Integration von biofilmassoziierten Konsumenten in das Gewässergütemodell QSim der Bundesanstalt für Gewässerkunde für den Rhein

Stipendiatin/Stipendiat: Marcel Kathol

Der Rhein zählt zu den größten Flüssen Mitteleuropas und ist für den Menschen von großer Bedeutung, z.B. als Trinkwasserreservoir und Bundesschifffahrtsstraße. Ein wichtiges Instrument für die Überwachung und Vorhersage der Wasserqualität des Rheins ist das Gewässergütemodell QSim der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG). Dies beinhaltet neben abiotischen Größen vor allem für das Stoffumsatzgeschehen wichtige planktische Organismengruppen (besonders Bakterien, Algen und Protozoen), sowie benthische Muscheln, die Teile der planktischen Produktion konsumieren. Neue Forschungen haben gezeigt, dass jedoch auch kleine (< 1mm), am Hartsubstrat assoziierte Organismen (vor allem einzellige Wimperntierchen (Ciliaten) und vielzellige Rädertierchen (Rotatorien)) einen großen Teil der planktischen Produktion in Flüssen konsumieren und somit einen entscheidenden Beitrag im Stoffumsatzgeschehen (Link zwischen pelagisch-benthischer Kopplung) leisten. Ziel des vorliegenden Projektes ist es diese neue Erkenntnis aus der Grundlagenforschung in die Angewandte Forschung einfließen zu lassen. Speziell soll ein Modul zur Berücksichtigung von biofilmassoziierten Konsumenten (Wimperntierchen und Rädertierchen) in das QSim eingearbeitet werden, um so eine präzisere Simulation von Gewässergüteparametern zu gewährleisten. Dies soll in drei Schritten erfolgen: (1) Erfassung der Biofilmstruktur im Rhein in der zeitlichen (über einen Jahresgang) sowie räumlichen (kleinräumig im Flussquerschnitt, sowie großräumig entlang der Fließstrecke) Dynamik. (2) Messung von Fressraten der biofilmassoziierten Konsumenten auf das Picoplankton (Bakterien) und Nanoplankton (Algen und Protozoen). (3) Erarbeitung eines Biofilmmoduls für das Gewässergütemodell QSim anhand der gewonnenen Daten. Als Kooperation zwischen der Universität zu Köln und der BfG (in Personen: Helmut Fischer und Volker Kirchesch) steht eine optimale Infrastruktur für die Durchführung des Projektes bereit. So sollen an der Ökologischen Rheinstation der Universität zu Köln (siehe Foto) die Experimente und Langzeituntersuchungen stattfinden, während die BfG z.B. Zugang zu ihrem Routinebeprobungsprogramm gewährleistet. Das am Beispiel des Rheins erarbeitet Biofilmmodul wird vermutlich von genereller Bedeutung für die Beurteilung des Stoffumsatzgeschehen in großen Fließgewässern sein.Die Quantifizierung der Gemeinschaftsgrazingraten erfolgte in von uns weiterentwickelten Fliesszellensystemen, die im Bypasssystem zum natürlichen Fliessgewässer stehen. Diese Methode ermöglicht es, Biofilmgemeinschaften, die auf natürlichem Substrat (hier: Basalt) im Hauptstrom des Rheins gewachsen sind, in die Fliesszellen zu überführen und dort den direkten Einfluss auf planktische Organismen (hier: Bakterien, Algen, heterotrophe Flagellaten) zu quantifizieren.Erste Ergebnisse zeigen, dass die biofilmassoziierten Konsumenten einen hohen Fraßdruck sowohl auf das Picoplankton (Bakterien) als auch auf das Nanoplankton (Algen, heterotrophe Flagellaten) ausüben können. Die Höhe der Verlustraten ist zum einem stark an die Gesamtabundanz der Konsumenten gekoppelt und zum anderen abhängig von der taxonomischen Struktur der Biofilme. Beides unterliegt einer hohen jahreszeitlichen Dynamik. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass biofilmassoziierte benthische Konsumenten einen starken Einfluss auf planktische Organismen ausüben können und somit neben der benthischen Makrofauna als wichtiges Bindeglied zwischen dem planktischen und benthischen Nahrungsnetz betrachtet werden müssen.

Förderzeitraum:
01.02.2007 - 31.01.2010

Institut:
Universität zu Köln
Zoologisches Institut
Allgemeine Ökologie und Limnologie

Betreuer:
Prof. Dr. Hartmut Arndt

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Erarbeitung eines Biofilmmoduls für das BfG-Gewässergütemodell QSim
Erarbeitung eines Biofilmmoduls für das BfG-Gewässergütemodell QSim