Dipl. Biol. Marie Rita König-Rinke

Bildung funktioneller Typgruppen des Phytoplanktons: Integration von Modell-, Freiland - und Laborarbeiten

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Kurzfassung in Deutsch

Phytoplankter sind die bedeutendsten Primärproduzenten in aquatischen Ökosystemen und leisten ca. 45 % der globalen Primärproduktion. Sie weisen eine hohe taxonomische Diversität mit vielfältigen morphologischen und physiologischen Eigenschaften auf. Funktionelle Eigenschaften, die das licht-, temperatur- und nährstoffabhängige Wachstum sowie Verlustgrößen (Fraß, Sedimentation) beschreiben, sind eine Möglichkeit Phytoplankter zu klassifizieren. Diese Einteilung gewinnt für das Verständnis und die Modellierung der Phytoplanktonsukzession (z.B. in Wassergütemodellen) immer mehr an Bedeutung, da nicht taxonomische, sondern funktionelle Eigenschaften das Vorkommen der Phytoplankter im Gewässer bestimmen. Das Wassergütemodell SALMO ist ein mechanistisches, dynamisches, vertikales 1D-Modell, welches Nährstoffe, Sauerstoff, Detritus, 4 funktionelle Phytoplanktontypen und eine Zooplanktonmischgruppe simuliert. Bei der Modellanwendung wurde ersichtlich, dass die vorhandenen funktionellen Typgruppen teilweise nicht ausreichen, um die funktionelle Diversität der realen Phytoplanktongemeinschaften adäquat widerzuspiegeln. Deshalb wird eine Erweiterung der funktionellen Typgruppen in SALMO angestrebt. Eine empirische Freilanddatenanalyse an zwei morphologisch und trophisch verschiedenen Talsperren ergab insgesamt 10 funktionelle Phytoplanktontypen (Typgruppen 1, 2 und 4 bereits in SALMO vorhanden). Die bestehenden funktionellen Eigenschaften wurden erweitert und teilweise verändert (insgesamt 10 funktionelle Eigenschaften). Die neue funktionelle Typgruppe 6 (unbewegliche, koloniale, gelatinöse Chlorophyceen) wurde in lichtabhängigen Wachstumsversuchen und Fraßversuchen mit Daphnia galeata × hyalina genauer untersucht. Als stellvertretende Art für diese Typgruppe wurde Sphaerocystis schroeteri gewählt. Die Wachstumsversuche bei 20 °C kennzeichneten Sphaerocystis als Starklichtart mit einer relativ hohen Wachstumsrate (Iopt = 250 µmol m-2 s-1; µmax = 0.96 d-1; 12:12 h Hell-Dunkelzyklus). Eigene Nährmediumsversuche wiesen auf eine Abhängigkeit von freiem CO2 hin. Dies bietet eine Erklärung für ihr häufiges Auftreten in oligo- bis mesotrophen Gewässern. Bei Anwesenheit von Daphnia konnte nach 96 h Versuchsdauer eine signifikante Erhöhung der Koloniegröße (Anteil nicht fressbarer Kolonien 3-74 %), im Vergleich zur Kontrolle (Anteil nicht fressbarer Kolonien 0-5 %), festgestellt werden. Dies stellt einen effektiven Fraßschutz gegen größenselektiv filtrierendes Zooplankton wie z.B. Daphnia dar und kann bei hohem Fraßdruck zur Dominanz der Typgruppe führen (z.B. Klarwasserphase in eutrophen Gewässern). Der Effekt war nicht durch Infochemikalien induzierbar. Aus Literaturdaten wurde eine relativ hohes Topt von 27 °C, eine nur mäßige Konkurrentstärke um Phosphor (mittlerer KP-Wert) sowie eine Brutto-Sinkgeschwindigkeit von 1.5 m d-1 entnommen werden.

Kurzfassung in Englisch

Phytoplankter are the most important primary producer in aquatic ecosystems and contribute about 45 % to global primary production. Phytoplankton communities usually show an enormous taxonomical diversity. However, besides taxonomical diversity, a phytoplankton can also be characterised by its functional diversity by means of functional traits like resource-dependent growth characteristics (e.g. KI-, KP-, KN-values) or sensitivity to zooplankton grazing and sedimentation. Since functional, and not taxonomic, traits drive the phytoplankton succession, a functional classification of phytoplankton is recognised to be increasingly important for the ecological understanding and modelling of plankton succession (e.g. in water quality models). The mechanistic, dynamic, vertical 1D water quality model SALMO simulates the dynamics of nutrient concentrations (P, N), oxygen, detritus, 4 functional phytoplankton types and 1 mixed zooplankton group. Different model applications showed that the number of phytoplankton types in SALMO was sometimes not sufficient for accounting for the observed functional diversity in phytoplankton communities. Therefore, the aim of this thesis is to extend the functional diversity of phytoplankton types in SALMO. After careful evaluation of empirical data from two reservoirs with different morphology and trophic state 10 functional phytoplankton types are proposed (types 1, 2 and 4 remained unchanged). Existing functional traits in SALMO were extended and partly changed (in total 10 functional traits). For the new functional phytoplankton type 6 (non motile, colonial gelatinous green algae) light-dependent growth rates were measured and grazing experiments with Daphnia galeata × hyalina were carried out in the laboratory. For these experiments, Sphaerocystis schroeteri was chosen as representative species for this group. It is characterised by high light demand and relative high growth rates at 20 °C (µmax = 0.96 d-1, Iopt = 250 µmol m-2 s-1, 12:12 h light-dark cycle). Their growth depends on the availability of free CO2. This explains the common occurrence in oligo-mesotrophic water bodies. The range of the colony sizes of Sphaerocystis increased in the presence of Daphnia significantly (portion of inedible colonies 3-74 %) in contrast to the control (portion of inedible colonies 0-5 %). This was induced by direct size-selective grazing and not by infochemicals. Thus, Sphaerocystis has evolved an effective defence mechanism against size-selective filter-feeding zooplankton and is competitive superior at high zooplankton grazing pressure (e.g. clear water stage in eutrophic waters). The lack of experimentally derived parameters for temperature- and phosphorus-depending growth (Tmin, Topt, KP-value) as well as gross sinking velocity was complemented with literature data. The alga is only moderately competitive for phosphorus and exhibits relatively high minimal and optimal growth temperatures (Tmin = 7 °C, Topt = 27 °C). Since type 6 consists of large, non motile species, gross sinking velocity was estimated to be about 1.5 m d-1.

weitere Metadaten

übersetzter Titel
(Englisch)
Defining functional types of phytoplankton: integration of model-, field - and laboratory work
Schlagwörter
(Deutsch)
Phytoplankton, funktionelle Typgruppen, koloniale gelatinöse Grünalgen, Zooplankton
Schlagwörter
(Englisch)
functional types, phytoplankton, zooplankton, colonial gelatinous green algae
DDC Klassifikation570
RVK KlassifikationWI 4470, WI 4760
Institution(en) 
InstitutionTechnische Universität Dresden
AbteilungHydrowissenschaften
BetreuerProf. Dr. Jürgen Benndorf
GutachterProf. Dr. Jürgen Benndorf
Prof. Dr. Rainer Koschel
Prof. Dr. Sebastian Diehl
DokumententypDissertation
SpracheDeutsch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)15.07.2007
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung10.03.2008
Veröffentlichungsdatum (online)20.05.2008
persistente URNurn:nbn:de:bsz:14-ds-1211298138751-31206

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