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SIL Tagung Pörtschach
Modellierung der Auswirkung
veränderlicher
Umweltbedingungen auf das
Algenwachstum
Philipp Trummer, Rainer Kurmayer,
Institut für Limnologie der ÖAW, Mondsee
SIL Tagung Pörtschach
Planktothrix (Oscillatoriaceae) in tiefen Voralpenseen
Planktothrix rubescens
- Filamentbildendes Cyanobakterium
- Pigment Phycoerythrin als Anpassung an niedrige
Lichtverfügbarkeit
- Gasvesikel erlauben Einschichtung im Metalimnion und
Blütenbildung an der Gewässeroberfläche
- Mögliche Umweltgefährdung durch toxische
Sekundärmetaboliten wie das Heptapeptid Microcystin
SIL Tagung Pörtschach
Einschichtung von Planktothrix in der Wassersäule
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 5 10 15 20 25 30
Dep
th [
m]
Temperature [°C]
ODO [mg/ml]
Eingeschichtete
Planktothrix-Population
am 14.09.11
SIL Tagung Pörtschach
Einschichtung von Planktothrix in der Wassersäule
Mixing Depth: Tiefe der
Winddurchmischung
Planktothrixmaxima
zeigen in den
Sommermonaten eine
Einschichtung in der
Wassersäule unterhalb der
Durchmischungstiefe.
SIL Tagung Pörtschach
+) schädlich (Toxine)
+) Verlust der Biodiversität, irreversible
Veränderung des Ökosystems
Kosten
+) unmittelbar (monitoring,
Wasseraufbereitung, Alternativen)
+) Langzeitkosten (Verringerung des
Eintrags der Nährstoffe)
+) Reduktion des Erholungswertes
Effekte von Algenblüten
Mondsee, P. rubescens bloom, shore-
line near Scharfling, approx. 1973;
Foto: © A. Jagsch (BAW Scharfling)
Dokulil & Teubner 2012 (Hydrobiologia)
SIL Tagung Pörtschach
Langzeit Algenwachstum am Mondsee
Dokulil & Teubner (2012), Hydrobiologia
Years 1970-2010
Seit 1983 gibt es zwischen Total Phosphor gehalt und Planktothrix
biovolume keine Korrelation, dh. Es sind Faktoren wie Licht und
Temperatur, die entscheidend sind
PlanktothrixTP
SIL Tagung Pörtschach
Entwicklung von Planktothrix in den letzten 10 Jahren
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Bio
masse m
m3/m
-3
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Gesamt Algen Biomasse
Planktothrix Biomasse
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Ante
il P
lankto
thrix (
%)
0
10
20
30
40
50
nodata
nodata
Trotz gleichbleibenden TP Gehalt variiert die Planktothrixbiomasse berträchtlich,
andere Faktoren wie Temperatur und Lichtklima müssen das Wachstum beeinflussen
SIL Tagung Pörtschach
Probenahme
- Probenahme am tiefsten Punkt des Sees im Zeitraum von Frühjahr 2010 bis Frühjahr 2011
- Während der Schichtungsperiode Probenahme in 2m -Tiefenstufen von 0-20m
- Bestimmung von Secchitiefe und Attenuation
- Bestimmung von Phytoplanktonzusammensetzung,
Totalphosphor und Chlorophyllgehalt im Labor
SIL Tagung Pörtschach
Dichtebestimmung
- Zählung der autofluoreszenten Filamente mit
Epifluoreszenzmikroskop (Zeiss)
-Zählung und Vermessung der Filamente je nach
Planktothrixdichte händisch (NIS-Elements)
oder mit einem semiautomatischen
Zählprogramm (Planktotriquant)
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Temperatur- und Wetterdaten
- Stündliche Messung der Wassertemperatur durch Messkette
- Kontinuierliche Messung der Globalstrahlung und Wind durch
Messstation des ZAMG alle 10 Minuten
SIL Tagung Pörtschach
Interannuelle Variation der Planktothrix-Population
SIL Tagung Pörtschach
Planktothrixentwicklung im Mondsee
2010 - 2011Planktothrix
Monat
2 4 6 8 10 12
Mo
nth
ly A
ve
rage
Su
m 0
-20
m [
mm
³/m
³]
0
20
40
60
80
100
2010
2011
Zunahme im Jahr 2011
Abnahme im Jahr 2010
SIL Tagung Pörtschach
Graduelle Unterschiede in der Temperatur 2010, 2011
2010
Monat
2 4 6 8 10 12
Te
mp
era
tur
[°C
]
0
5
10
15
20
25
0 m
5 m
10 m
15 m
20 m
30 m
2011
Monat
2 4 6 8 10 12T
em
pe
ratu
r [°
C]
0
5
10
15
20
25
0 m
5 m
10 m
15 m
20 m
30 m
SIL Tagung Pörtschach
Graduelle Unterschiede in der Lichtverfügbarkeit 2010, 2011
SIL Tagung Pörtschach
Schmidt‘sche Stabilität
Stratification and Stability of the Mondsee
0
500
1000
1500
2000
01.01.2010 01.04.2010 30.06.2010 28.09.2010 27.12.2010 27.03.2011 25.06.2011 23.09.2011 22.12.2011
Date
Sch
mid
t S
tab
ilit
y [
J/m
²]
SIL Tagung Pörtschach
Modellierung des Planktothrix-Wachstums
Modell des Planktothrixwachstums schließt physikalische
und physiologische Parameter ein
Von Bright & Walsby für den Zürichsee entwickelt (Bright
& Walsby 2000, New Phytol. 146:301)
Berechnung des theoretisch möglichen Wachstums in 10-
min Schritten für 11 Tiefenstufen von 0-20m
SIL Tagung Pörtschach
Modellparameter
Physikalische Parameter
Windgeschwindigkeit
Globalstrahlung
Wassertemperatur
Lichtattenuation
Physiologische Parameter (Nach
Literaturwerten)
Maximale Wachstumsrate
Wachstumsraten bei
verschiedener
Lichtverfügbarkeit
Q10
SIL Tagung Pörtschach
Berechnung der Wachstumsraten
Die Wachstumsrate wird in 10-Min-Schritten von 0-
20m berechnet:
N2=N1eµt
Ni Population density [mm³/m³]
µ Growth rate [d-1]
µD Growth rate in darkness (negative) [d-1]
t Time interval [d]
I Irradiance [µmol m²s-1]
In Neutral Irradiance[µmol m²s-1]
Temperature [°C]
’ Reference Temperature [°C]
Q10 Temperature factor
L Growth/Light gradient [(d µmol m2s-1)-1]
Lm Maximal growth rate (light) [d-1]
SIL Tagung Pörtschach
Bestimmung der Wachstumsrate von
Planktothrix
Lichtabhängige Wachstumskurve für Planktothrix rubescens im Labor
10°C
20°C
Bright & Walsby 2000, New Phytol. 146:301
SIL Tagung Pörtschach
Beispiel für zwei Sommertage
18.06.11 11.06.11
SIL Tagung Pörtschach
Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Gro
wth
rate
[ d
-1 ]
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
Avera
ge Insola
tion [W
/m²]
0
200
400
thermal stratification
Daily insolation
Observed growth rate
Modelled growth rate
2010 2011
Gegenüberstellung beobachtete und
berechnete Wachstumsraten
Trummer et al., unpublished
Wachstumsraten im Sommer 2011 > im Sommer 2010
SIL Tagung Pörtschach
gezählt berechnet gezählt berechnet
Wachstu
msra
te p
ro T
ag
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
2010 2011
Jährliche Wachstumsraten von Planktothrix
2010 2011
Bio
ma
sse P
lankto
thrix m
m3/L
0
2
4
6
8
10
12
Wachstumsraten Biomasse
SIL Tagung Pörtschach
Dank an:
Rainer Kurmayer
Anthony Walsby
ZAMG Österreich
BAW Scharfling und Land OÖ (Temperaturprojekt Mondsee)
Die Kollegen des Instituts für Limnologie Mondsee
