Kurzzeitdynamik des Sediment-Phytoplankton-Nährstofftransports in Flachgewässern

• Antragsteller: Dr. Tallent Dadi; Professor Dr. Hendrik Schubert, seit 1/2021
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456675148

Algenblüten stellen eines der Hauptprobleme für die Wasserqualität vieler Seen und Küstengewässer dar. Trotz der Reduzierung externer Nährstoffeinträge treten sie wiederholt auf. Der Hauptgrund dafür wird in der pulsartigen Freisetzung von Nährstoffen, die in den Sedimenten der betroffenen Gewässer angereichert sind, gesehen. Daten zur Kinetik solcher Nährstoffpulse (Ursachen, Mengen) liegen aber kaum vor und die unmittelbaren Effekte auf das Phytoplankton sind bislang unerforscht. Das liegt vor allem daran, dass Methoden für zeitlich hochauflösende in-situ-Messungen erst in den vergangenen Jahren in größerem Umfang verfügbar wurden. Ihr Einsatz ist sehr arbeitsaufwändig und nur in begrenztem Zeitrahmen realisierbar. Dennoch gibt es in der Fachliteratur zahlreiche Beispiele für pulsartige Nährstofffreisetzungen (NSF), die im Rahmen von Monitoringprogrammen dokumentiert wurden. Dabei handelt es sich meist um sprunghafte Erhöhungen von Nährstoffkonzentration nach plötzlicher Änderung der Redox-Bedingungen in Folge von Sauerstoffmangel. Es ist zu erwarten, dass solche pulsartigen NSF-Ereignisse im Zuge des Klimawandels häufiger auftreten werden, da die Schichtung von Gewässern unter höheren Temperaturen länger anhalten und damit das Risiko für das Auftreten von Sauerstoffmangel ansteigen wird. Die Auswirkungen von NSF auf das Phytoplankton sind sehr wahrscheinlich erheblich, weil sein Wachstum in den Sommermonaten oft durch Nährstoffmangel (N, P, Fe) begrenzt ist. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist es, Kurzeiteffekte auf das Phytoplankton (Artenzusammensetzung und physiologische Reaktionen, inklusive Art-spezifischer Reaktionen) unter in-situ-Bedingungen zu analysieren und daraus allgemeingültige Konzepte bezüglich der Trigger- und der Responsevariablen abzuleiten. Die Messungen werden in einem flachen Süß- und einem flachen Brackwassersystem mit einer Kombination aus neuartigen, hochauflösenden nasschemischen Sensoren (P), UV-Sensoren (C, N) und Methoden zur Charakterisierung der Phytoplanktonphysiologie (in-situ-Flow Cytometry, Gasaustauschmessungen und verschiedene Pulse-Amplitude-Modulated [PAM]-Fluorometer) durchgeführt. Im Mittelpunkt stehen die Verifizierung der Ursachen sowie die Quantifizierung der kinetischen Parameter (Dauer und Amplitude) von pulsartigen NSF in Kombination mit der quantitativen Erfassung der Auswirkungen auf Phytoplanktonentwicklung und -zusammensetzung. Parallel zu den Feldarbeiten sind Mesokosmos- und Laborexperimente vorgesehen, um unter kontrollierten Bedingungen die Kausalität der Freilandbeobachtungen zu überprüfen. Durch die Arbeiten des Projekts, vor allem die zeitlich hochaufgelösten Erfassungen von Freisetzungskinetik und Phytoplanktonreaktion, werden wegweisende Erkenntnisse erwartet, die insbesondere für Experten im Bereich Wasserqualitätsmangement von fundamentalem Interesse sein werden. Es ist daher vorgesehen, die Ergebnisse auf frei zugänglichen Wissenschaftsdaten-Plattformen zur Verfügung zu stellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Karsten Rinke
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Anna-Marie Klamt, Ph.D., bis 1/2021