Ecological and Biochemical Studies On Cyanobacteria of Cochin Estuary and Their Application as Source of Antioxidants

The main objectives of the present investigation were to evaluate the qualitative and quantitative distribution of natural cyanobacterial population and their ecobiological properties along the Cochin estuary and their application in aquaculture systems as a nutritional supplement due to their nutrient-rich biochemical composition and antioxidant potential. This thesis presents a detailed account of the distribution of cyanobacteria in Cochin estuary, an assessment of physico-chemical parameters and the nutrients of the study site, an evaluation of the effect of physico-chemical parameters on cyanobacterial distribution and abundance, isolation, identification and culturing of cyanobacteria, the biochemical composition an productivity of cyanobacteria, and an evaluation of the potential of the selected cyanobacteria as antioxidants against ethanol induced lipid peroxidation. The pH, salinity and nutritional requirements were optimized for low-cost production of the selected cyanobacterial strains. The present study provides an insight into the distribution, abundance, diversity and ecology of cyanobacteria of Cochin estuary. From the results, it is evident that the ecological conditions of Cochin estuary support a rich cyanobacterial growth.

Surface Active Substances in the Cochin Estuarine System

This study focuses on the fractionation and quantification of chlorophenols, the most important and potential pollutant in this category, the distribution and seasonal dynamics of MBAS, phenols and clorophenols and development of a model to describe the chemical reactivity of the estuary are utilizing the dynamics of boron. The CES is highly influenced by various anthropogenic activities like discharge of agricultural, industrial and urban wastes operation of shipyard, oil and other transporting activities, fishing, dredging etc. Seasonal values of MBAS showed high values in the surface water during monsoon compared to premonsoon and postmonsoon. In the Cochin estuary o-chlorophenol and p-chlorophenol showed low values in the surface water compared to bottom water in the northern part of the estuary and higher values in the surface water in the southern part

Cellular and humoral factors involved in defense mechanisms of Fenneropenaeus indicus (H. Milne Edwards, 1837)

The present investigation revealed three types of circulating haemocytes in the haemolymph of F. indicus: hyalinocytes, small-granule haemocytes, and large-granule haemocytes. Intermediate stages indicate the maturing process of a single cell. The presence of enzymes such as peroxidase, phenoloxidase and acid phosphatase in the haemocytes, and the substantial production of oxygen radicals during phagocytosis show that the haemocytes are capable of mounting a fme cellular defense mechanism. The enzyme activities of the serum and the presence of agglutinins in the serum, which may act as opsonins, agglutinate foreign particles and augment phagocytosis, confirm the presence of a superior humoral immune system in F. indicus.Bacterial infection caused considerable variations in the cellular and humoral factors, such as the number of circulating cells and haemagglutinating activity, especially in the initial hours of infection. The total haemocyte count, haemagglutination titer and phenoloxidase enzyme showed significant reductions on bacterial presence and could be used as indicators of bacterial infection.The number of circulating cells showed drastic fluctuation on exposure to pollutants. Nuvan at low concentrations was able to produce changes in the haemolymph factors and in the tissue organization, which implies that the animal is under stress and is easily prone to infections. Exposure to nuvan resulted in significant variation in all of the cellular and humoral factors, especially, the total haemocyte count, percentage of small granule haemocytes, phagocytic activity and the haemagglutinating activity, which might be good indicators of pesticide pollution. Heavy metal exposure caused significant increase in total haemocyte count and reduction in phenoloxidase enzyme activity Even changes in the physio-chemical parameters, such as salinity caused fluctuations in the defense factors, indicating stress in this euryhaline species. The dietary incorporation of a commercial immunostimulant containing P-l,3 glucan resulted in stimulation of some of the humoral defense factors of F indicus, but was time dependent. The modulations, on exposure to various external factors, in the cellular and humoral factors, especially, total haemocyte count, phagocytic activity, haemagglutinating activity and the phenoloxidase and acid phosphatase enzymes suggest that these parameters could be used as indicators of the health status of F indicus, which assist in better monitoring and effective health management of this important cultured species.

Haematology of Fenneropenaeus indicus in response to environmental alterations and microbial infections

Aquaculture has developed to become one of the fastest growing food producing sectors in the world.Today India is one among the major shrimp producing countries in the world.There are extensive and intensive shrimp culture practices. In extensive shrimp culture, shrimps are stocked at low densities (< 25 PLs m'2)in large ponds or tidal enclosures in which little or no management is exercised or possible. Farmers depend almost entirely on natural conditions in extensive cultures. Intensive shrimp culture is carried out in high densities (>200 PLs m'2). Much of the world shrimp production still comes from extensive culture.There is a growing demand for fish and marine products for human and animal consumption. This demand has led to rapid growth of aquaculture, which some times has been accompanied by ecological impacts and economic loss due to diseases. The expansion of shrimp culture always accompanies local environmental degradation and occurrence of diseases.Disease out breaks is recognised as a significant constraint to aquaculture production. Environmental factors, water quality, pollution due to effluent discharge and pathogenic invasion due to vertical and horizontal transmission are the main causes of shrimp disease out breaks. Nutritional imbalance, toxicant and other pollutants also account for the onset of diseases. pathogens include viruses, bacteria, fungi and parasites.Viruses are the most economically significant pathogens of the cultured shrimps world wide. Disease control in shrimp aquaculture should focus first on preventive measures for eliminating disease promoting factors.ln order to design prophylactic and proactive measures against shrimp diseases, it is mandatory to understand the immune make up of the cultivable species, its optimum culture conditions and the physico chemical parameters of the rearing environment. It has been proven beyond doubt that disease is an end result of complex interaction of environment, pathogen and the host animal. The aquatic environment is abounded with infectious microbes.The transmission of disease in this environment is extremely easy, especially under dense, culture conditions. Therefore, a better understanding of the immune responses of the cultured animal in relation to its environmental alterations and microbial invasions is essential indevising strategic measures against aquaculture loss due to diseases. This study accentuate the importance of proper and regular health monitoring in shrimps employing the most appropriate haematological biomarkers for application of suitable prophylactic measures in order to avoid serious health hazards in shrimp culture systems.

Studies on the pathobiology of penaeid larvae and postlarvae

The thesis presents the results of the studies carried out on certain diseases encountered in the larvae and postlarvae of penaeid prawns raised in the hatcheries at Cochin, Madras and Mandapam Camp during September 1985- April 1988. In the preliminary survey carried out to understand the common diseases occurring in the penaeid larvae and postlarvae, seven cases of diseases and abnormalities were encountered. These included ciliate infestation, Nit_zschia closteriurn infestation, parasitic protozoaninfection, parasitic dinoflagellate infection, appendage necrosis, heteromorphic eye and abnormal eggs and deformed nauplii .The clinical signs, seasonal occurrence and incidence of each of the above cases were provided along with the information on environmental factors such as salinity, dissolved oxygen, temperature and pH of the rearing medium. The Thésis is presented in nine chapters. Chapter 1 surveys the literature on the diseases of penaeid larvae, postlarvae and adult prawns from India and abroad. This is followed by a chapter on the material and methods employed during the present investigation. In the third chapter, seven cases of diseases and abnormalities encountered in the larvae and postlarvae of Penaeus indicus and p. semisulcatus during the survey carried out in the hatcheries located at different centres of Central‘ Marine Fisheries Research Institute are presented and discussed .A bacterium responsible for appendage necrosis was isolated and its taxonomy was studied. It was Gram-negative, fermentative and motile rod. It was sensitive to vibriostatic compound, 0/129. This bacterium was found to be a new isolate of vibrio on the basis of its morphological, biological, physiological and biochemical characters and comparison of these characters with those described for other related vibrios. This new isolate of vibrio was deposited in vibro Referrence Laboratory, Centres for Disease Control, Georgia, U.S.A. and coded as vibrio sp. 2448-88.

Studies on the systematics and biology of the fisheries of the Vembanad lake

The thesis documents a comprehensive systematic account of Vembenad lake fishes and to study the effect of physico-chemical parameters on the distribution and abundance of fishes in the lake. This study is expected to advance the knowledge on the biological aspects of two commercially important fishes of the lake which are very desirable for brackish water fish farming. Additionally, the results of the studies on the ecology as habitat, occurrence, season and abundance of all the recorded fishes of the lake end the commercially important fish species of the lake are also incorporated. A general appraisal on the detrimental factors which are adversely affecting the fisheries resources of the lake are presented and some measures of conservation are also suggested. The results of the present study are helpful in formulating suitable schemes for management of parts of the Vembenad lake for capture and culture fisheries

Microbial production of antibiotics from mangrove ecosystem

The present study on "Microbial production of antibiotics from mangrove ecosystem” was carried out for a period of one year in four selected Stations, Mangalavana, Narakkal, Puthuvyppu and light house area of Puthuvyppu (9°55' — 10°10'N and 76°10‘ - 76°20'E) from January to December 1991. Though much emphasis has been given to occurrence and distribution of actinomycetes, an attempt was also made to understand the distribution patterns of other micro flora in the sediments. Data on physico-chemical parameters were also collected to find out their relationship if any with the microflora. The principle interest of the present investigation is to determineseasonal variations of antagonistic actinomycetes in selected mangrove ecosystem. The microbial interrelationship in mangrove sediments was found out by constructing the ratio between bacteria and actinomycetes, bacteria and fungi, fungi and actinomycetes. In addition temperature, pH, salinity, dissolved oxygen and organic carbon were determined seasonally and their possible relationship was statistically analyzed and the results are presented. Isolated actinomycetes were subjected to cross streak assay to know their nature of antibiotic activity against test fish pathogens and crude antibiotics were extracted from selected isolates and their inhibitory activity is studied and the results are discussed.

Studies on vibrio spp. in juveniles of penaeus indicus in culture systems

The present study is carried out to understand (i) the incidence and occurrence of species of Vibrio in different culture systems in and around Cochin, (ii) characteristics of vibrios isolates, their ecology including growth response to various hydrological parameters, sensitivity to about 40 antibiotics, and (iii) role of physico-chemical parameters in pathogenicity of vibrios, etc. and the results emerged from the investigations are important and encouraging for better understanding of the 'vibriosis' in the culture systems to develop remedial measures to control diseases. The Thesis begins with an “Introduction” followed by “A review of literature” on diseases of penaeid shrimps with particular reference to 'vibriosis' and “Material and methods” which details with the methods and procedures followed in the experiments and analyses of data. This Thesis consists of three chapters. Chapter Ideals with the incidence and ecology of Vibrio spp. in water, sediment and in juveniles of the Indian white prawn Penaeus indicus in the culture systems. In Chapter 2, characteristics of vibrio isolates including growth response to various levels oftemperature, salinity and pl 1, sensitivity to 40 antibiotics and minimal inhibitory concentration tests are detailed.e out-breaks. The Chapter 3 discusses the role of physico-chemical parameters in the incidence, seasonal abundance of Vibrio spp. and in 'vibriosis'. A summary of the whole work and list of references are also included at the end. This study gives a detailed information regarding the incidence and ecology of vibrios in the culture systems. their characteristics and pathogenicity

Benthic ecology of selected prawn culture fields and ponds near Cochin

The thesis on the"Benthic ecology of selected prawn culture fields and ponds near Cochin” was taken up with a view to provide information on the qualitative and quantitative distribution of benthos and their relationships to prawnproduction of different culture ecosystems and to the physico-chemical parameters influencing their production. A two-year observation was carried out in nine selected prawn culture systems including perennial ponds (stations 1 to 4) seasonal fields (stations 5 to 7) and contiguous canals (stations 8 and 9) during December 1988 to November 1989. All macro- and meiobenthic organisms contributing to the faua were identified and their abundance, distribution, diversity, biomass and trophic relationships between benthos and prawns were studied. The environmental variables studied were temperature pH, salinity, dissolved oxygen, alkalinity, nitrite-nitrogen, nitrate-nitrogen, amonianitrogen, phosphate and silicate of bottom water and organic carbon and texture of the soil The thesis is presented in 4 Chapters. Chapter I presents an’ INTRODUCTION to the topic of study and a review of relevant works to bring an awareness to the present status of research in benthos and benthic ecology. Chapter 11, MATERIALS AND MTHODS, includes the techniques of sampling, preservation of samples and methods of analyses of various physico-chemical factors and area covered under the study is also given in this chapter. Chapter III, HYDROGRAPHY deals with the results of investigation and discussion onthe physico-chemical parameters of water and Chapter IV, SEDIMENT covers the sedimentoloical characteristics of the different culture systems followed by a detailed discussion. Chapter V, BOTTOM FAUNA presents an account on the various aspects of benthos and benthic ecology and the details of prawn production. A discussion on the overall assessment of interrelations between abiotic and biotic factors is given in Chapter VI, DISCUSSION. A critical evaluation of the implication of benthic production on prawn production under culture conditions and trophic relationships are also included in this chapter. An executive SUMMARY of the observations made during this study is presented in the final section of the thesis .

‘Studies on Bacterial Indicators and Pathogen Vibrio parahaemolyticus in Cochin Backwater

Microbiological studies on the incidence, behaviour, activity and ecological implications of marine micro~organisms, particularly microbial pathogens in coastal waters and estuaries exhibit the increasing concern and awareness of environmental impacts on health and wealth. Marine microbiologists have been active in investigating on the distribution, kinds of organisms and their activity in the environment. However, informations on the effect of environment on the ecology or on the distribution (spatial/temporal) of microbial comunity and competition among groups inhabiting the ecosystem are sparE§L Estuarine environment are complex with respect to diversity of habitats, variation in physicochemical parameters and contamination by terrestrial bacterial species. Being the organisms of‘public health significance, ecological studies on total coliforms, faecal coliforms, faecal streptococci, §. ggli and X. parahaemolyticus have great relevance as studies of these types would provide a wealth of information to environmentalists and to fishery industry. In order to evalé%e the status, role and significance of potentially hazardous bacterial species in natural environment it is necessary to monitor the ecology of such organisms systematically in relation to physico-chemical parameters

Risk Assessment of Rooftop- Collected Rainwater for Individual Household and Community Use in Central Kerala, India

Water quality of rooftop-collected rainwater is an issue of increased interest particularly in developing countries where the collected water is used as a source of drinking water. Bacteriological and chemical parameters of 25 samples of rooftop-harvested rainwater stored in ferrocement tanks were analyzed in the study described in this article. Except for the pH and lower dissolved oxygen levels, all other physicochemical parameters were within World Health Organization guidelines. Bacteriological results revealed that the rooftop-harvested rainwater stored in tanks does not often meet the bacteriological quality standards prescribed for drinking water. Fifty percent of samples of harvested rainwater for rural and urban community use and 20% of the samples for individual household use showed the presence of E. coli. Fecal coliform/fecal streptococci ratios revealed nonhuman animal sources of fecal pollution. Risk assessment of bacterial isolates from the harvested rainwater showed high resistance to ampicillin, erythromycin, penicillin, and vancomycin. Multiple antibiotic resistance (MAR) indexing of the isolates and elucidation of the resistance patterns revealed that 73% of the isolates exhibited MAR

Nutrient dynamics in the two lakes of Kerala, India

Distribution and chemistry of major inorganic forms of nutrients along with physico-chemical parameters were investigated. Surface sediments and overlying waters of the Ashtamudi and Vembanad Lakes were taken for the study, which is situated in the southwest coast of India. High concentrations of dissolved nitrogen and phosphorus compounds carried by the river leads to oxygen depletion in the water column. A concurrent increase in the bottom waters along with decrease in dissolved oxygen was noticed. This support to nitrification process operating in the sediment-water interface of the Ashtamudi and Vembanad Lake. Estuarine sediments are clayey sand to silty sand both in Ashtamudi and Vembanad in January and May. Present study indicates that the sediment texture is the major controlling factor in the distribution of these nutrient forms. For water samples nitrite, inorganic phosphate was high in Vembanad in January and May compared to Ashtamudi. For sediments, enhanced level of inorganic phosphate and nitrite was found in Vembanad during January and May. It had been observed that the level of N and P is more in sediments. A comparative assessment of the Ashtamudi and Vembanad Lake reveals that the Vembanad wetland is more deteriorated compared to the Ashtamudi wetland system

Bioactive Metabolites and Biomarkers from Rhizophoraceae mangroves- A Chemotaxonomic Approach

Mangroves are specialised ecosystems developed along estuarine sea coasts and river mouths in tropical and subtropical regions of the world, mainly in the intertidal zone. Hence, the ecosystem and its biological components is under the influence of both marine and freshwater conditions and has developed a set of physiological adaptations to overcome problems of anoxia, salinity and frequent tidal inundations. This has led to the assemblage of a wide variety of plant and animal species of special adaptations suited to the ecosystem. The path of photosynthesis in mangroves is different from other glycophytes. There are modifications or alterations in other physiological processes such as carbohydrate metabolism or polyphenol synthesis. As they survive under extreme conditions of salinity, temperature, tides and anoxic soil conditions they may have chemical compounds, which protect them from these destructive elements. Mangroves are necessarily tolerant of high salt levels and have mechanisms to take up water despite strong osmotic potentials. Some also take up salts, but excrete them through specialised glands in the leaves. Others transfer salts into senescent leaves or store them in the bark or the wood. Still others simply become increasingly conservative in their water use as water salinity increases. A usual transportation or biosynthetic path as other plants cannot be expected in mangrove plants. In India, the states like West Bengal, Orissa, Andhra Pradesh, Tamil Nadu, Andaman and Nicobar Islands, Kerala, Goa, Maharashtra, and Gujarat occupy vast area of mangroves. Kerala has only 6 km2 total mangrove area with Rhizophora apiculata, Rhizophora mucronata, Bruguiera gymnorrhiza, Bruguiera cylindrica, Avicennia officinalis, Sonneratia caseolaris, Sonneratia apetala and Kandelia candal, as the important species present, most of which belong to the family Rhizophoraceae.Rhizophoraceae mangroves are ranked as “major elements of mangroves” as they give the real shape of this unique and interesting ecosystem and these mangrove species most productive and typical characteristic ecosystem of World renowned. It was found that the Rhizophoraceae mangrove extracts exhibit several bioactive properties. Various parts of these mangroves are used in ethnomedicinal practices. Even though extracts from these mangroves possess therapeutic activity against humans, animal and plant pathogens, the specific metabolites responsible for these bioactivities remains to be elucidated. Various parts of these mangroves are used in ethnomedicinal practices. There is a gap of information towards the chemistry of Rhizophoraceae mangroves from Kerala. Thorough phytochemical investigation can achieve the validity of ethnomedicines as well as apply the use of mangrove plants in the development of new drugs. Such studies can pave a firm base for their use in biomarker and chemotaxonomic studies as well as for the better management of the existing mangrove ecosystem. In this study, the various chemical parameters including minerals, biochemical components, bioactive and biomarker molecules were used to classify and assess the possible potentials of the mangrove plants of the true mangrove family Rhizophoraceae from Kochi.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Estructura i dinàmica del sistema bentònic en llacunes costaneres dels aiguamolls de l'Empordà

S'ha estudiat l'estructura i dinàmica del sistema bentònic de llacunes costaneres de la maresma dels aiguamolls de l'Empordà (NE de la península Ibèrica) i els factors que les determinen. Amb aquesta finalitat es van prendre mostres d'organismes del bentos (mensualment), nutrients i pigments de l'aigua (setmanalment) i el sediment (mensualment), així com paràmetres físics de l'aigua (setmanalment), durant dos cicles d'inundació (1997-1998 i 1998-1999). En aquesta maresma els factors determinants per als organismes bentònics i el contingut en nutrients del sediment són principalment físics: el grau de permanència de l'aigua, el confinament i la granulometria. De manera que els factors tròfics tenen menys pes que els físics tal com es posa de manifest amb les associacions de nematodes. El règim hídric de les llacunes integra des del grau de permanència de l'aigua fins a la salinitat i el confinament, per la qual cosa a partir de la caracterització dels diferents tipus de règim hídric es poden discriminar les tres tipologies d'ambients amb comunitats bentòniques diferenciades en l'estructura, la composició i la dinàmica temporal. Així, les tres comunitats diferenciades són: (1) la d'aigües permanents caracteritzada per una riquesa i diversitat elevades i constants en el temps, i per un nombre més elevat de tàxons sense adaptacions per passar situacions adverses; (2) la d'aigües semipermanents i temporànies d'inundació pulsativa, caracteritzada per una menor riquesa i diversitat, i per la dominància d'organismes amb estructures de resistència per passar la fase seca i aguantar condicions desfavorables, i (3) la d'aigües temporànies d'inundació continuada, caracteritzada per una major variabilitat de la riquesa i diversitat al llarg del cicle i per una singularitat taxonòmica més elevada, ja que s'observen cladòcers i una major representació taxonòmica dels insectes. Durant la realització d'aquest estudi els dos cicles d'inundació van suposar entrades d'aigua en el sistema diferents, per això es va diferenciar un cicle humit (1997-1998) i un de sec (1998-1999). En relació amb la major importància de les entrades d'aigua en el sistema, es va observar un contingut en nutrients de l'aigua significativament superior durant el cicle humit. Pel que fa al sediment, la seva major inèrcia explicaria la manca de diferències significatives en el contingut en nutrients del sediment del cicle humit i del sec. Ara bé, sí que s'observa diferència en la composició d'organismes. Així, la variabilitat interanual en l'estructura de la comunitat bentònica de la maresma es pot atribuir a una situació d'estrès provocada pel cicle sec. Aquesta situació va comportar un augment de la diversitat per disminució de la dominància a totes les llacunes estudiades, determinada, en gran manera, per la disminució de l'abundància original de poblacions dominants i característiques d'ambients permanents, Corophium orientale, o temporànies, Gammarus aequicauda. No existeix un patró estacional en les comunitats estudiades, sinó que els principals canvis en el plàncton i el bentos són deguts a pertorbacions hídriques. Aquestes pertorbacions provoquen que s'estableixi una situació en què dominen uns tàxons característics en el plàncton (Synchaeta i Eutintinnus) i, en canvi, que en el bentos es perdi l'estructura pròpia de les comunitats característiques dels diferents ambients (comunitats dominades per Corophium orinetale en aigües permanents i per Chironomus salinarius en temporànies). La severitat és diferent en funció del grau de permanència de l'aigua, i és més alta en ambients permanents i més baixa en els temporanis. La major severitat en ambients permanents ve determinada per la menor adaptació del bentos d'aigües permanents a les fluctuacions ambientals i a l'efecte de la predació sobre el plàncton. A més, tant en el bentos com en el plàncton es donen fenòmens d'histèresi, segons els quals l'efecte de la pertorbació no solament depèn de la causa pertorbadora sinó també de l'estat en què es troba la comunitat en el moment de la pertorbació.