Mikrobielle Reaktion auf organisches Material in Fluss-Retentionsräume

Trotz geringen Anteils von Fließgewässern am weltweiten Wasservorrat ist deren Bedeutung für globale Zyklen organischen Materials wichtig. Neuere Schätzungen zeigen, dass heterotrophe Umsetzungsprozesse in Fließgewässern global signifikant sind, das transportierte organische Material (auch älteres, schlechter abbaubares) würde in fluvialen Netzwerken wohl mehr oder weniger kontinuierlich metabolisiert. Man geht neuerdings davon aus, dass die mikrobielle Umsetzung von organischem Kohlenstoff in Flüssen signifikant abhängig ist von spezifischen Bedingungen (z.B. erhöhte Verweilzeit aufgrund von Flussbettmorphologie, Vorhandensein von Augebieten und Retentionsräumen u.s.w.), welche zu verstärkten Kohlenstoffaustauschprozessen mit der Atmosphäre beitragen könnten. Überraschenderweise ist die Rolle von solchen Augewässern und Retentionsräumen, die ja die Verweilzeit von organischen Molekülen verlängern, für bakterielle Umsetzungsprozesse nicht ausreichend untersucht. Die treibende Kraft für laterale Austauschprozesse ist hier die hydrologische Konnektivität, die auf biologische und biogeochemische Prozesse Einfluss haben sollte. Die meisten europäische Flüsse haben aber anthropogen bedingt eine stark reduzierte räumliche Heterogenität (Veränderungen im Einzugsgebiet, Regulierung, Dammbauten) und die großen Fließgewässer zählen daher zu den am meisten degradierten Ökosystemen der Erde. Im Licht des weltweit verstärkten Interesses an Fließgewässer-Netzwerken erscheint es höchst zeitgemäß, sich mit folgenden Fragestellungen zu einem besseren Verständnis der Bedeutung von Fließgewässerheterogenität für mikrobielle Aktivität und Kohlenstoffumsetzung zu beschäftigen: Einfluss variabler hydrologischer Bedingungen und hydrologischer Retention auf die Diversität und Variabilität von organischem Material; Einfluss variabler hydrologischer Bedingungen und hydrologischer Retention auf mikrobielle Aktivität, Diversität und Umsetzung von organischem Material Bedeutung von Retentionsräumen für die Häufigkeit von suspendierten, metabolisch hoch aktiven Schwebstoffaggregaten als Orte der Aufnahme von organischem Material Bedeutung von Retentionsräumen und variabler Hydrologie auf die CO 2 - Remineralisation und damit Erhöhung der metabolischen Performance von Fluss-Ausystem. Der zeitgemäße und integrative Ansatz kombiniert damit wichtige Fragestellungen der mikrobiellen und Fließgewässerökologie mit biogeochemischen Aspekten und sollte damit ein substantieller Beitrag auf den Gebieten der Limnologie und aquatischen Ökologie sein.

Die Studie im untersuchten Fluss-Au-System konnte zeigen, dass die typisch variablen hydrologischen Bedingungen sowie das Vorhandensein von Retentionsräumen (Stillwasserbereichen) entscheidenden Einfluss auf die Variabilität und auf die mikrobielle Umsetzung von organischem Material und damit auch auf die Kohlenstoff-Gasemission (die Treibhausgase CH4 u. CO2) hat.Es konnte gezeigt werden, dass Hochwasserereignisse wichtige Lieferanten von terrestrischem Material sind, welches aber in Au-Bereichen je nach hydrologischer Situation effektiv von aquatischen Bakterien genutzt und umgesetzt werden kann. Vor allem aktive Au-Abschnitte, welche mit dem Hauptstrom je nach Wasserführung ausreichend verbunden sind, erweisen sich als Orte wo, im Prinzip schwer abbaubares organisches Material überraschend gut umgesetzt werden kann. Die sehr variablen Bedingungen in solchen Wasserkörpern scheinen spezifische räumlich-zeitliche Bedingungen zu schaffen, und beeinflussen damit auch die Gemeinschaftsstruktur und die enzymatischen Aktivitätsmuster der abbauenden Bakterien. Das weist auf eine funktionelle Redundanz und metabolische Plastizität dieser Mikroorganismen hin.Speziell in der Phase nach einem Hochwasser gibt es in den hydrologisch unterschiedlichen Au-Abschnitten auch Unterschiede in den Kohlenstoffquellen für die bakterielle Produktivität. In stark isolierten Au-Bereichen mit hohem lokalen Eintrag von terrestrischem Material, ist vor Ort durch Phytoplankton erzeugter organischer Kohlenstoff eine wichtige Quelle für bakterielle Aktivität. In hydrologisch weniger isolierten Abschnitten erhöht vor Ort produziertes gelöstes Material (Phytoplankton-Exsudate) die Aktivität von Schlüsselenzymen zum Abbau auch terrestrischen Materials. In häufig mit dem Hauptstrom verbundenen Bereichen erwies sich die vor-Ort Produktion von partikulärem Material als wichtig. Als ein Mehrwert bei Verwendung von Daten aus andern in diesem Au-System durchgeführten Projekten ergeben sich Hinweise, dass oft starker Befall der Bakterien mit Viren einen signifikanten Beitrag zum Stoff-Pool von rasch umsetzbarem Kohlenstoff beiträgt, in einer Welt von schlecht verwertbarem, terrestrischen Material.Daten zur Gasemission in die Atmosphäre (CH4 u. CO2) ergaben, dass die Stärke eines Hochwassers bedeutsam ist. Ein hundert-jähriges Hochwasserereignis führte zum Beispiel zu einer 34% höheren jährlichen Methan-Emission aus dem gesamten untersuchten System als ein durchschnittliches einjähriges Flutereignis.All die Ergebnisse lassen vermuten, dass eine erwartete höhere Frequenz von extremen Hochwässern in der Zukunft deutliche Auswirkungen auf mikrobielle Umsetzungsprozesse und die einhergehenden Kohlenstoff-Gasemissionen habe könnte.