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Marlene Pätzig

• Many lake water bodies not attained the goal of the European Water Framework Directive (WFD) to achieve a good ecological state by 2015. This is, among other things, because the assessment and improvement of hydromorphological conditions of lakeshores has been neglected as an important component ensuring the ecological integrity of lake ecosystems. In recent years, macroinvertebrates were emphasized to be useful indicators for the assessment of lakeshore hydromorphology. Hence, in Europe macroinvertebrate-based assessment methods were developed to evaluate the hydromorphological conditions of lakeshores. In this thesis, some of the uncertainties and missing aspects of existing macroinvertebrate-based assessment methods were addressed. The results were obtained by sampling macroinvertebrates and macrophytes at natural shores and at shores modified by marinas and beaches in three depth zones between April and November 2011 in a large lowland lake (Lake Scharmützelsee, Germany). Firstly, I clarified that upper littoralMany lake water bodies not attained the goal of the European Water Framework Directive (WFD) to achieve a good ecological state by 2015. This is, among other things, because the assessment and improvement of hydromorphological conditions of lakeshores has been neglected as an important component ensuring the ecological integrity of lake ecosystems. In recent years, macroinvertebrates were emphasized to be useful indicators for the assessment of lakeshore hydromorphology. Hence, in Europe macroinvertebrate-based assessment methods were developed to evaluate the hydromorphological conditions of lakeshores. In this thesis, some of the uncertainties and missing aspects of existing macroinvertebrate-based assessment methods were addressed. The results were obtained by sampling macroinvertebrates and macrophytes at natural shores and at shores modified by marinas and beaches in three depth zones between April and November 2011 in a large lowland lake (Lake Scharmützelsee, Germany). Firstly, I clarified that upper littoral macroinvertebrates should be used for assessing the hydromorphology of lakeshores. It was shown that the effect of lakeshore modification on macroinvertebrate diversity and community composition was most pronounced in the upper littoral and decreased to the profundal zone. Secondly, I demonstrated that a single seasonal sampling is sufficient to capture the compositional differences of macroinvertebrate communities associated with human lakeshore modification. Seasonal effects on upper littoral macroinvertebrate diversity and composition were less important than shore type in comparison with the middle littoral and profundal zone. Thirdly, upper littoral macrophyte communities were also affected by lakeshore modification and at the same time the most important variable structuring macroinvertebrate communities. Hence, the effects of different shore types on macrophytes were transferred to macroinvertebrates, but artificial substrates were also able to partly substitute macrophyte habitats as it was shown for the studied marinas. Since lakeshore modification affected macrophytes slightly differently than macroinvertebrates, macrophytes should be considered as an additional component in lakeshore assessment. Finally, secondary production as proxy to determine the effect of lakeshore modification on the functioning of macroinvertebrates was estimated. Estimation of secondary production requires the determination of biomass. Biomass was indirectly determined by using length-mass regressions established for macroinvertebrates from temperate lakes of the central European lowland. The result showed that total secondary production and secondary production of native taxa in the upper littoral was substantially lower at the studied beaches compared to natural sites. In contrast, upper littoral secondary production at marinas did not differ to natural sites, but secondary production of non-native taxa was significantly higher at marinas. No effects of lakeshore modification on secondary production were found with increasing depth. Different scenarios based on upscaling of site-specific production to whole lake ecosystem level gave evidence that the observed local impacts of lakeshore modification can translate into alterations of the functioning of macroinvertebrates at whole lake ecosystem level. In addition, it was emphasized that secondary production as a functional measure is more sensitive in detecting hydromorphological alterations than the structural measures diversity or biomass. Secondary production should therefore be included in existing lakeshore assessment methods. In order to obtain a comprehensive overview about the changes in the functioning of macroinvertebrates following lakeshore modification, it is recommended to consider not only total secondary production but also secondary production of functional groups. With these results, this thesis contributes to the mechanistic understanding of the effect of lakeshore modification on the functioning of macroinvertebrates and the consequences for the functioning of the whole lake ecosystem. The newly generated knowledge helps to optimize the development of successful lakeshore assessment tools and identification of management measures.…
• Viele stehende Gewässer haben es nicht geschafft, das Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtline (WRRL) bis 2015 einen gut ökologischen Zustand zu erreichen. Dies liegt unter anderem an dem Versäumnis die Bewertung und Verbesserung des hydromorphologischen Zustands von Seeufern in bisherige Ansätze zu integrieren. Seeufer stellen eine wichtige Komponente von Seeökosystemen dar, um die Intaktheit dieser zu gewährleisten. In den vergangenen Jahren wurden Makroinvertebraten als brauchbare Indikatoren für die Bewertung der Seeuferhydromorphologie hervorgehoben. Daraufhin wurden in Europa einige Bewertungsmethoden basierend auf Makroinvertebraten entwickelt, um den hydromorphologischen Zustand von Seeufern beurteilen zu können. In dieser Doktorarbeit werden einige Unsicherheiten und fehlende Aspekte existierender Makroinvertebraten-basierenden Bewertungsmethoden adressiert. Die Ergebnisse wurden erzielt, in dem Makroinvertebraten an natürlichen Seeufern und an Seeufern, modifiziert in Form von Häfen und Strände, in drei TiefenzonenViele stehende Gewässer haben es nicht geschafft, das Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtline (WRRL) bis 2015 einen gut ökologischen Zustand zu erreichen. Dies liegt unter anderem an dem Versäumnis die Bewertung und Verbesserung des hydromorphologischen Zustands von Seeufern in bisherige Ansätze zu integrieren. Seeufer stellen eine wichtige Komponente von Seeökosystemen dar, um die Intaktheit dieser zu gewährleisten. In den vergangenen Jahren wurden Makroinvertebraten als brauchbare Indikatoren für die Bewertung der Seeuferhydromorphologie hervorgehoben. Daraufhin wurden in Europa einige Bewertungsmethoden basierend auf Makroinvertebraten entwickelt, um den hydromorphologischen Zustand von Seeufern beurteilen zu können. In dieser Doktorarbeit werden einige Unsicherheiten und fehlende Aspekte existierender Makroinvertebraten-basierenden Bewertungsmethoden adressiert. Die Ergebnisse wurden erzielt, in dem Makroinvertebraten an natürlichen Seeufern und an Seeufern, modifiziert in Form von Häfen und Strände, in drei Tiefenzonen zwischen April und November 2011 an einem großen Tieflandsee (Scharmützelsee, Deutschland) beprobt wurden. Als Erstes konnte ich aufzeigen, dass die Makroinvertebraten des oberen Litorals zur Bewertung der Hydromorphologie von Seeufern herangezogen werden sollten. Die Auswirkungen anthropogen modifizierter Seeufer auf die Diversität und Zusammensetzung der Makroinvertebraten waren am stärksten im oberen Litoral und nahmen zum Profundal hin ab. Zum Zweiten konnte ich nachweisen, dass eine Beprobung pro Jahr ausreicht, um die Unterschiede in der Makroinvertebraten-Gesellschaft als Folge von Seeufermodifikationen zu erfassen. Jahreszeitliche Einflüsse auf die Diversität und Zusammensetzung der Makroinvertebraten wurden im oberen Litoral von den Auswirkungen der modifizierten Seeufer überlagert, jedoch nicht mehr im mittleren Litoral und im Profundal. Drittens konnte ich zeigen, dass die Makrophyten-Gesellschaften des oberen Litorals ebenfalls von den Modifikationen des Seeufers beeinflusst waren. Gleichzeitig wurden Makrophyten als die bedeutendste Variable, die Makroinvertebraten-Gesellschaften strukturiert, identifiziert. Demnach übertrugen sich die Auswirkungen von Seeufermodifikationen auf Makrophyten weiter auf die Makroinvertebraten. Makropyhten-Habitate konnten jedoch teilweise durch künstliche Substrate ersetzt werden, wie an den Häfen aufgezeigt. Da sich Seeufermodifikationen etwas anders auf Makrophyten auswirkten als auf Makroinvertebraten, sollten Makrophyten als zusätzliche Komponente zur Bewertung von Seeufern herangezogen werden. Abschließend wurde die Sekundärproduktion als Proxy zur Bestimmung der Auswirkungen von Seeufermodifikationen auf die Funktionalität von Makroinvertebraten abgeschätzt. Die Abschätzung der Sekundärproduktion erfordert die Bestimmung der Biomasse. Diese wurde indirekt mit Hilfe von Längen-Massen-Regressionen bestimmt. Die Längen-Massen-Regressionen wurden anhand von Makroinvertebraten aus Seen des zentraleuropäischen Tieflands erstellt. Im Ergebnis zeigte sich, dass die gesamte Sekundärproduktion und die Sekundärproduktion heimischer Taxa des oberen Litorals an den untersuchten Stränden, im Vergleich zu den natürlichen Stellen, beträchtlich verringert waren. Dagegen änderte sich die gesamte Sekundärproduktion an den untersuchten Häfen des oberen Litorals, im Vergleich zu den natürlichen Stellen, nicht. Der Anteil der Produktion von nichtheimischen Arten an den Häfen war jedoch höher gegenüber natürlichen Ufern. Keine Auswirkungen von Seeufermodifikationen auf die Sekundärproduktion konnte in den tieferen Wasserzonen gefunden werden. Unterschiedliche Szenarien, die auf Basis von Hochrechnung der standortspezifischen Sekundärproduktion auf Ebene des gesamten Sees erzeugt wurden, belegen, dass lokale Auswirkungen von Seeufermodifikationen auch auf Ebene des gesamten Seeökosystems bemerkbar werden. Zusätzlich wurde bestätigt, dass die Sekundärproduktion als Maß für die Funktionalität eine höhere Sensitivität aufweist, Auswirkungen von Seeufermodifikationen zu erkennen, als die strukturellen Maße Diversität und Biomasse. Deshalb sollte die Sekundärproduktion in existierende Bewertungsmethoden für Seeufer aufgenommen werden. Um einen umfassenden Überblick über die Änderungen der Funktionalität von Makroinvertebraten als Folge von Seeufermodifikationen zu erhalten, wird nicht nur empfohlen die gesamte Sekundärproduktion, sondern auch die Sekundärproduktion funktioneller Gruppen zu berücksichtigen. Mit diesen Ergebnissen trägt die vorliegende Doktorarbeit zum mechanistischen Verständnis der Auswirkungen der Seeufermodifikation auf die Funktionalität der Makroinvertebraten und der Konsequenzen für das gesamte Seeökosystem bei. Das neu generierte Wissen hilft, die Entwicklung von erfolgsversprechenden Methoden für die Seeuferbewertung und Identifikation von Managementmaßnahmen zu optimieren.…