Human impacts on the structure and ecological function of littoral macroinvertebrate communities in lakes

Abstract

Das litorale Makrozoobenthos ist eine bedeutende biotische Komponente in Seen und trägt substantiell zur Biodiversität und Funktion von Seeökosystemen bei. Allerdings unterliegt das Litoral zunehmenden anthropogenen Nutzungen, deren ökologische Auswirkungen jedoch kaum quantifiziert wurden. In dieser Doktorarbeit wurde untersucht, welche Bedeutung maßgebliche Umweltfaktoren auf die Zusammensetzung des litoralen Makrozoobenthos haben, und wie sich anthropogene Nutzungen auf die Zusammensetzung und Funktion des Makrozoobenthos auswirken. Die Zusammensetzung des Makrozoobenthos wurde durch die Uferstruktur, Trophie und das hydrodynamische Regime bestimmt. Die faunistische Ähnlichkeit zwischen Habitaten war jedoch signifikant geringer als zwischen Trophiestufen, so dass die Uferstruktur, und nicht die Trophie, einen größeren Einfluss auf das Makrozoobenthos hat. Strukturelle Degradation führte zu einer Reduktion der Habitatheterogenität, was eine signifikante Verringerung der Diversität und eine signifikant veränderte Artenzusammensetzung verursachte. Infolgedessen war die Komplexität der Makrozoobenthos-Nahrungsnetze an degradierten Ufern signifikant geringer als an natürlichen Ufern. Erhöhte Wasserstandsschwankungen führten zum Ausfall von Wurzelhabitaten und der damit assoziierten Makrozoobenthos-Gemeinschaft. Schiffsinduzierter Wellenschlag führte zur Verdriftung des Makrozoobenthos von ihren Habitaten bereits bei geringen Sohlschubspannungen. Die Effekte von Wasserstandsschwankungen und schiffsinduziertem Wellenschlag wurden jedoch durch Habitate mit hoher struktureller Komplexität verringert. Mit dieser Doktorarbeit konnte ich ein mechanistisches Verständnis darüber erarbeiten, wie anthropogene Nutzungen die Wirkungsbeziehungen zwischen Umweltfaktoren und Artengemeinschaften verändern und welche ökologischen Auswirkungen dies hat. Diese Kenntnisse können als wissenschaftliche Basis zur Bewertung von anthropogenen Beeinträchtigungen des Litorals dienen.

Littoral macroinvertebrates are an important biotic component of lakes by contributing substantially to the biodiversity and functioning of lake ecosystems. Humans alter the littoral and riparian areas for various purposes, but the resulting ecological impacts on littoral macroinvertebrates have not been quantified. In this thesis, I investigated the significance of key environmental factors for littoral macroinvertebrate communities and how human alterations of these environmental factors impact the structure and function of macroinvertebrate communities. Macroinvertebrate community composition was significantly related to littoral structure, trophic state and the hydrodynamic regime. The significantly higher compositional dissimilarities among habitats than among trophic state suggested that littoral structure was the more important driver of community composition. Structural degradation caused a significant reduction of habitat heterogeneity and resulted in a significant reduction of species diversity and a significant altered community composition. This caused a significant reduction of macroinvertebrate food web complexity and substantial alterations of the trophic base of the food webs. Climate-change induced water level fluctuations resulted in the loss of root habitats and the specific community associated with this habitat. Ship-induced waves had substantial direct effects, since macroinvertebrates were detached from their habitats by waves even at moderate shear stress levels. However, the impacts of water level fluctuations and ship-induced waves were mitigated by the presence of habitats with high structural complexities. This thesis provided a mechanistic understanding of how human activities alter relationships between environmental factors and biotic communities. This knowledge can be used to develop scientifically sound approaches to assess the persistent human impacts on lake ecosystems.