Phytoplankton response to pH rise in a N-limited floodplain lake: relevance of N 2 -fixing heterocystos cyanobacteria The photo at the top of this page.

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1 Phytoplankton response to pH rise in a N-limited floodplain lake: relevance of N 2 -fixing heterocystos cyanobacteria The photo at the top of this page shows the floodplain of the river Parana in Argentina (Photo: Jorge Cappato). March 2003

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3 Paraná de las Palmas

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5 Allgemein bekannt… Hauptnährstoffe für Phytoplankton: Phosphate, Stickstoffverbindungen Für Cyanobakterien bei Photosynthese sehr wichtig: Mo, Fe 3+

6 Studien am Paraná In stärker isolierten Seitenarmen: DIN sehr niedrig (< 4 µM) PO 4 3- hoch daher niedriges DIN : PO 4 3- -Verhältnis, Limitierung durch N-Mangel Chemisch ähnliche Gewässer oft von N2-fixierenden Cyanobakterien dominiert

7 Hinweise zu N-Limitierung in Paraná-Auen ergaben sich für Makrophyten und Phytoplankton anhand von Labortests innerhalb anderer Studien sowie anhand von früheren Düngungsexperimenten

8 Paraná-Auen: Gute Anpassung an frequentiell auftretende niedrige DIN-Konzentrationen v.a. mixotrophe Flagellaten (Euglenophyta, Dinoflagellata) ebenfalls dominant: kleine, kokkoide Chlorophyta tlw. einzellige koloniale CBs (Aphanocapsa, Merismopedia) tlw. filamentöse CBs (Plankththrix, Planktolyngbya) N2-fixierende Cyanobakterien unter-repräsentant !

9 N 2 -Fixierung als Vorteil bei N-Limitierung ? N 2 -fixierenden CBs mit Heterocysten bei früheren Studien in Augewässern entlang des Paraná-Mittellaufs… …nur selten gefunden …nur in der warmen Saison …nach mehrmonatiger Isolation vom Hauptstrom

10 Mögliche Ursachen Für N 2 -Fixierung mehr Energie als für DIN- Aufnahme notwendig Für N 2 -Fixierung / Aufbau der Heterocysten mehr Fe, Mo und PO 4 3- erforderlich

11 Weitere Studien ergaben keine Hinweise auf Wachstumslimitierung durch Mangel an den genannten Nährstoffen ebensowenig erscheinen Probleme durch eine turbulente Wassersäule

12 Hypothese 1 (Reynolds) In flachen Gewässern der Paraná-Auen bestimmte Abfolge (Sukzession) bei Phytoplankton während der Isolierungsphase. N 2 -fixierenden CBs mit Heterocysten nicht als r-Strategen eingestuft, würden daher kurz vor Ende der Isolation erscheinen Auftreten daher in Abhängigkeit von Isolationszeitraum / Konnektivität mit Hauptstrom

13 Hypothese 2 (Shapiro) N 2 -fixierenden CBs mit Heterocysten generell begünstigt bei geringem CO 2 -Gehalt und hohem pH-Wert …neutral bis schwach saurer pH-Wert der Augewässer nach dieser Hypothese ausreichend, um auch bei günstigen Nährstoffverhältnissen die Entwicklung / Dominanz von N 2 -fixierenden CBs mit Heterocysten zu unterdrücken

14 Zusammenhang zwischen Hypothese 1+2 Aus anderer Studie bekannt: Lange Isolation – über Sommer deutlich sichtbare Entwicklung von Phytoplankton – hohe Photosyntheserate – hoher ph-Wert Falls außerdem DIN niedrig: N 2 -fixierenden CBs mit Heterocysten begünstigt

15 Test der Hypothesen Abfolge von Phytoplankton in isoliertem Augewässer (ohne direkte Verbindung zu Hauptstrom) untersucht Meso-Kosmos-Experimente zusätzlich für test der pH-Abhängigkeit von N 2 -fixierenden CBs mit Heterocysten

16 Standort für Experimente

17 Ergebnisse und Diskussion 2 warme Perioden, jedoch unterschiedliches Niederschlagsregime (“wet + dry”) wet: häufig Regen, höherer Wasserstand, reichlich Makrophyten dry: wenig Regen, niedrigerer Wasserstand, wenige Makrophyten

18 Ergebnisse und Diskussion In Bereich ohne Makrophyten euphotische Zone immer bis zum Grund reichend Phosphat-Gehalt immer hoch DIN in Laguna Grande immer niedrig, TN aber höher als im Hauptstrom Positive Korrelation zwischen DIN und Biovolumen des Phytoplanktons

19 Ergebnisse und Diskussion Chemische + biologische Parameter in Kontroll-Kontainern (ca. pH 7) nahezu ident mit umgebendem Wasser, nahezu keine N 2 - fixierenden CBs mit Heterocysten In Kontainern mit zugegebenem Na 2 -CO 3 (ca. pH 8,3) hohe Abundanz N 2 -fixierender CBs mit Heterocysten