Bergfeld, Tanja

German

Kölner UniversitätsPublikationsServer

Tanja Bergfeld: Dynamics of microbial food web components in three large rivers (Rhine, Moseland Saar) with the main focus on heterotrophic nanoflagellates. 2002Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Regulationsmechanismen des mikrobiellenNahrungsnetzes und insbesondere mit der Bedeutung heterotropher Nanoflagellaten (HNF) inFließgewässern. Dabei waren die Interaktionen zwischen Ressourcenverfügbarkeit (bottom-up) undPrädation (top-down) für das mikrobielle Nahrungsnetz in diesen offenen Systemen von besonderem Interesse.Die Ergebnisse einer über zwei Jahre durchgeführten Untersuchung der verschiedenen Komponentendes Planktons in den drei Flüssen Rhein, Mosel und Saar ergab einen positiven Zusammenhangzwischen der mittleren Phyto- und Zooplanktonbiomasse. Gleichzeitig hatte eine höhere Dichtebenthischer Filtrierer eine Abnahme aller untersuchten planktischen Gruppen im jeweiligen Fluss zurFolge. Das Zooplankton von Rhein und Mosel wurde von HNF dominiert. In der Saar hingegen hattenHNF einen geringeren Anteil an der Zooplanktonbimasse, dafür nahmen die Ciliaten und Metazoen anBedeutung zu. Die Saar zeichnet sich durch geringe Fließgeschwindigkeiten (Aufstau durch Wehre)und gleichzeitig erhöhte Nährstoffkonzentrationen aus. Der positive Zusammenhang zwischen einerhöheren Algenbiomasse und höheren Zooplanktonbiomassen wurde durch den Vergleich mitErgebnissen aus den großen Flüssen Elbe, Loire und Maas bestätigt. Das Fehlen des Fraßdrucks durchbenthische Filtrierer ermöglichte die Ausbildung einer deutlich höheren Biomasse des mikrobiellenwie auch des gesamten planktischen Nahrungsnetzes in diesen Flüssen.Da sich der Transport flussabwärts auf das mikrobielle Nahrungsnetz in Flüssen auswirkt, wurde derRhein über eine Strecke von 850 km untersucht. Frühere Untersuchungen zu diesem Thema haben sichmeistens auf eine einzelne Probestelle im Fluss beschränkt. Im oberen Rheinabschnitt von Weil bisKarlsruhe sank die Biomasse aller planktischen Gruppen, im wesentlichen durch Ressourcenmangelverursacht. Im freifließenden Abschnitt von Karlsruhe bis zur niederländischen Grenze war imFrühjahr 2000 eine deutliche Zunahme der Algengehalte flussabwärts zu beobachten, während sowohlfür HNF als auch für Ciliaten im Winter und Frühjahr unabhängig von ihrer Lage höhere Biomassengemessen wurden. In diesem Abschnitt des Rheins hatten die Nebenflüsse einen deutlichen Einflussauf alle taxonomischen Gruppen des mikrobiellen Nahrungsnetzes im Rhein.Um die HNF-Dynamik flussabwärts des Rheins detaillierter zu untersuchen, wurden zwei Module fürBakterien und HNF für das bereits bestehende Gewässergütemodell QSim der Bundesanstalt fürGewässerkunde entwickelt. Die Modellergebnisse zeigten die geringe Bedeutung von autochthon imRhein gebildetem Substrat durch abgestorbene Algenbiomasse im Vergleich zu dem allochthon in denRhein eingetragenen Substrat. Autochthon gebildeter Kohlenstoff hatte damit nur einen geringenEinfluss auf das modellierte Bakterienwachstum wie auch auf die HNF-Dynamik. Die HNF-Grazingrate war von Mitte März bis Mitte Juli 2000 größer als die bakterielle Produktion. DieModellergebnisse zeigten deutliche HNF-Verluste durch benthische Filtrierer im Spätsommer undHerbst. Nichtsdestotrotz waren HNF im Rhein während der meisten Zeit des Jahres 2000 aufgrund dergeringen Bakteriengröße ressourcenlimitiert. The subject of the present study is the microbial food web in rivers, especially the role of theheterotrophic nanoflagellates (HNF). Key factors regulating the microbial food web in open riverineecosystems were analysed based upon the concept of resource availability (bottom-up) and predation (top-down).A two-year study of the planktonic food web components of the Rivers Rhine, Mosel and Saar showeda positive correlation between mean zooplankton and algal biomass. Furthermore, a higher density ofbenthic filter feeders caused a decrease in all investigated plankton groups within the respective riverecosystems. The zooplankton of the Rhine and Mosel was dominated by HNF. In contrast, in the Saar,the river with the lowest flow velocity (due to river reconstruction) and greatly increased nutrientconcentrations, HNF were less important and a shift to ciliates and metazoans had occurred. Thisoverall correlation between autotrophic biomass levels and related food web structures was confirmedby comparison with studies from the large rivers Elbe, Loire and Meuse. Coincidingly, the absence ofbenthic filter feeder grazing in these rivers resulted in a distinctively higher biomass of both themicrobial and the whole planktonic food webs therein.Positing transport as the dominant influence on the riverine microbial food web, the Rhine wasinvestigated along an 850 km stretch throughout the year 2000, unlike earlier studies employing only asingle sampling site. In the upper canalized reaches of the Rhine, from Weil to Karlsruhe, the biomassof all plankton groups declined, partly due to resource control. In the free flowing stretch fromKarlsruhe to the Dutch border, tributary input was the greatest contributor to phytoplankton andmicrobial food web component levels, with autochthonous growth having little impact. Only in springdid phytoplankton biomass increase downstream, while for HNF and ciliates a higher biomass levelwas measured in both spring and winter.To further investigate HNF dynamics along the Rhine, a bacteria and HNF submodel was integratedinto the extant QSim water quality model of the German Federal Institute of Hydrology. The amountof autochthonous carbon resulting from algal detritus (occurring mostly in spring) was low incomparison to allochthonous carbon input into the Rhine, and had no distinct impact on eithermodelled bacterial growth or HNF dynamics. The HNF grazing rate was higher than bacterialproduction from mid March until mid July. According to the model, HNF levels were clearlyinfluenced by benthic filter feeder grazing during late summer. However, for most of the year thebottom up limitation due to the small size of the bacteria was the most influential factor on HNFdynamics in the River Rhine in 2000. 

Dynamics of microbial food web components in three large rivers (Rhine, Mosel and Saar) with the main focus on heterotrophic nanoflagellates

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