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

Description: 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.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Schädlingsbekämpfungsmittel ? Ufer ? Synergistische Wirkung ? Biomarker ? Schnecke ? Pestizid ? Nitrat ? Kupfer ? Benthal ? Pelagial ? Antagonistische Wirkung ? Phytoplankton ? Süßwasserökosystem ? Periphyton ? Zusatzstoff ? Makrophyten ? Nährstoff ? Expositionsszenario ? Daphnien ? Stress ? Süßwasser ? Biofilm ? Hydrogeologie ? Globale Erwärmung ? Dreikantmuschel ? Aquatisches Ökosystem ? Ökosystemmodell ? Einzugsgebiet ? Siedlungswasserwirtschaft ? Hydrochemie ? Gewässerorganismen ? Algen ? Pflanze ? Laborversuch ? Grundwasser ? Limnologie ? Management ? Modellierung ? Globale Veränderung ? Nachhaltige Landwirtschaft ? Ökosystemfunktion ? Schwellenwert ? Klimawandel ? Änderung ? Stoffwechsel ? Ökosystem ? Landwirtschaft ? Organismen ? Grenzschicht ? Hydrologie ? Konsument ? Temperaturerhöhung ? Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung ?

Region: Berlin

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (Betreiber*in)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ - Fachbereich Analytik und Ökotoxikologie - Department Bioanalytische Ökotoxikologie (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Universität München, Department Biologie II Aquatische Ökologie (Mitwirkende)
• Université de Lorraine, Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (LIEC) UMR 7360 CNRS (Mitwirkende)

Time ranges: 2017-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Regime shifts in freshwater ecosystems exposed to multiple stressors by increasing temperature, fertilizers and pesticides
  Description: Shallow freshwater habitats provide vital ecosystem functions but are threatened by multiple stressors acting at different spatial and temporal scales. While a response to global climate change might be gradual, abrupt changes are possible when critical thresholds by additional effects of local stressors are exceeded. The difficulty in analysing effects of multiple stressors is to account for complexity, as stressors may act additive, synergistic or antagonistic. CLIMSHIFT aims for a mechanistic understanding of stressor interactions acting on shallow aquatic systems, which are especially vulnerable to climate warming and agricultural run-off due to their high surface to water ratios, large riparian interface and groundwater connectivity. The complex interactions between different functional groups of benthic and pelagic primary producers and associated consumers result in the occurrence of stable regimes, and multiple stressors may trigger non-linear shifts between those regimes, with far-reaching effects on crucial ecosystem processes and functions. Our main hypothesis is that increased temperature will enhance negative effects of agricultural run-off, containing nitrates, organic pesticides and copper. Submerged plants, periphyton and phytoplankton as primary producers will be combined with the second trophic level, consumers, composed of the snail Lymnaea, consuming periphyton and plants, and benthic and pelagic phytoplankton filter-feeders, Dreissena and Daphnia. We will apply different exposure scenarios at two different spatial scales to understand effects at the individual, community and ecosystem level. We start with investigations in microcosms at laboratory scale, and will upscale to larger, outdoor mesocosms. Throughout the project, we will use modelling to simulate potential outcomes and critical thresholds, and predict stressor interactions. Model development will be conducted in close collaboration with all work packages to identify the most appropriate modelling approach, integrate empirical results, link different spatial and temporal scales, generalize and extrapolate results, and develop and test hypotheses. We expect that combined stressors will lead to sudden shifts in community structure in these highly coupled systems. Submerged macrophytes are expected to be replaced by phytoplankton or benthic algae, with major consequences for important ecosystem functions. The strength of our proposal is that common ecotoxicological stress indicators such as growth and biomarkers of the different organisms will be combined with functional community/ecosystem approaches looking at ecosystem metabolism and dynamics. The combined expertise of 5 laboratories with complementary expertise and all necessary facilities will ensure the project feasibility. The outcome of our project can help defining safe operating spaces for a sustainable agriculture and management of shallow aquatic systems in a changing world. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083805

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/390994483 (Webseite)

Status

Aktiv

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