Top-down and bottom-up control of benthic grazers as key species in stream biomanipulation
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projekts wurden die Interaktionen zwischen Weidegängern und Periphyton in zwei kleinen Fließgewässern untersucht. Es sollte die Hypothese geprüft werden, dass herbivore Eintagsfliegenlarven im Nahrungsnetz kleiner Fließgewässer Schlüsselarten sind und ihre Leistung (Konsumtion des Biofilms) als ökotechnologisches Werkzeug zur Eutrophierungssteuerung eingesetzt werden kann. Einen zentralen Teil dieses Projektes bildete ein großskaliges Freilandexperiment in einem paarweisen vorher-nachher Design, bei dem die Grazer durch benthivore Fische bzw. deren Abwesenheit gesteuert wurden. Zusätzlich wurden Nahrungswahl und Nahrungsaufnahmeraten verschiedener Grazer im Freiland analysiert. Letztendlich wurden die Abhängigkeit des Periphytonwachstums und der Grazingrate von verschiedenen Umweltfaktoren in Laborexperimenten quantifiziert um die Saisonalität dieser Raten mittels eines Modells darstellen zu können. In dieser Studie konnte das Auftreten einer trophischen Kaskade Fisch - benthische Grazer – Periphyton mit indirekten positiven Effekten der Fische auf das Periphyton nachgewiesen werden. In Fließgewässern ist der Nachweis dieser trophischen Kaskade unter natürlichen Bedingungen unseres Wissens bisher nur einmal erbracht worden und stellt damit das wichtigste Ergebnis dieser Studie dar. Ein Einsatz der Nahrungskettenmanipulation zur Steuerung von Eutrophierungserscheinungen (Biomanipulation) scheint trotz der hier festgestellten Effekte in voll beschatteten Fließgewässern nicht Erfolg versprechend. Grund dafür sind ist die Asymmetrie der im natürlichen Ökosystem ablaufenden Prozesse. Die Wachstumsrate des Periphytons schwankt saisonal sehr stark und zeigt ein Maximum im zeitigen Frühjahr. Die Biomasse der Grazer ist im Gegensatz dazu relativ stabil. Eine Steigerung der Grazerbiomasse in einer Größenordnung, die eine Reduktion der Frühjahrsmaxima des Periphytons erlaubt durch Biomanipulaton scheint nicht möglich, da die Biomasse der benthischen Gazer durch die geringen Periphytonbiomassen im Sommer limitiert werden. Eine kurzfristige Erhöhung der Grazerbiomasse bei steigendem Nahrungsangebot, ähnlich wie in Standgewässern bei Daphnien beobachtet, ist in Fließgewässerökosystemen nicht möglich. Benthische Grazer sind meist merolimnische Insekten, die sich nur einmal im Jahr reproduzieren und einen Teil des Jahres terrestrisch leben. Im Gegensatz dazu kann die Anwendung der Biomanipulation in unbeschatteten Fließgewässern empfohlen werden. Aufgrund der hier dargestellten Ergebnisse kann angenommen werden, dass das Fehlen der Beschattung zu einer deutlichen Reduktion der saisonalen Schwankungen des Periphytonwachstums führt und damit bei Steuerung des Fischbestandes dauerhaft hohe Grazerbiomassen ermöglicht, die einen großen Teil der Periphytonproduktion nutzen.
Publications
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(2008). Benthic grazing – a tool for eutrophication control in running waters? Universität Münster, Institut für Evolution und Biodiversität
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(2008). Moderate versus massive fish predation – Effects on benthic communities. Annual Meeting of the North American Benthological Society in Salt Lake City
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(2009). Finding appropriate reference sites in large scale field experiments. Aquatic Ecology 43:169–179
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(2009). Prädation in Fließgewässern – ein Ökosystemexperiment. DGL Jahrestagung in Oldenburg
Winkelmann, C., Hellmann, C., Worischka, S., Koop, J.H.E & Benndorf, J.
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(2010). Prädation in Fließgewässern – ein Ökosystemexperiment. Jahrestagung der DGL 2009, Hardegsen
Winkelmann C, Hellmann C, Worischka S, Koop JHE and Benndorf J
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(2011). Extended larval development compensates for sublethal leffects of fish predation in a mayfly population (Rhithrogena semicolorata, Ephemeroptera). Limnologica: 41: 256-265
Hellmann, C.; Winkelmann, C.; Worischka, S.; Benndorf, J.
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(2011). Fish predation affects the structure of a benthic community. Freshwater Biology 56, 1030–1046
Winkelmann, C.; Hellmann, C.; Worischka, S.; Petzoldt, T.; Benndorf, J.
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(2011). Impact of Fish Predation on Community Structure in a Natural Benthic Community. Annual Meeting of the North American Benthological Society in Providence
Winkelmann, C., Worischka, S., Hellmann, C. & Benndorf, J.
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(2011). Impact of fish predation on the behaviour of invertebrates and the structure of a natural benthic community. Meeting of the European Society of Freshwater Science in Barcelona
Hellmann, C., Winkelmann, C., Worischka, S. & Benndorf, J.
