Arbeitsgruppe Ökosystemanalyse:

Nahrungsnetze in Küstenmeeren

Wir gehen der Frage nach, wie Ökosysteme der Küste sich räumlich und zeitlich verändern und welche Wirkung der Klimawandel auf die Interaktionen der Organismen hat. Im Vordergrund stehen dabei Untersuchungen der Nahrungsbeziehungen der Organismen untereinander, ihre Beteiligung an verschiedenen trophischen Ebenen, von den Primärproduzenten zu den Top- Prädatoren, und ihr Beitrag zu den bentho-pelagischen Austauschprozessen. Unser Interesse gilt dabei besonders dem Einfluss der Biodiversität, die sich im Gleichklang mit dem Wandel der Umwelt ändert, sowohl auf der Ebene der Arten, als auch auf der Ebene der Gemeinschaften (Habitate). Wir untersuchen dabei die Stoffkreisläufe und Energieflüsse dominanter Arten und wichtiger interagierender Gruppen und versuchen durch Integration experimenteller und Monitoring-Daten ein möglichst vollständiges Bild eines Nahrungsnetzes zu entwerfen. Mit Hilfe von Modellierungstechniken, wie der ökologischen Netzwerkanalyse (ENA) erhalten wir ein ganzheitliches Bild und können Schlüsselarten im System identifizieren und die Abhängigkeiten der Arten untereinander untersuchen.

Schwerpunkt unserer Untersuchungen ist das Wattenmeer der Nordsee, insbesondere die Sylt- Rømø Bucht und das Wattengebiet südlich der Inseln Amrum und Föhr. Um generelle Prinzipien des Einflusses der Biodiversität auf Nahrungsnetze zu erkennen, benötigen wir den Vergleich mit anderen Systemen mit möglichst unterschiedlicher Biodiversität. Wir betreiben daher unsere Forschung auch in anderen geographischen Breiten, wie beispielweise in Gezeitengebieten des tropischen und subtropischen Ostasiens (Indonesien, China) und der Arktis (Spitzbergen).

Forschungsprojekte

Die Rolle von Seegraswiesen im Kohlenstofffluss ausgewählter Küsten Indonesiens

SPICE III

Das Projekt hat zum Ziel den Kohlenstofffluss ausgewählter, tropischer Seegraswiesen zu beschreiben und zu zeigen, in welchem Verhältnis die Funktion als Kohlenstoff-Senke zu den Einträgen von gelöstem und partikulärem Material durch Flüsse steht. Es werden daher drei Schwerpunkte untersucht, die sowohl durch Freilandmessungen, Labor- und Freilandexperimente sowie Modellierungen bearbeitet werden:

 

  1. Das Kohlenstoffbudget von Seegraswiesen (Stabile Isotope; Biomasse und Produktionsmessungen aller Komponenten)
  2. Der Einfluss von CO2 auf den Stoffwechsel und die Entwicklung von Seegraswiesen (Labor– und Feldexperimente)
  3. Netzwerk Analyse des Nahrungsnetzes tropischer Seegraswiesen (Modellierungen).

 

Das Projekt wird in Indonesien an den Küsten Sumatras, den Riau-Inseln und im Spermonde-Archipel (Südwest-Sulawesi) im Rahmen des Forschungsprojektes SPICE III (http://spice.zmt-bremen.com/bbcms/site5.php?id=114) durchgeführt. Eine enge Kooperation besteht mit dem Zentrum für marine Tropenökologie (ZMT) Bremen sowie den indonesischen Forschungseinrichtungen Entwicklungszentrum für Meer, Küste und kleine Inseln an der Hasanuddin Universität (UNHAS, Makassar), der Universität von Riau (UNRI, Pekanbaru) und der Staatlichen Behörde für Meeres- und Fischereiforschung der Republik Indonesien (KKP). Der Deutsche Anteil des Projektes wird durch das BMBF finanziert.

 

 

Mitarbeiter im Projekt:

Dr. Harald Asmus (Senior- Wissenschaftler, Projektleiter),

Dr. Dominik Kneer (Postdoc, Ansprechpartner in Indonesien),

Ruth Lewo Mwarubu, Simona Laukaityté Leonardo, Calderón Obaldia (Master Studenten)

Vom Sediment zum Top Prädator

STopP

Einfluss von Eigenschaften des Meeresbodens auf Benthos und benthivore Vögel

Das Wattenmeergebiet zwischen den Inseln Amrum, Föhr und dem Festland ist eines der strukturreichsten und produktivsten Küstenareale Schleswig-Holsteins. Zahlreiche Vogelarten nutzen die Inseln als Brutplatz und das umliegende Wattenmeer als Nahrungsquelle. Im Verbundprojekt STopP wird untersucht, wie Sedimentcharakteristik und Hydrodynamik die Verteilung von benthischen Organismen und die Herausbildung von Habitaten beeinflussen und welche Gebiete bevorzugt von Vögeln zur Nahrungsaufnahme aufgesucht werden.
Anhand der gewonnen Daten werden im Rahmen einer ökologischen Netzwerkanalyse Nahrungsnetze erstellt, welche die Bedeutung der einzelnen Habitate im Ökosystem verdeutlichen und Zukunftsszenarios durch natürliche und anthropogene Veränderungen ermöglichen.

Das Projekt STopP ist eines der fünf Forschungsprojekte des BMBF, die im Programm für Küstenmeerforschung in Nord- und Ostsee (KüNO) im Rahmen des Forschungsprogramms "Forschung  für nachhaltige Entwicklungen" (FONA)  gefördert werden. Die Hauptkooperationspartner sind der Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein - Nationalparkverwaltung (LKN-NPV), dem auch die Projektkoordination obliegt, die Universität Kiel, insbesondere das FTZ – Büsum und das Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume Schleswig-Holstein.

Mitarbeiter im Projekt: Sabine Horn (Doktorandin), Dr. Ragnhild Asmus, Dr. Harald Asmus

  

Abschlussbericht STopP I

Der Einfluss von eingeschleppten Arten auf das Nahrungsnetz des Wattenmeeres

INFOWEB

Die Analyse von Nahrungsnetzen von Küstenökosystemen im Verhältnis zur Biodiversität ist einer der neuesten Schwerpunkte unserer Sektion. Vor allem die dramatischen Änderungen der Artenzusammensetzung durch neue Arten, wie der pazifischen Auster oder der Einwanderung lusitanischer Fischarten haben dazu geführt, sich diesem Forschungsthema anzunehmen. Wir gehen daher davon aus, dass das Nahrungsnetz des Wattenmeeres heute ein anderes Gesicht hat als noch vor 10 Jahren. Wir planen das Nahrungsnetz der Sylt-Rømø Bucht als „Referenz-Modell“ für den nördlichen deutschen und dänischen Teil des Wattenmeeres zu etablieren. Wir sind dabei zusätzlich für zwei Gebiete, den Jadebusen und das Balgzand- Gebiet, ein Nahrungsnetzmodell nach dem gleichen Prinzip einzurichten, um Aussagen über das gesamte Wattenmeer machen zu können. Unser Ziel ist es Zukunfts- Szenarien zu entwickeln, die die eingeschleppten oder eingewanderten Arten berücksichtigen, aber auch andere Systemänderungen wiederspiegeln, um eine Idee davon zu bekommen, wie der Klimawandel auf der Ebene ganzer Nahrungsnetze wirkt.

Wir haben bereits ein Nahrungsnetz-Modell der Sylt- Rømø Bucht aufgestellt, das auf der Situation basiert, die wir im SWAP- Projekt, Mitte der 90-er Jahre analysiert haben. Dies hat zu einem der detailliertesten Nahrungsnetzmodelle weltweit geführt, das uns ein holistisches Bild auf Ökosystemebene darüber vermittelte wie dies System funktioniert und in welchen Teilen es besonders sensibel reagiert. Wir haben auch mit der Analyse der verschiedenen Gemeinschaften in der Bucht begonnen und bekamen dadurch einen Eindruck von der Bedeutung der Habitatdiversität für die Funktion und die Stabilität des Gesamtsystems.

 

Das Projekt INFOWEB ist eines der beiden bilateralen deutsch- niederländischen Biorisk-Projekte (Consequences of biological invasions for nature conservation in the Wadden Sea coastal ecosystem) von der NWO und dem BMBF gefördert werden. Haupt-Kooperationspartner sind das Royal Netherlands  Institute for Sea Research, NIOZ, die Universität Groningen und das Forschungsinstitut Senckenberg am Meer neben 5 weiteren niederländischen, dänischen und deutschen Instituten davon insbesondere das FTZ – Büsum.

Mitarbeiter im Projekt: Camille de la Vega (Doktorandin), Dr. Harald Asmus (Projektleiter und Koordinator), Dr. Ragnhild Asmus

Fischmonitoring

Ökologie der Fische des Wattenmeeres

Im Rahmen der ökologischen Langzeitreihen wurde im Jahr 2006 ein hochaufgelöstes Monitoring der Fischbestände des deutschen Teils der Sylt-Rømø Bucht begonnen. An 7 Stationen entlang der Lister Ley und des Pander Tiefs werden die Veränderungen der Fischfauna erfasst. Hierzu wird vom Forschungsschiff Mya II aus ein Minigrundschleppnetz verwendet, das eine Länge von 17 m und einer Öffnungsweite von 7m und einer Öffnungshöhe von 3m aufweist. Die Maschenweite beträgt 32mm in den Flügeln, 16 mm im mittleren Bereich und 6mm im Steert. Dieses Netz kann direkt am Grund oder aber an kurzer Leine als sogenanntes flyde trawl in der Wassersäule  eingesetzt werden. Wegen der hohen Dynamik der Fischgemeinschaft im Wattenmeer, müssen wir die Bestandskontrollen monatlich durchführen, zusätzlich wird vierteljährlich je eine Probestelle im Mündungsbereich des Lister Ley und eine im inneren der Bucht untersucht. Die gesammelten Fische werden an Bord bestimmt, gezählt und ihre Gesamtlänge bestimmt. Über die Jahre erhoffen wir uns, mit diesen sehr gründlichen Untersuchungen Aussagen über klimabedingte oder auch anthropogene  Änderungen, wie dem direkten und indirekten Einfluss der Fischerei im Wattenmeer auf die Nutzung des Wattenmeeres durch Fische machen zu können und so ihre Rolle für die Biodiversität  und für das Nahrungsnetz zu präzisieren. In Zukunft werden diese Untersuchungen mit Hilfe eines  digitalen Multifrequenz -Echosounder-Systems (BioSonics DT-X) unterstützt. Ausserdem ist geplant im Rahmen der deutsch- dänischen Kooperation in der  Sylt-Rømø Bucht  ab Januar 2017 ein gemeinsames deutsch- dänisches  Fischmonitoring in der Bucht durchzuführen.

Mesokosmen

Im Sommer 2013 wurde eine neue experimentelle Anlage an der Wattenmeerstation des AWIs fertig gestellt, um den Einfluss von sich verändernden Umweltbedingungen auf die benthischen Lebensgemeinschaften im Wattenmeer zu simulieren. Die Anlage besteht aus 12 Mesokosmen mit je 1800 Liter Wasservolumen und lichtdurchlässigen Abdeckungen. Jedes Becken besitzt eine Tiden- und Strömungssimulation, um die Bedingungen für die Lebensgemeinschaften möglichst naturgetreu nachzustellen. Des Weiteren ist es möglich in jedem Kosmos Temperatur, Kohlendioxid- und Nährstoffgehalt zu manipulieren. Mittels einer Multiparameter-Messsonde werden kontinuierlich und automatisch pH-Wert, Salinität, Sauerstoffgehalt und Temperatur überwacht und aufgezeichnet. 

Im Rahmen des BIOACID II Projekts wurde das erste Experimente im Frühjahr 2014 durchgeführt:
April – Juli 2014: Um den Einfluss von Klimaerwärmung und Ozeanversauerung zu untersuchen, wurde für 11 Wochen eine Lebensgemeinschaft aus Blasentang (Fucus vesiculosus forma mytili), pazifischen Austern (Crassostrea gigas), Miesmuscheln (Mytilus edulis), Strandschnecken (Littorina littorea, Littorina mariae) und Flohkrebsen (Gammarus spp.) in den Mesokosmen unter verschiedenen Bedingungen gehalten. Dabei wurden Temperatur und CO2-Konzentration so erhöht, wie sie in Prognosen für das Jahr 2100 vorhergesagt sind.

Juli – September 2014: Zusätzlich zur Klimaerwärmung und Ozeanversauerung wird hier der Einfluss eines erhöhten Eintrags an Nährstoffen ins Meer simuliert.

Zukünftig geplante Experimente:

Die Anlage ist hervorragend dafür geeignet, auf experimentellem Weg die Beziehungen zwischen der Biodiversität von benthischen Gemeinschaften und ihren Ökosystemfunktionen zu untersuchen.

Mitarbeiter im Projekt: Dr. Harald Asmus, Dr. Ragnhild Asmus, Andreas Pansch (Doktorand), Petra Kadel (BTA)

Publikationen

Pansch, A., Winde, V., Asmus, R. and Asmus, H. (2016): Tidal benthic mesocosms simulating future climate change scenarios in the field of marine ecology, Limnology and Oceanography: Methods. doi: 10.1002/lom3.10086

Graiff, A., Al Jabani, B., Asmus, H., Asmus, R.,    Bartsch, I., Bohm, F.,    Boettcher, M.,    Eisenhauer, A.,    Gutow, L.,    Karsten, U., Kruse, I. , Matthiessen, B., Mensch, B.,    Pansch, A.,    Raddatz, S.,    Schmitz-Streit, R.,    Tauber, I.,    Wahl, M.,    Werner, F. and Winde, V. (2015): Effects of warming and acidification on a benthic community in the Baltic Sea - Kiel Benthocosms, European Journal of Phycology, 50, pp. 89-90.

Nahrungsnetze

Role of meiofauna in the functioning of soft-bottom coastal food webs

The general aim of this PhD thesis will be to determine how changes of food source properties affect fluxes of organic matter in soft bottom coastal habitats. We will compare two bays, Marennes-Oléron Bay at the west coast of France, dominated by mudflats, and the Sylt-Rømø Bight in northern Germany, dominated by sandflats. The biomass of food resources (i.e., benthic diatoms, detrital matter, and phytoplankton) and meiofauna and the trophic relationships between these food sources and the meiobenthic consumers will be studied for four different seasons within these two bays. The three different habitats that will be studied are; mudflats (dominated by epipelic microalgae), sandflats (dominated by epipsammic microalgae) and seagrass beds (characterized by a mixture of epipelic and epipsammic microalgae and high quantities of detrital organic matter). The functioning of the two ecosystems, both the Marennes-Oléron Bay and of the Sylt-Rømø Bight, has been studied frequently and as a result, food web models have already been built. However, these models are mostly based on the relationships between food resources and macrofauna. To improve the food web models and the knowledge about the role of meiofauna in soft-bottom ecosystems, the results obtained during this PhD will be included into these pre-existing models. This will eventually allow us to determine the gains or losses of ecosystem functions provided by meiofauna when sediment grain size is changing.

Members of Staff: Luuk van der Heijden (PhD-Student), Dr. Harald Asmus, Dr. Ragnhild Asmus

Leitung:                              

PD Dr. Harald Asmus    

Dr. Ragnhild Asmus                

 

Postdocs:

Dr. Dominik Kneer

Dr. Camille de la Vega

Dr. Sabine Horn

 

Doktoranden:

Andreas Pansch (MSc.)

Luuk van der Heijden (MSc.)

 

Technische Angestellte:

Petra Kadel

Birgit Hussel