Abstrakt
Diese Studie widmet sich der Einschätzung der biologischen Vielfalt des benthischen Ökosystems und ihrer Abhängigkeit von den Umweltmerkmalen des Ökosystems. Um die Vielfalt zu schätzen, wurden die Ordnungen der Makroinvertebraten in den Proben identifiziert. Es ist bekannt, dass die Zusammensetzung der benthischen wirbellosen Tiere stark von den Merkmalen der Umwelt abhängt. Dieser Ansatz wird häufig verwendet, um den aktuellen Zustand verschiedener Süßwasserökosysteme zu bewerten. In dieser Untersuchung wurde gezeigt, dass die Vielfalt der benthischen Makroinvertebraten an verschiedenen Riff- und Laufstandorten unterschiedlich war. Die Ebenheit und der Reichtum der Wirbellosenordnungen wurden berechnet. Es zeigte sich, dass der Reichtum der Artenvielfalt in dem untersuchten Riff gering bis mäßig und die Gleichmäßigkeit mäßig war. Daraus lässt sich schließen, dass dieses Riffle unter mäßigen Stressbedingungen stand.
Einführung
Benthische Makroinvertebraten sind Organismen, die in Süßwassersedimenten (Flüsse, Seen, Bäche) leben. Die Makroinvertebratengemeinschaft besteht aus verschiedenen Ordnungen mehrzelliger Tiere (Benthic Invertebrate Communities, 2017). Die Struktur der Gemeinschaft hängt stark von den Merkmalen der Umwelt ab, insbesondere von den Sedimenten und der Wasserqualität, den hydrologischen und physikalischen Merkmalen: Temperatur, Transparenz, Salzgehalt, Mineralzusammensetzung und anderen (Queirós et al., 2015).
Die biologische Vielfalt von Süßwasser wird durch zahlreiche Faktoren beeinflusst, darunter auch durch menschliche Aktivitäten. Heutzutage sind viele Süßwasserökosysteme aufgrund von Wasserverschmutzung, Eutrophierung, Bodenerosion und Ablagerung von Feinsedimenten anthropogenem Stress ausgesetzt (Leitner et al., 2015). Veränderungen der Umweltmerkmale führen zu Veränderungen der Makroinvertebratenvielfalt eines bestimmten Ökosystems. Daher ist die Messung der Vielfalt ein nützliches Instrument zur Bestimmung des Zustands eines Ökosystems (Stoll et al., 2015).
Die Gleichmäßigkeit und der Reichtum der Arten sind wichtige Merkmale des Ökosystems. Beide Merkmale hängen von den Umweltbedingungen ab. Es wurde behauptet, dass Stressfaktoren zu einem Rückgang des Artenreichtums führen können. Einige Arten könnten aufgrund von unangemessenen Bedingungen verschwinden (Murphy und Romanuk, 2014). Außerdem kann die Gleichmäßigkeit in einer stressigen Umgebung auch abgelehnt werden. Der Grund dafür ist folgender: Einige Arten könnten anpassungsfähiger sein als andere. Daher könnten einige von ihnen im Ökosystem überrepräsentiert sein, während andere unterrepräsentiert sind (Lemieux und Cusson, 2014).
Die Forschungshypothese lautet: Umweltstress führt zu einem Anstieg des Anteils toleranter Ordnungen und zu einem Rückgang der allgemeinen Biodiversität (Passy et al., 2017).
Um die Forschungshypothese zu überprüfen, wurde das folgende Ziel der Studie festgelegt: Einschätzung der Abhängigkeit der benthischen Makroinvertebratenvielfalt des Ökosystems und Schätzung ihrer Ebenheit und ihres Reichtums.
Materialien und Methoden
In der Studie wurde die Vielfalt der Ordnungen der benthischen Makroinvertebraten an fünf Flussriffelstellen und vier Laufstellen bestimmt. Um den Unterschied zwischen der Gesamtverteilung der benthischen Makroinvertebraten und der Verteilung in den untersuchten Riffeln zu ermitteln, wurde ein Vergleich der prozentualen Anteile der verschiedenen Ordnungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1. Prozentualer Anteil der verschiedenen Ordnungen an der Gesamtzahl der Organismen für jedes Riff und insgesamt.
Insgesamt wurden achtzehn Makroinvertebratenordnungen in den untersuchten Riff- und Laufbenthosstandorten identifiziert. In der Riffle #4 wurden sieben Ordnungen von Makroinvertebraten nachgewiesen: Coleoptera, Plecoptera, Megaloptera, Trichoptera, Ephemoptera, Diptera und Nematoda. Es konnte festgestellt werden, dass die Ordnungen nicht gleichmäßig vertreten waren. Es wurde auch geschätzt, dass die Vielfalt der benthischen Makroinvertebraten im Allgemeinen in Riffles (insgesamt 18 Ordnungen) höher war als in Rinnsalen (insgesamt 11 Ordnungen).
Das prozentuale Verhältnis der verschiedenen Ordnungen in Riffel #4 ist in Abbildung 1 dargestellt. Demnach gehörte die Mehrheit der Organismen zu drei Ordnungen: Trichoptera (41,5 %), Ephemoptera (34,1 %) und Coleoptera (17,4 %), gefolgt von Diptera (4,7 %), Nematoda (1,7 %) sowie Plecoptera und Megaloptera (jeweils 0,3 %).
Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die verschiedenen Ordnungen in den verschiedenen Riffs nicht gleichmäßig vertreten sind. Der prozentuale Anteil der verschiedenen wirbellosen Tierordnungen in Riffel 4 unterscheidet sich von der Gesamtverteilung. Insbesondere die Coleoptera-Organismen machten 10,30 % der Gesamtproben aus, aber 17,39 % der Gesamtproben in Riffle 4. Außerdem ist der Prozentsatz der Coleoptera-Arten im Riffle #4 höher als in allen anderen Riffles. Ähnlich verhält es sich mit den Trichoptera-Arten, die in der Riffle #4 einen höheren Prozentsatz ausmachen (41,47 %), im Vergleich zum Gesamtprozentsatz (32,5 %) und zum Prozentsatz der anderen Riffle (von 19,86 bis 37,4 %).
Andererseits wurden einige Ordnungen in den benthischen Proben von Riffle #4 nicht oder nur in geringem Umfang nachgewiesen, obwohl sie auch in anderen Proben vorkommen. Insbesondere Odonata-Arten machten 2,11 % der Gesamtproben aus, wurden aber in Riffle #4 nicht gefunden. Die Diptera-Proben machten 4,68 % der Proben im Riffle #4 aus, im Vergleich zu 6,74 % der Gesamtzahl der wirbellosen Organismen.
In gleicher Weise wurde der Prozentsatz der verschiedenen Aufträge in den Läufen 1-4 und insgesamt berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2. Prozentualer Anteil der verschiedenen Ordnungen an der Gesamtzahl der Organismen für jeden Durchgang und insgesamt.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, waren die verschiedenen Ordnungen in den Proben nicht gleichmäßig vertreten. Mehr als die Hälfte aller Organismen (53,99 %) wurden als Ephemoptera identifiziert, gefolgt von Diptera (12,21 %), Trichoptera (10,33 %), Coleoptera (7,98 %), Mollusca (7,51 %) und Odonata (3,76 %). Jede andere Ordnung machte weniger als 1 % der Gesamtproben aus. Ähnlich wie bei den Fließgewässern waren die verschiedenen Ordnungen der benthischen Makroinvertebraten in den verschiedenen Läufen nicht gleichmäßig vertreten. Einige von ihnen sind in allen untersuchten Läufen vertreten (Coleoptera, Ephemoptera, Diptera). Im Gegensatz dazu wurden Decapoda-Proben nur in Lauf 2, Amphipoda-Proben nur in Lauf 4 und Plecoptera-Proben nur in Lauf 3 gefunden. Im Allgemeinen ist es schwierig, die Regelmäßigkeit der Verteilung der Ordnungen zu beurteilen.
Diskussion
In der Studie wurde festgestellt, dass die verschiedenen Makroinvertebratenordnungen nicht gleichmäßig auf die verschiedenen untersuchten Riffles und Läufe verteilt waren. Dies bedeutet, dass die Umweltbedingungen der untersuchten Standorte unterschiedlich waren. Im Allgemeinen wurde geschätzt, dass die Diversität der Ordnungen an Riffelstandorten höher ist als an Fließgewässerstandorten, was mit den Literaturdaten übereinstimmt (Niba und Mafereka, 2015). Dies könnte durch die höhere Nährstoffkonzentration im Riffle-Bereich erklärt werden.
Um den Zustand des Ökosystems zu bewerten, ist es wichtig, seinen Reichtum und seine Gleichmäßigkeit zu schätzen. Der Shannon-Weiner-Index wird üblicherweise zur Messung des Reichtums des Ökosystems verwendet (Alve et al. 2), und der Simpson-Index ist ein Ansatz zur Berechnung der Gleichmäßigkeit der taxonomischen Gruppen (Belley und Snelgrove, 2017). Zur Schätzung der Evenness und des Reichtums wurden ein Simpson-Index und ein Shannon-Weiner-Index berechnet. Die Ergebnisse der Berechnung sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3. Berechnung von Simpsons Index (D) und Shannon-Weiner-Index (H)
Der Simpson-Index wurde wie folgt berechnet:
Die Interpretation der Ergebnisse ist wie folgt: D=0,32 bedeutet eine geringe bis mittlere Diversität. Nach den Angaben in der Literatur ist eine geringe Vielfalt eher typisch für eine Umgebung unter Stressbedingungen. Daher könnte man annehmen, dass Riffle #4 durch mäßigen Umweltstress gekennzeichnet ist, der das Niveau der Diversität reduziert.
Zur Einschätzung der Gleichmäßigkeit kann auch ein Simpson-Index verwendet werden. Ein Wert von ED= 0,45 liegt eher in der Mitte (Maximalwert ist 1), was für eine mäßige Gleichmäßigkeit steht. Im Riffel #4 waren drei Ordnungen stärker und vier weniger stark vertreten. Die am stärksten vertretenen Ordnungen waren Trichoptera, Ephemoptera und Coleoptera.
Der Shannon-Weiner-Index wurde ebenfalls berechnet, um die Gleichmäßigkeit abzuschätzen. Die Berechnungsformeln sind in Tabelle 3 aufgeführt. Es wurde geschätzt, dass die Ebenheit (H) 1,286 beträgt, während die maximale Ebenheit (HMax) 3,618 beträgt. Die Ergebnisse der Berechnung des Shannon-Weiner-Index stimmen also mit den Ergebnissen der Schätzung des Simpson-Index überein. Die Ebenheit der Makroinvertebratenordnungen im Riff Nr. 4 war mäßig. Es kann also festgestellt werden, dass nicht alle Ordnungen gleichmäßig im Ökosystem vertreten sind: drei von ihnen sind im Vergleich zu den anderen vier überrepräsentiert. Es ist anzunehmen, dass diese drei Ordnungen anpassungsfähiger und/oder toleranter gegenüber den Umweltbedingungen im Riffle #4 sind. Daraus könnte man schließen, dass die Forschungshypothese durch die gewonnenen Daten bestätigt wurde.
Zitierte Werke
Alve, E., S. Korsun, J. Schönfeld, N. Dijkstra, E. Golikova, S. Hess, und G. Panieri. 2016.Foram-AMBI: ein Empfindlichkeitsindex basierend auf benthischen Foraminiferen-Faunen aus nordostatlantischen und arktischen Fjorden, Kontinentalschelfen und Hängen. Marine Micropaleontology 122: 1-12. Web.
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Benthische wirbellose Gemeinschaften 2017. RAMP. Web.
Leitner, P., C. Hauer, T. Ofenböck, F. Pletterbauer, A. Schmidt-Kloiber, und W. Graf. 2015. Fine sediment deposition affects biodiversity and density of benthic macroinvertebrates: a case study in the freshwater pearl mussel river waldaist (upper Austria).” Limnologica-Ecology and Management of Inland Waters 50: 54-57. Web.
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Queirós, A.M., N. Stephens, R. Cook, C. Ravaglioli, J. Nunes, S. Dashfield, C. Harris, G.H. Tilstone, J. Fishwick, U.Braeckman, und P.J Somerfield. 2015. Can benthic community structure be used to predict the process of bioturbation in real ecosystems? Progress in Oceanography 137: 559-569. Web.