Unbeachtete Dynamik des Gewässerbetts? Wirkung wandernder Sandrippel auf das mikrobielle Nahrungsnetz und den Metabolismus in Fließgewässern

Description: Ziel des Projektes ist es, die Bedeutung wandernder Sandrippel für das mikrobielle Nahrungsnetz, den Kohlenstofffluss und den Metabolismus in Fließgewässerökosystemen aufzuklären. Die etablierten Konzepte zur Sedimentstörung in der Fließgewässerökologie fokussieren auf katastrophale Hochwasserereignisse, die tiefe Erosionen und drastische Verlagerungen der Sedimente bewirken. In Gewässern mit einem hohen Anteil sandiger Sedimente kommt es allerdings bereits bei geringen Abflüssen zu einer periodischen Umlagerung der Bettsedimente in Form wandernder Sandrippel. Diese Sandrippel bedecken, abhängig von der Sedimentfracht, zunehmende Bereiche der Gewässersohle, streckenweise sogar bis zu 100%. Aufgrund des weltweit zunehmenden Feinsedimenteintrags aus den Einzugsgebieten sind Sandrippel ein weit verbreitetes Phänomen in Bächen und Flüssen. Dennoch gibt es zum Einfluss der Sandrippel auf die Fließgewässerökologie nur sehr wenige Untersuchungen, deren Ergebnisse sich teilweise widersprechen. Wir postulieren, dass wandernde Sandrippel abhängig von ihrem Deckungsgrad auf der Sohle das mikrobielle Nahrungsnetz, den Kohlenstofffluss und den Metabolismus des gesamten Gewässers bestimmen. In originären experimentellen Ansätzen untersuchen wir i) die Auswirkungen der Sedimentumlagerung innerhalb wandernder Sandrippel, ii) die Interaktion der Rippelbereiche mit den umliegenden stabilen Sohlbereichen eines Gewässerabschnitts und den Gesamtmetabolismus im Abschnitt und iii) den Return (= Dynamik nach Beendigung der Sedimentumlagerung). Die Bewegung der Sande in wandernden Sandrippeln wird in einer Mikrokosmenanlage simuliert und der Einfluss von Umlagerungsfrequenz, Licht- und Nähstoffregime auf die Respiration, die Primärproduktion und das mikrobielle Nahrungsnetz untersucht. Die Auswirkungen zunehmender Bedeckung der Sohle mit wandernden Sandrippeln auf nahe stabile Sohlbereiche und den Gesamtmetabolismus von Gewässerabschnitten werden in 16 Rinnen einer Fließgewässersimulationsanlage erforscht. In diesen Experimenten werden zudem der Return von mikrobiellen Gemeinschaften und Gesamtmetabolismus mit erfasst. Die Experimente werden ergänzt und validiert durch in situ Messungen in Bächen und Flüssen. Dabei werden die abiotisch Bedingungen im Porenraum wandernder Sandrippel und naheliegender stabiler Sande sowie der lokale Metabolismus mit einer neu entwickelten Sonde gemessen und das mikrobielle Nahrungsnetz und der Kohlenstofftransfer in diesen Sohlbereichen erfasst. Die Synthese der Ergebnisse wird Klarheit schaffen über die Bedeutung wandernder Sandrippel für die mikrobiellen Gemeinschaften und den Stoffumsatz in Fließgewässern. Die zu erwartenden Erkenntnisse werden auch eine bessere Bewertung wandernder Sandrippel ermöglichen und sind somit Grundlage für Schutz und Management der Gewässerfunktionen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Fließgewässerökologie ? Bach ? Gewässerökologie ? Fluss ? Sand ? Fließgewässer ? Erosion ? Hochwasser ? Gewässersediment ? Hydrogeologie ? Fließgewässerökosystem ? Atmung ? Einzugsgebiet ? Gewässergrund ? Hydrochemie ? Kohlenstoffkreislauf ? Limnologie ? Management ? Siedlungswasserwirtschaft ? Stoffbilanz ? Sediment ? Hydrologie ? Nahrungskette ? Stoffwechsel ? Globale Aspekte ? Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung ? Netz ? Sonde ? Synthese ?

Region: Brandenburg

Bounding boxes: 13.01582° .. 13.01582° x 52.45905° .. 52.45905°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Themenbereich Wasserressourcen und Umwelt, Department für Fließgewässerökologie (Mitwirkende)
• Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Boden, Wasser, Luft, Lehrstuhl für Gewässerschutz, Forschungsstelle Bad Saarow (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2018-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Overlooked bed shift? Modulation of the stream microbial food web and metabolism by patches of migrating sand ripples
  Description: The overall objective of the project is to understand the significance of sediment disturbance in migrating sand ripples for the structure of the microbial food web and the metabolism in streams and rivers. The common concept of sediment disturbance in stream ecology focusses on 'catastrophic' singular big flood events that cause deep scour and far downstream relocation of sediments. However, low discharges can already relocate fine sediments. Streams with a large proportion of sandy sediments experience movement of sand in patches of migrating ripples (MRPs). MRPs occur over a wide range of flows and can cover the entire stream bed in the extreme. Given the increased input of sand in most cultivated catchments around the world, MRPs are a predominant feature in many, if not the majority of streams. Despite the phenomenon's ubiquity, implications of migrating ripples on the microbial food web and metabolism have been largely neglected. Data from the few existing observational studies on the significance of shifting sands report contradicting findings. The aim of the proposed project is to clarify the significance of sediment disturbance by periodically shifting sands in MRPs for the microbial food web (community structure and functional feeding mode), carbon flow towards invertebrates (13C incorporation into PLFA of microorganisms and invertebrates) and stream bed metabolism (community respiration and gross primary production). Derived from previous studies we assume MRPs to change local (within ripple patch) and linked microbial food webs in stable bed sediment patches (SBPs) due to group or species-specific responses, and in turn affect the overall metabolism and trophic state of the streams. We propose i) sediment disturbance in MRPs to shift metabolism, microbial food web and carbon flow towards heterotrophy disregarding light intensity and nutrient concentrations, ii) that whole stream metabolism changes non-linearly in relation to MRP coverage due to increased overall vertical water flux to hyporheic stable sediments by MRPs and iii) that return of metabolism and microbial community structure after periodic sediment disturbance by ripple migration depends on duration in MRPs and light availability. The project approaches its objectives in a series of experiments in a laboratory microcosm device simulating the micro-environment in migrating ripples and in 16 outdoor experimental streams with variable proportion of MRPs and SBPs. The experiments will be completed and verified by field work measuring in situ metabolism and vertical water flux and observing the microbial food web and carbon flow in migrating ripples of streams and rivers. We want to achieve a mechanistic understanding for the whole stream metabolic effects of migrating ripple patches (MRPs). The project findings will significantly contribute to better valuate migrating sand in streams and rivers with implications for the management of ecosystem functions and services. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083744

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/400895888 (Webseite)

Status

Aktiv

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