Hydrodynamische und biochemische Interaktionen von Cyanobakterienblüten mit der Luft-Wasser Grenzschicht in Seen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Oberflächenblüten von Cyanobakterien stellen eine Gefahr für die Umwelt und Gesundheit dar, da sie die Wasserqualität verschlechtern und giftige Stoffe produzieren. Ziel des Projektes war es, die physikalischen und biochemischen Prozesse zu untersuchen, die die Bildung, Persistenz und Auflösung dieser Blüten in Süßwasserökosystemen beeinflussen. Die im Rahmen des Projektes durchgeführten Laborversuche, Modellierungsstudien und Feldmessungen ermöglichten erhebliche Fortschritte. Die wichtigsten Ergebnisse umfassen: 1) Wind und Hydrodynamik: Laborversuche mit Fließrinnen zeigten, dass schwache Turbulenz die Blütenbildung fördert, indem sie Kolonien an der Luft-Wasser-Grenzfläche stabilisieren. Starke Turbulenz zerstreuen hingegen die Oberflächenblüte und verhindern die Aggregation. Es wurde gezeigt, dass Microcystis die Oberflächenspannung reduziert, wodurch die erneute Blütenbildung und deren Ausbreitung während windschwacher Perioden erleichtert wird. 2) Trait-basierte Modellierung: Ein gekoppeltes hydrodynamisches und trait-basiertes Phytoplanktonmodell zeigte, dass Turbulenz als selektiver Treiber fungieren kann und die photosynthetischen Eigenschaften von Cyanobakterienpopulationen beeinflusst. Eine hohe Diversität der photosynthetischen Kapazitäten innerhalb einer Population beschleunigte die Blütenbildung. Die Ergebnisse dokumentieren die große Bedeutung innerartlicher Variationen bei der Ausbildung und Persistenz von Blüten. 3) Temperaturanpassung: Simulationen zeigten, dass die thermische Vorgeschichte von Cyanobakterien deren Temperaturoptima verändert und das Auftreten psychrophiler Traits während Kaltwasserperioden fördert, während Sommerblüten unterdrückt werden. Dies widerspricht der bisherigen Annahme, dass Cyanobakterien von hohen Temperaturen profitieren. 4) Algenkolonien und Lichtintensität: Laborversuche verdeutlichten, dass die Lichtintensität die Morphologie von Algenkolonien, sowie deren Auftrieb beeinflusst. Kompaktere Kolonien blieben unter niedriger Lichtintensität länger an der Wasseroberfläche, während größere Kolonien unter hoher Lichtintensität eine geringere Auftriebskraft zeigten. 5) Feldprotokolle zur Überwachung: Ein neu entwickeltes und validiertes Protokoll auf Basis von Messungen mittels Laser-in-situ-Streuung ermöglicht gleichzeitige Messungen mehrerer Indikatoren für Algenblüten, darunter Biovolumen, Zelldichte und vertikale Verteilung. Diese Methode verbessert die Genauigkeit der Überwachung von Cyanobakterienblüten und ihrer Migrationsmuster. Die Zusammenarbeit mit einem chinesischen Forschungsteam ermöglichte die ergänzenden Feldmessungen im Dianchi-See und Laboranalysen zu den Lichteffekten auf Microcystis. Die gemeinsam erzielten Projektergebnisse, darunter vier begutachtete Veröffentlichungen und ein Manuskript, liefern neue Einblicke in die Dynamik der Blütenbildung und unterstützen Strategien zur Eindämmung schädlicher Cyanobakterienblüten in Süßwassersystemen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Effect of light-mediated variations of colony morphology on the buoyancy regulation of Microcystis colonies. Water Research, 235, 119839.
Xu, Gang; Zhang, Yanxue; Yang, Tiantian; Wu, Huaming; Lorke, Andreas; Pan, Min; Xiao, Bangding & Wu, Xingqiang
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Assessment of in-situ monitoring and tracking the vertical migration of cyanobacterial blooms using LISST-HAB. Water Research, 257, 121693.
Zhang, Yanxue; Yang, Tiantian; Zhang, Yan; Xu, Gang; Lorke, Andreas; Pan, Min; He, Feng; Li, Qingman; Xiao, Bangding & Wu, Xingqiang
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Dynamics of Microcystis surface scum formation under different wind conditions: the role of hydrodynamic processes at the air-water interface. Frontiers in Plant Science, 15.
Wu, Huaming; Wu, Xingqiang; Rovelli, Lorenzo & Lorke, Andreas
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Interactions of cyanobacterial blooms with physical processes in lakes. PhD thesis
Wu, H.
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Selection of photosynthetic traits by turbulent mixing governs formation of cyanobacterial blooms in shallow eutrophic lakes. The ISME Journal, 18(1).
Wu, Huaming; Wu, Xingqiang; Rovelli, Lorenzo & Lorke, Andreas
