Biodiversität und Tipping points: Zukunft für Binnengewässer (LIMNOTIP)

Der zunehmende Verlust der globalen Biodiversität betrifft alle Biome und Ökosysteme. Eutrophierung von Gewässern ist und bleibt weltweit eine große Gefahr für die Umwelt und bewirkt starke Veränderungen von aquatischen Ökosystemen, die "kippen" können, indem sie sich zu trüben, nährstoffreichen Gewässern entwickeln und dichte Algen bzw. Cyanobakterienblüten verursachen. Das Kippen dieser Ökosysteme geht mit dramatischem Verlust der Biodiversität einher. Wir untersuchen experimentell wie unterschiedliche Produktivität und Temperatur die Biodiversität von Algen sowie deren essentielle Nährstoffqualität (Lipide und deren Omega-3 Fettsäuren) verändern und sich auf Zooplankton (Konsumenten) auswirken. Wir testen die Hypothesen, dass a) die Biodiversität der Algen mit steigendem/r Phosphor (P) und Temperatur ansteigt, doch ab bestimmter P- Konzentration und Temperatur abnimmt (Effekt des Kippens) und b) steigende Algenbiodiversität anfänglich auch steigende Omega-3 Konzentrationen der Algen bewirkt, doch diese ebenfalls ab bestimmter P-Konzentration abnehmen. Experimente werden feststellen, wie sich das induzierte Kippen dieser Ökosysteme auf die biochemische Nahrungsqualität der Algenbiodiversität auswirkt. Es wird erwartet, dass geringe Algenbiodiversität zu biochemischen Abnahme von Algenqualität und folglich Zooplankton führt. Diese Untersuchungen werden daher zeigen, wie sich ändernde Algenbiodiversität auf Stabilität des aquatischen Nahrungstranfers auswirken, was klare Bedeutung bis hin zur Fischzucht hat.

Der Grundgedanke des internationalen Forschungsprojekts LIMNOTIP war zu untersuchen, wie stark aquatische Ökosysteme, die großen wirtschaftlichen, ökologischen und sozial-kulturellen Wert haben, durch menschliche Aktivitäten und den Klimawandel in Europa beeinträchtigt werden. In flachen Seen stellen sogenannte Kipppunkte einen der wichtigsten Effekte durch menschlichen Eingriff dar, d.h. wo Seen einen solchen "Kipppunkt" erreichen, gelangen sie von einem Klarwasserzustand mit üppigen Makrophyten zu trüben Bedingungen mit dichten Algenblüten. Das Erreichen eines solchen Kipppunktes führt im Allgemeinen zu einem dramatischen Rückgang der Biodiversität und darüber hinaus nimmt der Wert der Seen in Bezug auf Lebens- und Wasserqualität ab. Die Früherkennung von solchen Kipppunkten ist von großer ökologischer, aber auch ökonomischer Bedeutung für nachhaltiges Management von Seen. Im Gegensatz zu flachen Seen ist es allerdings noch unklar, wie tiefe, nährstoffarme Seen, die typisch für die europäischen Alpen sind, vom Klimawandel betroffen sein werden? Unser Teil von LIMNOTIP in Österreich konzentrierte sich daher auf die Auswirkungen des Klimawandels wie z. B. erhöhte Wassertemperatur und erhöhter Abfluss von Huminsubstanzen aus den Einzugsgebieten (brownification). In experimentellen mehrjährigen Mesokosmenstudien konnten wir zeigen, dass die Erhöhung der Wassertemperatur zu kleinerem und schnell wachsenden Plankton führte, während eine zusätzliche Bräunung (brownification) von Seewasser sehr wenig Einfluss auf die Planktongröße hatte. Diese Mesocosmenstudien konnten ferner nachweisen, dass die Plankton-Biodiversität mit steigender Wassertemperatur abnimmt, nicht aber durch erhöhte Bräunung des Wassers. Schließlich halten wir fest, dass die Basis der aquatischen Nahrungskette (Algen) sehr rasch auf erhöhte Wassertemperatur reagiert und deren Nahrungsqualität für Konsumenten, gemessen an deren Fettsäurenzusammensetzung, abnimmt.