication of the Elbe River causing high organic matter loads and high turbidity in the estuary – result in the formation of low oxygen conditions in the Port of Hamburg area and downstream (Elbe-km 620 to 660) every summer. However, in late June 2022, the relatively shallow upper Elbe Estuary (Elbe-km 585 to 620) experienced the lowest observed oxygen levels since the German reunification, even falling below those in the Port of Hamburg. Observations at the tidal weir in Geesthacht (Elbe-km 585) reveal that during this event, oxygen levels were unusually low in the lower Elbe River leading to the all-time oxygen low in the upper estuary. In this study, we investigate the June 2022 event using a coupled hydrodynamical-biogeochemical model system based on the QSim model representing the Elbe River and Estuary from the German-Czech border (Elbe-km 0) to the outer estuary (Elbe-km 727). Our main focus is on the effect of low discharge on water residence times and changes in the biogeochemical processes that caused a significant upstream shift of the net heterotrophic regime normally confined to the deeper parts of the Elbe Estuary. In addition, we analyze a longer model hindcast with respect to the frequency of similar, though less pronounced events as an attempt to derive a statistical relationship between river discharge and oxygen levels in the Elbe Estuary.

Dr. Ovidio Garcia-Oliva; Dr. Carsten Lemmen

Helmholtz-Zentrum Hereon

Session: S06 (Vortrag)

Tuesday 15:15, POT_081

Harbor seals (Phoca vitulina) are top predators in the German Bight, with resident populations extending from the Elbe estuary to the Wadden Sea. Seals are climate and ecosystem sentinels; however, detailed assessments of the main drivers of seal population dynamics are still lacking in this strongly anthropogenically affected region. Here, we used a simple age-structured autonomous-logistic model to describe population dynamics in the German Bight, and we compared these results to observed seal counts in the Wadden Sea from 1975 to 2021. While our model demonstrates high skill in reproducing observed seal populations pre-2010, it lacks the mechanisms to explain the stabilizing population trend observed in the last decade. These results motivate the introduction of other ecological variables, such as food availability, spatial constraints, and temperature sensitivity, in future model implementations.

Session S07

  • Computergestützte Limnologie: Wie sich daten- und prozessbasierte Modellierung sowie Freilandforschung gegenseitig inspirieren
  • Computational Limnology: How data-driven and process-based modeling, and field research inspire each other

Moderation: Marieke Frassl / Johannes Feldbauer

J.-Prof. Maximilian Lau¹; Eric Röder¹; Gero Licht¹; Marcus Fahle²; Dr. Anne Weber³; Prof. Sebastian Zug¹

¹ TU Bergakademie Freiberg; ² Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe; ³ Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH

Session: S07 (Vortrag)

Monday 16:15, POT_151

Conventional lake monitoring methods, such as boat-based human operators or stationary monitoring buoys, have limited spatial replication due to scalability constraints. Robotic monitoring, however, can overcome such limitations with its higher observation density in weather- and daytime-independent sampling and monitoring campaigns. As such, robotic monitoring can be used to resolve horizontal heterogeneities in deep lake waters, which have received little attention so far, mostly because lateral diffusion is thought to strongly promote chemical homogenization across specific water layers. However, sediment conditions may locally alter oxygen availability in overlying waters on short temporal and spatial scales. In this work, we present a mobile robotic device that can autonomously sample hydrochemical profiles in water bodies. By example of a (230 ha) artificial lake, we illustrate 3D sampling capabilities of oxygen availability in deep waters. The lake is equipped with an oxygen supply infrastructure to prevent deoxygenation of the hypolimnion and associated contaminant release from reduced surface sediments. In several sampling campaigns we show local differences in oxygen availability and sediment release dynamics under natural, and under artificially aerated conditions. Such a 3D observation framework is rarely employed for lake studies but is important for understanding and modelling critical functions of deep lake waters such as cold-water habitat, carbon burial, contaminant retention, and greenhouse gas production.

Johannes Feldbauer¹; Dr. Jorrit P. Mesman²; Dr. Thomas Petzoldt¹

¹ TU Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² Uppsala University, Department of Ecology and Genetics

Session: S07 (Vortrag)

Monday 16:30, POT_151

Ecological functions and water quality of lakes are shaped by a complex interplay between nutrient availability, food-web structure and thermal stratification. Global warming impacts this balance, shifting the regime of water temperature and mixing and, finally, affecting processes like nutrient recycling, re-eutrophication and methane emission. To estimate and plan mitigation measures for future developments under a changing climate and management, process-based lake models depend crucially on a valid description of water temperature, stratification and mixing. In recent years, 1-dimensional hydrophysical models have become standard tools, however, the reliability of the predictions relies on multiple factors such as: observational data, model complexity, uncertainty in climate forcing data and parametrization. In our study, we compared the performance of four hydrophysical lake models (FLake, GLM, GOTM, Simstrat), which differ in their process description using a global dataset of 73 lakes. In addition, the sensitivity of the calibrated parameters was analysed for each model and then related to the different model structures and lake characteristics. All models exhibited general patterns with respect to overall model performance, and each of the models performed best for a particular subset of lakes. From our findings we advocate the application of model ensembles, and we also see the need for further improvement of the individual models and of the multi-model ensemble techniques.

Dr. Robert Schwefel1; Sylvia Jordan1; Antje Köhler2; Prof. Dr. Michael Hupfer1

1 IGB Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries, 2 Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt Abteilung Integrativer Umweltschutz

Session: S07 (Vortrag)

Monday 16:45, POT_151

In response to global warming, mean temperatures and temperature gradients increase in dimictic lakes. Both factors lead to increased stratification during the summer season and a longer duration of the stratified period. Under stratified conditions, oxygen is consumed in the hypolimnion, and solutes typically bound to the sediment under oxic conditions, such as phosphorus, manganese or iron, can dissolve into the open water. For lake ecosystems, the increase of the stratified period during summer can therefore be one of the most severe consequences of climate change.

In a project financed by the German Working Group on water issues of the Federal States and the Federal Government, we equipped a set of lakes with temperature and oxygen loggers measuring in high temporal and spatial resolution. In combination with additional high-frequency measurements from other institutions, we obtained a total of 18 lakes with combined 124 years in which either the beginning or the end of the stratified period was captured.

The results reveal that the onset of stratified conditions in spring depends universally on meteorological conditions while the end of stratification in fall or early winter is primarily determined by lake depth with air temperatures or wind speed playing only a secondary role. In this contribution, we will present the different responses of stratification onset and end on morphological and meteorological boundary conditions and discuss their potential future development based on IPCC emission scenarios. In addition, the possible impact of increased stratification duration on the lake ecosystem, e. g. the oxygen concentrations in the hypolimnion will be discussed.

Dr. Karsten Rinke¹; Chenxi Mi²; Hans Duerr³; Martina Flörke³; Ammanuel Tilahun³

¹ Helmholtz-Centre for Environmental Research; ² Helmholtz-Centre for Environmental Research (UFZ), Halle, Germany; ³ Ruhr Uni Bochum

Session: S07 (Vortrag)

Monday 17:00, POT_151

It is nowadays a hot topic to apply machine learning (ML) algorithms to illustrate water temperature dynamics in

lentic waters. Due to the limited amount of in-situ temperature measurements from traditional sampling programmes,

most of the related studies, however, restricted their analysis within the surface and rarely checked the

results for whole depth profiles. Moreover, capability of such methods in projecting thermal dynamics under

future climate conditions is even less illustrated. To fill the gap, we collected an unparalleled huge database

including 9 million water temperature measurements, from 2013 to 2022, in Rappbode Reservoir, Germany as

well as the corresponding climatic and hydrological observations, to train three commonly used ML models

(Random Forest, XGBoost, and Long Short-Term Memory) and comprehensively evaluate their performance in

reproducing thremal structure within the whole water column. We also systemically compared such simulation

results with a well-established process-driven model (CE-QUAL-W2). Going beyond a pure reproduction of

observatiosn, we further evaluated the ability of CE-QUAL-W2 and ML models in projecting thermal dynamics

under RCP8.5 climate scenario up to 2100. Our results suggested three ML methods yielded high accuracy in

capturing water temperature dynamics from the surface (epilimnion) to bottom (hypolimnion), and also satisfactorily

reproduced temporal development of the stratification pattern, with the results corresponding well with

those from CE-QUAL-W2. By contrast, the projections by ML models were rather insensitive to future climate

warming under RCP8.5 comparing with those by CE-QUAL-W2, pointing to an important risk whenever MLbased

models are extrapolated beyond their training data range. Supported by millions of in situ measurements,

our research clearly illustrated the opportunities (limits) of ML models in projecting thermal dynamics in

deep waters, and the conclusion also provides key guidance for scientists to select the appropriate tools in

projecting water temperature, and other environmental factors, under changing climate.

Emma Chollet Ramampiandra; Andreas Scheidegger; Gaspard Fragnière; Nele Schuwirth

Eawag

Session: S07 (Vortrag)

Monday 17:15, POT_151

Species distribution models (SDMs) are used by ecologists to make predictions and understand species response to environmental factors. These empirical models differ in many properties, such as flexibility of the response shapes and interactions between predictors, which affect their predictive performance and interpretability. In particular, since ecological datasets are prone to different sources of noise, too flexible models do overfitting and show implausible response shapes. To interpret SDMs with confidence, it is crucial to understand if a model captures the “true” relationship between the species and the environmental factors rather than the noise in the data.

This study aims to assess the impact of noise on the predictions and interpretability of SDMs. To that end, we use the complex mechanistic food web model, Streambugs, which integrates key ecological processes such as biotic interactions, environmental filtering, and dispersal limitation, to generate artificial presence/absence data of macroinvertebrates in streams. We introduce different noise scenarios, including Gaussian noise on predictors and misidentification of taxa, and then train and compare four SDMs with varying complexity levels. These comparisons focus on predictive performance, degree of overfitting, and response shapes.

Through this research, we aim to provide recommendations for selecting and applying SDMs to inform environmental management, in the context of noisy ecological datasets.

Dr. Luca Schenone PhD; Dr. Dietmar Straile

University of Konstanz

Session: S07 (Vortrag)

Monday 17:30, POT_151

Phenology, the study of periodic biological events and their relationship to the environment, is crucial for understanding temporal changes in complex living systems, such as planktonic communities. However, modeling phenological curves can be challenging due to their nonlinear shapes, which complicate the estimation of quantitative and predictive metrics, which could then be compared statistically through time and among different organisms. In this study, we addressed this challenge by developing a nonlinear model based on the equation behind the Lorentz-Cauchy distribution to describe the phenology of phytoplankton in Lake Constance, Germany. Lake Constance is a large, deep peri-alpine lake that has undergone oligotrophication during the last decades and also faced biological invasions in recent years. By using a comprehensive time series of biweekly data on phytoplankton biovolumes from 1966 to 2022, we applied a Bayesian approach to fit our model parameters. The model, incorporating three Lorentz-Cauchy functions, effectively captures up to three phenological peaks (corresponding mostly to spring, summer and autumn blooms, respectively) and identifies the clear water phase between spring and summer blooms. By using the relative biovolume as the response variable and the day of the year as the only predictor, we revealed significant patterns in the timing, magnitude, and duration of phytoplankton peaks over six decades. Moreover, by using Bayesian changepoint modeling over the posterior distributions of our model parameters, we identified clusters of years with similar phenological patterns. Finally, we compared the model across different phytoplankton groups and highlighted their mutual influences on phenology. These insights show the model’s capacity to delineate complex ecological dynamics and the impacts of long-term environmental changes on plankton phenology.

Prof. Dr. Sylvia Moenickes

Hochschule Rhein-Waal

Session: S07 (Vortrag)

Dienstag 09:00, POT_151

Modellierung von lokalen stetig physiologisch strukturierten Räuber-Beute-Beziehungen unter multiplen Stressoren

Die Entwicklung der Populationen von Perca fluviatilis und Neogobius melanostomus unter Berücksichtigung der Räuber-Beute-Beziehung und der Wirkung multipler Stressoren vorherzusagen, eröffnet Einsichten in einen Aspekt des aquatischen Nahrungsnetzes, der beispielsweise durch Invasion und Klimawandel hochdynamisch ist.

Sowohl für P. fluviatilis als auch für N. melanostomus liegen zu den verschiedenen Prozessen im Lebenszyklus, Reproduktion, Wachstum, Mortalität, aus Laborexperimenten, aber auch aus Freilandexperimenten an verschiedenen Flüssen in der Literatur Kenntnisse zu den Effekten verschiedener Stressoren wie Erwärmung oder Versalzung vor (z.B. Hempel, M., 2015; Borcherding, J. et al., 2010, Lynch, M.P., 2013, Wang. N. et al. 2010). Trotz guter Datenlage entsteht Modellunsicherheit durch die Grenzen geografischer Übertragbarkeit und punktueller Kenntnis stetiger Variablen.

Auch finden sich für beide Arten für verschiedene Prozesse Modellansätze in der Literatur (z.B. Lee, V. und Johnson, T., 2005; Karas, P. und Thoresson, G., 1992; Jacobson, P. et al., 2019). In einem homogenen Populationsmodell Parameter aus diesen Modellen zu integrieren, erzeugt weitere Unsicherheiten.

Sogar Simulationen zum räuberischen Verhalten von P. fluviatilis sind bereits mehrfach publiziert worden (z.B. Claessen, D., et al. 2000, Liversage, K. et al., 2017, Ohlberger, J. et al, 2011). Diese Ansätze in einem stetig physiologisch strukturierten Populationsmodell zur Quantifizierung der Interaktion zwischen beiden Arten zu nutzen, mündet in ein hochparametrisiertes und stark unsicherheitsbehaftetes gekoppeltes Modell.

Diese Studie lotet aus, welche Qualität Modellvorhersagen unter diesen Bedingungen überhaupt haben können und welchen Mehrwert durch Kontext sie den Studien einzelner Prozesse verleihen.

Thomas Wolf¹; Kristina Popp; Philipp Bauer²; Hendrik Bernert²

¹ LUBW - Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg; ² EOMAP

Session: S07 (Vortrag)

Dienstag 09:15, POT_151

Das Land Baden-Württemberg verfügt über eine große Anzahl von natürlichen Seen, Weihern und künstlichen stehenden Gewässern. Es gibt 28 Wasserkörper mit einer Fläche größer als 50 Hektar, etwa 260 Seen größer als 10 Hektar und rund 1300 Seen größer als 1 Hektar. Die Gesamtheit dieser Seen und deren Gewässerqualität mit herkömmlichen in situ Messprogrammen zu überwachen, ist logistisch unmöglich. Satellitenbasierte Fernerkundungsverfahren bieten auf dem Gebiet des Umweltschutzes und der Gewässerüberwachung neue Möglichkeiten, um für eine Vielzahl dieser stehenden Gewässer Informationen zur Gewässerqualität abzuleiten.

Mit den modernen und langfristig als Plattform betriebenen Satellitendaten und –diensten des europäischen Copernicus-Programmes (https://sentinels.copernicus.eu/web/sentinel/home) und den Pendants des USGS (https://www.usgs.gov/landsat-missions) stehen satellitenbasierte Informationen für ein Gewässermonitoring zur Verfügung, das sowohl größere Gewässer mit Satelliten mit gröberer räumlichen Auflösung (z.B.: Sentinel 3, dx= 300 m) und einer hohen Abtastrate/Überflugfrequenz (1d) als auch kleinere Gewässer mit Satelliten mit höherer räumlicher Auflösung (z.B.: Sentinel 2 A/B dx = 10 - 60 m) und geringerer Abtastrate/Überflugfrequenz (5d) erfassen kann.

Das Institut für Seenforschung (ISF) der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW) hat basierend auf den Projekten WasMon-CT und SAMOSEE-BW ein landesweites, satellitenbasiertes Gewässermonitoring implementiert. Dabei wurde von der LUBW ein hybrides Modell gewählt, bei dem in einem ersten Schritt vom Serviceprovider EOMAP (www.eomap.com) aus den Satellitenrohdaten georeferenzierte und atmosphärenkorrigierte Gewässerparametern generiert werden. Im zweiten Schritt werden diese Daten am Institut für Seenforschung der LUBW mit hausinternen MATLAB-Scripten prozessiert und anwenderorientierte Informationsprodukte abgeleitet.

Inzwischen wurden retrospektiv Gewässerqualitätsdaten für Seenensemble von 50 bzw. 100 Seen für die Jahre 2022 bzw. 2023 prozessiert. Aktuell wird in 2024 ein neues Satelliten-Retrieval-System (eoApp) erprobt, dass die nahezu Echtzeit/Near Real Time Prozessierung von Satellitendaten ermöglicht.

Die satellitenbasierten Gewässerinformationen werden für die Ergänzung von in situ Routinemonitoringprogrammen und für ein indikatives Gewässermonitoring für eine Vielzahl kleiner Seen verwendet. Aktuelle Erfahrungen und weitere Schritte werden dargestellt.

Dr. Sabine Wollrab¹; Arthur Rossignol²

¹ Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB); ² Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB-Neuglobsow)

Session: S07 (Vortrag)

Tuesday 09:30, POT_151

Global warming leads to extended periods of summer stratification. While algae growth typically occurs during stratified periods where the warmer and shallower epilimnion layer provides enough light for growth, lake stratification also increases the risk of sinking out of the upper water column. Planktonic primary producers have developed diverse strategies to counteract sinking such as specific morphologies, flagella, or the ability to regulate cell buoyancy. A cyanobacteria with buoyancy regulation is Planktothrix rubescence, for which a strong increase has been observed in several deep stratifying lakes across Europe. One suggested reason is that they strongly profit from lengthened periods of summer stratification, with their ability to move below the thermocline giving them a unique advantage over passive sinking algae to overcome nutrient limitation in the epilimnion. So far models on phytoplankton competition and seasonal plankton succession (such as the PEG model) largely ignore vertical gradients in resource availability and specifically do not consider vertical movement strategies. This limits our ability to assess how changes in stratification regimes will impact algal growth and community composition. In this study, we theoretically investigated resource competition between two phytoplankton species along a 1D water column, contrasting passively sinking algae with taxa that can regulate buoyancy to ascend or descend along the water column according to optimal resource availability. We investigated how competition between sinking and buoyancy regulating taxa is influenced by physiological traits related to resource use efficiency of light and nutrients as well as by environmental conditions such as background turbidity and eddy diffusion. Our results show that coexistence between buoyancy-regulating and sinking algae is critically influenced by differences related to light and nutrient use efficiencies. This also applies to the occurrence of a deep chlorophyll maximum (DCM), its location along the water column as well as which species is forming the DCM.

Dr. Marieke Frassl¹; Alex Zavarsky; Dr. Daniel Schwandt; Manoj S. Thapa; Dr. Mayra Ishikawa; Dr. Tanja Bergfeld-Wiedemann

¹ Federal Institute of Hydrology (BfG) / Bundesanstalt für Gewässerkunde

Session: S07 (Vortrag)

Tuesday 09:45, POT_151

Water temperature is one of the key indicators for ecological stress, but also an important metric for power plant operation. It is relatively easy and reliably to measure and other than many ecologically relevant variables, long time-series do exist of water temperature. We expect that water temperature has increased over the past decades and that it will further increase in the future due to climate change. So, maybe you’d say “That’s so much common knowledge. What an old hat!”. But is that true? Does water temperature increase everywhere and throughout all seasons? What is a river heat wave and haven’t there always been hot years in the past? In this talk, we will present data collected for one of the large rivers in Europe, the Rhine. We will show how thermal load from power plants and industry can and has changed water temperature and how climate change has and will continue to affect water temperature in the future. In order to better understand the future, we will peek into the past - the very past - and take a look back at public swimming baths in the Rhine in the 19th century.

The central questions of this talk are: How does water temperature vary over time? Why does it increase at times and decrease at others? How can models help to better understand all this? Which data sources can we find to get better information and why should we use them? And finally, how can all of this help us to adapt policies?

Yes, it is water under the bridge. Yet, don’t you like to look at water more closely, too? There are many questions we haven’t answered yet. Come and see.

Thomas Petzoldt, Johannes Feldbauer

TU Dresden

Session: S07 (Vortrag)

Tuesday 10:00, POT_151

Modeling and data analysis have become an important part of limnology. However, the complexity and the mathematical, statistical, and technical skills required are barriers to entry. Differential equation models are perceived as complicated due to school experience and the mathematics behind them (wrongly!) as intransparent and dry.

In contrast, practical experience with simulations shows that complex content can be conveyed through a playful approach. However, many of the “download models” are not designed for the classroom, use different software, or are closed source. This creates new technical hurdles that detract from the learning experience. In this context, apps that run in the web-browser offer advantages. Using R and its “Shiny” web-interface package, along with R’s numerical solvers and visualization tools, data and live simulations can be easily visualized and explored. Web-based applications can integrate tutorial material directly, or vice versa: applications can be integrated into tutorials.

We will show web-based apps from different fields of limnology: for visualization of CTD and fluorescence probe data, for time series analysis of climate trends, for understanding dynamic processes such as population growth and predator-prey interactions, and a simplified interface to the hydrodynamic model GOTM of lake stratification dynamics. We also give some background on how such applications can be implemented.

Session S08

  • Neue Ansätze zum Nachweis und zur Bewertung von biologischer Vielfalt, Schadstoffen, Krankheitserregern und Antibiotikaresistenzen in Süßwassersystemen
  • Novel approaches to assess or detect biodiversity, contaminants, pathogens or antibiotic resistance in freshwater systems

Moderation: Magali de la Cruz Barron / David Kneis

Diala Konyali¹; Eda Deniz Erdem¹; Faina Tskhay¹; Dr. Peiju Fang¹; Robin Pascal Mayer²; Prof. Dr. Thomas U. Berendonk¹; Dr. Uli Klümper¹

¹ TU Dresden, Institute of Hydrobiology; ² TU Dresden, Institute of Urban and Industrial Water Management

Session: S08 (Vortrag)

Tuesday 09:00, POT_051

In addition to the immediate human health risks of smoking cigarettes, there are significant secondary environmental effects, particularly concerning cigarette waste. Approximately 37% of all cigarette filters end up as roadway litter, which can runoff from streets into drains and eventually rivers. While the paper component may biodegrade, the filters remain for years. The toxicants embedded within cigarette filters make them significant emerging pollutants. We here propose that the toxic compounds entrapped in cigarette filters lead to the selective colonization by bacteria that thrive under stressful conditions, including pathogens and antimicrobial resistant (AMR) bacteria, which could threaten aquatic environments, wildlife, and humans who come into contact with them on beaches and in waterways.

This study consequently investigated the resistance profiles and pathogenicity of bacteria colonizing cigarette filters, focusing particularly on the environmental implications of discarded filters. To test this, used cigarette filters enriched with toxic residues and unused control filters were submerged in a wastewater-receiving stream. After five weeks their colonizing microbial communities were analyzed for AMR and mobile genetic elements (MGEs). Further, we utilized a live pathogenicity model, Galleria mellonella (wax moth larvae), and injected bacterial communities extracted from used and unused filters into the larvae. Their survival was then monitored over a 24-hour period.

Larvae exposed to bacteria from used cigarette filters displayed a significantly higher mortality rate compared to those exposed to bacteria from unused filters. Consequently, used cigarette filters enriched with toxic residues were selectively colonized by microbial communities with significantly and consistently higher pathogenic potential. Moreover, over 30 tested ARGs and MGEs were selectively enriched in the used filter communities. These high-risk filter-colonizing communities have the potential to hitchhike large distances to novel environments.

The potential health risks associated with environmental contamination by discarded cigarette filters are significant, as these filters not only carry toxicants but also foster harmful bacterial communities. This study emphasizes the need for improved waste management strategies to mitigate the impact of cigarette filters on both environmental and public health.

Faina Tskhay¹; Alan Elena PhD¹; Christoph Köbsch¹; Johan Bengtsson-Palme²; Prof. Dr. Thomas Berendonk¹; Dr. Uli Klümper¹

¹ Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² Chalmers University of Technology

Session: S08 (Vortrag)

Tuesday 09:15, POT_051

Wastewater Treatment Plants (WWTP) lack effective mechanisms for the removal of antibiotic resistance bacteria (ARB) and antibiotic-resistance genes (ARGs) during sewage treatment. As a result, WWTP effluent is discharged into receiving water bodies enriched with ARB and ARGs, where they can be taken up by the river microbiome. Significant enrichment in ARBs and ARGs is regularly found in the waters and sediments downstream of WWTPs.

However, whether such enrichment is also observable in the wildlife colonizing the river environments downstream of WWTPs is unknown. In theory, ARB can attach to fish skin and gills as one of the most accessible surfaces in water. The ingestion of food and water with higher levels of ARB and ARGs can also lead to the accumulation of ARGs in the fish intestines. Depending on their lifestyle, fish can transport the ARGs and ARB to unpolluted reservoirs and introduce resistance to new environments.

To investigate if fish are indeed sentinels for AMR pollution, we compared the microbiome and resistome of gills, skin, and feces of two freshwater fish: Brown trout (Salmo trutta) and European bullhead (Cottus gobio) up- and downstream of the WWTP in the same river. We chose two fish species with different lifestyles: trout was selected as an actively swimming fish, while bullheads are less active, with little movement up and down the river. In addition, the microbiomes, and resistomes of water and sediments up- and downstream of the WWTP were compared to evaluate the impact of wastewater on the environment. We employed 16S rRNA gene sequencing to analyze the bacterial community composition of the fish and environmental samples. Furthermore, high-throughput qPCR was performed to assess the effects on the ARG profiles of fish, water, and sediment. As expected, the microbiome of water and sediment differed between the up- and downstream samples. This trend was mirrored in the microbiomes of both types of fish. Similarly, the resistome of the environmental samples downstream of the WWTP displayed higher ARG abundance compared to upstream samples for those ARGs that were particularly abundant in WWTP effluent. However, this dissimilarity in resistomes was not detected in either trout or bullhead resistomes. Since effects on the river resistome are not reflected in fishes, fish are no effective sentinels for environmental AMR pollution. Therefore, they are not suitable as indicator organisms for AMR surveillance in aquatic environments

Dr. Sven Matern; Philipp Czapla; Dr. Uwe Brämick

Institut für Binnenfischerei e.V. Potsdam-Sacrow

Session: S08 (Vortrag)

Tuesday 09:30, POT_051

The Lusatia (dt. Lausitz) inhabits one of the largest pond landscapes in Europe including a great biodiversity of aquatic and semiaquatic organisms. The ponds are mainly used for fish production, but information about fish diversity is only rarely available as the ponds are not covered by the water framework directive. We sampled fish diversity by monitoring traditional fish harvesting and by using water samples from two timepoints throughout the year to analyse eDNA via metabarcoding. Our first results show that the diversity of fish did not differ between both methods. The detection of species with low abundance was not given in all cases using eDNA metabarcoding. Analysis of latest eDNA results is still ongoing and updated results and conclusions will be presented in the talk.

Philipp M. Rehsen¹; Mikko Impiö²; Prof. Dr. Florian Leese¹; Dr. Arne Beermann¹

¹ University of Duisburg-Essen; ² Finnish Environment Institute (SYKE)

Session: S08 (Vortrag)

Dienstag 09:45, POT_051

Understanding biodiversity change requires a comprehensive understanding of not only the species inhabiting an ecosystem but also their biomass and abundance, as well as the factors influencing these metrics. However, assessing biodiversity with high taxonomic resolution and precise biomass information is a time-consuming process and thus rarely - if at all - applied in any biomonitoring program. While new DNA-based approaches like DNA barcoding offer precise species identification, they lack information about specimen size and biomass. In contrast, high-throughput imaging techniques enable rapid measurements of a specimen’s size and morphological features but may lack taxonomic resolution. In this study, we combined DNA megabarcoding with semi-automated imaging and deep neural networks. We collected a dataset of 690 specimens from 14 EPT species (aquatic biological quality indicator taxa of the orders Ephemeroptera, Plecoptera and Trichoptera) in a multiple stressor field experiment. Each specimen was imaged, weighed, and barcoded using the COI barcode gene. Using the semi-automated imaging device BIODISCOVER, we captured a total of 143,830 images of these specimens from two perpendicular cameras. We trained convolutional neural networks (CNNs) with these pictures for species identification and biomass estimation and evaluated their performance. Initial training of a CNN on species identification resulted in a weighted F1 score of 97%, which is a metric for classifier performance. In addition, we investigated whether pre-training CNNs on identifying species improves the performance of estimating the biomass of aquatic biological quality indicator taxa, thus potentially reducing the need for extensive labeled data in future studies. Our findings demonstrate that combining DNA megabarcoding with automated imaging and deep neural networks can create fast and efficient biodiversity assessment data. This approach has the potential to significantly enhance research and application, possibly improving biodiversity protection efforts by providing accurate and rapid assessments of species composition and biomass.

David Kneis; Alan Elena; Thomas Berendonk

TU Dresden, Institute of Hydrobiology

Session: S08 (Vortrag)

Tuesday 10:00, POT_051

Specific drug resistance in bacteria is conferred by antibiotic resistance genes (ARG). While the use of antibacterial drugs likely results in an accelerated evolution of ARG, the precursor genes usually existed in environmental microbiomes long before the era of antibiotics. To become a threat to human or veterinary health, such precursors must be mobilized and horizontally transferred from their original host(s) into pathogens. Contemporary sequence data bases mainly reflect the association of ARG with recent host bacteria, particularly pathogens. At the same time, the original environmental hosts of many ARG are still unknown. Information about the original hosts can, however, play of significant role in the management of emerging ARG: Once the original environmental reservoir has been identified, strategies can be developed that minimize the risk of further mobilization and selection associated with, e.g., the disposal of wastewater or manure.

In this presentation, we consider the dfrB gene family as an example which has recently seen an expansion from 10 to 20 member ARGs. The latter confer resistance to trimethoprim, a cheap synthetic antibiotic employed in the treatment of urinary tract infections. We demonstrate how conventional short-read metagenomic sequences can be used to depict the prevalence of dfrB-like genes in bacterial communities of various habitats, including freshwater. Further, we reveal the value of long-read metagenomes for the identification of bacterial families which likely harbor the original environmental host species. We finally highlight the role of whole-genome sequencing and metagenome assembly in the verification of candidate hosts.

Dr. Joana Thiel; Dr. Franziska Klotz; Dr. Sascha Krenek; PD Dr. Julia Kleinteich

Federal Institute of Hydrology (BfG) / Bundesanstalt für Gewässerkunde

Session: S08 (Vortrag)

Tuesday 10:45, POT_051

Environmental DNA (eDNA) metabarcoding with sequences derived from the Illumina platform is a common method in molecular biology studies on biodiversity. However, due to the limitation in fragment length, the sequence information provided is often too short to distinguish organisms on species and even genus level. Third generation sequencing technologies provided by either PacBio or Oxford Nanopore Technologies (ONT) enable the generation of metabarcodes with 10 kbp length and more which can improve taxonomic resolution dramatically. Here, we explore the performance of third generation sequencing for the biodiversity assessment of phytoplankton communities. We use a mock community assembled specifically for this purpose, containing ten commonly detected eukaryotic phytoplankton- and two cyanobacterial species. Full-length 18S rRNA gene sequences were derived by Sequel II (PacBio) and MinION Mk1C (ONT) sequencing, respectively, and evaluated by comparison with sequences typically derived by Illumina sequencing and appropriate databases. In order to test the applicability of the method under a real-life scenario, eDNA obtained from the river Moselle at different time points in 2022 (Koblenz, Germany) is sequenced as described above by all three technologies and compared to morphotaxonomic data obtained by microscopy. In that context, we used the MinION Mk1C device together with the portable Bento Lab to test the whole procedure from sampling to sequencing analysis on-site in real-time for the applicability of the method in field sequencing and near-real-time monitoring. We discuss the output of all three sequencing technologies and their comparability to morphotaxonomic data, and whether long-read eDNA metabarcoding can be used as supplementary method in biomonitoring studies as required by the Water Framework Directive (WFD).

Dr. Alan Elena¹; Dr. Degrâce Batantou²; Dr. Uli Klümper¹; Dr. Sebastién Breurec²; Prof. Thomas Berendonk PhD¹

¹ Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² Institut Pasteur de la Guadeloupe

Session: S08 (Vortrag)

Tuesday 11:00, POT_051

Background: Bacterial infections caused by multidrug-resistant pathogens are among the most relevant threats to human health. As commercial travel becomes increasingly accessible, these pathogens regularly hitchhike across long distances within their human hosts. Hence, the impact of tourism on the dissemination of these microorganisms needs to be assessed. Here, we sought to understand the impact of tourism on the spread of E. coli with relevant epidemiological traits.

Methods: 1136 E. coli isolates from Guadeloupe, a French overseas territory with high touristic flow, were whole-genome sequenced. Three different sampling continua were defined: Hospitals, low-tourism (LT) and high-tourism (HT) region, samples from aircraft toilettes arriving into the island were also analysed. The association of high-risk isolates to different continua was assessed by the comparison of features of epidemiological interest including ARGs, VGs and sequence-types (STs). Additionally, the overall genetic variation was assessed through a pangenome analysis

Results: ARG carriage per isolate in aircrafts was significantly higher compared to the hospital and LT areas. Despite the lack of differences in the overall VGs per isolate across continua, pathotypes were differentially distributed. Enteroaggregative, enteropathogenic and hybrid pathotypes were mostly related to either hospitals or touristic activities. The LT continuum was the source of the widest clonal diversity, in spite of this, HT and hospital related samples showed the highest number of high-risk clones. Additionally, a high proportion of unique STs in aircraft and HT samples was not shared with the LT samples, showing the relevance of tourism in novel STs incorporation. Hospital and HT samples showed a wider pangenome than LT samples, suggesting the role of tourism in overall genetic diversification.

Conclusions: Findings indicate that the spread of high-risk strains of multidrug-resistant and virulent pathogens is indeed facilitated by tourism, with a risk for the propagation of new highly successful clones introduced in regions with high touristic activities.

Dr. Magali de la Cruz Barrón PhD¹; Dr. David Kneis PhD¹; Dr. Alan Xavier Elena PhD¹; Kenyum Bagra MSc.²; Prof. Dr. Thomas U. Berendonk¹; Dr. Uli Klümper PhD¹

¹ TU-Dresden; ² Indian Institute of Technology, Roorkee, Uttarakhand, India

Session: S08 (Vortrag)

Tuesday 11:15, POT_051

Environmental surveillance of antibiotic resistance genes (ARGs) poses unique challenges. Merely monitoring the abundance of ARGs is insufficient, as it fails to capture the dynamic nature of their transfer facilitated by Mobile Genetic Elements (MGEs) among bacterial hosts, which is crucial for translating abundances into subsequent risks. The absence of robust methods to quantify the mobility potential of ARGs complicates predicting their ability to spread to human pathogenic bacteria. To address this limitation, we developed a novel, sequencing-independent method for quantifying the mobility potential of ARGs. The approach relies on ddPCR technology, distinguished by the random dispersion of individual DNA molecules among numerous droplets, each serving as an independent PCR reaction vessel. Through statistical analysis of the proportion of droplets with the simultaneous detection of ARG and MGE markers, it becomes possible to quantify their physical linkage within the same DNA molecule. Notably, a high linkage between an ARG and an MGE suggests a stronger association, making it more likely for the gene to be transferred between bacteria. The suitability of our methodology was first tested and validated using mixtures of model DNA fragments containing linked and unlinked target genes. These included the ARG sulfonamide sul1 or OXA-2 beta-lactamase and the MGEs Class1 integron integrase gene intI1 or the broad host range IncP-1α/ꞵ plasmids. We extended our analysis to evaluate the abundance of individual targets and their genetic linkages in DNA extracted from wastewater samples, thereby affirming the applicability of linkage-ddPCR assays in the environmental context. Linkage-ddPCR assays allow for the rapid, simultaneous detection and quantification of ARG abundance and mobility and should be integrated into AMR surveillance and risk assessment initiatives that will be fundamental to reducing global antimicrobial resistance spread.

Daniel Enns; Dr. Nathan Baker¹; Prof. Dr. Jörg Oehlmann²; Dr. Jonas Jourdan²

¹ Nature Research Centre, Vilnius; ² Goethe - Universität Frankfurt

Session: S08 (Vortrag)

Dienstag 11:30, POT_051

Kläranlagen sind ein wichtiger Bestandteil der modernen Infrastruktur, denn sie reinigen etwa die Hälfte unseres weltweiten Abwassers. Durch den verstärkten Einsatz und die Freisetzung neuartiger Mikroschadstoffe sowie häufiger werdende Extremwetterereignisse entstehen jedoch bis dato ungeahnte Herausforderungen. Konventionell gereinigtes Abwasser und ein verändertes Abflussregime sorgen, in beeinträchtigten Gewässerabschnitten, für neue Umweltbedingungen, welche sich auf Lebensgemeinschaften auswirken. Bisherige Studien konnten zeigen, dass Makrozoobenthos-Gemeinschaften, als Reaktion auf Abwässer, sich in ihrer taxonomischen Zusammensetzung veränderten. Um zu untersuchen, ob sich diese Veränderungen auch auf funktioneller Ebene widerspiegeln, haben wir häufig verwendete Maße funktionaler Vielfalt von 364 Artgemeinschaften flussaufwärts und flussabwärts von 170 Kläranlagen berechnet. Bei den funktionalen Alpha- und Beta-Diversitätsmetriken sowie den gewichteten Mittelwerten (CWM) waren keine offensichtlichen Veränderungen zu beobachten. Die Analyse von Probestellen, in denen ausschließlich Ephemeroptera, Plecoptera und Trichoptera dominierten, zeigte jedoch deutliche Verschiebungen in den CWMs. Unsere Ergebnisse deuten auf eine unveränderte Funktionalität der Ökosysteme hin, die wahrscheinlich durch den zuvor untersuchten taxonomischen Austausch kompensiert wird. Die Analyse der funktionellen Diversität birgt ein großes Potenzial, da sie es ermöglicht die Bildungsprozesse von Artgemeinschaften genauer zu untersuchen. Außerdem sind die Untersuchungen mit kaum Mehraufwand verbunden, da keinen zusätzlichen Kosten entstehen und Datensätze sowie Arbeitsanleitungen bereits verfügbar sind.

Carmen Gallas¹; Dr. Martin Sorg²; Thomas Hörren²

¹ Linksniederrheinische Entwässerungs-Genossenschaft; ² Entomologischer Verein Krefeld e. V.

Session: S08 (Vortrag)

Dienstag 11:45, POT_051

The success of a river restoration measure is usually measured in terms of biological components. Although the structural and hydromorphological conditions after a measure show significant potential for improvement compared to straightened and degraded water bodies, the good ecological status or ecological potential is often not achieved even years later.

The focus of the status assessment of running waters is on the water body. Riparian and floodplain areas are usually ignored, although in a functioning ecosystem the different habitats interact with each other. Water bodies play an important role in connecting ecosystems.

The use of Malaise traps and genetic processing of samples for metabarcoding leads to a large number of detections of flying insects at a site. These can be used for a comparison of cenoses of habitats. Examples of applications are comparisons of sites along straightened and renaturalized stream sections or bodies of water with or without woody fringes.

Such comparisons contribute to a better understanding of biotic and abiotic relationships and serve to derive targeted measures for the implementation of renaturation.

If Malaise traps and metadata on vegetation and habitat characteristics are recorded in parallel according to a standardized protocol, this data can be used to monitor the efficiency of measures in the design of riparian and floodplain biotopes.

Session S09

  • Nachhaltige Fahrgast- und Freizeitschifffahrt auf Seen und Fließgewässern in Deutschland
  • Sustainable boating on lakes and rivers in Germany

Moderation: Frank Peeters / Ralf Köhler

Darshan Neubauer; Dr. Ralf Köhler

Landesamt für Umwelt Brandenburg (LfU)

Session: S09 (Vortrag)

Dienstag 11:00, POT_151

Das Empfinden, dass schnellere Sportboote, größere Motoryachten und bequemere Hausboote zunehmend das Verkehrsbild auf Gewässern dominieren, scheint bei einer breiten Öffentlichkeit Konsens zu sein. Eine genauere Statistik einzelner Bundesländer, die technische Daten von Bootsklassen hinsichtlich der Länge, Leistung, Gewicht o.ä. beschreibt oder selbst nur die Bootsflotte in ihrer Gesamtzahl erfasst, gibt es hingegen nicht. Für eine Abschätzung der ökologischen Auswirkungen durch die Sport- und Freizeitschifffahrt ist es jedoch unabdingbar, ein genaueres Bild der Bootsflotte und der Bewegungsprofile zu gewinnen, welches nicht nur den „Ist-Zustand“ widerspiegelt, sondern aus dem sich auch die zeitliche Dynamik und langfristigen Entwicklungstrends ableiten lassen. Vor diesem Hintergrund, wendeten wir uns an Behörden, Landkreisverwaltungen, Betreiber und Verbände um Daten über die Bootsflotte und das Verkehrsaufkommen auf schiffbaren Gewässern in Berlin und Brandenburg zu erheben. Es wurden Daten zur Anzahl der kennzeichenpflichtigen Sportboote, zum Schleusenverkehr und zum Liegeplatzbestand gesammelt. Eine Umfrage an Marinas und Sportboothäfen hatte zusätzlich zum Ziel, sozioökonomische Aspekte aus der Perspektive der Betreiber zu beleuchten, das Bewusstsein für klimatisch-ökologische Auswirkungen von der Schifffahrt sowie die Bereitschaft der Betreiber, Maßnahmen für mehr Umwelt- und Klimaschutz umzusetzen, zu untersuchen. Diese verschiedenen Daten ergaben in ihrer Gesamtheit ein breites Bild der rechtlich-administrativen Aspekte der Sport- und Freizeitschifffahrt, aus denen eine Defizitanalyse und Handlungsempfehlung abgeleitet wurden. Bei der Datenerhebung zeichnete sich ein sehr heterogenes Bild der Datenlage und -struktur, besonders hinsichtlich der Bootsregistrierungen und des Liegeplatzbestandes ab, sodass eine fortlaufende Überwachung von Entwicklungen in der Größe und Struktur der Bootsflotte oder des Liegeplatzbestandes nicht möglich ist. Für eine bessere Kontrolle und eine nachhaltigere Entwicklung der Sport- und Freizeitschifffahrt sollten manche der aktuell geltenden rechtlichen Rahmenbedingungen grundsätzlich reformiert werden. So sollten beispielsweise mindestens die gleichen Anforderungen an die private Schifffahrt gestellt werden, wie sie für den KfZ-Sektor gelten. Dafür braucht es jedoch eine bessere Zusammenarbeit auf behördlicher Ebene und den politischen Willen, solche Reformen im Sinne des Gewässer- und Klimaschutzes umzusetzen.

Frank Peeters¹; Devin Jachtmann; Jens Armbruster; Wolfgang Ostendorp; Ole Lessmann

¹ Universität Konstanz

Session: S09 (Vortrag)

Dienstag 11:15, POT_151

Die Ufer großer Seen sind laufend der Einwirkung von Wellen ausgesetzt. Die im Zusammenhang mit Oberflächenwellen auftretenden Strömungen dominieren die hydrodynamischen Bedingungen in der Uferzone und können zu Mobilisation und Transport von Sediment, zur Ufererosion und zur Verdriftung von Organismen führen. Außerdem beeinflussen sie die Ufervegetation und das Laichverhalten von Fischen. Oberflächenwellen entstehen normalerweise durch Wind. Mit der Intensivierung der Sport- und Fahrgastschifffahrt treten aber zusätzlich Wellen auf, die durch den Schiffsverkehr erzeugt werden. Basierend auf intensiven Wellenmessungen in verschiedenen Seen und empirischer und numerischer Modellierung haben wir die räumliche und zeitliche Heterogenität der durch Sport- und Fahrgastschifffahrt in die Uferzone einlaufenden Wellen analysiert. In den untersuchten Seen sind unterschiedliche Ursachen für die Hauptbelastung der Ufer durch Schiffswellen verantwortlich. In den vergleichsweise kleinen Seen in Brandenburg spielen Wellen von nah am Ufer vorbeifahrenden Sportbooten eine wichtige Rolle. In großen Seen kann die Wellenbelastung räumlich sehr heterogen sein und hängt z. B. im Bodensee u. a. von der Routenführung und der Kurshäufigkeit der Fahrgastschiffe ab. Die Belastung durch Schiffswellen ist eng mit der Intensität des Boots- und Schiffsverkehrs verknüpft und tritt daher fast ausschließlich am Tag und überwiegend in den Sommermonaten auf. Während am Starnberger See am Ende der Saison im November praktisch keine Schiffswellen in der Uferzone mehr nachweisbar sind, laufen im Bodensee-Obersee auf Grund von Auto- und Fahrgastfährbetrieb während des ganzen Jahresregelmäßig Schiffswellen in die Uferzonen ein. Neben den Messergebnissen von verschiedenen Seen stellen wir ein empirisches Modell vor, mit dessen Hilfe eine einfache Abschätzung der Wellenexposition von Uferzonen durch eine gegebene Fahrgastschiffsroute vorgenommen werden kann. Außerdem illustrieren wir die Ergebnisse mit numerischen Simulationen der Ausbreitung von Schiffswellen.

Die Untersuchungen fanden im Rahmen des Forschungsprojekts SuBoLakes (https://www.subolakes.de) statt, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert wird (Förderkennzeichen 35825/01).

Dr. Wolfgang Ostendorp¹; Jörg Ostendorp²

¹ Limnologisches Institut der Universität Konstanz, AG Umweltphysik, 78457 Konstanz; ² EcoDataDesign Consultant, Birkenstrasse 50, 45133 Essen

Session: S09 (Vortrag)

Dienstag 11:30, POT_151

Nicht nur die fahrende Sport- und Fahrgastschifffahrt führt zu Umweltbelastungen, sondern auch die in Bojenfeldern, Steganlagen, Häfen und Marinas usw. stillliegende Schifffahrt. Um die Umweltfolgen modellieren zu können, sind eine flächenmäßige Quantifizierung und eine ökologische Klassifikation der land- und seeseitigen Bootsstationierungsanlagen (BoStA) notwendig.

Vor diesem Hintergrund haben wir das weitgehend luftbildgestützte BoStA-MAP-Verfahren entwickelt und am Bodensee (D, A, CH), Starnberger See (BY), Chiemsee (BY) sowie an 15 Seen in Brandenburg (BG) getestet. Zu den erfassten Objekten gehören die BoStA selbst, ihre einzelnen Strukturelemente, die Ausstattungselemente, die funktionelle Widmung und die einzelnen Liegeplätze einer BoStA. Damit ist es möglich, mit hoher sachlicher Auflösung (i) Unterschiede zwischen einzelnen BoStA hinsichtlich der Flächenanteile ihrer Strukturelemente sowie (ii) Unterschiede von Seen bzw. Wassersportrevieren bzgl. der Häufigkeit und Fläche ihrer BoStA-Typen herauszuarbeiten. Das Zusammenspiel von GIS-Anwendung und Datenbank-Inhalten ermöglicht weitreichende Auswertungsmöglichkeiten im angewandten Gewässerschutz und beim Liegeplatzmanagement (z. B. bei der Überwachung der Liegeplatzkontingentierung am Bodensee).

Wir gehen davon aus, dass alle Struktur- und Ausstattungselemente differenzierte ökologische Wirkungen auf die Schutzgüter Boden, Wasser, Luft, Biotope und Tier- und Pflanzenpopulationen sowie Boden- bzw. Unterwasserdenkmäler entfalten können. Dazu haben wir zunächst die in der Literatur verfügbaren Informationen mit eigenen Beobachtungen verschnitten und in einem hierarchischen Katalog zusammengestellt. Auf dieser Grundlage wurde ein einfaches Modell entworfen, das sich (i) auf die Projektionsfläche der einzelnen Strukturelemente i (Ai) und (ii) auf einen objekttypspezifischen Index 1 ≤ Iobj ≤ 5 stützt. Die gesamten ökologischen Auswirkungen einer BoStA (IBoStA) lassen sich als Summe der Produkte schätzen: IBoStA = Summe (Ai × Iobj,i). Den mittleren flächenspezifischen Index erhält man durch Division mit der BoStA-Fläche. Die Vorgehensweise ist kompatibel mit dem WRRL-tauglichen HMS-Verfahren zur Uferstrukturgüte-Klassifikation der Seen in Brandenburg.

Die Untersuchungen fanden im Rahmen des Forschungsprojekts SuBoLakes (https://www.subolakes.de) statt, das von der Deutschen Bundesstiftung gefördert wird (Förderkennzeichen 35825/01).

Dr. Karoline Morling; PD Dr.-Ing. Stephan Fuchs

Karlsruher Insitut für Technologie (KIT)

Session: S09 (Vortrag)

Dienstag 11:45, POT_151

Kupferhaltige Antifouling-Farben werden häufig für die Instandhaltung von Freizeitbooten verwendet. Kupfer, das aus Antifouling in deutsche Oberflächengewässer emittiert wird, gilt als eine bedeutende Quelle der Schwermetallbelastung mit erheblichen Folgen für die Wasserqualität und potentiell schädigender Wirkung auf Wasserorganismen.

Auf nationaler Ebene wurden zwei Szenarien zur Modellierung von Cu-Emissionen aus Antifouling für Freizeitboote entwickelt, die es ermöglichen, regionale Hotspots zu identifizieren. Der Top-Down-Ansatz (Szenario A) basiert auf einer vorliegenden Studie über den nationalen Antifouling-Verbrauch. Im Bottom-up-Ansatz (Szenario B) wurden der Median und Interquartilsbereich von Cu-Freisetzungsraten in Abhängigkeit von Salinitätsklassen für die Emissionsabschätzung berücksichtigt. In beiden Szenarien zeigte sich lokal der hohe Emissionsdruck auf Binnengewässer in beliebten Wassersportregionen deutlich. Szenario B ergab generell geringere Cu-Emissionen (Meer: 11,05-25,53 t/a, Binnenland: 14,15-34,59 t/a) als Szenario A (Meer: 22,53 t/a, Binnenland: 47,97 t/).

Um ihre Relevanz zu bewerten, wurden die Ergebnisse der Szenarien mit modellierten Emissionen aus MoRE (Modelling of Regionalized Emissions) verglichen, das als Berichtsinstrument in Deutschland verwendet wird. Die Emissionen aus Antifouling machten im Jahr 2016 für Szenario A 13 % und für Szenario B 4-9 % der gesamten Cu-Emissionen in Binnengewässer aus. Die Ergebnisse der Szenarien waren ähnlich oder höher als bei anderen Emissionspfaden (beispielsweise industrielle Direkteinleiter).

Cu-Emissionen aus Antifouling werden als ein bedeutender Pfad angesehen, der in das MoRE-Emissionsinventar aufgenommen wird. Empfohlen wurde die Implementierung von Szenario B, da es eine flexiblere Anpassung für zukünftige Modellierungen ermöglicht.

Modelling copper emissions from antifouling paints applied on leisure boats into German water bodies: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117961

Dr. Jürgen Böhmer¹; Dr. Oliver Miler²; Jörg Ostendorp Dipl.-Biol.³; Dr. Klaus van de Weyer⁴; Dr. Ralf Köhler⁵; PD Dr. Wolfgang Ostendorp⁶

¹ Bioforum GmbH; ² AquaSciConsulting Dr. Miler; ³ EcoDataDesign; ⁴ lanaplan GbR; ⁵ Landesumweltamt Brandenburg (LfU); ⁶ Limnologisches Institut der Univ. Konstanz

Session: S09 (Vortrag)

Dienstag 14:30, POT_151

Das Landesamt für Umwelt Brandenburg (LfU) verfügt über einen umfangreichen Datensatz von Seen, die im Zuge des zyklischen WRRL-Monitorings und anderer Programme (z. B. Kleinseen-Programm, Gewässerentwicklungskonzepte GEK) untersucht worden sind. Hierzu gehören neben der Erfassung der allgemeinen chemisch-physikalischen Daten und der Makrophyten (MIB-Verfahren) auch die hydromorphologische Erfassung der Uferstruktur (HMS-Verfahren) und die Erfassung des Makrozoobenthos (AESHNA-Verfahren). Hinzu kommen am Ort der Probennahmen erhobene Umweltdaten sowie eine Unterscheidung von schiffbaren und nicht-schiffbaren Gewässern. Der Datensatz wurde aufbereitet und ergänzt, um die simultanen Effekte von Schifffahrt, Trophie und Uferstruktur auf Makrophyten und Makrozoobenthos auf der Basis (i) der biozönotischen Struktur sowie (ii) abgeleiteter Metriks zu analysieren. Zusätzlich schlagen wir vor, ob und mit welchen Vertrauensintervallen aus den biotischen Metriks praxisrelevante Aussagen über den trophischen und den uferstrukturellen Zustand sowie deren Auswirkungen auf die Biokomponenten abgeleitet werden können. Hierbei wurde sowohl die Ebene der Wasserkörper (Seen oder Teilbecken) als auch die der Probestellen betrachtet.

Erwartungsgemäß zeigten sich schon in den ersten Übersichtsergebnissen Beziehungen zwischen Makrophyten- und Trophieparametern, aber keine signifikanten oder sehr schwache Korrelationen zwischen HMS-Bewertung und Makrophytenparametern und zwischen HMS-Bewertung und Trophieparametern. Darüber hinaus bestehen signifikante Beziehungen zu einigen Makrozoobenthosmetriks. Bei diesen wiederum wurden je nach Metrik signifikante, wenn auch teils nur schwache Korrelationen zu den Trophie-, Makrophyten- und HMS-Parametern festgestellt. Beim Makrozoobenthos zeigt sich auch eine Bedeutung des Schilfgürtels, der beim AESHNA-Verfahren über die Ufertypspezifität einfließt.

Weitergehende Analysen, Erklärungen und Ableitungen für das Gewässermanagement werden dargestellt und diskutiert.

Die Untersuchungen fanden im Rahmen des DBU-Forschungsprojekts: SuBoLakes (www.subolakes.de) (Förderkennzeichen 35825/01) statt.

Dr. Ralf Köhler¹; Prof. Dr. Frank Peeters²; Dr. Wolfgang Ostendorp²; Darshan Neubauer¹; Jörg Ostendorp³

¹ Landesamt für Umwelt Brandenburg; ² Universität Konstanz; ³ EcoDataDesign

Session: S09 (Vortrag)

Dienstag 14:45, POT_151

Aus den Ergebnissen unserer Literaturanalysen, Methodenentwicklungen und -erprobungen sowie Freilanduntersuchungen leiten wir Vorschläge für Mitigationsmaßnahmen in folgenden Bereichen ab:

  1. Informations-, Motivations- und Überzeugungsinstrumente: sollen auf freiwilliger Basis Akteure motivieren, dem Umweltschutz größere Bedeutung beizumessen. Zielgruppe sind u. a. Bootsführer und politische Entscheidungsträger. Initiativen könnten von Umwelt- und Nutzer-Verbänden sowie Behörden ausgehen.

  2. Regulierungs- und Ordnungsinstrumente: bezwecken, rechtliche, planerische und normative Vorgaben zu formulieren, an die sich Nutzer und Planer unter Sanktionsandrohung halten müssen, z. B. die Stärkung der Kontrollinstitutionen sowie die Kompetenzstärkung der Genehmigungsbehörden und der Träger öffentlicher Belange einschl. der Umweltorganisationen. Zielgruppen sind Bootsführer, Hersteller und sonstige Interessenvertreter, Planungs- u. Genehmigungsbehörden sowie die (Wasserschutz-)Polizei. Initiativen müssen von den Bundes- und den Länderparlamenten, den Bundes- und den Länderregierungen und Gebietskörperschaften (z. B. Landkreise und kreisfreie Städte: Allgemeinverfügungen, Satzungen) ausgehen.

  3. Ökonomische Instrumente: zielen darauf ab, umweltfreundliche Handlungsalternativen billiger und umweltschädliche teurer zu machen, um dadurch die Handlungsweisen der Akteure entsprechend zu modifizieren. Adressaten sind alle Marktteilnehmer im Sektor Erholung/Wassertourismus/Bootssport, die entsprechende Produkte und Dienstleistungen nachfragen oder anbieten und sich dabei am Kosten-Nutzen-Verhältnis orientieren. Initiativen können von privatwirtschaftlichen Interessenvertretern (Gewinnerwartungen) und Verbänden (Image, Öffentlichkeitsarbeit) sowie von staatlichen Institutionen (Steuern, Abgaben u. Gebühren, Subventionen) getragen werden.

  4. Umweltvorsorge als Komponente von Entscheidungsinstrumenten in den Fach- und Raumplanungen sowie in den Kommunal- und Objektplanungen: zielt auf eine Abkehr vom Primat der Nachfragebedienung und auf eine letztlich notwendige Kontingentierung ab.

  5. Maßnahmen als lokales oder sektorales Mitigationsinstrument (z. B. Renaturierungen)

  6. Anwendungsorientierte Forschung zur Verbesserung der Datenlage und als wichtige Komponente von Entscheidungsinstrumenten

Für jeden Bereich stellen wir Beispiele vor.

Die Untersuchungen fanden im Rahmen des DBU-Forschungsprojekts: SuBoLakes (www.subolakes.de) (Förderkennzeichen 35825/01) statt.

Session S10

  • Auenökologie und die Herausforderungen in der Wiederherstellung von Auen
  • Floodplain ecology and the challenges of floodplain restoration

Moderation: Mathias Scholz / Kathrin Januschke

Dr. Thomas Ehlert

Bundesamt für Naturschutz

Session: S10 (Vortrag)

Montag 11:30, POT_081

Das Bundesprogramm „Blaues Band Deutschland“ ist eine gemeinsame Initiative von Bundesverkehrsministerium und Bundesumweltministerium zur Renaturierung der Bundeswasserstraßen und ihrer Auen. Mit dem Start des Förderprogramms Auen am 01.02.20219 wurde als ein wichtiger Baustein des Bundesprogramms Blaues Band Deutschland die Möglichkeit geschaffen, Renaturierungsmaßnahmen in den Auen entlang der Bundeswasserstraßen umzusetzen und beispielsweise Flutrinnen wieder anzuschließen oder Auenwiesen und -wälder sowie Feuchtgebiete wieder naturnah zu entwickeln. Kommunen, Vereine, Verbände und andere können beim Bundesamt für Naturschutz Fördermittel beantragen und dazu beitragen, die Auen entlang der Bundeswasserstraßen als Zentren der biologischen Vielfalt und Achsen des Biotopverbundes naturnah zu entwickeln und den Auenzustand zu verbessern. Seit dem Start des Förderprogramms Auen wurden bereits mehr als 20 Projektskizzen eingereicht und zahlreiche Projekte gefördert.

Dr. Mathias Scholz

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ

Session: S10 (Vortrag)

Montag 11:45, POT_081

et al.

Flussauen-Ökosysteme sind Hotspots der Biodiversität und stellen zahlreiche Ökosystemleistungen bereit. Gleichzeitig gehören sie zu den Ökosystemen, die weltweit am stärksten durch anthropogene Eingriffe in ihrer Funktionsfähigkeit und ökologischen Integrität beeinträchtigt sind. Dies trifft auch für das Auensystem der Weißen Elster in Leipzig zu. Aber trotz der gravierenden Veränderungen des Auensystems, blieb ein vergleichsweise großer Anteil des Hartholzauwaldes erhalten und ist auch heute noch in einem naturschutzfachlich wertvollen Zustand. Jedoch kann als direkte Konsequenz der wasserbaulichen Regulierungen und ausbleibender Dynamik bereits ein Wandel der Artenzusammensetzung beobachtet werden. Um langfristig eine auentypische Biodiversität wiederherzustellen und zu erhalten, sind Revitalisierungsmaßnahmen in diesem Auensystem zwingend erforderlich und wurden im Projekt „Lebendige Luppe“ und weiterer Vorhaben geplant und umgesetzt. Im Rahmen der naturwissenschaftlichen Begleitforschung des Verbundprojektes Lebendige Luppe wurde ein Netzwerk von 66 Dauerbeobachtungsflächen (je 0.25 ha) im Hartholzauenwald eingerichtet, auf denen im Zeitraum 2013-2024 (vor Umsetzung und nach Umsetzung von Revitalisierungsmaßnahmen) kontinuierlich biologische und hydrologische Daten erfasst wurden. Untersuchungen zu Arten- und Lebensgemeinschaften auf den Dauerbeobachtungsflächen schließen die Vegetation der Kraut-, Strauch- und Baumschicht (inkl. Totholz) sowie teilweise faunistische Untersuchungen zu Laufkäfern und Mollusken ein. Trotz einer Homogenisierung der abiotischen Standortbedingung in Folge der Regulierungen, kommt es entlang des (verbliebenen) hydrologischen Gradienten oder in bereits umgesetzten Redynamisierungen zu einer deutlichen Differenzierung der Artenzusammensetzung. Erste Redynamierungserfolge konnten insbesondere für die Vegetation und die Mollusken dokumentiert werden.

Das hier vorgefundene Biotopmosaik sollte durch Dynamisierung der Grundwasser- und Überflutungsverhältnisse auch in weiteren Auenbereichen gefördert werden, womit mit der Wiedererstellung eines dynamischen Abflusses des Burgauenbachs Ausuferungen auf ca. 30 ha seit zwei Jahren möglich sind und hier neben der Vegetation auch die Artengruppe der Mollusken diese Veränderungen zu einer auentypischeren Artenzusammensetzung mit Hilfe des BioAu-tools zur biozönotischen Erfolgskontrolle dargestellt werden kann.

Dr. Kathrin Januschke

Universität Duisburg-Essen

Session: S10 (Vortrag)

Montag 12:00, POT_081

Gewässer- und Auenrenaturierungen stehen im Zuge der Umsetzung verschiedener EU-Richtlinien und Bundesprogramme im Fokus von Wissenschaft und Gewässermanagement. Gerade Ufer- und Auenlebensgemeinschaften reagieren oft sehr schnell und deutlich auf Renaturierungsmaßnahmen. Seit 2019 führt der Lippeverband ein mehrjähriges biologisches Monitoring zur „Fluss- und Auenentwicklung der Lippe bei Haus Vogelsang“ durch. Die Umsetzung der Maßnahmen erfolgte überwiegend in den Jahren 2016-2018 mit dem Ziel einer ökologischen Entwicklung von Fluss und Aue. Seit 2019 erfolgt durch die Abteilung Aquatische Ökologie der Universität Duisburg-Essen die Kontrolle des Entwicklungsziels und die Bewertung der zeitlichen Entwicklung nach Umsetzung der Maßnahmen auf Grundlage eines Laufkäfer-Monitorings. Vor allem Laufkäfer besiedeln die neu geschaffenen Habitate sehr schnell und indizieren Dynamik und Sukzession in den Folgejahren. Untersucht wurden die Laufkäfer-Gemeinschaften in den Jahren 2019 und 2022 in zwei renaturierten Abschnitten der Lippeaue bei Haus Vogelsang sowie in einem begradigten, stromaufwärts gelegenen Vergleichsabschnitt, der dem Zustand der Lippeaue vor Umsetzung der Maßnahmen entspricht. Erste Auswertungen, auch unter Anwendung des neuen Verfahrens “BioAu” zur biozönotischen Erfolgskontrolle von Renaturierungsmaßnahmen für Ufer und Auen, zeigen in beiden Erfassungsjahren deutlich positive Effekte für die Lebensgemeinschaften der Laufkäfer im Hinblick auf auenabschnittstypische Arten, den Artenreichtum, die Artenzusammensetzung und die Habitatpräferenzen erfasster Arten. Durch die Maßnahmen wurden Ufer- und Auenhabitate geschaffen, die von vielen Pionierarten sehr schnell besiedelt wurden. Hierbei handelte es sich vor allem um Spezialisten dynamischer Sandufer und Ruderalflächen sowie um NRW- und bundesweit teils gefährdete Arten. Die von 2019 bis 2022 auftretenden Sukzessionsprozesse in beiden renaturierten Abschnitten hatten bei gleichbleibendem Artenreichtum positive Effekte auf die Artenzusammensetzung. Ehemals großflächige Sandufer wiesen in 2022 eine höhere Substratvielfalt auf, die mehr spezialisierten Arten Lebensraum bietet bzw. zur Etablierung weiterer Arten geführt hat. Einbrüche des Individuenreichtums lassen auf kurzzeitige Effekte der vorangegangenen Trockenjahre (2018 und 2019) sowie dem Hochwasser in 2021 rückschließen.

Franziska Wenskus¹; Christian Hecht²; Peter Horchler³; Kathrin Januschke¹; Georg Rieland²; Mathias Scholz²; Arnd Weber³; Daniel Hering¹

¹ Universität Duisburg-Essen; ² Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung; ³ Bundesanstalt für Gewässerkunde

Session: S10 (Vortrag)

Montag 12:15, POT_081

Die Vernetzung von Flüssen und Auen ist ein entscheidender ökologischer Prozess, der die biologische Vielfalt und die Ökosystemfunktionen in Auen beeinflusst. Wie genau solche Fluss-Aue Konnektivität – und ein Verlust davon – auf die terrestrische Biodiversität in Auen wirkt ist aber unzureichend untersucht. In dieser Studie wurden die direkten und indirekten Auswirkungen von Fluss-Auen-Konnektivität auf Pflanzen- und Laufkäferdiversität mit Hilfe von structural equation models untersucht. Ziel war es, die indirekten Effekte von Konnektivität auf Biodiversität über Kaskadenwirkungen auf Überflutungsregime, Bodeneigenschaften und die Schadstoffbelastung in der Aue aufzudröseln. Dazu wurden Pflanzen und Laufkäferdaten von Auen entlang der Mittelelbe sowie ein breites Spektrum an Umweltvariablen erhoben und analysiert. Um die Diversität der Artengemeinschaften auszudrücken, wurden fünf verschiedene Biodiversitätsmetrics berechnet und als Endpunkt der structural equation models verwendet. Um darüber hinaus zu untersuchen, wie sich diese Zusammenhänge zwischen den Umweltvariablen und ihre direkten und indirekten Effekte auf Biodiversität ändern, wenn die Fluss-Aue-Konnektivität verloren geht, wurde die Analyse auch mit Daten aus entkoppelten Auen entlang der Erosionsstrecke der Elbe durchgeführt und die Ergebnisse verglichen. Entgegen unseren Erwartungen zeigten die Ergebnisse, dass Konnektivität nicht nur indirekte, sondern auch signifikante direkte Effekte auf die meisten Biodiversitätsmetriken sowohl für Pflanzen als auch für Laufkäfer hatte. Wie erwartet führte bei Laufkäfern eine bessere Konnektivität direkt zu einem geringeren Artenreichtum und einem höheren Anteil von Indikatorarten für wechselfeuchtes Grünland, allerdings ohne, dass dies ausschließlich von zwischengeschalteten Faktoren wie Überflutungsregime oder Bodeneigenschaften abhing. Die einzelnen Wirkpfade in den Modellen unterschieden sich kaum zwischen gut und schlecht angebundenen Auenabschnitten. Das deutet an, dass eine Entkopplung der Aue von ihrem Fluss nicht unbedingt mit einer Verschiebung der Wirkmechanismen und Prozesse zwischen Umwelt und Biotik einhergeht. Unsere Studie unterstreicht die vielschichtige Rolle von Fluss-Aue-Konnektivität bei der Gestaltung der biologischen Vielfalt in den Auen. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Erhaltung und Wiederherstellung von Verbindungen zwischen Flüssen und Auen zur Förderung vielfältiger und widerstandsfähiger Auenökosysteme.

Dr. Martin Tschikof¹; Prof. Dr. Thomas Hein¹; Dr. Barbara Stammel²; Dr. Gabriele Weigelhofer¹

¹ Universität für Bodenkultur Wien - Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement (IHG); ² Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt (KUEI)

Session: S10 (Vortrag)

Montag 12:30, POT_081

Auen gelten als Hotspots der Biodiversität, des Nährstoffumsatzes und der Multifunktionalität von Ökosystemleistungen (ÖSL). Im Donaueinzugsgebiet gingen jedoch bereits mehr als 70 % ihrer Fläche verloren und die ÖSL der verbleibenden Auen sind aufgrund multipler Belastungen stark gefährdet. Daher gibt es aktuell donauweite Bemühungen große Auen zu restaurieren und nachhaltiger zu bewirtschaften, jedoch ist wenig bekannt, wie sich die Belastungen und Maßnahmen auf deren ÖSL auswirken. Speziell der Beitrag der Nährstoffrückhaltefunktion zur Verbesserung der Wasserqualität wurde Kontext kaum untersucht.

Durch die Anwendung von Modellierungs-, indikatorbasierten und partizipativen Ansätzen geben wir auf unterschiedlichen Größenebenen erste Einblicke in den sozio-ökologischen Zustand der Auen. Zusätzlich möchten wir die Möglichkeiten und Grenzen von Maßnahmen zur Verbesserung der Multifunktionalität aufzeigen. Ergebnisse zeigten, dass Auen großräumig betrachtet einen wertvollen Beitrag zur Wasserqualität leisten können und dass, Wiedervernetzungen die Nährstoffrückhaltekapazität unabhängig vom Betrachtungsmaßstab weiter erhöhen. Zudem dominierten ÖSL-Synergien gegenüber ÖSL-Konflikten und die Multifunktionalität nahm flussabwärts zu. In drei Untersuchungsabschnitten in Österreich, Ungarn und Serbien zeigten gemeinsam mit Stakeholdern erarbeitete Bewirtschaftungsszenarien, dass die Multifunktionalität dieser Auengebiete generell erhöht werden kann. Dies trotz lokaler Konflikte wie z.B. mit Freizeitaktivitäten und stagnotopen Lebensräumen. Die stärksten großräumigen Belastungen multipler ÖSL umfassten intensive Landnutzung, Rückstau und morphologische Veränderungen.

Die Erkenntnis aus den Gemeinsamkeiten und Diskrepanzen zwischen datenbasierten Bewertungen und den lokalen Stakeholderansichten erweitert unser Verständnis über die Nutzung und den Wert multifunktionaler Auen, um deren Bewirtschaftung in Zukunft inklusiver und nachhaltiger zu gestalten. Aktuell werden in den EU Projekten „Restore4Life“ und „DANUBE4all“ weitere Bewertungsansätze in den Bereichen Fernerkundung, Habitatmodellierung und Citizen Science erarbeitet, um in Zukunft Maßnahmen gezielter umsetzen zu können.

Session S11

  • Süßwassermuscheln in Europa: Biologie, Gefährdungsursachen und Schutzmaßnahmen
  • Freshwater mussels in Europe - Biologie, causes of endangerment and protective measures

Moderation: Felix Grunicke / Daniel Daill

Daniel Daill

blattfisch e.U.

Session: S11 (Vortrag)

Montag 14:00, POT_151

In vielen Flüssen des Böhmischen Massivs im nördlichen Oberösterreich ist ein Anstieg der Feinsedimentbelastung zu beobachten. Diese ist unter anderem auf die veränderte Landnutzung im Einzugsgebiet der Gewässer beziehungsweise auf die anthropogene Überprägung selbiger zurückzuführen. Die übermäßigen Feinsedimentfrachten wirken sich besonders negativ auf die Habitatqualität des Gewässers aus, was wiederum zu verschlechterten Habitatbedingungen für heimische Süßwassermuscheln, insbesondere für die Flussperlmuschel (Margaritifera margaritifera) führt. Aus diesem Grund müssen Maßnahmen umgesetzt werden, um den Sedimenthaushalt von Fließgewässern zu verbessern. Eine derartige Maßnahme ist die Umsetzung von sogenannten Sedimentationsflächen. Bei diesen handelt es sich um gezielte Absenkungen des Uferbereichs, welche bei Wasserständen über Mittelwasser überströmt werden. Aufgrund der reduzierten Schleppspannung in diesem Bereich werden Feinsedimente abgelagert, welche, sobald der Wasserstand wieder zurückgeht, im Trockenen abtransportiert werden können. Dadurch können Sedimentationsflächen lokal die Zusammensetzung und Morphologie des Flussbettes verbessern und die natürliche Strukturausstattung wiederherstellen. Der Vortrag befasst sich mit der Umsetzung von neun Sedimentationsflächen und der Überprüfung ihrer Funktionsfähigkeit. Zur Untersuchung des Sedimenthaushaltes wurden die Entnahmen aus den Sedimentationsflächen dokumentiert. Für die Bewertung der Sohlstruktur wurden in mehreren Transekten Erhebungen der Substratzusammensetzung und der Morphologie durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass selbst auf kleinen Sedimentationsflächen erhebliche Mengen an Sand und Feinsedimenten abgelagert werden. Darüber hinaus führen Sedimentationsflächen lokal zu einer Verbesserung der Lebensraumbedingungen im Fließgewässer und können so zum Schutz gefährdeter Arten beitragen. Da die positiven Auswirkungen von Sedimentationsflächen lokal begrenzt sind, ist für weitreichende Effekte die Einrichtung mehrerer solcher Flächen in einem Fließgewässerabschnitt erforderlich.

Helena Kummer; Dr. Marco Denic

Landschaftspflegeverband Passau e.V.

Session: S11 (Vortrag)

Montag 14:15, POT_151

Die Flussperlmuschel (Margaritifera margaritifera) ist in Deutschland vom Aussterben bedroht. Mit dem Projekt „MARA – Margaritifera Restoration Alliance“ werden nun erstmals die bisher regionalen Schutzbemühungen in einem Verbundprojekt zusammengeführt. Die sieben Projektpartner haben sich das Ziel gesetzt, gemeinsam den negativen Bestandstrend aufzuhalten und in einen positiven zu verwandeln um wieder intakte und selbsterhaltende Populationen herzustellen. Mithilfe eines Nachzuchtprogramms werden die aktuell kleinen und überalterten Populationen stabilisiert und verjüngt. Ein begleitendes Monitoring überwacht die genetische Integrität der Nachzuchtkohorten und über Tagging-Experimente wird die Etablierung ausgewilderter Jungmuscheln in den Zielhabitaten verfolgt. Bisher wurden insgesamt gut 6.000 Jungmuscheln in verschiedenen Projektgewässern ausgewildert. Für eine weitere Verbesserung des Lebensraums werden die Defizite auf unterschiedlichen Ebenen adressiert: so werden lokale Strukturmaßnahmen zur Herstellung geeigneter Mikrohabitate mit Maßnahmen zur Reduktion von Sedimenteinträgen oder zur Erhöhung des Wasserrückhalts im Einzugsgebiet kombiniert. Letztere dienen auch einer Minderung der negativen Auswirkungen des Klimawandels auf die Flussperlmuschelgewässer. In den vergleichsweise dicht besiedelten und kleinteilig strukturierten deutschen Flussperlmuschel-Einzugsgebieten hängt die Umsetzbarkeit von Maßnahmen stark von einer guten Zusammenarbeit mit verschiedenen Interessengruppen und der Entwicklung ortsspezifischer Lösungsansätze ab. In diesem Zusammenhang ist die Kooperation mit dem Hofgut Eichigt besonders hervorzuheben, die erlaubt die Praxistauglichkeit verschiedener Maßnahmen wie z.B. regelbare Drainagen zu testen und auch ihr Kosten-Nutzen-Verhältnis zu bewerten. Außerdem wird neben klassischen Angeboten zur Umweltbildung das Thema Flussperlmuschel künstlerisch aufbereitet, was bisher in einer Kunstausstellung sowie der Entwicklung eines Theaterstücks mündete. Ein erster Lohn für die Bemühungen ist die Stabilisierung einzelner Zielbestände mit ersten natürlich aufkommenden Jungmuscheln. Trotzdem bleibt noch viel Arbeit auf dem Weg zum übergeordneten Projektziel selbsterhaltender Bestände und eine Reihe von Schadereignissen verdeutlichen die Schwierigkeit ganze Einzugsgebiete zu sanieren und die Bedeutung einer umfassenden Aufklärung der Öffentlichkeit.

Luise Richter¹; Christian Weiß¹; Dr. Martin Mörtl²

¹ Wasserwirtschaftsamt Hof; ² Bayerisches Landesamt für Umwelt

Session: S11 (Vortrag)

Montag 14:30, POT_151

In den letzten Jahren sind viele oberfränkische Muschelgewässer zunehmend vom Trockenfallen betroffen. Auch an die Gewässerqualität stellen Muscheln besondere Anforderungen.

Die Maßnahmen, die zum Erhalt der Flussperlmuscheln im Landkreis Hof getroffen wurden, sind vielfältig (u.a. Anpassung der Abwasserentsorgung, Gewässerunterhaltungsmaßnahmen zur Abflusssteuerung, Wassertransport mit Tankwagen, Zugabe von Trink- und Quellwasser oder das Umsetzen von Muscheln).

Mit dem Ziel, die Wasserverfügbarkeit langfristig zu verbessern, nutzt das Wasserwirtschaftsamt Hof seit 2022 Teiche zur Niedrigwassererhöhung. Hier möchten wir Ihnen unser neues Konzept vorstellen und dabei auch auf die Herausforderung der Gewässerbewirtschaftung im Umgang mit menschlichen Nutzungen eingehen.

Felix Grunicke; Prof. Dr. Thomas Berendonk

TU Dresden, Institut für Hydrobiologie

Session: S11 (Vortrag)

Montag 14:45, POT_151

Vor über 200 Jahren waren im sächsischen Vogtland über 125 km Fließgewässer dicht mit Flussperlmuscheln (Margaritifera margaritifera, FPM) besiedelt. Heute ist diese vom Aussterben bedrohte Art nur noch auf wenigen Metern Gewässerstrecke zu finden. Dieser dramatische Bestandsrückgang führte zu einer Verringerung der Filtrationskapazität des Ökosystems. Um diesen Rückgang zu quantifizieren, bestimmten wir experimentell die Filtrationsraten adulter FPM (ca. 20 Jahre alt, Schalenlänge: 6-8 cm). Dazu wurden 12 FPM über einen Zeitraum von 3 Wochen in einer Klimakammer kultiviert, und ihre Filtrationsraten unter drei verschiedenen Temperaturregimen (11°C, 15°C und 19°C) gemessen.

Für jeden Versuch wurden die FPM separat in 2L-Aquarien überführt und die Abnahme der Partikelzahl im Wasser (im Größenbereich 2 - 60 µm) gemessen.

Die Reduktion der Partikelanzahl durch Sedimentation wurde in separaten Kontrollaquarien ohne FPM erfasst. Neben Temperatur und Muschelgröße untersuchten wir auch den Einfluss der Futterqualität auf die Filtrationsraten. Darüber hinaus erfassten wir die Effizienz der Partikelreduktion durch die filtrierenden FPM. Dazu wurden die FPM wieder in Aquarien eingesetzt, und 1 mL Proben direkt aus dem Ausstromwasser der FPM abgesaugt und mit dem Einstromwasser verglichen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine einzelne FPM zwischen 1 und 3 L Wasser pro Stunde filtern kann. Die Filtrationsrate hängt stark von der Muschelgröße und der Wassertemperatur ab, wobei die optimale Temperatur für maximale Filtrationsrate zwischen 15 und 19°C liegt. Höhere Futterqualität geht mit einer signifikanten Reduktion der Filtrationsraten einher, was darauf hindeutet, dass FPM bei hoher Futterqualität Energie einsparen können, indem sie die gleiche Menge an hochwertigem Futter mit weniger filtriertem Wasser aufnehmen. Hinsichtlich der Filtrationseffizienz können FPM bis zu 94,7% der Partikel (Größenbereich 2-60 µm) aus dem Wasser filtern.

Eine grobe Schätzung zeigt, dass heute weniger als 0,1% des durchschnittlichen Sommerabflusses von der gegenwärtigen FPM-Population gefiltert wird, verglichen mit einem geschätzten Bereich von 7-90% vor über 200 Jahren, wobei die Unsicherheit auf die spärliche Datengrundlage zur Populationsdichte um 1800 zurückzuführen ist. Dennoch verdeutlichen diese Ergebnisse das hohe Filtrationspotenzial dieser Art und geben Einblicke in die verlorene Filtrationskapazität in den Gewässern des sächsischen Vogtlandes in den letzten 200 Jahren.

Dr. Meike Koester¹; Prof. Dr. Jürgen Geist²; Prof. Dr. Ralph Kühn³

¹ Universität Koblenz / Universität Kassel; ² Technische Universität München, Lehrstuhl für Aquatische Systembiologie; ³ Technische Universität München, AG Molekulare Zoologie, Lehrstuhl für Zoologie

Session: S11 (Vortrag)

Montag 15:00, POT_151

Süßwassermuscheln erbringen wichtige Ökosystemdienstleistungen, zählen weltweit aber zu den am stärksten bedrohten Arten. Insbesondere die Bestände der ursprünglich in Europa weit verbreiteten Bachmuschel (Unio crassus, UC) sind so drastisch zurückgegangen, dass die Art in einigen Europäischen Ländern als stark gefährdet und in Deutschland als vom Aussterben bedroht eingestuft wird. Daher werden zunehmend Erhaltungsprogramme für UC durchgeführt, die auch Zuchtmaßnahmen beinhalten.

Bisherige UC-Zuchtprogramme verwenden häufig nur eine Wirtsfischart, meist die Elritze, aber Studien zeigen deutliche Unterschiede in der Eignung einzelner Wirtsfischarten bzgl. u.a. Transformationserfolg. Auch gibt es Hinweise, dass sich die Eignung einer Fischart als Wirt für genetisch differenzierte UC-Populationen deutlich unterscheiden kann. Dies könnte bei einer Zucht mit nur einer Wirtsfischart zu einem Verlust genetischer Diversität führen, da nur diejenigen Genotypen vermehrt werden, für die die Fischart physiologisch als Wirt geeignet ist. Die Eignung unterschiedlicher Wirtsfische für verschiedene UC-Genotypen wurde bisher jedoch nicht untersucht.

Im Rahmen eines durch das BfN mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz finanzierten Projektes wurde die Eignung von 4 potentiellen Wirtsfischarten für die Zucht von UC, unter Erhaltung ihrer genetischen Diversität im Projektgebiet Nister, in einem Experiment getestet. Dazu wurden zunächst potenzielle Elterntiere genotypisiert. Verschiedene Wirtsfischarten wurden dann hinsichtlich Metamorphose-Rate und Entwicklungsdauer der Jungmuscheln bewertet. Anschließende genetische Analysen der Jungmuscheln dienten dann der Ermittlung von Inzucht- und Drifteffekten in Abhängigkeit des Aufzuchtverfahrens.

Die Ergebnisse zeigten, dass prinzipiell alle 4 getesteten Fischarten geeignete Wirte für UC der Nister sind und die Wirtsfischart keinen Einfluss auf die genetische Diversität der nachgezüchteten Jungmuscheln hatte. Aufgrund der großen Anzahl gewonnener Jungmuscheln erwiesen sich Döbel und Elritze als die am besten geeigneten Wirtsfischarten für die nachhaltige Ergänzungszucht von UC der Nister. Eine leicht erhöhte Inzucht bei den nachgezüchteten Muscheln im Vergleich zur Ursprungspopulation zeigt, dass ein genetisch gestütztes Nachzuchtprogramm und ein möglichst jährlicher Wechsel der verwendeten Elterntiere entscheidend für die nachhaltige Erhaltung von UC-Populationen sind.

Karolin Eils¹; Maria Böhme¹; Dr. Sven Matern²; Robert Seeger²; Steffen Zahn²; Inga Willecke¹; Michael Zauft¹

¹ Stiftung NaturSchutzFonds Brandenburg; ² Institut für Binnenfischerei e.V. Potsdam-Sacrow

Session: S11 (Vortrag)

Montag 15:15, POT_151

Der Bestand der einst weit verbreiteten Bachmuschel (Unio crassus) nimmt immer stärker ab. In Deutschland und Brandenburg ist sie vom Aussterben bedroht und zählt in der EU als streng geschützte Art. Mit dem EU-Projekt “LIFE Bachmuschel” widmen sich die Stiftung Naturschutzfonds Brandenburg und ihre Partner, das Institut für Binnenfischerei e. V. Potsdam-Sacrow und das staatliche Museum für Naturkunde Stuttgart, dem Erhalt und der Wiederansiedlung der Bachmuschel sowie der Verbesserung ihrer Lebensräume in den Fließgewässern Brandenburgs.

Durch das Anlegen von Sandfängen im Gewässer und Planzungen von Hecken und Ufergehölzen werden Gefährdungsursachen reduziert. Mittels Einbringung von Kies und Totholz sollen geeignete Sohlstrukturen und Strömungsvielfalt wieder hergestellt und die Fließgewässer als Laich- und Lebensraum für die Bachmuscheln und ihre Wirtfische aufgewertet werden. Ebenso sind Verschlüsse von ungenutzten Entwässerungsgräben und die Rückverlegung der Gewässer in Altlaufstrukturen vorgesehen. Von den Renaturierungsmaßnahmen profitieren neben der Bachmuschel selbst auch ihre Wirtsfischarten, sowie weitere Tier- und Pflanzenarten. Mittels Informationsmaterialien und Beratungen sollen Nutzer und Eigentümer bezüglich der Belange der Bachmuschel sensibilisiert und eine muschelgerechte Gewässernutzung und -unterhaltung angestrebt werden.

Als Grundlage für die gezielten Bestandsstützungs- und Wiedersiedlungsmaßnahmen von Bachmuscheln im Projektzeitraum (2023-2032) wird ihre Genetik betrachtet. Durch künstliche Infestation von Wirtsfischen mit Glochidien ist vorgesehen Bestände zu vergrößern und die Bachmuschel in Gebieten, in denen sie ausgestorben ist, wieder anzusiedeln. Gezielte Wiederansiedlungs- und Besatzmaßnahmen von Fischen verbessern die Abundanzen der Wirtsfischpopulationen und somit die Reproduktionsmöglichkeiten von Unio crassus.

Cornelia Krause; Dr. Ira Richling

Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart

Session: S11 (Vortrag)

Montag 15:30, POT_151

Die früher häufige und in fast allen Fließgewässern anzutreffende Bachmuschel (Unio crassus-Komplex, Unionidae) zählt mittlerweile zu den am stärksten gefährdeten Süßwassermollusken Mitteleuropas und musste in den letzten Jahrzehnten dramatische Bestandsverluste hinnehmen. Derzeit sind in Deutschland nur noch mehr oder weniger vereinzelte Restvorkommen eines ehemals zusammenhängenden Verbreitungsgebiets vorhanden mit Schwerpunkten im Nordosten und Süden. Trotz höchstem Schutzstatus gilt für die Bachmuschel weiterhin nach FFH-Kriterien eine schlechte Gesamtbewertung mit schlechten Zukunftsaussichten, verursacht beispielsweise durch mangelnde Habitatqualität, Habitatzerstörung, Trockenfallen der Gewässer in Folge des Klimawandels, fehlende Wirtsfische oder Fraß durch invasive Neozoen.

Um die verbleibenden Populationen der Bachmuschel in Brandenburg zu erhalten und langfristig wieder zu vergrößern, sollen im Rahmen des EU-Projekts „LIFE Bachmuschel“ der Stiftung Naturschutzfonds Brandenburg geeignete Lebensräume für die Bachmuschel und ihre Wirtsfische geschaffen werden sowie Wiederansiedlungen und Populationsstützungen stattfinden. Dabei ist die Kenntnis der genetischen Vielfalt der jeweiligen Organismen von entscheidender Bedeutung. Trotz intensiver Forschung sind grundlegende Fragen zur genetischen Populationsstruktur der Bachmuschel nicht vollständig geklärt: Wie unterscheiden sich einzelne Populationen und Flusssysteme genetisch voneinander? Weisen die Restpopulationen eine hohe genetische Vielfalt auf oder sind sie genetisch verarmt? Stehen die verbliebenen Populationen untereinander im Austausch oder handelt es sich um isolierte Vorkommen?

Im Rahmen von „LIFE Bachmuschel“ untersuchen wir daher die genetische Diversität und Differenzierung der norddeutschen Unio crassus-Populationen anhand von Next Generation Sequencing (NGS). Die angewandte RADseq-Methode in Kombination mit klassischem COI-Barcoding ermöglicht die genetische Charakterisierung der Muscheln auf unterschiedlichen Ebenen vom Individuum über einzelne Populationen, Metapopulationen bis hin zu Gewässereinzugsgebieten. Die vorgestellten Daten zur genetischen Konstitution der norddeutschen Populationen werden mit Ergebnissen für die südwestdeutschen Vorkommen (neuerdings als Unio nanus abgetrennt) verglichen, um so ein deutschlandweites Bild zu zeichnen. Letztere Untersuchungen wurden durch die Stiftung Naturschutzfonds Baden-Württemberg und die Fischereiabgabe des Bundeslandes gefördert.

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