Disentangling multiple chemical and non-chemical stressors in a lotic ecosystem using a longitudinal approach

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Markus Weitere - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Rolf Altenburger - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Christine Anlanger - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Martina Baborowski - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Ilona Bärlund - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Liza Marie Beckers - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Dietrich Borchardt - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Werner Brack - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main (Autor:in)
  • Lisa Brase - , Helmholtz-Zentrum Hereon (Autor:in)
  • Wibke Busch - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Antonis Chatzinotas - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Universität Leipzig (Autor:in)
  • Björn Deutschmann - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Jens Eligehausen - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Universität Kassel (Autor:in)
  • Karin Frank - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Daniel Graeber - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Christian Griebler - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Universität Wien (Autor:in)
  • Jeske Hagemann - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Peter Herzsprung - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Henner Hollert - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main (Autor:in)
  • Pedro A. Inostroza - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Christoph G. Jäger - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Technische Hochschule Rosenheim (Autor:in)
  • René Kallies - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Norbert Kamjunke - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Bernhard Karrasch - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Sigrid Kaschuba - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Andrew Kaus - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Bernd Klauer - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Kay Knöller - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Matthias Koschorreck - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Martin Krauss - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Julia V. Kunz - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Marie J. Kurz - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Matthias Liess - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Margarete Mages - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Christin Müller - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Matthias Muschket - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Andreas Musolff - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Helge Norf - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Florian Pöhlein - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Lena Reiber - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Ute Risse-Buhl - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Karl Werner Schramm - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Technische Universität München (Autor:in)
  • Mechthild Schmitt-Jansen - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Markus Schmitz - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main (Autor:in)
  • Ulrike Strachauer - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Wolf von Tümpling - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Nina Weber - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Romy Wild - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Christine Wolf - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)
  • Mario Brauns - , Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) (Autor:in)

Abstract

Meeting ecological and water quality standards in lotic ecosystems is often failed due to multiple stressors. However, disentangling stressor effects and identifying relevant stressor-effect-relationships in complex environmental settings remain major challenges. By combining state-of-the-art methods from ecotoxicology and aquatic ecosystem analysis, we aimed here to disentangle the effects of multiple chemical and non-chemical stressors along a longitudinal land use gradient in a third-order river in Germany. We distinguished and evaluated four dominant stressor categories along this gradient: (1) Hydromorphological alterations: Flow diversity and substrate diversity correlated with the EU-Water Framework Directive based indicators for the quality element macroinvertebrates, which deteriorated at the transition from near-natural reference sites to urban sites. (2) Elevated nutrient levels and eutrophication: Low to moderate nutrient concentrations together with complete canopy cover at the reference sites correlated with low densities of benthic algae (biofilms). We found no more systematic relation of algal density with nutrient concentrations at the downstream sites, suggesting that limiting concentrations are exceeded already at moderate nutrient concentrations and reduced shading by riparian vegetation. (3) Elevated organic matter levels: Wastewater treatment plants (WWTP) and stormwater drainage systems were the primary sources of bioavailable dissolved organic carbon. Consequently, planktonic bacterial production and especially extracellular enzyme activity increased downstream of those effluents showing local peaks. (4) Micropollutants and toxicity-related stress: WWTPs were the predominant source of toxic stress, resulting in a rapid increase of the toxicity for invertebrates and algae with only one order of magnitude below the acute toxic levels. This toxicity correlates negatively with the contribution of invertebrate species being sensitive towards pesticides (SPEARpesticides index), probably contributing to the loss of biodiversity recorded in response to WWTP effluents. Our longitudinal approach highlights the potential of coordinated community efforts in supplementing established monitoring methods to tackle the complex phenomenon of multiple stress.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer144324
FachzeitschriftScience of the total environment
Jahrgang769
PublikationsstatusVeröffentlicht - 15 Mai 2021
Peer-Review-StatusJa
Extern publiziertJa

Externe IDs

PubMed 33482551

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • Ecological functions, Effect based analyses, Indicators, Multiple stress, Running waters