AssessStress Gruppenfoto (Foto: Patrick Fink, UFZ)

Logo: AssessStress AssessStress: Stressor-Schwellenwerte und Multistressor-Bewertungen für aquatische Ökosysteme

Plattformprojekt – PP2.4

Multiple anthropogene Stressoren beeinflussen die Struktur und Funktionen von Bächen und Flüssen. AssessStress untersucht die Wechselwirkungen und Schwellenwerte dieser Stressoren, um ein mechanistisches Verständnis durch die Kombination von faktoriellen Mesokosmenexperimenten mit Datenanalyse und Ökosystemmodellierung zu erzielen. Ziel von AssessStress ist es letztendlich, ein nachhaltiges und wissenschaftsbasiertes Management von Fließgewässern unter sich verändernden Umweltbedingungen zu ermöglichen.

Hintergrund und wissenschaftliche Herausforderungen

Multiple, hauptsächlich durch menschliche Einflüsse verursachte Stressfaktoren beeinflussen Süßwasserökosysteme. Dabei ist zwar die Wirkung einzelner Stressoren recht gut untersucht, aber die Auswirkungen von Stressorkombinationen auf Ökosystemstrukturen, -funktionen und -leistungen sind häufig unbekannt. Dieses Wissen ist jedoch unerlässlich, um effiziente Managemententscheidungen treffen zu können. Außerdem ist die Reaktion von Ökosystemen auf Stressoren nicht immer linear, sondern folgt häufig einer sigmoidalen Funktion mit einem relativ eindeutigen Schwellenwert, d. h. dem Punkt, an dem eine kleine Zunahme der Stressorintensität eine große Veränderung im Ökosystem bewirkt. Kontrollierte Experimente unter naturnahen Bedingungen in Mesokosmen haben das Potenzial, mechanistische Zusammenhänge zwischen mehreren Stressoren und ihren Wechselwirkungen, sowie der Reaktion des Ökosystems zu ermitteln, Schwellenwerte zu quantifizieren und Stressorhierarchien zu bestimmen. Darüber hinaus können großskalige Datenanalysen Fragen zur Generalisierbarkeit dieser Beziehungen und Schwellenwerte beantworten und dabei auch Aspekte der Landschaft und Fließgewässernetzwerke einbeziehen. Schließlich können mechanistische Modelle dieses Wissen zusammenfassen und in einen gemeinsamen mathematischen Rahmen übertragen, um alternative Zukunftsszenarien in Bezug auf Bewirtschaftungsmaßnahmen, Landnutzung und Klimaveränderungen zu untersuchen.

Ziele

AssessStress wird Schwellenwerte für die verschiedenen Stressoren von Süßwasserökosystemen und Stressorenhierarchien bestimmen und so ein wissensbasiertes Management ermöglichen. Die Kombination von kontrollierten faktoriellen Experimenten mit Datenanalyse und Ökosystemmodellierung wird ein mechanistisches Verständnis der Auswirkungen verschiedener Stressoren auf verschiedenen Ebenen und Vorhersagen über potenzielle Vorbeugemaßnahmen und Managementstrategien ermöglichen.

Stressor-Ökosystem-Funktionsreaktionen und ihre Untersuchung durch Experimente mit Stressorgradienten.
Stressor-Ökosystem-Funktionsreaktionen und ihre Untersuchung durch Experimente mit Stressorgradienten: Links: Schwellenwerte definieren den Punkt, an dem die Funktion am empfindlichsten auf Veränderungen der Stressorintensität reagiert. Der Safe Operating Space (SOS) befindet sich oberhalb der Funktionsschwelle und markiert den Bereich hoher Resistenz und Widerstandsfähigkeit gegenüber Stressorveränderungen. Die Interaktion mit einem zweiten Stressor kann die Lage des Schwellenwerts verschieben und den Bereich des SOS verringern (Abbildung: Ulrike Scharfenberger, UFZ). Rechts: Beispiel eines Versuchsaufbaus mit 24 Fließrinnen in einem MOBICOS-Container zur Untersuchung der Auswirkungen eines Stressorgradienten auf Ökosystemfunktionen, hier z.B. die Fähigkeit von Flusssedimenten, Nährstoffe zurückzuhalten (Foto: Nuria Perujo, UFZ).

Inhalte und angestrebte Ergebnisse

AssessStress entwickelt spezifische Hypothesen auf der Grundlage von Freilandmessungen, die anschließend durch mechanistische Experimente im Labor und in Mesokosmen getestet und mit Computermodellen kombiniert werden. Diese Modelle leiten Parameter in Form von Stressorhierarchien und Schwellenwerten aus den experimentellen Tests ab, erweitern diese jedoch über den Bereich der experimentell gemessenen Werte hinaus. Dadurch werden diese Modelle auch in der Lage sein, Vorhersagen für zukünftige, in der Natur noch nicht realisierte Szenarien wie Landnutzung und Klimawandel zu treffen. Das Projekt ist für die gesamte POF IV-Periode (2021-2027) geplant und wird eine Reihe spezifischer Produkte hervorbringen:
  1. Bestimmung von Stressorhierarchien, relevanten Stressorkombinationen und Stressorschwellenwerten für Süßwasserökosysteme in Mitteleuropa.
  2. Vorhersagemodelle (konzeptionelle und Computermodelle) von Stressor-Funktionsbeziehungen, die in adaptive Managementstrategien für Oberflächengewässer integriert werden können.
  3. Multi-Stressor-Bewertungen für das Gewässermanagement und die Restaurierung von Fließgewässerökosystemen, einschließlich zukünftiger Landnutzungs- und Klimawandelszenarien.
Mobile Mesokosmenstation im Oberlauf der Holtemme im Harz.
Mobile Mesokosmenstation (MOBICOS: https://www.ufz.de/index.php?en=48794) im Oberlauf der Holtemme im Harz; in diesen containerbasierten Laboren können mit Hilfe faktorieller Rinnenexperimente die Effekte einzelner und kombinierter anthropogener Stressoren auf verschiedene Fließgewässerkompartimente und -biota untersucht werden (Foto: Alexandra Schlenker, UFZ).