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Gewässer werden traditionellerweise als abgeschlossene Ökosysteme gesehen, und insbeson¬dere das Zirkulieren von Wasser und Nährstoffen im Pelagial von Seen wird als Beispiel dafür angeführt. Allerdings wurden in der jüngeren Vergangenheit wichtige Verknüpfungen des Freiwasserkörpers von Gewässern aufgezeigt, die einerseits mit dem Benthal und andererseits mit dem Litoral, der terrestrischen Uferzone und ihrem Einzugsgebiet bestehen. Dadurch hat in den vergangen Jahren die horizontale und vertikale Konnektivität der Gewässerökosysteme erhöhtes wissenschaftliches Interesse auf sich gezogen, und damit auch die ökologischen Funktionen des Gewässergrunds (Benthal) und der Uferzonen (Litoral). Aus der neu beschriebenen Konnektivität innerhalb und zwischen diesen Lebensräumen ergeben sich weitreichende Konsequenzen für unser Bild von der Funktionalität der Gewässer. In der vorliegenden Habilitationsschrift wird am Beispiel von Fließgewässern und Seen des nordostdeutschen Flachlandes eine Reihe von internen und externen funktionalen Verknüpfungen in den horizontalen und vertikalen räumlichen Dimensionen aufgezeigt. Die zugrunde liegenden Untersuchungen umfassten zumeist sowohl abiotische als auch biologische Variablen, und umfassten thematisch, methodisch und hinsichtlich der Untersuchungsgewässer ein breites Spektrum. Dabei wurden in Labor- und Feldexperimenten sowie durch quantitative Feldmes¬sungen ökologischer Schlüsselprozesse wie Nährstoffretention, Kohlenstoffumsatz, extrazellu¬läre Enzymaktivität und Ressourcenweitergabe in Nahrungsnetzen (mittels Stabilisotopen¬methode) untersucht. In Bezug auf Fließgewässer wurden dadurch wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der Wirkung einer durch Konnekticität geprägten Hydromorphologie auf die die aquatische Biodiversität und die benthisch-pelagische Kopplung erbracht, die wiederum einen Schlüsselprozess darstellt für die Retention von in der fließenden Welle transportierten Stoffen, und damit letztlich für die Produktivität eines Flussabschnitts. Das Litoral von Seen wurde in Mitteleuropa jahrzehntelang kaum untersucht, so dass die durchgeführten Untersuchungen zur Gemeinschaftsstruktur, Habitatpräferenzen und Nahrungs¬netzverknüpfungen des eulitoralen Makrozoobenthos grundlegend neue Erkenntnisse erbrach¬ten, die auch unmittelbar in Ansätze zur ökologischen Bewertung von Seeufern gemäß EG-Wasserrahmenrichtlinie eingehen. Es konnte somit gezeigt werden, dass die Intensität sowohl die internen als auch der externen ökologischen Konnektivität durch die Hydrologie und Morphologie der Gewässer sowie durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen wesentlich beeinflusst wird, die auf diese Weise vielfach die ökologische Funktionalität der Gewässer prägen. Dabei trägt die vertikale oder horizontale Konnektivität zur Stabilisierung der beteiligten Ökosysteme bei, indem sie den Austausch ermöglicht von Pflanzennährstoffen, von Biomasse sowie von migrierenden Organismen, wodurch Phasen des Ressourcenmangels überbrückt werden. Diese Ergebnisse können im Rahmen der Bewirtschaftung von Gewässern dahingehend genutzt werden, dass die Gewährleistung horizontaler und vertikaler Konnektivität in der Regel mit räumlich komplexeren, diverseren, zeitlich und strukturell resilienteren sowie leistungsfähi¬geren Ökosystemen einhergeht, die somit intensiver und sicherer nachhaltig genutzt werden können. Die Nutzung einer kleinen Auswahl von Ökosystemleistungen der Flüsse und Seen durch den Menschen hat oftmals zu einer starken Reduktion der ökologischen Konnektivität, und in der Folge zu starken Verlusten bei anderen Ökosystemleistungen geführt. Die Ergebnisse der dargestellten Forschungen zeigen auch, dass die Entwicklung und Implementierung von Strategien zum integrierten Management von komplexen sozial-ökologischen Systemen wesentlich unterstützt werden kann, wenn die horizontale und vertikale Konnektivität gezielt entwickelt wird.
Scarce research about small European rivers from non-human impacted areas to determine their natural background state has been undertaken. During the annual hydrological cycle of 2008-9 the patterns of particulate supply (SPM, POC, PON, Al, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, V, Zn) from the rivers Sor, Mera Landro, Lourido and Landoi to the Northern Galician Rias (SW Bay of Biscay) were tackled. No differences in the composition of the SPM were detected for the studied rivers regarding Al, Fe and POC but the relative percentage of particulate trace elements (PTE) discriminate the rivers. So, Cr, Co and Ni in the Lourido, and Landoi rivers, and Cu in the Mera River, are controlled by watershed minerals of Ortegal Geological Complex while for the rest rivers PTE are by granitic and Ollo de Sapo bedrock watershed. Therefore, the imprint of PTE in the parental rocks of the river basins is reflected on the coastal sediments of the Rias. The main process controlling the dynamics and variations of chemical elements in the particulate form is the river discharge. This fact exemplifies that these rivers presents a natural behavior not being highly influenced by anthropogenic activities.
In the arctic and high mountains it is common to measure vertical changes of ice sheets and glaciers via digital elevation model (DEM) differencing. This requires the signal of change to outweigh the noise associated with the datasets. Excluding large landslides, on the ice-free earth the land-level change is smaller in vertical magnitude and thus requires more accurate DEMs for differencing and identification of change. Previously, this has required meter to submeter data at small spatial scales. Following careful corrections, we are able to measure land-level changes in gravel-bed channels and steep hillslopes in the south-central Andes using the SRTM-C (collected in 2000) and the TanDEM-X (collected from 2010 to 2015) near-global 12–30m DEMs. Long-standing errors in the SRTM-C are corrected using the TanDEM-X as a control surface and applying cosine-fit co-registration to remove ∼ 1∕10 pixel (∼ 3m) shifts, fast Fourier transform (FFT) and filtering to remove SRTM-C short- and long-wavelength stripes, and blocked shifting to remove remaining complex biases. The datasets are then differenced and outlier pixels are identified as a potential signal for the case of gravel-bed channels and hillslopes. We are able to identify signals of incision and aggradation (with magnitudes down to ∼ 3m in the best case) in two > 100km river reaches, with increased geomorphic activity downstream of knickpoints. Anthropogenic gravel excavation and piling is prominently measured, with magnitudes exceeding ±5m (up to > 10m for large piles). These values correspond to conservative average rates of 0.2 to > 0.5myr−1 for vertical changes in gravel-bed rivers. For hillslopes, since we require stricter cutoffs for noise, we are only able to identify one major landslide in the study area with a deposit volume of 16±0.15×106m3. Additional signals of change can be garnered from TanDEM-X auxiliary layers; however, these are more difficult to quantify. The methods presented can be extended to any region of the world with SRTM-C and TanDEM-X coverage where vertical land-level changes are of interest, with the caveat that remaining vertical uncertainties in primarily the SRTM-C limit detection in steep and complex topography.
In the arctic and high mountains it is common to measure vertical changes of ice sheets and glaciers via digital elevation model (DEM) differencing. This requires the signal of change to outweigh the noise associated with the datasets. Excluding large landslides, on the ice-free earth the land-level change is smaller in vertical magnitude and thus requires more accurate DEMs for differencing and identification of change. Previously, this has required meter to submeter data at small spatial scales. Following careful corrections, we are able to measure land-level changes in gravel-bed channels and steep hillslopes in the south-central Andes using the SRTM-C (collected in 2000) and the TanDEM-X (collected from 2010 to 2015) near-global 12–30m DEMs. Long-standing errors in the SRTM-C are corrected using the TanDEM-X as a control surface and applying cosine-fit co-registration to remove ∼ 1∕10 pixel (∼ 3m) shifts, fast Fourier transform (FFT) and filtering to remove SRTM-C short- and long-wavelength stripes, and blocked shifting to remove remaining complex biases. The datasets are then differenced and outlier pixels are identified as a potential signal for the case of gravel-bed channels and hillslopes. We are able to identify signals of incision and aggradation (with magnitudes down to ∼ 3m in the best case) in two > 100km river reaches, with increased geomorphic activity downstream of knickpoints. Anthropogenic gravel excavation and piling is prominently measured, with magnitudes exceeding ±5m (up to > 10m for large piles). These values correspond to conservative average rates of 0.2 to > 0.5myr−1 for vertical changes in gravel-bed rivers. For hillslopes, since we require stricter cutoffs for noise, we are only able to identify one major landslide in the study area with a deposit volume of 16±0.15×106m3. Additional signals of change can be garnered from TanDEM-X auxiliary layers; however, these are more difficult to quantify. The methods presented can be extended to any region of the world with SRTM-C and TanDEM-X coverage where vertical land-level changes are of interest, with the caveat that remaining vertical uncertainties in primarily the SRTM-C limit detection in steep and complex topography.