Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6730
Main Title: Invertebraten in Trinkwasserverteilungssystemen
Subtitle: Lebensraum, Verbreitung, Nahrungsbeziehungen
Translated Title: Invertebrates in drinking water distribution sytems
Translated Subtitle: habitat, spreading, food-chain
Author(s): Michels, Ute
Advisor(s): Gunkel, Günter
Referee(s): Gunkel, Günter
Jekel, Martin
Maier, Gerhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: The central theme of this dissertation is the presence of invertebrates in drinking water distribution systems. The presented analyses are based on investigations in various drinking water networks during the 2003-2015 period, primarily conducted as part of water management monitoring programs. Some data was collected in the framework of the "Development of a mobile sampling and measuring system for invertebrates in drinking water distribution systems” research project which was funded by the Federal Ministry of Science and Technology (Bundesministerium für Wissenschaft und Technik BMWT). The main objectives of the dissertation were: • the qualitative and quantitative description of the biocoenosis of invertebrate animals in drinking water distribution systems, • the characterisation of the drinking water environment and its influence on the biocenosis of invertebrates and • the development of a model concept on material and energy flow within the invertebrate community. Fourteen animal groups with variable biodiversity were registered in the drinking water distribution systems which were examined. Thecamoeba, rotifers, copepods, nematodes and water isopods were among the typical fauna inventory of drinking water networks with a detection frequency of more than 60%. Depending on the method of sample extraction used, individuals were registered with body sizes of 30 µm – 11 mm. Due to this significant size spectrum, the animal groups were assigned to the categories of macroorganisms (> 2000 µm), meiofauna (100–2000 µm) and microfauna (< 100 µm). The individual densities of the invertebrate animals observed in drinking water distribution systems comprised a wide range with < 100 to > 1 million animals per m-³ piping volume. The range of values determined for the biomass ranged from 0.001 to almost 100 mg m-3. The quantitative characteristics were in turn dependent on the sample collection method (in particular on the mesh size used in the filtration). Using the sample collection method F2 100+55 , 4,723 individuals m-3 and 7.2 mg m-3 were determined in the median. The measured colonisation densities and biomasses of different supply systems were different. The median values of the individual densities of all supply systems examined with F2 100+55 amounted to between 600 and 58,500 individuals m-3; for the biomass, values ranging from 0.07 to 63 mg m-3 were determined. The temperature range (local/temporal differences), the currents and particulate deposits were essential characteristics of the habitat of the invertebrates. Above all (fine-grained) deposits led to a spatial structuring of the community. From the parameter of the particle volume value gradient, flow rate and temperature, a preference zone was constructed for the invertebrate community. This tended to be in the vicinity of waterworks/supply lines. The fine particles which are considered as a source of food were deposited in the pipelines in part in considerable quantities. On average, 6.6 mL m-3 (median) was identified; this corresponded to a sedimentation volume proportion (median) of 20%. If water isopods were present, their faeces pellets were an integral part of the fine particulate debris. The share of the fine particulate sediment amounted to 6% (median); this corresponded to a volume of 0.17 mL m-3 (median). Seasonal temperature changes and related processes (biofilm formation, particle entry) resulted in changes in the invertebrate community. The increased consumption of drinking water in the summer with a correspondingly higher particle intake in the drinking water distribution was followed by an increase in individual densities and biomass in autumn. The identifiable warming of soil and ground water as a result of climate change was also demonstrable in the pipeline system and allowed water isopods to form three generations (propagation phases) per year. The external influence on the development of invertebrate animals in the drinking water distribution is of greater relevance for the practice of the water supply. The material and energy transfer of an invertebrate community in drinking water distributions can be illustrated through biomass / abundance size spectra. Using biomass size spectra, it was possible to compare the structure of the invertebrate community of different supply systems. From the results of the analysis on the abundance and biomass of invertebrates, the concrete food situation of the size classes of invertebrates could be evaluated and the importance of an eventual existing external carbon source for the invertebrate community demonstrated.
Das zentrale Thema der vorliegenden Dissertation ist das Vorkommen von wirbellosen Tieren in Trinkwasserverteilungssystemen. Die vorgestellten Auswertungen basieren auf Untersuchungen in verschiedenen Trinkwassernetzen im Zeitraum 2003–2015, die überwiegend im Rahmen wasserwirtschaftlicher Monitoring-Programme durchgeführt wurden. Einige Daten wurden im Rahmen des vom Bundesministerium für Wissenschaft und Technik (BMWT) geförderten Forschungsprojektes „Entwicklung eines mobilen Probeentnahme- und Messsystems für Invertebraten in Trinkwasserverteilungssystemen“ erhoben. Die wesentlichen Ziele der Dissertation waren: • die qualitative und quantitative Beschreibung der Lebensgemeinschaft wirbelloser Tiere in Trinkwasserverteilungssystemen, • die Charakterisierung des Lebensraumes Trinkwasser und seines Einflusses auf die Lebensgemeinschaft der Invertebraten und • die Erarbeitung einer Modellvorstellung zum Stoff- und Energiefluss innerhalb der Invertebraten-Gesellschaft. In den untersuchten Trinkwasserverteilungssystemen wurden 14 Tiergruppen mit einer variablen Artenvielfalt registriert. Schalenamöben, Rädertierchen, Ruderfußkrebse, Fadenwürmer und Wasserasseln gehörten mit einer Nachweishäufigkeit von mehr als 60 % zum typischen Fauneninventar der Trinkwassernetze. In Abhängigkeit von der angewandten Probeentnahmemethode wurden Individuen mit Körpergrößen von 30 µm – 11 mm registriert. Auf Grund dieses erheblichen Größenspektrums wurden die Tiergruppen den Kategorien Makroorganismen (> 2000 µm), Meiofauna (100–2000 µm) und Mikrofauna (< 100 µm) zugeordnet. Die in den Trinkwasserverteilungssystemen festgestellten Individuendichten wirbelloser Tiere umfassten mit < 100 bis > 1 Million Tieren pro m-³ Rohrleitungsvolumen ein breites Spektrum. Der für die Biomasse ermittelte Wertebereich lag zwischen 0,001 und fast 100 mg m-3. Die quantitativen Merkmale waren wiederum abhängig von der Probeentnahmemethode (insbesondere von der zur Filtration verwendeten Maschenweite). Mit der Probeentnahmemethode F2 100+55 wurden im Median 4.723 Individuen m-3 und 7,2 mg m-3 ermittelt. Die ermittelten Besiedelungsdichten und Biomassen verschiedener Versorgungssysteme waren unterschiedlich. Die Medianwerte der Individuendichten aller mit F2 100+55 untersuchten Versorgungssysteme betrugen zwischen 600 und 58.500 Individuen m-3; für die Biomasse wurden Werte zwischen 0,07 und 63 mg m-3 ermittelt. Das Temperaturspektrum (lokale/temporale Unterschiede), die Strömungsverhältnisse und die partikulären Ablagerungen waren wesentliche Charakteristika des Lebensraumes der Invertebraten. Vor allem (feinkörnige) Ablagerungen bewirkten eine räumliche Strukturierung der Lebensgemeinschaft. Aus den Wertegradienten der Parameter Partikelvolumen, Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur ließ sich eine Präferenzzone für die Invertebraten-Gesellschaft konstruieren. Diese befand sich tendenziell in der Nähe von Wasserwerken/Versorgungsleitungen. Die als Nahrungsgrundlage in Frage kommenden Feinpartikel lagerten sich teilweise in erheblichen Mengen in den Rohrleitungen ab. Durchschnittlich wurden 6,6 mL m-3 (Median) ermittelt; dies entsprach einem Anteil am Sedimentationsvolumen (Median) von 20 %. Traten Wasserasseln auf, waren deren Kotpellets ein wesentlicher Bestandteil der feinpartikulären Ablagerungen. Die Anteile am feinpartikulären Sediment betrugen 6 % (Median); das entsprach einem Volumen von 0,17 mL m-3 (Median). Saisonale Temperaturveränderungen und damit verbundene Prozesse (Biofilmbildung, Partikeleintrag) führten zu Veränderungen der Invertebraten-Gesellschaft. Auf einen erhöhten Trinkwasserverbrauch im Sommer mit einem entsprechend höheren Partikeleintrag in die Trinkwasserverteilung folgte ein Anstieg von Individuendichten und Biomassen im Herbst. Die infolge des Klimawandels nachweisbare Erwärmung von Boden und Grundwasser war auch im Rohrleitungssystem nachweisbar und ermöglichte Wasserasseln die Ausbildung von drei Generationen (Vermehrungsphasen) pro Jahr. Die externe Beeinflussung der Entwicklung wirbelloser Tiere in der Trinkwasserverteilung ist für die Praxis der Wasserversorgung von großer Relevanz. Der Stoff- und Energietransfer einer Wirbellosengemeinschaft in Trinkwasserverteilungen lässt sich über Biomasse-/Abundanz-Größenspektren verdeutlichen. Mittels Biomasse-Größenspektren war es möglich, die Struktur der Wirbellosengemeinschaft verschiedener Versorgungssysteme zu vergleichen. Aus den Analysenergebnissen zu Abundanz und Biomasse von Invertebraten ließ sich die konkrete Nahrungssituation der Invertebraten beurteilen und die Bedeutung einer eventuell vorhandenen externen Kohlenstoffquelle für die Invertebraten-Gemeinschaft darstellen.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/7510
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6730
Exam Date: 11-Jul-2017
Issue Date: 2018
Date Available: 23-Mar-2018
DDC Class: 577 Ökologie
Subject(s): drinking water distribution system
invertebrates
biocoenosis
habitat
spatial distribution
seasonal variations
food-chain
Trinkwasserverteilung
wirbellose Tiere
räumliche Verteilung
zeitliche Strukturen
Nahrung
Nahrungsnetz
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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