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Abrupte Veränderungen von Süßwasserökosystemen unter Einwirkung von multiplen Stressoren wie steigenden Temperaturen, Nährstoffen und Pestiziden

Flache Süßwasser-Lebensräume bieten wichtige Ökosystem-Funktionen, sind aber von multiplen Stressoren bedroht. Während die Reaktion auf den globalen Klimawandel wahrscheinlich eher graduell ist, sind abrupte Veränderungen möglich, wenn kritische Schwellenwerte durch zusätzliche Effekte lokaler Stressoren überschritten werden. Die Analyse dieser Effekte ist komplex, da Stressoren additiv, synergistisch oder antagonistisch wirken können. CLIMSHIFT zielt auf ein mechanistisches Verständnis von Stressor-Interaktionen, die auf flache aquatische Ökosysteme wirken. Diese sind aufgrund ihrer hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisse, der großen Ufer-Grenzfläche und der Grundwasser-Konnektivität besonders anfällig für Klimaerwärmung und Stoffeinträge aus landwirtschaftlichen Einzugsgebieten. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Primärproduzenten sowie assoziierten Konsumenten führen zum Auftreten stabiler Regime, und multiple Stressoren können nichtlineare Übergänge zwischen diesen Regimen auslösen, mit weitreichenden Folgen für entscheidende Ökosystemprozesse und -funktionen. Unsere Haupthypothese ist, dass erhöhte Temperaturen die negativen Auswirkungen der landwirtschaftlichen Stoffeinträge, die Nitrat, organische Pestizide und Kupfer enthalten, verstärken. Submerse Makrophyten, Periphyton und Phytoplankton als Primärproduzenten werden kombiniert mit Schnecken, die Periphyton und Pflanzen fressen, sowie benthischen und pelagischen Phytoplankton-Filtriern, Dreissena und Daphnien. Wir testen unterschiedliche Expositionsszenarien auf zwei räumlichen Skalen, Mikrokosmen im Labor und Mesokosmen im Freiland, um Effekte auf individueller, gemeinschaftlicher und ökosystemarer Ebene zu verstehen. Während des gesamten Projekts werden die Experimente durch Modellierungen ergänzt, um kritische Schwellwerte zu simulieren und Stress-Interaktionen vorherzusagen. Die Modellentwicklung wird in Zusammenarbeit mit allen Arbeitspaketen durchgeführt, um empirische Ergebnisse zu integrieren, unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen zu verknüpfen und Ergebnisse zu extrapolieren. Wir erwarten, dass kombinierte Stressoren zu plötzlichen Verschiebungen der Gemeinschaftsstruktur führen. Submerse Makrophyten werden voraussichtlich durch Phytoplankton oder benthische Algen ersetzt, mit Konsequenzen für wichtige Ökosystemfunktionen. Die Stärke unseres Antrages liegt darin, dass ökotoxikologische Stressindikatoren der Organismen wie Wachstum und Biomarker mit funktionalen Gemeinschafts-/Ökosystemansätzen kombiniert werden, die den Metabolismus und die Dynamik des Ökosystems betrachten. Das kombinierte Know-how von 5 Laboren mit komplementärem Fachwissen und allen notwendigen Einrichtungen wird die spezifische Projektfähigkeit sicherstellen. Unsere Ergebnisse sollen dazu beitragen, safe operating spaces/sichere Handlungsräume für eine nachhaltige Landwirtschaft und das Management von flachen aquatischen Ökosystemen in einer sich verändernden Welt zu definieren.

Umweltprobenbank des Bundes (German Environmental Specimen Bank)

Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit ihren Bereichen Bank für Umweltproben und Bank für Humanproben ist eine Daueraufgabe des Bundes unter der Gesamtverantwortung des Bundesumweltministeriums sowie der administrativen und fachlichen Koordinierung des Umweltbundesamtes. Es werden für die Bank für Umweltproben regelmäßig Tier- und Pflanzenproben aus repräsentativen Ökosystemen (marin, limnisch und terrestrisch) Deutschlands und darüber hinaus für die Bank für Humanproben im Rahmen einer Echtzeitanalyse Blut-, Urin-, Speichel- und Haarproben studentischer Kollektive gewonnen. Vor ihrer Einlagerung werden die Proben auf eine Vielzahl an umweltrelevanten Stoffen und Verbindungen (z.B. Schwermetalle, CKW und PAH) analysiert. Der eigentliche Wert der Umweltprobenbank besteht jedoch in der Archivierung der Proben. Sie werden chemisch veränderungsfrei (über Flüssigstickstoff) gelagert und somit können auch rückblickend Stoffe untersucht werden, die zum Zeitpunkt ihrer Einwirkung noch nicht bekannt oder analysierbar waren oder für nicht bedeutsam gehalten wurden. Alle im Betrieb der Umweltprobenbank anfallenden Daten und Informationen werden mit einem Datenbankmanagementsystem verwaltet und aufbereitet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die biometrischen und analytischen Daten, das Schlüsselsystem der UPB, die Probenahmepläne, die Standardarbeitsanweisungen (SOP) zu Probenahme, Transport, Aufbereitung, Lagerung und Analytik und die Lagerbestandsdaten. Mit einem Geo-Informationssystem werden die Karten der Probenahmegebiete erstellt, mit denen perspektivisch eine Verknüpfung der analytischen Ergebnisse mit den biometrischen Daten sowie weiteren geoökologischen Daten (z.B. Daten der Flächennutzung, der Bodenökologie, der Klimatologie) erfolgen soll. Ausführliche Informationen und eine umfassende Datenrecherche sind unter www.umweltprobenbank.de abrufbar.

Fließgewässermessstelle Schwürbitz, Main

Die Messstelle Schwürbitz (Messstellen-Nr: 15169) befindet sich im Gewässer Main in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands, des chemischen Zustands, des Grundwasserstands in tieferen Grundwasserstockwerken.

Fließgewässermessstelle Poing, oh. Insel; Fkm 54,1, Alz

Die Messstelle Poing, oh. Insel; Fkm 54,1 (Messstellen-Nr: 12438) befindet sich im Gewässer Alz in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands, des chemischen Zustands.

Fließgewässermessstelle Dillingen Meßstation, Donau

Die Messstelle Dillingen Meßstation (Messstellen-Nr: 2389) befindet sich im Gewässer Donau in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands, des chemischen Zustands.

Fließgewässermessstelle SH Heubach km 122,4 Großheubach OW, zentr. MST, Main

Die Messstelle SH Heubach km 122,4 Großheubach OW, zentr. MST (Messstellen-Nr: 22114) befindet sich im Gewässer Main in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands, des chemischen Zustands.

Seemessstelle kleine Bucht am Westufer, zw. Fischer und Seebichl, Transekt 2, Abtsdorfer See

Die Messstelle kleine Bucht am Westufer, zw. Fischer und Seebichl, Transekt 2 (Messstellen-Nr: 31834) befindet sich im Gewässer Abtsdorfer See in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands.

Fließgewässermessstelle SH Schweinfurt, km 332,0, OW, Main

Die Messstelle SH Schweinfurt, km 332,0, OW (Messstellen-Nr: 19556) befindet sich im Gewässer Main in Bayern. Die Messstelle dient der Überwachung des biologischen Zustands, des chemischen Zustands.

Coregonus macrophthalmus Nüsslin, 1882 Gangfisch Süßwasserfische und Neunaugen Gefährdet

Der Gangfisch ist eine der Arten, für die eine besonders hohe nationale Verantwortlichkeit für die weltweite Erhaltung der Art vorliegt. Die Verantwortlichkeit ergibt sich durch den Anteil am Weltbestand (>1/3 und ≤3/4) und die Lage Deutschlands im Arealzentrum. Die Art wird weltweit als ungefährdet eingestuft. Der im Bodensee indigene Gangfisch ist dort häufig und kommt auch im Rhein bis in die Niederlande vor (Mehner et al. 2018, J. Freyhof, eigene Daten). In der letzten Roten Liste (Freyhof 2009) war lediglich der Bestand im Bodensee bekannt. Dieser wurde 2009 als stabil interpretiert, nachdem der Gangfisch in den 1970er und 1980er Jahren unter der Eutrophierung des Bodensees und den damit verbundenen Sauerstoffproblemen (Zintz et al. 2009) gelitten hatte. Nun wird für den Bestand wieder eine kurzfristig mäßige Abnahme eingeschätzt, so dass die Art insgesamt in die RL-Kategorie „Gefährdet“ eingestuft wird. Der Bestand reproduziert sich in großem Umfang selbst und wird zusätzlich durch künstliche Vermehrung für die Berufsfischerei auf einem hohen Niveau gehalten. Die Elterntiere der Besatztiere stammen aus dem See selbst. Die Abundanz der Jungtiere ist aber rückläufig. Durch den sinkenden Nährstoffgehalt steht weniger Futter zu Verfügung (Baer & Brinker 2022). Seit 2013 kommt mit der Invasion des im Bodensee früher nicht bodenständigen Dreistachligen Stichlings Gasterosteus aculeatus eine massive Nahrungskonkurrenz hinzu. Zudem fressen die Stichlinge auch die Coregonen-Larven und -Eier (Roch et al. 2018, Baer et al. 2021). Zusätzlich wirkt sich die Invasion der Quagga-Muschel Dreissena rostriformis negativ aus, möglicherweise durch Veränderungen des Nahrungsnetzes und durch Nahrungskonkurrenz (z.B. Karatayev et al. 2015). Neben stark rückläufigen Fangzahlen sind auch stark sinkende Stückgewichte belegt. Ähnliche Tendenzen werden für das Blaufelchen Coregonus wartmanni angenommen.

Umweltprobenbank Nr. 4310: Länge / Dreikantmuschel / Belauer See

Anzahl der Proben: 16 Gemessener Parameter: Probenart: Dreikantmuschel Invasive, weit verbreitete Muschelart in Flüssen und Seen mit guten Indikatoreigenschaften für Gewässerbelastungen Probenahmegebiet: Belauer See Einer von 6 Seen des Bornhöveder Seengebiets.

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