Stöchiometrisches Missverhältnis zwischen Phytoplankton und Zooplankton bei Klimaerwärmung und Eutrophierung

Das Funktionieren des aquatischen Ökosystems läuft Gefahr, durch das stöchiometrische Missverhältnis zwischen Phytoplankton und Zooplankton gestört zu werden. Wenn Klimaerwärmung oder Eutrophierung einzeln wirkten, führte der Anstieg des Nährstoffbedarfs für das Zooplanktonwachstum zu einem zunehmenden Trend der stöchiometrischen Nichtübereinstimmung mit Phytoplankton.

Wenn diese Stressoren gemeinsam wirkten, wurde das Missverhältnis aufgrund von Veränderungen in der Artenzusammensetzung der Zooplanktongemeinschaft umgekehrt. Diese Ergebnisse veranschaulichen, dass die Vorhersage der Auswirkungen globaler Veränderungen auf stöchiometrische Fehlpaarungen nicht nur die Berücksichtigung kreuztrophischer Ebenen erfordert, sondern auch Zusammensetzungsänderungen innerhalb von Gemeinschaften.

Klimaerwärmung und Eutrophierung haben sich als wichtige Treiber des globalen Wandels erwiesen und stellen eine Bedrohung für aquatische Ökosysteme dar. Unter diesen anhaltenden Umweltveränderungen können Phytoplankton und Zooplankton unterschiedliche Reaktionen zeigen und zu stöchiometrischen Fehlpaarungen zwischen Phytoplankton und Zooplankton führen.

Dieses Ungleichgewicht schränkt folglich den Energiefluss nach oben innerhalb der trophischen Hierarchien ein. Inwieweit Klimaerwärmung, Eutrophierung oder deren Zusammenspiel diese unausgeglichenen Elementverhältnisse zwischen Phytoplankton und Zooplankton verstärken, bleibt jedoch unklar.

Um dies zu untersuchen, führte ein Forscherteam in China ein Mesokosmen-Experiment durch, um natürliche flache Seen zu simulieren. In einem vollfaktoriellen Design führten sie kontrollierte Faktoren der Klimaerwärmung (mit einem konstanten Temperaturanstieg von 3,5 °C begleitet von Hitzewellen) und der Eutrophierung (durch Nährstoffanreicherung) ein.

Sie beobachteten einen zunehmenden Trend der stöchiometrischen Diskrepanz, wenn Klimaerwärmung oder Eutrophierung individuell wirkten, was durch einen Anstieg des Nährstoffbedarfs des Zooplanktons für das Wachstum vermittelt wurde. Wenn diese Stressfaktoren jedoch gemeinsam wirkten, kehrte sich das Missverhältnis um.

„Dieses Phänomen könnte auf den Tandemeinfluss von Klimaerwärmung und Eutrophierung zurückzuführen sein, der die Zusammensetzung der Zooplanktonarten verändert und folglich die stöchiometrische Gesamtkonfiguration innerhalb der Gemeinschaft neu gestaltet“, sagte Konghao Zhu, Hauptautor der Studie.

Die Forscher betonten, dass sich frühere Studien in erster Linie auf die stöchiometrische Diskrepanz aus einer einseitigen Perspektive von Phytoplankton oder Zooplankton konzentrierten, diese Diskrepanz jedoch durch eine Kombination von Veränderungen im Phytoplankton und Zooplankton verursacht wird.

„Diese Studie bot eine doppelte Perspektive von Phytoplankton und Zooplankton auf die stöchiometrische Diskrepanz und deckte die Veränderungen der stöchiometrischen Diskrepanz zwischen Phytoplankton und Zooplankton unter Klimaerwärmung und Eutrophierung auf“, fügte Zhu hinzu.

Während der Studie wurde eine weitere Herausforderung deutlich. Während die Stöchiometrie auf kreuztrophischer Ebene das Verständnis der trophischen Beziehungen verbessert, gelingt es ihr nicht, die zugrunde liegenden Ursachen von stöchiometrischen Fehlpaarungsänderungen aufzuklären. Diese Einschränkung ergibt sich aus der Tatsache, dass Umweltstressoren häufig Veränderungen in der Artenzusammensetzung auslösen und somit die Stöchiometrie auf Gemeinschaftsebene komplexer machen.

„Um die Auswirkungen des globalen Wandels auf trophische Beziehungen durch stöchiometrische Diskrepanz zu verstehen, müssen daher nicht nur trophische Ebenen, sondern auch Zusammensetzungsänderungen innerhalb von Gemeinschaften berücksichtigt werden“, schlussfolgerte Zhu.

Die Forschung wurde veröffentlicht in Wasserbiologie und Sicherheit.