ALBERT

Description: Die Mündungsgebiete von Elbe und Weser bilden die beiden größten deutschen Ästuare. Sie weisen eine Reihe von hydrologischen, geologischen und klimatischen Gemeinsamkeiten auf. Ziel der Arbeit war es zu untersuchen, ob und wieweit diese Gemeinsamkeiten auch in planktologisch/mikrobiologischer Hinsicht gelten. Hierzu wurden bei niedrigem Oberwasserabfluss im Juni 2005 Oberflächenproben in 10 km Abständen in beiden Ästuaren von ihrem limnischen Bereich bis in die Deutsche Bucht genommen. Untersucht wurden die abiotischen Parameter Temperatur, Salzgehalt, Gesamt- und Feintrübung 〈 2 μm sowie die biologischen Parameter Chlorophyll a und Phäopigmente, Bakterienzahl und bakterielle Biomasseproduktion. Die biologischen Variablen hatten ihr Maximum stets in der limnischen Zone. Hier beliefen sich die Werte in der Elbe auf 10,3 μg l-1 Chlorophyll a (Chl a), 9,5 x 109 l-1 Bakterien (BZ) und eine bakterielle Biomasseproduktion (BBP) von 4,3 μg C l-1 h-1. In der Weser lagen sie bei 22,5 μg l-1 (Chl a), 7,8 x 109 l-1 (BZ) und 4,1 μg C l-1 h-1 (BBP). Ein Minimum wurde im Bereich der oberen Brackwassergrenze mit 5,2 μg l-1 (Chl a), 5,4 x 109 l-1 (BZ) und 1,0 μg C l-1 h-1 (BBP) in der Elbe und mit 3,8 μg l-1 (Chl a), 7,4 x 109 l-1 (BZ) und 1,4 μg C l-1 h-1 (BBP) in der Weser gefunden. An der seewärtigen Grenze der Ästuarregionen trat ein erneutes Maximum auf. Damit stimmten beide Ästuare sowohl in der regionalen Verteilung als auch in der Größe der Parameter weitgehend überein.

Description: Phytoplankton and bacteria are sensitive indicators of environmental change. The temporal development of these key organisms was monitored from 1988 to the end of 2007 at the time series station Boknis Eck in the western Baltic Sea. This period was characterized by the adaption of the Baltic Sea ecosystem to changes in the environmental conditions caused by the conversion of the political system in the southern and eastern border states, accompanied by the general effects of global climate change. Measured variables were chlorophyll, primary production, bacteria number, -biomass and -production, glucose turnover rate, macro-nutrients, pH, temperature and salinity. Negative trends with time were recorded for chlorophyll, bacteria number, bacterial biomass and bacterial production, nitrate, ammonia, phosphate, silicate, oxygen and salinity while temperature, pH, and the ratio between bacteria numbers and chlorophyll increased. Strongest reductions with time occurred for the annual maximum values, e.g. for chlorophyll during the spring bloom or for nitrate during winter, while the annual minimum values remained more stable. In deep water above sediment the negative trends of oxygen, nitrate, phosphate and bacterial variables as well as the positive trend of temperature were similar to those in the surface while the trends of salinity, ammonia and silicate were opposite to those in the surface. Decreasing oxygen, even in the surface layer, was of particular interest because it suggested enhanced recycling of nutrients from the deep hypoxic zones to the surface by vertical mixing. The long-term seasonal patterns of all variables correlated positively with temperature, except chlorophyll and salinity. Salinity correlated negatively with all bacterial variables (as well as precipitation) and positively with chlorophyll. Surprisingly, bacterial variables did not correlate with chlorophyll, which may be inherent with the time lag between the peaks of phytoplankton and bacteria during spring. Compared to the 20-yr averages of the environmental and microbial variables, the strongest negative deviations of corresponding annual averages were measured about ten years after political change for nitrate and bacterial secondary production (~ −60%), followed by chlorophyll (−50%) and bacterial biomass (−40%). Considering the circulation of surface currents in the Baltic Sea we interpret the observed patterns of the microbial variables at the Boknis Eck time series station as a consequence of the improved management of water resources after 1989 and – to a minor extent – the trends of the climate variables salinity and temperature.

Description: In order to examine the effects of warming and diversity changes on primary productivity, we conducted a meta-analysis on six independent indoor mesocosm experiments with a natural plankton community from the Baltic Sea. Temperature effects on primary productivity changed with light intensity and zooplankton density and analysed pathways between temperature, diversity and productivity, elucidating direct and indirect effects of warming on primary productivity during the spring phytoplankton bloom. Our findings indicate that warming directly increased carbon specific primary productivity, which was more pronounced under low grazing pressure. On the other hand, primary productivity per unit water volume did not respond to increased temperature, because of a negative temperature effect on phytoplankton biomass. Moreover, primary productivity response to temperature changes depended on light limitation. Using path analysis, we tested whether temperature effects were direct or mediated by warming effects on phytoplankton diversity. Although phytoplankton species richness had a positive impact on both net primary productivity and carbon specific primary productivity – and evenness had a negative effect on net primary productivity – both richness and evenness were not affected by temperature. Thus, we suggest that diversity effects on primary productivity depended mainly on other factors than temperature like grazing, sinking or nutrient limitation, which themselves are temperature dependent. Highlights ► Impact of warming on primary productivity and diversity–productivity relationship. ► Meta-analysis on indoor mesocosm experiments with a natural plankton community. ► Temperature has a direct impact on specific productivity, not on net productivity. ► Species richness increases and evenness decreases net primary productivity. ► Temperature does not directly affect diversity–productivity relationship.

Description: Heterotrophe Bakterien sind auf die Versorgung mit organischem Material zur Deckung ihres Kohlenstoff- und Energiebedarfs angewiesen. In Gewässern kann dieses Material durch die Primärproduktion des Phytoplanktons und Phytobenthos autochthon erzeugt werden oder allochthoner Herkunft sein. Auf drei Stationen, zwei in der inneren Schlei (Schleswig-Holstein) und eine im Oderhaff (Mecklenburg-Vorpommern), wurde durch Probenahmen in kurzen Abständen versucht, eine von der Primärproduktion des Phytoplanktons gesteuerte Tagesperiodik der Bakterienaktivität nachzuweisen. Beide Gewässer sind stark eutrophiert und haben eine Jahresprimärproduktion von 600 bis 800 g C m-2. An den Untersuchungstagen (Anfang Juni in der Schlei und Ende August im Oderhaff) lag die Primärproduktion zwischen rd. 2,5 und 3,0 g C m-2 pro Tag. Die Maximalwerte der Thymidin- und Leucin-Aufnahme beliefen sich auf 0,346 bzw. 4,01 nmol l-1 h-1und die höchsten Umsatzraten von Glucose und Acetat als Vertreter der niedermolekularen organischen Verbindungen betrugen 99 bzw. 67 % h-1. Statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten der Tages- bzw. Nachtmessungen konnten bei keinem Parameter nachgewiesen werden. Der einzige Hinweis auf eine eventuelle Tagesrhythmik fand sich bei der in der ersten Nachthälfte deutlich geringeren Umsatzrate von Glucose. Ein mehrtägiges Laborexperiment mit einer Vergleichsprobe aus der Schlei, die unter kontrollierten Bedingungen im Lichtinkubator gehalten wurde, bestätigte das Fehlen eines Tag-Nacht-Rhythmus. Aus diesen Befunden wird gefolgert, dass einerseits die Versorgung der Bakterien mit organischem Material allochthoner Herkunft groß ist und dass andererseits tageszeitlich nicht gebundene Prozesse wie Zooplanktonfraß oder Hydrolyse in diesen hypertrophen Systemen eine so bedeutende Rolle spielen, dass die Primärproduktion trotz ihrer absoluten Höhe keine messbaren, an die Tageszeit gebundenen Rhythmen der Bakterien hervorruft.

Description: An vier Tidenzyklus-Stationen von 21 bis 36 Std. Dauer wurde auf einem Längsschnitt von Hamburg bis zur Außenelbe untersucht, welchen Anteil die Bakterien am Abbau der organischen Substanz haben. Der Gesamt-Abbau durch die planktische Organismengemeinschaft wurde aus dem Sauerstoffverbrauch mit einem angenommenen Respirationsquotienten von 0,85 bestimmt. Der bakterielle Abbau wurde über die Biomasse-Produktion und die Wachstums-Effizienz der Bakterien ermittelt. Die Tidenzyklus-Stationen mit einer hohen zeitlichen Auflösung zeigten eine große Variabilität der Abbauprozesse während der Gezeiten. Die Mittelwerte ergaben, dass der Gesamt-Abbau im oberen noch limnischen Bereich 10,2 μg C l-1 h-1 betrug mit einem bakteriellen Anteil von 82%. Flussabwärts ging der Gesamt-Abbau auf 2,7 μg C l-1 h-1 zurück und der bakterielle Anteil belief sich auf rd. 50 %. Der Längsschnitt von Hamburg bis Neuwerk mit einer hohen räumlichen Auflösung zeigte eine grundsätzlich ähnliche regionale Verteilung. Der hohe Anteil des bakteriellen Abbaus in dem oberen limnischen Ästuarbereich geht darauf zurück, dass das hier aus dem Mittellauf der Elbe eingeschwemmte Phytoplankton infolge Lichtmangels größtenteils abstirbt. Die Ursachen liegen in der großen Wassertiefe des Hamburger Hafengebietes und der starken Gezeitendurchmischung der Wassersäule. Dadurch vermindert sich die Respiration des Phytoplanktons und die Abbautätigkeit ist daher im Wesentlichen auf die Bakterien und das Zooplankton beschränkt. Von diesen beiden verbleibenden Hauptkomponenten des Flussplanktons spielen die Bakterien die wichtigere Rolle beim Abbau der organischen Substanz im Elbe-Ästuar.