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Linking dissolved organic matter composition to stream ecosystem metabolism across a land-use gradient
Thomas Fuss
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Ökologie
Betreuer*in
Tom Battin
DOI
10.25365/thesis.38315
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30285.68332.578169-4
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Metabolismus in Fließgewässern integriert die Produktion und die Respiration von organischem Material auf der Ebene eines Ökosystems. Gelöstes organisches Material (dissolved organic matter, DOM) in aquatischen Lebensräumen ist ein komplexer, extrem diverser Mix aus in-situ produzierten und von terrestrischen Ökosystemen stammenden chemischen Substanzen.
Ich untersuchte Auswirkungen der Landnutzung auf die DOM-Zusammensetzung und Nährstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen im Fließgewässer und stellte dies in Bezug zum Metabolismus des gesamten Fließgewässers, d.h. Bruttoprimärproduktion (BPP) und Gesamtrespiration des Ökosystems.
Dafür untersuchte ich 33 Fließgewässer im Norden Österreichs, deren Einzugsgebiete einen Landnutzungsgradienten von landwirtschaftlich und urban geprägten zu bewaldeten und naturnahen Flächen umspannten.
Zur Charakterisierung der DOM-Zusammensetzung wurden Absorptions- und Fluoreszenzindizes, sowie DOM-Komponenten identifiziert durch parallele Faktorenanalyse (PARAFAC), verwendet. Zur Metabolismusberechnung wurde sowohl der 1-Station- als auch 2-Stationen-Ansatz verfolgt, welche beide auf den täglichen Sauerstoffdynamiken im Fließgewässer basieren. Raten der BPP und der Respiration wurden durch Anpassung eines mathematischen Modells an die empirischen Sauerstoffdaten berechnet.
Die DOM-Zusammensetzung, Phosphor-Konzentrationen und Kohlenstoffquantität wurden stark von der Landnutzung beeinflusst. Die DOM-Zusammensetzung und Phosphor-Konzentrationen hatten weiteren Einfluss auf die Respiration. Die DOM-Zusammensetzung wurde nicht von der BPP beeinflusst, welche ihrerseits hauptsächlich von Lichtverfügbarkeit abhängig war.
Diese Studie zeigt deutlich, welche Schlüsselrolle anthropogene Landnutzung in der Kontrolle des Kohlenstoff-Kreislaufes der Binnengewässer einnimmt. Landnutzung wird als die tiefgreifendste vom Menschen verursachte Auswirkung auf die natürlichen Ökosysteme dieser Erde angesehen und Binnengewässer geraten zunehmend als bedeutende Umsatzorte für das klimatisch wirksame Treibhausgas CO2 in den Fokus wissenschaftlicher Betrachtung. In Anbetracht dieser Tatsachen ist es wichtig DOM-Dynamiken sowohl als Kontrollen als auch als Indikatoren von Metabolismus mit Bedacht auf die Landnutzung zu untersuchen, um die Rolle der Binnengewässer in gegenwärtigen Landschaften genauer einordnen zu können.
Abstract
(Englisch)
Stream ecosystem metabolism integrates production and respiration of organic matter at ecosystem
scale. Dissolved organic matter (DOM) in aquatic environments is a complex, diverse mixture of
various chemical species differing in origin; its composition likely controls respiration but may also
carry an imprint of recent autotroph assimilation and microbial processing.
I investigated effects of land use on DOM composition and nutrient and carbon quantities and
explored linkages to whole-stream metabolism, i.e. ecosystem respiration (ER) and gross primary
production (GPP). The 33 investigated streams are located in a region with diverse land use in
Northern Austria, representative for a contemporary Central European landscape. The various
catchments constitute a gradient of land-use distributions from semi-natural, forested areas to
agriculturally used and urban areas. DOM composition was investigated by excitation-emission
matrices (EEMs) from fluorescence measurements used for modeling by parallel factor analysis
(PARAFAC). Metabolism was measured based on dissolved oxygen dynamics by one- and two-station
open-channel methods. GPP and ER were estimated by using the empirical oxygen record to fit a
model containing a photosynthesis-irradiance curve and correction for reaeration. DOM
composition, nutrient concentrations and ecosystem functions were finally linked by structural
equation modeling, which indicated land use to strongly affect DOM composition and nutrient and
carbon quantities. Especially DOM composition and phosphorus had further influence on ER. GPP,
however, left no clear imprint on DOM composition, and seemed to be more affected by daily light
conditions than by other factors.
Our results highlight the major influence of land use on ER via shifting DOM composition and nutrient
quantities in streams. This is relevant in the light of land use rated as the most pervasive human
influence on natural ecosystems and in the context of inland waters actively contributing to the
global carbon cycle.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
carbon cycle CO2 carbon dioxide carbon use efficiency ecosystem respiration primary production land use
Schlagwörter
(Deutsch)
Kohlenstoffkreislauf CO2 Kohlendioxid Kohlenstoffnutzungseffizienz Respiration Primärproduktion Landnutzung Flüsse
Autor*innen
Thomas Fuss
Haupttitel (Englisch)
Linking dissolved organic matter composition to stream ecosystem metabolism across a land-use gradient
Paralleltitel (Deutsch)
Zusammenhang zwischen gelöstem organischem Material und des Gesamtmetabolismuses in Fließgewässerökosystemen entlang eines Landnutzungsgradienten
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
63 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Tom Battin
Klassifikationen
42 Biologie > 42.93 Limnologie ,
42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges
AC Nummer
AC12703598
Utheses ID
33944
Studienkennzahl
UA | 066 | 833 | |