ökosystemar Forschungsansätze Statt dessen wurden in der Regel
Einzelbeobachten in weit voneinander entfernten Gebieten zu
allgemein gültige Schlußfolgerunge verwendet. Dies mußt
zwangsläufi zu Fehlinterpretationen führen So wurde zum
Beispiel die in der L i t e r a t u r häufi u n d übereinstimmen
beschriebene Zonierung des antarktischen Sublitorals von uns nur
an geschütztere Standorten gefunden, währen die häufige
vorkommenden exponierten Standorte anders strukturiert sind. Dies
beruht auf einem systematischen Fehler, der sich in die bisherigen
Untersuchungen eingeschlichen hat: Gearbeitet wurde stets dort,
wo dies möglic war, das heißt an den in geschützte Buchten
angesiedelten Stationen. Von den auf King George Island gelegenen
Stationen i s t "Jubany" die einzige, die in unmittelbarer Näh
offener Küste liegt, währen sich die übrige im Innern der beiden
tiefen Fjorde Maxwell Bay und Admiralty Bay befinden. So bietet
das Labor "E.Dallmann" die Möglichkeit die repräsentativeren aber
bislang kaum bearbeiteten exponierten Küste zu erforschen und
gleichzeitig die gute logistische Anbindung der Insel zu nutzen.
"Benthische Untersuchungen im Liefdefjorden (Nordwest-Spitzbergen) un- ter besonderer Berücksichtigun der Polychaeta und Amphipoda"
Plate, Christian & Wagner, Rudolf
,
Zoologisches Institut und Museum, Martin Luther King Platz 3, 201 46 HamburgInnerhalb von drei Jahren wurden im Rahmen der "Geowissenschaftlichen Spitz- bergen-Expedition 1990-1992 (SPE 90-92)" faunistische und hydrologische Un- tersuchungen im Liefdefjorden (Nordwest-Spitzbergen) durchgeführt
Ziel dieser Arbeiten war es, nicht nur das Arteninventar des Fjords zu erforschen, mndern auch verstärk Aufschluà übe den Lebensraum und die Ökologi aus- gewählte Tiergruppen, insbesondere der Polychaeten und Amphipoden zu er- halten. Die dafü entscheidenden Parameter wie Temperatur, Salinitä und Sub- stratbeschaffenheit sollen im folgenden kurz umrissen werden.
Die Substrate, die 1992 mittels einer Sedimentanalyse untersucht wurden, sind im Liefdefjorden recht unterschiedlich. Bedingt durch den Eintrag mehrerer gro- ße Gletscher sind Schluffe und feinsandig-siltige Substrate, die zum Teil stark verdichtet sind, vorherrschend. Im Strandbereich fanden sich grobe Sande und Kiese. Hartsubstrate gibt es zwischen den Lerner-Inseln und sie waren im Be- reich der Mokeöyane-Inse ( im Osten des Fjordes) größtentei mit Kalkalgen überwachsen Der organische Anteil der Weichböde ist zum Teil sehr hoch und stellt sich als mariner Detritus mit SandISilt vermischt dar. Die Sauerstoffkonzen- trationen waren überal sehr hoch (> 100 %), Durch abtauendes Gletschereis und im Bereich der Gletscherabflüss kommt es stellenweise zu erheblichen Aussü Bungen im Uferbereich und auf der Wasseroberfläche Ausläufe des NW-Spitz- bergenstroms führe im Bereich der Mokeöyan zu erstaunlich warmen Wasser- verhaltnissen (7  C bis zu 4 m Tiefe und noch 4 ¡ im Bereich des Meeresgrun- des in 20-40 m Tiefe). Dagegen finden sich in ungestörte Becken im Gebiet der Inseln im Fjordinneren Bereiche mit Wassertemperaturen von konstant -1 bis -1.5OC.
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POLYCHAETA (marine Borstenwürmer-
bearbeitet von Christian Plateinnerhalb der Jahre 1990-92 wurden im Liefdefjorden 164 Van-Veen-Greifer-Pro- ben, die Polychaeten enthielten, genommen. Es waren insgesamt 591 4 Individu- en, die sich aus 65 Arten zusammensetzten, hiervon konnten sechs nur bis zur Gattung bestimmt werden. Zwei der 65 Arten sind fü die Wissenschaft neu (Oriopsis ingeloreae sp, n. und Oriopsis liefdefjordensis sp. n.). Diese 65 Poly- chaetenarten sind insgesamt 31 Familien zuzuordnen,
Nur wenige Arten, die im Liefdefjorden gefunden wurden, sind als rein arktische Arten zu bezeichnen. Der Hauptverbreitungstyp ist eindeutig der des arktisch-bo- realen Typus, Neun der 65 Arten sind in Spitzbergen zum ersten Mal nachgewie- sen worden.
Bei den meisten im Liefdefjorden nachgewiesenen Polychaeten handelt es sich um Substrat -, Detritus- und Sedimentfresser. Karnivore Tiere sind deutlich in der Minderheit.
Eine Abhängigkei der Artenanzahl von der Korngröà des Sediments konnte nachgewiesen werden. Je feiner das Sediment desto höhe war die Artenanzahl der Polychaeta. Desweiteren wurden charakteristische Arten der entsprechenden Zonen und Lebensräume (verschiedene Substrate, verschiedene Algen U. s. W.) sowie Polychaetenassoziationen herausgearbeitet.
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AMPHIPODA (Flohkrebse)-
bearbeitet von Rudolf WagnerDie Bedeutung der Amphipoda liegt in den Gewässer des Liefdefjords weniger in deren Diversitä
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hier werden sie von den Polychaeten bei weitem übertroffe-
als in ihrer Biomasse und der dadurch in der Nahrungskette hervorragenden Position.Als Nahrungsgrundlage dient den Amphipoda im Liefdefjorden sowohl pflanzliche als auch tierische Nahrung. Ihr quantitativ bedeutendes Auftreten im Bereich der Kiesstränd (überwiegen Gammarus spec.) und der sandigen Stränd (überwie gend Onisimus litoralis) dürft auf Nahrungseintrag von Land (offenbar Übe das Grundwasser) und der Gletscherabflüsse vor allem aber vom Meer (Tidenein- Ruß zurückzuführ sein. Bei auflaufendem Wasser verlassen die Amphipoden das schützend Interstitium der Kiesstränd und schwimmen frei im Wasser um- her. Dies macht sie zu einer relativ leichten Beute der stof3tauchenden Küsten seeschwalben. Im Gegensatz zu südlichere Breiten bilden im Liefdefjord Am- phipoden die Hauptnahrungsgrundlage dieser Art.
Neben der quantitativ hervorragenden Beteiligung an der eulitoralen Fauna der Stränd treten Amphipoden aber auch relativ Individuen- und artenreich im Phytal auf (Weyprechtia pinguis, Gammarellus homari, Gammaracanthus loricatus und Ischyrocerus anguipes). In den weichen Böde des Sublitorals treten sie dage- gen deutlich zurück
Bislang wurden 23 Arten aus 12 Familien verzeichnet. Bei den meisten Arten handelt es sich um Formen mit rezent arktischer oder arktisch-borealer Verbrei- tung. Eine Art ist bekannt als Eiszeitrelikt aus der westlichen Ostsee, und eine weitere Art besitzt Reliktvorkommen im Kaspischen Meer.
Mit dem Aufenthalt in der Jubany-Station im JanIFebr, 1994 ergab sich die M6g- lichkeit zu vergleichenden Untersuchungen an beiden Tiergruppen im Bereich ei- ner ähnlic strukturierten Flachwasserzone in der Antarktis. Die Auswertung der dort gesammelten Proben kann aber erst im Sommer 1994 beginnen.
Literatur:
GLASER, D., HARTMANN, G., MALLWITZ, J., PLATE, CH., WAGNER, R.
(1992): Untersuchungen an der Fauna des Liefdefjordes. Stuttgarter Geographi- sehe Studien, Bd. 1 1
7:
369-378.PLATE, CH. & WAGNER, R. (1993): Hydrologische und Faunistische Untersu- chungen des Liefdefjordes. Materialien zur Physiogeographie, Basel. Heft. 15, 91 -97,
Untersuchungsgebiet der Geowissenschaftlichen Spitzbergen-Expedition1 990-92
UNTERSUCHUNGEN ZUR JAHRESPRIMARPRODUKTION VON FLECHTEN IN DER MARITIMEN ANTARKTIS
B. Schroeter & F. Schulz
Botanisches Institut und Institut fü Polarökologie Universitä Kiel, 2 4 0 9 8 Kiel
Die terrestrische Vegetation der maritimen Antarktis ist gepräg von Kryp- togamen, wahrend Höher Pflanzen nur eine untergeordnete Rolle spielen.
So sind in der maritimen Antarktis in feuchten Bereichen nicht selten dicke Moosteppiche zu finden, die Torfschichten von mehreren Dezimetern ak- kumulieren können In trockeneren Bereichen dominieren demgegenübe vor allem Flechten, die sowohl als Krusten Geröllhalde und Felswänd Überziehen als auch in strauchformiger Wuchsform ausgedehnte
'Flechtenheiden" bilden können In solchen Usnea-Himantormia-Geseii- schatten könne Biomassen von bis zu 2 kg Trockengewicht pro m2 akku- muliert werden (Kappen 1 9 9 3 ) . Fü das Verständni der terrestrischen Oko- Systeme der Antarktis ist der Kohlenstoffumsatz der Vegetation, b z w . seine Rate und Geschwindigkeit, eine zentrale Fragestellung.
Der Frage nach Wachstumskapazitä und Kohlenstoffumsatz i n den terrstri- sehen Okosystemen der maritimen Antarktis gehen wir in der Kieler Ar- beitsgruppe seit mehreren Jahren nach, erste Ergebnisse sollen im folgen- den am Beispiel der Charakterart Usnea aurantiaco-atra dargestellt werden.
U. aurantiaco-atra ist eine Strauchflechte, deren Thallus mehr als 1 0 c m groà werden kann und deren Verbreitungsschwerpunkt in der maritimen Antarktis liegt. Altersabschätzunge an U. aurantiaco-atra geben Hinweise darauf, da groß Thalli dieser Art weit übe 2 0 0 Jahre alt sein könne (Hooker 1 9 8 0 ) . Demgegenübe lassen neuere Bestimmungen der Biomasse- Zunahme (Smith 1 9 9 0 ) sowie Radiocarbonmessungen (Willkomm e t al.
1 9 9 0 ) auf einen deutlich schnelleren Kohlenstoffumsatz schließen
In einem ersten Schritt erlaubt es die direkte, in situ-Erfassung des COy- Gaswechsels in Form von Tagesgängen die Abhängigkei von Nettophoto- synthese und Dunkelatmung von Licht (als photosynthetisch aktiver Strah- lung), Temperatur und Wassergehalt zu beschreiben (Schroeter et al. 1 9 9 1 ) und daraus die Tagesprimärproduktio fü einzelne Meßtag zu errechnen.
Neben Tagesgänge unter natürliche Bedingungen kann i m Freiland auch die Licht- und Temperatur-Abhängigkei bei optimalem Wasserzustand er- fasst werden. Diese Daten könne dann als Grundlage fü die Parametrisie- rung eines empirischen Photosynthesemodells verwendet werden, das mit Hilfe von mathematischen Modellen die Abhängigkei der Photosynthese von den drei genanten Kardinalfaktoren beschreibt (2.B. Schroeter 1 9 9 1 ) . In einem zweiten Schritt muà nun Ãœbe die Erfassung der Tagesprimärpro duktion einzelner Tage hinaus eine Erweiterung der zeitlichen Dimension er- reicht werden. Dazu haben wir nach umfangreichen Vorstudien bei der spanischen Antarktisstation Juan Carlos I. (62¡39'S 6 0  ° 2 3 ' W in der Antarktissaison 1991192 eine Mikroklimameßstatio eingerichtet. In 5- minütige Abstand werden hier automatisch die wichtigsten Parameter fü Primärproduktion also Lichtbedingungen, Thallustemperaturen sowie die Zeiträum metabolischer Aktivität gemessen mit Hilfe eines speziell fü diesen Einsatz entwickelten Chlorophyllfluorometers, erfasst. Aufgrund der poikilohydren Natur der Flechten ist die Wasserverfügbarkei ein entschei- dender, limitierender Parameter fü metabolische Aktivität dies wird im folgenden bei der Betrachtung der Primärproduktio im Jahreslauf deutlich.
8 0 Potentielle PP
-
Max. realisierbare PP?
W 60
01
0" 40 20 0
J F M A M J J A S O N D J F
Abb. 1 : Jahresgang von maximal realisierbarer und potentieller Primärproduktio von Usnea aurantiaco-atra auf Livingston Island, Süd-Shetland-Inseln Antarktis. Po- tentielle und maximal realisierbare Primärproduktio (PP) wurden m i t demselben Photosynthesemodell berechnet, jedoch wurden bei der maximal realisierbaren PP nur die Zeiträum m i t nachgewiesener metabolischer Aktivitä in die Berechnung einbezogen. Die monatlichen Minima und Maxima der Thallustemperaturen sind durch offene Dreiecke dargestellt, die mittleren monatlichen Thallustemperaturen m i t e ~ n e m a u s g e f à ¼ l l t e Kreis. Die Photonenflußdichte (PFD) sind fü jeden Monat auf- summiert und als mittlere Tagessumme berechnet.
Der in Abb. 1 fü Usnea aurantiaco-atra dargestellte Jahresgang zeigt die äußere mikroklimatischen Parameter, wie die jeweiligen Lichtsummen pro Tag, die maximalen und minimalen Thallustemperaturen und die monatli- chen Mittelwerte, darüberhinau ist die mit Hilfe eines Photosynthesemo- dells berechnete monatliche Primärproduktio dargestellt. Dabei wird zwi- schen der potentiellen Primärproduktio und der maximal realisierbaren Primärproduktio unterschieden. Der Kalkulation der potentiellen Prirnär produktion liegt die (unrealistische) Annahme zugrunde, da währen des gesamten Jahres optimale Feuchtigkeitsbedingungen fü die Flechte herr- schen. Bezieht man jedoch in die Berechnung der Primarproduktion nur diejenigen Zeiträum ein, in denen genügen Feuchtigkeit fü metaboloi- sehe A,ktivitä zur Verfügun steht (ohne zwischen verschiedenen Thallus- feuchten zu unterscheiden), ergeben sich stark verringerte Werte fü die maximal realisierbare Primarproduktion. Die mangelnde Wasserverfügbar keit reduziert vor allem währen der Sommermonate die Primarproduktion auf weniger als ein Zehntel der potentiellen Primarproduktion. Häufi kön nen die günstigere Licht- und Temperaturbedingungen von der Flechte nicht fü Photosynthese genutzt werden, da eine schnelle Austrocknung des Thallus bei niedrigen Luftfeuchtigkeiten die Flechte inaktiviert. In den Wintermonaten von April bis Juli sind aufgrund der ungünstige Lichtver- hältniss negative Kohlenstoffbilanzen zu verzeichnen, währen vor allem in den Ubergangsmonaten August und September im vorliegenden Unter- suchungszeitraum entscheidende Kohlenstoffgewinne gemacht werden konnten. Diese erste Hochrechnung der Primärproduktio fü Usnea auran- tiaco-atra i n der maritimen Antarktis ergibt eine potentielle Jahresprimär produktion von 4 2 1 mg CO2 pro g Trockengewicht, demgegenübe kann aufgrund der limitierenden Wasserverfügbarkei von der Flechte maximal nur eine Jahresprimärproduktio von 5 3 mg CO2 pro g Trockengewicht re- alisiert werden. Die vorliegenden Daten könne nun durch bereits vorlie- gende weitere Jahresgäng von Usnea aurantiaco-atra und anderen cha- rakteristischen Flechtenarten erweitert werden, darüberhinau sollen durch eine Erweiterung in der räumliche Dimension in Zukunft auch die Kohlen- stofflüss von großräumiger Vegetationseinheiten charakterisiert werden.
Fü diese Untersuchungen kommt der deutschen Annexstation bei Jubany besondere Bedeutung zu, da hier im Zusammenwirken mit anderen Arbeits- gruppen eine interdisziplinäre längerfristig Untersuchung der terrestri- schen Okosysteme durchgeführ werden kann.
Zitierte Literatur:
Hooker, T.N. 1980; Growth and production of Usnea antarctica and U. fa- sciata on Signy Island, South Orkney Islands. Bulletin British Antar- tic Survey 50: 3 5 - 4 9
Kappen, L. 1993: Lichens in the Antarctic region. In: Friedmann, E.l.(ed.) Antarctic Microbiology. Wiley-Liss: 4 3 3 - 4 9 0
Schroeter, B. 1 9 9 1 : Untersuchungen zu Primarproduktion und Wasser- haushalt von Flechten der maritimen Antarktis unter besonderer Be- rücksichtigun von Usnea antarctica DuRietz. Dissert. Univ. Kiel Schroeter, B.; Kappen, L.; Moldaenke, C. 1991: Continuous in situ recor-
ding of the photosynthetic activity of Antarctic lichens - established rnethods and a n e w approach. Lichenologist 23: 253-265
Srnith, R.I.L. 1 9 9 0 : Signy Island as a paradigm of biological and environ- mental change i n Antarctic terrestrial ecosystems. In: Kerry, K.R. &
Hempel, G., (eds.) Antarctic ecosystems. Springer Berlin: 32-50 Willkomm, H.; Bölter M.; Kappen, L. 1 9 9 1 ( 1 9 9 2 ) : Age estimation of
Antarctic rnacrolichens by radiocarbon measurements. Polarfor- schung 6 1 : 103-1 1 2
Photosynthesecharakteristika antarktischer Makroalgen
Gabriele Weykam und Christian Wiencke
Alfred-Wegener-Institut fü Polar- und Meeresforschung, Postfach 1201 61 D-27515 Bremerhaven
Abgesehen von punktuellen Felduntersuchungen waren die Photosynthese- charakteristika antarktischer Makroalgen bisher nur in Experimenten mit kultivierten Algen erforscht. Zur Bestätigun der Labordaten sowie als Referenz fü zukünftig Untersuchungen im Labor war es daher dringend nötig die Photosyntheseaktivitä an Feldmaterial zu untersuchen. Die hier dargestellten Ergebnisse beruhen auf zwischen September und Dezember 1993 durchgeführte Messungen an Makroalgen aus der Umgebung des neu eingerichteten Dallmann-Laboratoriums auf King George Island.
Es wurden insgesamt 35 bei den Südshetland-Insel häufig und ökologisc wichtige Arten der Rhodophyceae, Phaeophyceae, Chlorophyceae und Chrysophyceae untersucht. An einigen ausgewählte Arten wurden neben der generellen Photosynthesecharakteristik zusätzlich Aspekte einbezogen.
So wurde auch der Einfluà des in den einzelnen Wassertiefen unterschied- lichen Lichtklimas auf die Photosyntheseaktivitä sowie ihre jahreszeitliche Variation untersucht.
Mit den Messungen zur Photosyntheseaktivitä konnte die aus Kutturexperi- menten bereits bekannte Anpassung antarktischer Makroalgen an ihren Lebensraum bestätig werden. Trotz der niedrigen Temperaturen um 0 ' C zeigen antarktische Makroalgen unter lichtsättigende Bedingungen ähnlic hohe Photosyntheseraten (Prnax) wie vergleichbare Arten aus gemäßigt Breiten bei höhere Temperaturen. Antarktische Algen sind außerde deut- lich an Schwachlicht adaptiert. Dies zeigt sich an den generell niedrigen Lichtsättigungspunkte der Photosynthese (Ik-Werte) bei Photonenfluenzraten von 14-30 (65) pmol m-2 s-1, hohen alpha-Werten und niedrigen Lichtkom- pensationspunkten. Darübe hinaus wurden zwischen den untersuchten Arten Unterschiede in der Photosyntheseaktivität die sich zum Beispiel auf die Thallusstruktur oder die Reproduktionsstrategie der Algen zurückführ lassen, gefunden, die in ähnliche Weise auch fü Makroalgen aus anderen Breiten beschrieben sind.
Der Einfluà des in verschiedenen Wassertiefen unterschiedlichen Lichtklimas auf die Photosyntheseaktivitä wurde an den Braunalgen Desrnarestia anceps und Himantothallus grandifolius und der Rotalge Plocamium cartilagineum untersucht. Die Untersuchung ergab, da hohe Photonenfluenzraten bei Algenmaterial aus 30 m Tiefe ebenso effizient genutzt werden könne wie bei Material aus geringeren Tiefen. Damit ist ein höhere Gehalt an Chlorophyll a korreliert, der bei Algen aus große Tiefen auch zu einer erhöhte Absorption unter Schwachlichtbedingungen beiträgt
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Frühjah 52
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Sommer CiAbbildungen a, b, C:
Licht-gesättigt Photosyntheserate (brutto-Pmax) antarktischer Makroaigen irn Frühjah und Sommer (pmolO2 g'l h'l; Mittelwert  S.E.M., n=3-4)
Die Photosyntheseaktivitä zeigt starke saisonale, fü die einzelnen Arten charakteristische Schwankungen (Abb. 1 a, b, C). Diese zeigen sich nicht nur in der maximalen Photosyntheserate, sondern auch im linearen Bereich der P-1-Kurve (a-Wert). Währen z. B. die Photosyntheserate bei Phaeurus a n t a r c t i c u s im September einen hohen a-Wert und eine niedrige Photosyntheserate (Pmax) aufweist, ist dies Anfang Dezember umgekehrt.
Durch die hohe Effektivitä irn Schwachlichtbereich wird die Lichtsättigun der Photosynthese im September schon bei sehr niedrigen Photonenfluenzraten erreicht. Eine jahreszeitliche Veränderun der Photosyntheseaktivitä kann aber auch auf das Entwicklungsstadium der Alge zurückzuführ sein, wie es bei Desmarestia antarctica der Fall ist (Abb. 1 b). Die adulten Pflanzen zeigen zwischen September und Dezember keine Veränderung währen die juvenilen Pflanzen im Dezember irn Vergleich zu den adulten eine wesentlich höher Photosyntheserate aufweisen. Bei anderen Arten hingegen sinkt die Photosyntheseaktivitä zum Sommer (Abb. 1c). Die Braunalge Adenocystis utricularis und die Rotalgen Palmaria decipiens und P a n t o n e u r a plocamioides zeigen ein deutliches Absinken der Photosyntheserate zwischen September und Dezember. Dieses saisonale Muster wurde bereits in Langzeitkulturexperimenten unter fluktuierenden antarktischen Tageslänge an Palmaria decipiens nachgewiesen.
Insgesamt zeigen die Daten, da die Photosynthese der einzelnen Arten in Einklang mit ihrer jeweiligen Phänologi charakteristische jahreszeitliche Schwankungen aufweist. Die Saisonalitä der Photosynthese und anderer Stoffwechselprozesse sowie ihre Steuerung durch Umweltfaktoren stellt einen wichtigen Forschungsschwerpunkt fü die Arbeiten in den nächste Jahren dar.