Freshwaters are amongst the most threatened ecosystems worldwide. For the elaboration of conservation management concepts, an understanding of ecosystem functioning is crucial. In research of headwater stream ecosystems, one of the biggest knowledge gaps is the riverine interface between open water and groundwater – the interstitial zone. The latter is an important habitat for different species (invertebrates, vertebrates) and their life stages (egg development, larvae, adult organisms). Nevertheless, processes between free flowing and interstitial water as well as interactions between species of different taxonomic levels (from microbes to vertebrates) in dependence of abiotic habitat properties are understudied. Therefore, this thesis elucidates processes and interactions taking place in the stream interstitial zone. Different organisms inhabiting the interstitial zone were investigated in regard to their effects on physical and chemical habitat properties (oxygen saturation and concentration, redox potential, pH, electric conductivity, concentration of Cl-, NO2-, Br-, NO3-, HPO42-, SO42-, F-, Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+) as well as bacterial community composition. In a first step, a standardized microcosm laboratory experiment was established. Therefore, substrate-filled plastic boxes which were equipped with redox electrodes and valves to take samples from interstitial water. These boxes were set under constant water flow and stocked with test animals. Functionally different burrowing invertebrates (mayfly nymphs, duck mussels and tubificid worms) were compared in regard to their effects on abiotic habitat properties and microbial community composition. The effects on physico-chemical properties and microbial community composition were also investigated for burrowing vertebrates (lamprey larvae) in comparison to a control without animals in a second step. Moreover, the complex relationship of the presence and absence of invasive and indigenous amphipods on leaf litter decomposition, abiotic habitat properties and microbiota was studied in a third step. Invertebrate bioturbators from variable functional groups caused microhabitats with distinct physico-chemical properties (e. g. high oxygen availability in presence of mussels, low oxygen availability in presence of tubificid worms) and therefore differences in bacterial community composition (many aerobe bacteria in the mussel treatment, many anaerobe bacteria in the tubificid worm treatment). Lamprey larvae as vertebrate bioturbators caused big burrows and consequently a strong increase in interstitial oxygen availability followed by a shift in microbial community composition dominated by aerobe bacteria. Pronounced effects in feeding rate (much lower) and a shift in bacterial community composition at the substratum surface were detected in the invasive amphipod treatment compared to the native amphipods. The replacement of indigenous by invasive species caused a shift in organic matter processing with potential alterations in nutrient cycling and therefore in interstitial food web structure. Vertebrate and invertebrate bioturbators caused strong effects, partly in different directions as revealed by shifts in bacterial community composition. In further studies the interactions of different species in the same microcosms should be investigated. As a loss or replacement of functionally indispensable species potentially results in a deterioration of ecosystem services provided by the interstitial zone (e.g., organic matter processing, nutrient cycling, filter function) it is also important to research effects of other invasive species that inhabit the interstitial zone or have an impact on it in another way (i.e. spawning behaviour). The findings of the present study highlighted the importance of ecosystem services provided by the interstitial zone, which should be taken into account in conservation concepts and hydraulic engineering plans.      «

Freshwaters are amongst the most threatened ecosystems worldwide. For the elaboration of conservation management concepts, an understanding of ecosystem functioning is crucial. In research of headwater stream ecosystems, one of the biggest knowledge gaps is the riverine interface between open water and groundwater – the interstitial zone. The latter is an important habitat for different species (invertebrates, vertebrates) and their life stages (egg development, larvae, adult organisms). Neverth...     »

Süßgewässer gehören zu den meist gefährdetsten Ökosystemen weltweit. Die Kenntnis der funktionalen Zusammenhänge eines Ökosystems ist unabdingbar um Schutzkonzepte entwickeln zu können. Bei der Erforschung von Flussoberläufen stellt der Übergangsbereich zwischen frei fließendem Wasser und Grundwasser – das Kieslückensystem – die größte Wissenslücke dar. Die interstitielle Zone fungiert als wichtiges Habitat für verschiedene Arten von Invertebraten und Vertebraten, sowie für deren verschiedene Entwicklungsstadien (Eientwicklung, Larvalstadium, Adultstadium). Trotz dieser bekannten, wichtigen Funktionalitäten sind sowohl die Prozesse zwischen frei fließendem und interstitiellem Wasser, als auch die Interaktionen zwischen verschiedenen taxonomischen Ebenen (von Mikroben bis hin zu Vertebraten) in Abhängigkeit der abiotischen Habitatbedingungen noch unzureichend erforscht. Diese Arbeit soll daher Prozesse und Interaktionen beleuchten, die in der interstitiellen Zone von Fließgewässern stattfinden. Hierzu wurden verschiedene Organismen untersucht, die das Kieslückensystem als Habitat nutzen. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf dem Einfluss der untersuchten Organismen auf pysikalische und chemische Habitatbedingungen (Sauerstoffsättigung und –konzentration, Redoxpotenzial, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit und Ionenkonzetrationen von Cl-, NO2-, Br-, NO3-, HPO42-, SO42-, F-, Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+) sowie die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft. In einem ersten Schritt wurde ein standardisiertes Laborexperiment etabliert. Dazu wurden in sedimentgefüllte Plastikboxen Redoxelektroden für direkte Messungen und Hähne zur Entnahme von Wasserproben eingebaut. Die Mikrokosmen wurden konstant mit Wasser versorgt und mit Versuchsieren besetzt. Funktional unterschiedliche grabende Invertebraten (Eintagsfliegenlarven, Teichmuscheln und Tubifexwürmer) wurden hinsichtlich ihrer Einflüsse auf abiotische Habitatbedingungen und die mikrobielle Gemeinschaft untersucht. Diese Einflüsse wurden in einem zweiten Schritt auch für grabende Vertebraten (Neunaugenlarven) im Vergleich zu einer Kontrolle ohne Tiere untersucht. In einem dritten Schritt wurden darüber hinaus die komplexen Einflüsse von An- und Abwesenheit invasiver und heimischer Amphipoden auf den Abbau von Blattabfällen, abiotische Habitatbedingungen und die mikrobielle Gemeinschaft untersucht. Wirbellose Bioturbatoren aus verschiedenen funktionellen Gruppen bewirkten die Entstehung von Mikrohabitaten mit unterschiedlichen physiko-chemischen Bedingungen (z.B. hohe Sauerstoffverfügbarkeit in Anwesenheit von Muscheln, geringe Sauerstoffverfügbarkeit in Anwesenheit von Tubifexwürmern) und damit einhergehend Unterschiede in der bakteriellen Gemeinschaft (vermehrt aerobe Bakterien in Mikrokosmen mit Muscheln, vermehrt anaerobe Bakterien in solchen mit Tubifexwürmern). Neunaugenlarven als vertebrate Bioturbatoren riefen einen starken Anstieg des im Interstitialraum verfügbaren Sauerstoffs hervor, was zu einer von aeroben Bakterien dominierten mikrobiellen Gemeinschaft geführt hat. Starke Effekte bezüglich der Fraßrate (wesentlich geringer) und eine Verschiebung der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft an der Substratoberfläche wurden in Anwesenheit von invasiven Amphipoden im Vergleich zu heimischer Amphipoden festgestellt. Vertebrate und invertebrate Bioturbatoren haben einen zum Teil starken Einfluss auf das Kieslückensystem. Die Effekte und deren Stärke unterscheiden sich jedoch zwischen den untersuchten Organismen wie die Veränderungen der Gruppierung mikrobieller Gemeinschaften gezeigt haben. In weiterführenden Untersuchungen sollten zusätzlich Interaktionen verschiedener Organismen innerhalb eines Mikrokosmos erforscht werden. Da der Austausch von heimischen durch invasive Arten Änderungen im Abbau organischer Materie mit potentiellen Folgen für den Nährstoffkreislauf und damit für das Nahrungsnetz des Interstitialraums bewirkt, ist es wichtig die Einflüsse weiterer invasiver Arten, die das Kieslückensystem bewohnen oder temporär nutzen (z.B. Laichen), zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Studie verdeutlichten wie wichtig die Ökosystemdienstleistungen sind, die im Kieslückensystem ablaufen (z. B. Abbau organischer Materie, Nährstoffkreislauf, Filterfunktion). Dies sollte bei der Erarbeitung von Schutzmaßnahmen sowie wasserbaulichen Konzepten berücksichtigt werden.      «

Süßgewässer gehören zu den meist gefährdetsten Ökosystemen weltweit. Die Kenntnis der funktionalen Zusammenhänge eines Ökosystems ist unabdingbar um Schutzkonzepte entwickeln zu können. Bei der Erforschung von Flussoberläufen stellt der Übergangsbereich zwischen frei fließendem Wasser und Grundwasser – das Kieslückensystem – die größte Wissenslücke dar. Die interstitielle Zone fungiert als wichtiges Habitat für verschiedene Arten von Invertebraten und Vertebraten, sowie für deren verschiedene En...     »