dc.contributor.author
Sommerwerk, Nike
dc.date.accessioned
2018-06-08T00:21:54Z
dc.date.available
2016-06-23T09:06:55.774Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/11832
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-16030
dc.description
Summary Zusammenfassung Introduction Chapter I: Components and drivers of
change in European freshwater fish faunas Chapter II: Responses of the
European freshwater biodiversity to anthropogenic stressors and geo-climatic
drivers Chapter III: The Danube River Basin Chapter IV: Managing the world’s
most international river: the Danube River Basin Conclusions and future
perspectives Statement of academic integrity Acknowledgements Publications and
Presentations
dc.description.abstract
Fresh water is a threatened resource, albeit its unique importance for human
well-being. However, independent of human utility considerations, freshwater
ecosystems and species have an ethical, intrinsic value of their own.
Globally, freshwater ecosystems and their biodiversity are exposed to multiple
human stressors, often leading to irreversible alterations of the morphology,
hydrology, and ecology of these systems. Understanding human-environment
interactions provide insights into the consequences of environmental change on
freshwater biodiversity. Such insights play a fundamental role in informing
conservation decisions, policy makers and the general public, but also
biodiversity related research agendas and policies. Because there are
considerable gaps in understanding large-scale spatio-temporal dynamics of
freshwater species in response to anthropogenic stressors, in this thesis, I
analyzed large-scale freshwater diversity patterns in geographic Europe and
evaluated the multifaceted processes that cause biodiversity change. Moreover,
I quantified the effects of anthropogenic stressors and natural, geo-climatic
drivers on the contemporary patterns of European freshwater biodiversity and
evaluated the generality in biodiversity response. Additionally, I analyzed
current river basin management strategies – using the Danube River Basin as a
case study – in order to support the development and implementation of
effective future conservation and management strategies. A comparison of the
European freshwater fish fauna (Chapter 1) of the mid-19th century with the
contemporary patterns revealed profound, continent-wide changes in the
composition of species assemblages, creating taxonomic homogenization (i.e.
increase in similarity of species assemblages) among river catchments. The
results allowed appraising the opportunities and limits of the calculation of
taxonomic similarity change. Translocated species (i.e. species originating
from Europe, but not native to the respective study river catchment) were
identified as the main drivers of taxonomic homogenization. Indeed, many
translocated species, with a native range above a specific threshold (i.e.
number of occupied catchments), immediately contributed to taxonomic
homogenization when introduced elsewhere, even if they were introduced to a
single new catchment. However, translocated species with a range size below
the specific threshold attenuated taxonomic homogenization, as most exotic
species (i.e. species originating from outside Europe) did. In contrast to the
established view, it became evident that the prevention of intended or
unintended species introduction will not lower the rate of taxonomic
homogenization per se: many species actually cause taxonomic differentiation
despite their range gain, but still considerably contribute to taxonomic
change with potential negative effects on ecosystem functions and services.
Variance partitioning of the effects of anthropogenic stressors and natural,
geo-climatic drivers on contemporary distribution patterns of European
freshwater biodiversity (Chapter 2) revealed that anthropogenic stressors
explained a consistently low degree of variation in biodiversity response
patterns (i.e. species richness, taxonomic distinctness, endemicity) of the
five groups of European freshwater species studied (i.e. fish, odonates,
amphibians, birds, molluscs). However, geo-climatic conditions explained a
higher proportion of the variation of biodiversity, suggesting a strong
influence of geo-climatic gradients on contemporary biodiversity patterns.
Geo-climatic conditions primarily affected species with specialized habitat
use and a restricted range of occurrence, but had minor effects on species
with high dispersal capacities. The distinct joint effects of geo-climatic and
anthropogenic factors on the variation in biodiversity patterns, and the
distinct linkages between socio-economic and natural gradients implied that
the geo-climatic conditions are providing the context within which
anthropogenic stressors operate. Therefore, a combined analysis of geo-
climatic conditions and anthropogenic factors is indispensable to understand
biodiversity patterns. In addition to species richness and endemicity,
taxonomic distinctness was identified as a useful indicator of biodiversity,
as it responded consistently to anthropogenic stressors across several
taxonomic groups and at large scale. Synthesis of information and data on
environmental and climate conditions, topography, land use as well as past and
contemporary socio-economic and political features of the Danube River Basin
(Chapter 3) depicted various large-scale alterations of the nutrient and
sediment regime, the morphology and the species composition, with presumably
major, adverse consequences for the functioning of river ecosystems in the
entire basin. The principal lack of basic information on ecosystem processes,
biodiversity and general environmental descriptors as well as the dispersed
nature of available information among different institutional levels,
scientific institutions and individual scientists were identified as obstacles
hindering proper assessment of the environmental status and decision making
towards sustainable management. In addition, the conflicts among economic and
environmental issues were found to be highly complex, indicating that the
management of a transboundary and diverse basin such as the Danube requires
the combined efforts of a wide range of disciplines: a balance between use and
protection, a better harmonization and improved synergy of presently disparate
objectives, and tight links and feedbacks between science and application
(Chapter 4). River basin authorities such as the International Commission for
the Protection of the Danube River (ICPDR) were identified as important and
useful platforms for dialogue and debate of appropriate goals and their
implementation, involvement of stakeholders and the public, but also as
“translators” of scientific results. The results of this thesis confirm that
most freshwater ecosystems in Europe are far from pristine. Although present
scientific knowledge is already sufficient to allow decision makers managing
freshwater ecosystems and entire river basins to make competent plans,
additional research in better understanding human-environment interactions and
predicting the effects of rapid environmental change on the long-term dynamics
of freshwater biodiversity is required. Ultimately, further loss of freshwater
species and related ecosystem services will only be avoided if tighter
synergies among the presently competing targets of e.g. agriculture, food
processing, mining industry, navigation, hydro-/thermal power production,
flood control and biodiversity conservation are established.
de
dc.description.abstract
Süßwasser ist, trotz seiner herausragenden Bedeutung für das menschliche
Wohlbefinden, eine gefährdete Ressource. Unabhängig von Nutzungen durch den
Menschen haben Binnengewässerökosysteme aber auch einen intrinsischen Wert,
d.h. dass neben ökonomischen Werten auch ökologische und ethische Aspekte zu
berücksichtigen sind. Weltweit sind Binnengewässerökosysteme und deren
biologische Vielfalt (im Folgenden: Biodiversität) mannigfaltigem menschlichen
Nutzungsdruck ausgesetzt, der in vielen Fällen irreversible Veränderungen der
Morphologie, der Hydrologie und der Ökologie dieser Systeme nach sich zieht.
Das Verständnis von Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt ist
unerlässlich, um Erkenntnisse über die Veränderungen der Biodiversität von
Binnengewässern in Folge von Umweltveränderungen zu gewinnen. Diese
Erkenntnisse stellen eine unerlässliche Basis zur Entwicklung von Strategien
zum Schutz der Biodiversität von Binnengewässern dar; sie sind ferner wichtig,
um politische Entscheidungsträger und die Öffentlichkeit zu informieren, sowie
um geeignete Forschungsprogramme, Richtlinien und Umweltabkommen zu
entwickeln. Es bestehen allerdings nach wie vor deutliche Wissenslücken
insbesondere im Verständnis von großräumigen, d.h. globalen und kontinentalen
Dynamiken (räumlich wie zeitlich) von Biodiversitätsmustern in Reaktion auf
menschlichen Nutzungsdruck. Daher war es das Ziel meiner Arbeit,
gesamteuropäische Verteilungsmuster der Biodiversität (Arten) von
Binnengewässern zu analysieren, sowie die vielfältigen Prozesse zu ermitteln
und zu beurteilen, die die Änderung der Verteilungsmuster bestimmen. Zudem
habe ich untersucht, wie einheitlich die Wirkung verschiedener
Einflussfaktoren (d.h. menschlicher Stressoren und natürlicher, geo-
klimatischer Bedingungen) auf die Verteilungsmuster verschiedener
Faunengruppen ist. Einen weiteren Schwerpunkt meiner Arbeit bildete die
Untersuchung von derzeitigen Flussgebietsbewirtschaftungsstrategien. Anhand
des Donaueinzugsgebiets als Fallbeispiel habe ich Herausforderungen und
Chancen aber auch Optionen für die Entwicklung und Umsetzung zukünftiger
Bewirtschaftungs- sowie Schutzstrategien diskutiert. Ein Vergleich
zeitgenössischer Verteilungsmuster der europäischen Binnengewässerfischfauna
mit historischen Verteilungsmustern aus der Mitte des neunzehnten Jahrhunderts
(Kapitel 1) zeigte für den gesamten Kontinent tiefgreifende Änderungen in der
Zusammensetzung von Artengemeinschaften, die zu taxonomischer Homogenisierung,
d.h. einer Zunahme der Ähnlichkeit der Artenzusammensetzung unter den
untersuchten Flusseinzugsgebieten, führte. Die Ergebnisse ermöglichten es,
Stärken und Schwächen der Ermittlung von Änderungen der taxonomischen
Ähnlichkeit einzuschätzen. Es zeigte sich, dass translozierte Arten (d.h. in
Europa heimische Arten, die im jeweils untersuchten Flusseinzugsgebiet
historisch nicht vorkamen) maßgeblich zur taxonomischen Homogenisierung
beitrugen. Eine große Anzahl der translozierten Arten, deren natives
Verbreitungsgebiet über einem spezifischen Schwellenwert lag, d.h. deren
Verbreitungsgebiet eine bestimmte Anzahl an Flusseinzugsgebieten überstieg,
trugen selbst dann zur taxonomischen Homogenisierung bei, wenn sie in nur ein
einziges weiteres Einzugsgebiet eingebracht wurden. Im Gegensatz hierzu
schwächten translozierte Arten, deren natives Verbreitungsgebiet unter dem
spezifischen Schwellenwert lag, sowie auch die meisten exotischen Arten (d.h.
Arten, die aus einem Gebiet außerhalb Europas stammen) die taxonomische
Homogenisierung ab. Abweichend von der gängigen Sicht wurde deutlich, dass
taxonomische Homogenisierung sich nicht durch die Verhinderung von
beabsichtigtem oder versehentlichem Verschleppen von Arten verringern wird:
viele eingeschleppte Arten tragen zu einer taxonomischen Differenzierung bei,
trotzdem sie in ihrem durch die Verschleppung vergrößerten Verbreitungsgebiet
die Artenzusammensetzung ändern, was wiederum negative Auswirkungen auf das
Funktionieren von Ökosystemen und auf Ökosystemleistungen haben kann. Die
Varianz-Partitionierung von Auswirkungen menschlicher Stressoren und
natürlicher, geo-klimatischer Faktoren auf aktuelle Verteilungsmuster der
Biodiversität der Binnengewässer in Europa (Kapitel 2) zeigte, dass
menschliche Stressoren einen durchgehend niedrigen Anteil der Variation in den
Mustern der Biodiversität (bezüglich Artenreichtum, taxonomischer
Verschiedenheit und Endemismus) der untersuchten Binnengewässerfauna (d.h.
Fische, Libellen, Amphibien, Vögel, Mollusken) erklären. Dagegen erklärten
geo-klimatische Faktoren einen höheren Anteil an der Varianz in den Mustern
der Biodiversität, was auf einen hohen Einfluss von geo-klimatischen
Gradienten auf die Biodiversität schließen lässt. Geo-klimatische Bedingungen
wirkten sich besonders stark auf Arten mit kleinem Verbreitungsgebiet und
speziellen Lebensraumansprüchen aus, zeigten jedoch einen geringen Effekt auf
Arten mit großem Verbreitungsgebiet. Vor allem die ermittelten gemeinsamen
Effekte von geo-klimatischen und menschlichen Faktoren auf die Variation in
den Verteilungsmustern der Biodiversität, sowie die ausgeprägten Zusammenhänge
zwischen sozio-ökonomischen und natürlichen Gradienten, legten den Schluss
nahe, dass geo-klimatischen Faktoren den Kontext liefern, innerhalb dessen
menschliche Stressoren wirken. Daher ist eine kombinierte Analyse von geo-
klimatischen Bedingungen und menschlichen Stressoren unumgänglich, um
Verteilungsmuster der Biodiversität zu verstehen. Zusätzlich zum Artenreichtum
und zum Endemismus hat sich die Ermittlung der taxonomischen Verschiedenheit
als ein nützlicher Biodiversitätsindikator erwiesen, da diese Auswirkungen
menschlicher Stressoren über Faunengrenzen hinweg kohärent und auf
kontinentaler Ebene anzuzeigen vermag. Das Zusammenstellen von Informationen
und Daten zu natürlichen Charakteristika wie Klima und Umwelt, zur Hydrologie
und Landnutzung, sowie historischen als auch gegenwärtigen sozioökonomischen
und politischen Besonderheiten des Donaueinzugsgebiets (Kapitel 3)
verdeutlichte die vielfältigen, großräumigen Veränderungen des Nährstoff- und
Sedimenthaushalts, der Morphologie und der Artenzusammensetzung, mit
vermutlich weitreichenden, nachteiligen Konsequenzen für die
Funktionsfähigkeit von Ökosystemen im gesamten Einzugsgebiet. Das prinzipielle
Fehlen grundlegender Informationen bezüglich ökosystemarer Prozesse, der
Artenvielfalt wie auch allgemeiner Umweltdeskriptoren, aber auch die
Zersplitterung verfügbarer Informationen auf verschiedene institutionelle
Ebenen, wissenschaftliche Institute und einzelne Wissenschaftler erwiesen sich
als Hindernisse bei der Ermittlung des Umweltzustandes wie auch der
Entscheidungsfindung im Rahmen nachhaltiger Flussgebietsbewirtschaftung. Zudem
erwiesen sich die Zielkonflikte zwischen wirtschaftlichen Interessen und
ökologischen Aspekten als vielschichtig, was verdeutlichte, dass die
Bewirtschaftung eines mehrfach grenzüberschreitenden und derart
internationalen und facettenreichen Einzugsgebietes wie der Donau der
vereinten Bemühungen vieler Disziplinen bedarf: einer Balance zwischen Nutzung
und Schutzmaßnahmen, einer verbesserten Harmonisierung und stärkeren Synergien
gegenwärtig unvereinbarter Zielvorstellungen, sowie einer engeren
Zusammenarbeit und Rückkopplung zwischen Wissenschaft und Anwendung (Kapitel
4). Flussgebietsverwaltungen, wie zum Beispiel die Internationale Kommission
zum Schutz der Donau (IKSD), wurden als wichtige und nützliche Plattformen
identifiziert, um geeignete Zielvorstellungen und deren Umsetzung abzustimmen,
Interessensgruppen und die Öffentlichkeit einzubinden, und zudem als
„Übersetzer“ von wissenschaftlichen Ergebnissen zu dienen. Die Ergebnisse
meiner Arbeit bestätigen, dass die meisten europäischen Binnengewässer und
deren Ökosysteme stark durch menschliche Eingriffe überformt sind. Obwohl der
gegenwärtige Stand der Forschung ausreicht, um Entscheidungsträger einzelner
Ökosysteme und auch ganzer Flussgebiete kompetent zu beraten, besteht weiterer
Forschungsbedarf, um die Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt besser zu
verstehen, und ferner, um Auswirkungen sich rasch ändernder Umweltbedingungen
auf die langfristigen Dynamiken der Biodiversität von Binnengewässern zu
prognostizieren. Letztendlich wird ein weiterer Verlust der Biodiversität von
Binnengewässern und zugehörigen Ökosystemleistungen nur zu verhindern sein,
wenn es gelingt, Synergien zwischen derzeit divergierenden Zielvorstellungen
von Sektoren wie Landwirtschaft, Nahrungsmittelindustrie, Bergbau,
Schifffahrt, Wasser- und Wärmekraftnutzung, Hochwasser- und
Biodiversitätsschutz zu stärken.
de
dc.format.extent
III, 204
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
river catchments
dc.subject
homogenization
dc.subject
non-native species
dc.subject
Danube River Basin
dc.subject
cross-taxon congruence
dc.subject
taxonomic distinctness
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::577 Ökologie
dc.title
Patterns, determinants, and management of freshwater biodiversity in Europe
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Klement Tockner
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Daniel Hering
dc.date.accepted
2016-05-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000102285-0
dc.title.translated
Muster, Einflussfaktoren und Bewirtschaftung der Biodiversität der
Binnengewässer in Europa
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
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FUDISS_thesis_000000102285
refubium.mycore.derivateId
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