Sediment quality guidelines (SQGs) or values (SQVs) are used to assess the potential risk of contaminants in sediment to aquatic organisms, specifically benthic invertebrates. The objectives of this research were to evaluate SQGs derived specifically for use by the uranium industry in Canada, propose alternative SQVs for use at uranium operations in northern Saskatchewan using a novel approach, and investigate the potentially bioavailable fractions of metals in sediment which could become an alternative measurement to the typically used total metal concentrations. The screening-level concentration (SLC) approach has been used in Ontario, Canada, to derive lowest effect levels (LELs) and severe effect levels for use as SQGs. This approach was adopted by the Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) to set guidelines for metals (As, Cr, Cu, Pb, Mo, Ni, Se, U, and V) and radionuclides (Ra-226, Pb-210, and Po-210) in sediment at northern Saskatchewan uranium mining and milling operations. The SLC approach is based on total metal and radionuclide concentrations in sediment, and corresponding benthic invertebrate community composition data for a specific sampling site. In this study, sediment chemistry (total metals and radionuclides) and benthic community data from northern Saskatchewan uranium operations were compiled and examined. Results indicated that the CNSC-derived SQGs had limited relationships to observed effects, or lack thereof, on benthic invertebrate communities near uranium operations in Saskatchewan. On a general basis, the correct alignment of at least one LEL exceedence at an effect site was observed 95% of the time, but on an element-specific basis many of the elements had concentrations at effect sites below their LELs. Furthermore, concentrations of the evaluated elements exceeded at least one LEL at 60% of the no-effect sites. The high number of exceedences of LELs at reference and no-effect sites (false-positives) calls to question the appropriateness of the CNSC-derived SQGs. To address the deficiencies of the SLC approach, a new approach was developed to derive alternative metal SQVs for the uranium industry in northern Saskatchewan that was based on the use of reference and no-effect site field data. Three different sets of NE values were derived using combinations of benthic invertebrate community effect criteria (abundance, richness, evenness, Bray-Curtis index). Additionally, reference (REF) values were derived based solely on sediment metal concentrations from reference sites. In general, NE values derived using abundance, richness, and evenness (NE1 and NE2 values) were found to be higher than the NE values derived using all four metrics (NE3 values). Derived NE values for Cr, Cu, Pb, and V did not change with the incorporation of additional effects criteria due to a lack of influence from the uranium operations on these metal concentrations (i.e., they were generally present at or near background levels). However, a gradient of exposure concentrations was apparent for As, Mo, Ni, Se, and U in sediment which allowed for acceptable exposure levels of these metals in sediment to be defined. The findings from this assessment proposed a set of new, alternate SQVs for use at the uranium industry in northern Saskatchewan. Often, only total metals concentrations are measured in the evaluation of contaminated sediment. However, this measure may over-estimate metal exposure to benthic invertebrates. Using sediment cores collected from near the Rabbit Lake and Key Lake uranium operations, along with a series of mixed-sediments (contaminated and reference sediment), metal bioaccumulation experiments using Chironomus dilutus were conducted in the laboratory. Metal concentrations in extracts from single extractions with either potassium phosphate or hydrochloric acid on wet and dried sediment, pore-water, and whole-sediment were used to evaluate metal bioaccumulation in test organisms. Depending on the metal, pore-water isolated using peepers generally exhibited the best relationship with tissue metal concentrations. Based on this finding, it is suggested that pore-water sampling using peepers (an in-situ dialysis device) be added to environmental sampling programs at Saskatchewan uranium operations so that sediment metal availability to benthic invertebrates can be better assessed. With the eventual development of a larger pore-water metals dataset, SQGs based on pore-water metals concentrations could likely be derived as an alternative to existing SQGs based on total metal concentrations in sediment.

ABSTRACT Foraminiferal Assemblages on Sediments and Reef Rubble at Conch Reef, Florida USA Christy Stephenson Benthic foraminiferal assemblages are widely used to interpret responses of the benthic communities to environmental stresses. This study compares epibiotic foraminiferal assemblages, collected from reef rubble, with those from reef sediments. The study site, Conch Reef, is the site of the Aquarius Underwater Habitat research facility and includes protected areas used only for scientific studies. Although a number of studies have enumerated foraminiferal taxa from the Florida reef tract, no projects have focused on the assemblages that occur at Conch Reef. Sediment and reef rubbles samples were collected via SCUBA from a depth range of 13 to 26 m during October 2008. Foraminiferal assemblages were assessed and compared between the two sample types. A total of 117 foraminiferal species, representing 72 genera, 37 families, and 8 orders were identified in 13 sediment samples and 21 rubble samples. In the rubble samples, 70 genera were identified, including 12 symbiont-bearing genera representing 20% of the total assemblage, 12 stress-tolerant genera representing 6%, planktic foraminifers representing 1%, and 46 other smaller foraminiferal genera representing 73% of the total foraminiferal assemblage. The rubble samples were quite homogenous. The mean (+SD) Fisher alpha α diversity of genera in these samples was 12.9 + 1.4. Sediment samples included 60 of the same genera. The 12 symbiont-bearing genera represented 41% of the total assemblage, 10 stress-tolerant genera represented 3%, planktic taxa represented 2%, and 40 other smaller foraminiferal genera represented 54% of the total assemblage. Overall, the taxonomic assemblages were very similar between the sample types, with sediment assemblages clearly representing the local and regional reef foraminiferal assemblage. The mean (+SD) Fisher alpha α for sediment samples was 11.4 + 2.3, which is not significantly different from that found for the rubble samples. A concentration ratio comparing relative abundances in sediment vs. rubble samples revealed that shells of larger, symbiont-bearing taxa were about 2.5-5.5 times more concentrated in the sediment, indicating winnowing of smaller taxa. Shells of Siphonatera, an agglutinated miliolid, and Textularia, an agglutinated textularid, were more abundant in sediments than in rubble, indicating high preservation potential. The concentration ratio provides a new taphonomic index that reflects the size and durability of foraminiferal taxa. The mean FORAM Index (FI) for the sediment samples (5.57 + 0.83) indicates that water quality at Conch Reef is suitable for calcifying symbioses. The most abundant symbiont-bearing genera were Amphistegina, Laevipeneroplis, Asterigerina, and Archaias.

Die Eutrophierung von Fließgewässern führt besonders im Frühjahr zur Zunahme der Biomasse des benthischen Aufwuchses. Dies kann zur reduzierter Infiltration von Wasser in die Gewässersohle führen und wichtige Funktionen von Fließgewässerökosystems stören. Verschiedene Studien konnten zeigen, dass invertebrate Weidegänger (Grazer) in der Lage sind die Biomasse des Aufwuchses in Fließgewässern effektiv zu reduzieren. Diese wichtige ökologische Funktion, das benthische Grazing, kann dazu beitragen negative Effekte der Eutrophierung in Fließgewässern zu kompensieren. Relevante invertebrate Grazer sind unter anderem die Larven der Eintagsfliege Rhithrogena semicolorata, die hohe Biomassen in Fließgewässern erreichen und eine hohe Spezialisierung auf Aufwuchs zeigen. Die Larven von R. semicolorata sind während ihres einjährigen Lebenszykluses Pestiziden ausgesetzt, welche ihre Entwicklung beeinträchtigen können. Um die Effekte von Pestiziden auf die Entwicklung dieser wichtigen Grazer zu untersuchen wurden drei Expositionsszenarien in Anlehnung an reale Bedingungen im Freiland untersucht. Das erste Szenario untersucht die Effekten einer Exposition mit dem Herbizid Terbutryn auf die Grazer-Aufwuchs-Interaktion, wie sie im Herbst und zeitigen Frühjahr anzutreffen ist. Terbutryn verursachte ab 6 µg/L eine deutliche Reduktion der Aufwuchsquantität, was indirekt das Wachstum und die Fettreserven der Grazer verringerte. Die Grazer zeigten ab 0,6 µg/L eine deutliche erhöhte Drift. Da bei dieser Konzentration noch keine Effekte auf die Aufwuchsbiomasse detektiert wurde, ist dies ein Indiz für verringerte Qualität des Aufwuchses. Insektzide werden verstärkt im Frühjahr ausgebracht und beeinflussen die Entwicklung der Grazer direkt. Das zweite Szenario untersuchte die Effekte des Insektizids lambda-Cyhalotrhin (LCH) auf die Grazer-Aufwuchs-Interaktion. LCH ist stark lipophil und adsorbiert schnell an organisches Material und Aufwüchse in Gewässer, weshalb es besonders für aufwuchsfressende Organismen bioverfügbar ist. Neben den erwarteten letalen Effekten wurden in Bereichen um 1 µg/g OC bereits subletale Effekte auf das Driftverhalten sowie das Wachstum der Grazer gefunden. Die Fettreserven waren ab ca. 0,01 µg/g OC reduziert, was auf verringerte Fraßaktivität in diesen niedrigen Konzentrationsbereichen schließen lässt. Die Analyse des Aufwuchses zeigte einen indirekt Effekt von LCH auf die Aufwuchsentwicklung, der einerseits auf die erhöhte Mortalität der Grazer aber auch auf LCH-induzierte Verhaltensänderungen zurückgeführt werden konnte. Das finale Szenario befasste sich mit den Effekten der kombinierten Exposition von Herbizid und Insektizid, wie sie im Lebenszyklus von R. semicolorata auftreten. Dabei zeigte sich entgegen der Erwartung keine erhöhte Mortalität durch die kombinierte Exposition. Die Ergebnisse weisen jedoch daraufhin, dass die Reduzierung der physiologischen Kondition der Grazer, durch die indirekten Effekte von Terbutryn, in subletalen Konzentrationsbereichen von LCH die Dauer bis zur Wiedererholung verlängert. Außerdem zeigte sich am Ende eine erhöhte Aufwuchsbiomasse, was eine reduzierte Leistung des Grazings durch die kombinierte Exposition indiziert. / The eutrophication of running water ecosystems leads especially in spring to an increase of benthic biofilms or aufwuchs, which reduces the infiltration of water into the river bed and, hence, disturb important ecological functions. Different studies already showed that invertebrate grazers of running water ecosystems are able to reduce the aufwuchs biomass effectively. This important ecological function, the benthic grazing, can therefore contribute to compensate the negative effects of eutrophication in lotic ecosystems. Relevant grazers are for instance the larvae of the mayfly Rhithrogena semicolorata, which reach high biomasses in streams and show a high feeding specialisation on aufwuchs. During their on year lasting life cycle the larvae of R. semicolorata are exposed to different pesticides, which can disturb their development. To evaluate the effects of pesticides on the development of this important grazer three exposition scenarios were performed following real exposure patterns from the environment. In the first scenarios the effects of a solely exposure with the herbicide Terbutryn on the grazer-aufwuchs-interaction was investigated, as it occurs preferably during autumn and spring. Terbutryn induced a clear reduction of aufwuchs quantity at 6 µg/L, which indirectly affected the growth and the energy storages of the grazers. Furthermore, the grazers showed an increased drift activity at 0.6 µg/L. Considering that the aufwuchs biomass was not affected at this low concentrations, the increased drift was interpreted as an indirect effect of reduced aufwuchs quantity. Inseciticides are preferably applied during spring and are able to disturb the development of grazers directly. The second scenario investigated therefore the effects of the insecticide lambda-Cyhalothrin (LCH) on the grazer-aufwuchs-interaction. LCH has a high lipophilicity and thus rapidly binds to organic matter or aufwuchs after entering aquatic ecosystems. This behaviour leads to a increased bioavailability of this substance to aufwuchs feeding organisms. Apart from the expected lethal effects, sublethal effects in form of increased drift and reduced grazer growth were found in a range of 1 µg/g OC LCH. Moreover, the energy storages of grazers were reduced at 0,01 µg/g OC, which is an indication of disturbed feeding behaviour at this low concentration. The analysis of the aufwuchs revealed additionally an indirect effect of LCH on the aufwuchs development, which was caused by increased grazer mortality and behavioural changes of the grazers induced by sublethal LCH concentrations. The final scenario aimed on the effects of a combined exposure of herbicide and insecticide, as it occurs during the life cycle of R. semicolorata. A increased mortality of grazers, due to the combinded exporsure, was not found. However, the results indicate that the reduction of the physiological condition by the indirect effect of Terbutryn extends the time until grazers recover from sublethal LCH exposure. Finally, also an increased aufwuchs biomass was found in treatments with combined exposure, indicating a reduced performance of grazers exposed to both substances.

This thesis aims to increase our understanding of mechanisms that influence larval dispersal in marine benthic invertebrates, particularly in the absence of strong oceanographic features (e.g. estuarine plumes, upwelling events, or markedly different water masses). Laboratory experiments identified behavioural mechanisms that regulate the vertical distribution of larvae in response to thermal stratification, and field studies in St. George’s Bay, Nova Scotia (NS), Canada, examined the relationship between larval abundance and physical variables (temperature, salinity, fluorescence, etc) and identified mechanisms that regulate larval distributions in situ. In the laboratory, I demonstrated that thermal stratification affects the vertical distribution of larvae by acting as a barrier to migration, or through temperature-dependent vertical swimming velocities. I also developed a random walk based model which highlighted that the key to successfully simulating larval response to temperature was 1) determining the temperature-dependent distribution of vertical swimming velocities and 2) the temporal autocorrelation in these velocities. In the field, the most striking pattern was that the larval distributions for species with similar swimming abilities were significantly correlated to one another at all scales (0.5 to 40 km). This suggests a common mechanism, related to larval swimming ability, which greatly influences the horizontal larval distribution. I found that the spatial scale of variability in larval distributions (~ 3 km) matches that in both the environmental variables and of coherent structures in current velocities (i.e. the tidal excursion). Results from an aggregation-diffusion model suggest that horizontal larval swimming could not be responsible for the observed level of aggregation in the larval horizontal distributions. I suggest that these horizontal patterns are the result of 1) an aggregative process (i.e. larvae swimming against a vertical current and maintaining their vertical position) and 2) a diffusive process which scales the aggregations to the scale of the coherent structures in current velocity (i.e. tidal excursion). In conclusion, this thesis increases our understanding of larval behaviour and its effects on larval dispersal. The results will be particularly useful to those who are interested in mechanisms regulate population connectivity, particularly those using bio-physical models to model dispersal trajectories.

This research examined how an invasive macrofouling organism, the Eurasian zebra mussel (Dreissena polymorpha), alters benthic communities in a riverine ecosystem. Controlled field experiments using artificial substrates showed that macroinvertebrate abundance is significantly enhanced within Dreissena beds, and that the physical habitat provided by mussel shells has a greater impact on macroinvertebrate abundance than biological factors (e.g., food provided by mussel biodeposits). Data collected at field sites before and after the establishment of dense Dreissena colonies suggested that these colonies alter macroinvertebrate communities on hard substrates primarily by enhancing populations of deposit-feeding organisms (e.g., amphipod crustaceans) and predators (e.g., flatworms), and by displacing fauna that are poorly adapted to interstitial substrate (e.g., large gastropods, net-spinning caddisfly larvae). Freshwater sponges were the only organisms found to compete successfully with Dreissena for hard substrate; sponge overgrowth caused significant local mortality of zebra mussels at all sites where sponges were abundant. / The capacity for Dreissena to displace native freshwater mussels (Family Unionidae) in the St. Lawrence River was examined over a four year period by quadrat sampling at selected sites. Dreissena preferentially colonized unionid mussels in the river. Mean infestation loads (number of zebra mussels per unionid mussel) in the St. Lawrence were 10-100 times lower than in the Great Lakes,.but resulted in similar high mortality. Severe declines in unionid species richness and abundance occurred in areas of the river that supported dense Dreissena populations ($>$4,000 mussels/m$ sp2).$ Analysis of data from the Great Lakes-St. Lawrence River system suggests that mass mortality and extirpation of unionid populations typically occurs within 4-5 years following initial colonization of unionids by Dreissena, and that Dreissena infestation will increase the future tate of extinction of North American unionids by nearly 10-fold.

A multi-integrative approach was used to identify spatial and temporal relationships of natural and anthropogenic environmental variables affecting riverine ecosystem structure and function in the Athabasca Oil Sands Region (AOSR). A series of inter-related field studies were conducted to assess three key components of the freshwater food web (physico-chemical environment, basal productivity, benthic macroinvertebrates) utilizing an a priori environmental disturbance gradient experimental design. The gradient design was formulated to best discriminate the possible effects of natural and anthropogenic environmental variables on two river basins (Steepbank and Ells Rivers) each having different levels of oil sands (OS) land use disturbance. Findings from this study showed that natural variation explained most longitudinal and seasonal responses of physico-chemical environmental variables for both rivers, including possible mechanisms such as physical and chemical effects from the OS geological deposit and inputs from shallow groundwater upwelling. Basal productivity was likely controlled by natural variables within the Steepbank and Ells Rivers, such as potential OS deposit effects, nutrient availability and influences from turbidity and physical factors, with disturbance from OS development either negligible or not detected. Longitudinal and seasonal differences in benthic macroinvertebrate community composition were mostly related to natural variation, including possible mechanisms such as high discharge and sediment slump events on the Steepbank River, and community shifts from elevated metal concentrations from natural sources at upstream sites on the Ells River. This study demonstrated that developing baseline information on watersheds can be essential at discriminating sources of disturbance, with natural variation potentially confounding with anthropogenic factors. This study also highlights the need for further research to obtain an improved understanding of mechanistic pathways to better determine natural and anthropogenic non-point source disturbances and cumulative effects on the structure and function of tributary ecosystems in the AOSR at relevant spatial and temporal scales. / Graduate / 0329 / clsuzann@uvic.ca

Hydrophobic organic contaminants (HOCs) often reside in sediments sorbed to particles, most tightly to particles with high content of organic carbon. If persistent, such pollutants can accumulate in the sediment for many years and constitute a contamination risk for sediment-living organisms and organisms at higher trophic levels, including humans. Since traditional remediation techniques are associated with complications (e.g. release of contaminants during dredging operations, disturbance of benthic faunal communities), or constraints (handling of large amounts of contaminated sediment and water, limitations due to depth and size of the area, high costs), there is a need for new alternative methods. In situ remediation through thin-layer capping (a few centimeter cover) with a sorbing material such as activated carbon (AC) has been proposed as an alternative remediation method. Compared to traditional remediation techniques, AC amendment in a thin layer means less material handling and lower costs and is assumed to be less disruptive to benthic communities. The objectives of this thesis were to investigate the ecological effects from thin layer capping as well as the efficiency in contaminant retention. Thin layer capping amended with AC proved to reduce availability of HOCs to the tested organisms, the gastropod Nassarius nitidus (Paper II), the clam Abra nitida (Paper III) and to polychaete worms  (Paper II and III). The remediation technique also decreased the sediment-to-water fluxes of the contaminants (Paper II and III). However, AC amended thin-layer capping was also found to cause negative biological effects. In laboratory studies with only a few species the negative effects were minor, or difficult to discern with the endpoints used (Paper II and III). In a larger multi-species mesocosm (boxcore) study, on the other hand, the negative effects were more prominent (Paper I) and in a large scale field study the benthic community was found to be profoundly disturbed by the AC amendment, with the effects persisting or even worsening ca one year (14 months) post amendment (Paper IV). / <p>At the time of the doctoral defence the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Manuscript; Paper 4: Manuscript.</p> / Carbocap / Opticap / Thinc

Geruchsstoffe in Trinkwassergewinnungsanlagen stellen ein weltweit auftretendes Problem dar und führen in der Regel zu einer Kostenintensivierung bei der Aufbereitung des Rohwassers. Die den erdig-muffigen Geschmack des Wassers verursachenden, hauptsächlichsten Substanzen Geosmin und 2-Methylisoborneol (2-MIB) sind schon in einem Konzentrationsbereich von 1-10 ng/L wahrnehmbar. Da das Trinkwasser Geruchs- und Geschmacksneutral sein soll, müssen im Zuge der Rohwasseraufbereitung die Geruchsstoffe entfernt werden. Geruchsstoffe können durch verschiedene Mikroorganismen wie Cyanobakterien, Aktinomyceten, Streptomyceten oder auch Algen gebildet werden. Das Ziel dieser Arbeit stellte daher die Identifikation von cyanobakteriellen Geruchsstoffbildnern in den drei sächsischen Trinkwassertalsperren Klingenberg, Cranzahl und Saidenbach dar. Das Hauptaugenmerk lag auf der Charakterisierung der vorkommenden benthischen Cyanobakterien. Neben deren Abhängigkeit von der Trophie des Gewässers sollte das Artenspektrum der benthischen Cyanobakterien untersucht werden sowie eine Identifikation erfolgen, welche Geruchsstoffe sie synthetisieren bzw. freisetzen. Dazu erfolgte die Gewinnung von Isolaten benthischer Cyanobakterien anhand von Proben, die aus den Talsperren entnommen wurden. Die anschließende Charakterisierung der Isolate wurde sowohl auf morphologischer als auch auf molekularbiologischer Ebene durch die partielle Sequenzierung der rbcL- und geoA-Gene durchgeführt. Ein weiteres Ziel bestand darin, die Fähigkeit zur Bildung von Geosmin und 2-MIB nachzuweisen. Dazu sollten ausgewählte Isolate, zur Abschätzung des Geruchsstoff-Bildungspotentials der Cyanobakterien in der Talsperre, unter verschiedenen Laborbedingungen kultiviert und auf die Bildung und Freisetzung von Geruchsstoffen hin untersucht sowie der Einfluss der Beleuchtung durch verschiedene Lichtfarben bzw. Spektren und des Mediums bestimmt werden. Zusätzliche Fragestellungen stellten die Identifikation spezifischer Gene sowie die Entwicklung eines geeigneten Primersystems und gegebenenfalls der Nachweis einer Korrelation zur Geruchsstoffbildung dar. Anhand der Klima- und der physikalischen Daten sollten mögliche Einflussgrößen auf die Geruchsstoffproduktion durch benthische Cyanobakterien aufgezeigt werden. Durch regelmäßige Probenahmen wie auch Kamerabefahrungen in Zusammenarbeit mit der Landestalsperrenverwaltung Sachsen wurde die Entwicklung des von Cyanobakterien dominierten Phytobenthos in drei Talsperren verfolgt und dokumentiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass dieses durch Vertreter der Gattungen Oscillatoria und Phormidium dominiert wurde. Im Verlauf der Untersuchungen konnten mehrere Massenentwicklungen von Cyanobakterien verfolgt werden. Die Abnahme des Staupegels ist in Verbindung mit der Sonneneinstrahlung die möglicherweise wichtigste Stellgröße für eine Massenentwicklung benthischer Cyanobakterien und einem damit verbundenen Anstieg des Geruchsstoff-Gehalts im Roh- bzw. Oberflächenwasser. Die Analyse der Entwicklung der Cyanobakterien unter natürlichen Bedingungen stellt aufgrund der großen Varianz der Einfluss nehmenden Parameter eine sehr komplexe Aufgabe dar. Daher wurden zur umfangreicheren Analyse der Herkunft der Geruchsstoffe Cyanobakterien isoliert. Dadurch wurde es möglich, das Geruchsstoff-Bildungspotential näher zu charakterisieren. Die erhaltenen Isolate wurden durch morphologische Merkmale bestimmt und molekularbiologisch durch partielle Sequenzierung des rbcL-Gens klassifiziert. Weiterhin erfolgte der analytische Nachweis von Geruchsstoffen in der Biomasse der Cyanobakterien sowie im Kultivierungsmedium. Der Nachweis von Geosmin in der Biomasse konnte hoch signifikant mit dem PCR-Nachweis von geoA korreliert werden. Es konnte gezeigt werden, dass der Besitz von geoA zu einer deutlich stärkeren Bildung und Freisetzung des Geruchsstoffs führt. Für das unter natürlichen Bedingungen ebenfalls auftretende 2-MIB konnten dagegen keine gesicherten cyanobakteriellen Produzenten identifiziert werden. 2003 wurde die Funktionalität des Gens cyc2 in Streptomyceten durch Gust et al. beschrieben. Auf dieser Grundlage konnte ein degeneriertes Primersystem zum Nachweis eines Stoffwechselgens (geoA) bei Cyanobakterien entwickelt werden. Die Biomasse des Isolats Phormidium sp. P2r aus der Talsperre Saidenbach enthielt einerseits in besonders großen Mengen intrazelluläres Geosmin. Andererseits konnten aber auch im Kultivierungsmedium hohe Geosminkonzentrationen ermittelt werden. Durch die Anwendung des etablierten Primersystems konnte mit der isolierten, genomischen DNA dieses Cyanobakteriums ein Amplifikat erhalten und sequenziert werden. Durch die Anwendung weiterer Protokolle, wie beispielsweise degenerierte Primersysteme oder des Vectorette-Ansatzes konnte der bekannte Sequenzbereich deutlich vergrößert werden. Dabei stellte es sich heraus, dass Phormidium sp. P2r zwei sehr ähnliche Gene (geoA1 und geoA2) besitzt, die vermutlich koreguliert werden. Die mRNA-Expressionsuntersuchungen bestätigten die Expression beider Gene bei Licht und einer Temperatur im Bereich von 10 - 20 °C. Nach einer 24stündigen Dunkelphase konnte die Bildung der geoA-mRNA hingegen nicht mehr nachgewiesen werden, was die Vermutung bestätigt, dass die Aktivität der Gene reguliert und nicht konstitutiv ist. Eine Verbindung der Synthese von Geosmin zur Photosysnthese ist aber dennoch fraglich. Die molekularbiologische Bestimmung der Diversität von geoA in Proben des Phytobenthos aus der Talsperre Klingenberg offenbarte eine große Vielfalt unterschiedlicher Sequenzen. Dies könnte auf vielfältigste Geosmin produzierende Mikroorganismen hinweisen. Das Geruchsstoff-Bildungspotential der isolierten und charakterisierten Cyanobakterien wurde unter verschiedenen Testbedingungen ermittelt. Dabei wurde vor allem der Einfluss unterschiedlicher Nährstoffkonzentrationen sowie Lichtfarben einschließlich UV-Strahlung untersucht. Es hat sich gezeigt, dass alle getesteten Stämme zur Geosmin-Freisetzung befähigt waren und sich das Freisetzungsniveau massiv in Abhängigkeit des Besitzes von geoA unterschied. Bei grünem Licht, welches auch in den untersuchten Talsperren den dominierenden Spektralanteil im Wasserkörper darstellt, wurde neben dem Tageslicht das beste Wachstum benthischer Cyanobakterien ermittelt. Letztendlich konnte durch die Laborexperimente eine variable Geosminbildung sowie ein unterschiedlicher Einfluss der Testbedingungen festgestellt werden. In der Talsperre Klingenberg konnte im Juni 2007 ein Gehalt von bis zu mehr als 70 ng Geosmin/L Oberflächenwasser bei einer Geruchsschwellenkonzentration von 1 ng/L (Young et al., 1996) ermittelt werden. Die Herkunft dieses Geruchsstoffs kann mit den Ergebnissen dieser Arbeit eindeutig den benthischen Cyanobakterien zugeordnet werden. Von besonderer Bedeutung war die Feststellung, dass der Besitz von geoA unter den benthischen Cyanobakterien der drei untersuchten Talsperren mit etwa 33 % der unterschiedlichen rbcL-Genotypen nicht weit verbreitet war. Die Rolle der anderen Cyanobakterien darf jedoch nicht unterschätzt werden, da z. B. hohe Geruchsstoff-Konzentrationen in der Talsperre Klingenberg bei einer deutlichen Dominanz von Oscillatoria sp. zustande kamen, aber alle als Oscillatoria klassifizierten Isolate geoA negativ waren. Eine Vorhersage der Entwicklung benthischer Cyanobakterien in den Talsperren kann auch mit den Ergebnissen dieser Arbeit nicht getroffen werden. Dazu ist die Reaktion der Cyanobakterien auf unterschiedliche Umweltfaktoren wie diese bei der Geruchsstoff-Bildung getestet wurden zu mannigfaltig. Wenn Cyanobakterien im Phytobenthos der Talsperren nachweisbar sind, könnte eine Prognose zur weiteren Entwicklung unter Berücksichtigung der zu erwartenden Veränderungen der Rahmenbedingungen, wie vor allem des Staupegels gegeben werden. Zur Ausbildung stabiler Cyanobakterien-Matten wie diese in der Talsperre Cranzahl 2007 vorhanden waren, ist sicherlich eine längerfristige Stabilität verschiedener und bislang noch unbekannter Rahmenbedingungen nötig. Obwohl die Dominanz der Cyanobakterien bei der Bildung von Geruchsstoffen im Phytobenthos in ähnlichen Habitaten auf Grund dieser Untersuchungen nicht mehr in Frage gestellt werden wird, ist dennoch die Möglichkeit gegeben, dass möglicherweise unter anderen Voraussetzungen und Bedingungen auch andere, nicht näher untersuchte Mikroorganismengruppen wie Aktinomyceten intensiv Geruchsstoffe in Talsperren bilden könnten.

S'ha estudiat l'estructura i dinàmica del sistema bentònic de llacunes costaneres de la maresma dels aiguamolls de l'Empordà (NE de la península Ibèrica) i els factors que les determinen. Amb aquesta finalitat es van prendre mostres d'organismes del bentos (mensualment), nutrients i pigments de l'aigua (setmanalment) i el sediment (mensualment), així com paràmetres físics de l'aigua (setmanalment), durant dos cicles d'inundació (1997-1998 i 1998-1999). En aquesta maresma els factors determinants per als organismes bentònics i el contingut en nutrients del sediment són principalment físics: el grau de permanència de l'aigua, el confinament i la granulometria. De manera que els factors tròfics tenen menys pes que els físics tal com es posa de manifest amb les associacions de nematodes. El règim hídric de les llacunes integra des del grau de permanència de l'aigua fins a la salinitat i el confinament, per la qual cosa a partir de la caracterització dels diferents tipus de règim hídric es poden discriminar les tres tipologies d'ambients amb comunitats bentòniques diferenciades en l'estructura, la composició i la dinàmica temporal. Així, les tres comunitats diferenciades són: (1) la d'aigües permanents caracteritzada per una riquesa i diversitat elevades i constants en el temps, i per un nombre més elevat de tàxons sense adaptacions per passar situacions adverses; (2) la d'aigües semipermanents i temporànies d'inundació pulsativa, caracteritzada per una menor riquesa i diversitat, i per la dominància d'organismes amb estructures de resistència per passar la fase seca i aguantar condicions desfavorables, i (3) la d'aigües temporànies d'inundació continuada, caracteritzada per una major variabilitat de la riquesa i diversitat al llarg del cicle i per una singularitat taxonòmica més elevada, ja que s'observen cladòcers i una major representació taxonòmica dels insectes. Durant la realització d'aquest estudi els dos cicles d'inundació van suposar entrades d'aigua en el sistema diferents, per això es va diferenciar un cicle humit (1997-1998) i un de sec (1998-1999). En relació amb la major importància de les entrades d'aigua en el sistema, es va observar un contingut en nutrients de l'aigua significativament superior durant el cicle humit. Pel que fa al sediment, la seva major inèrcia explicaria la manca de diferències significatives en el contingut en nutrients del sediment del cicle humit i del sec. Ara bé, sí que s'observa diferència en la composició d'organismes. Així, la variabilitat interanual en l'estructura de la comunitat bentònica de la maresma es pot atribuir a una situació d'estrès provocada pel cicle sec. Aquesta situació va comportar un augment de la diversitat per disminució de la dominància a totes les llacunes estudiades, determinada, en gran manera, per la disminució de l'abundància original de poblacions dominants i característiques d'ambients permanents, Corophium orientale, o temporànies, Gammarus aequicauda. No existeix un patró estacional en les comunitats estudiades, sinó que els principals canvis en el plàncton i el bentos són deguts a pertorbacions hídriques. Aquestes pertorbacions provoquen que s'estableixi una situació en què dominen uns tàxons característics en el plàncton (Synchaeta i Eutintinnus) i, en canvi, que en el bentos es perdi l'estructura pròpia de les comunitats característiques dels diferents ambients (comunitats dominades per Corophium orinetale en aigües permanents i per Chironomus salinarius en temporànies). La severitat és diferent en funció del grau de permanència de l'aigua, i és més alta en ambients permanents i més baixa en els temporanis. La major severitat en ambients permanents ve determinada per la menor adaptació del bentos d'aigües permanents a les fluctuacions ambientals i a l'efecte de la predació sobre el plàncton. A més, tant en el bentos com en el plàncton es donen fenòmens d'histèresi, segons els quals l'efecte de la pertorbació no solament depèn de la causa pertorbadora sinó també de l'estat en què es troba la comunitat en el moment de la pertorbació. / The structure and dynamic of the benthic system, and the main factors that control this system have been studied in coastal basins of the Empordà wetlands (NE Iberian Peninsula). During two hydroperiods (1197-1998; 1998-1999) organisms and sediment samples (nutrient and pigment analysis) have been taken monthly, and water samples (nutrient and pigment analysis) and physic and chemical parameters (Tª, Conductivity, Oxygen and pH) have been taken weekly. In these wetlands benthic organisms and sediment nutrient content were mainly determined by physics factors as water permanence, confinement and granulometry. Trophic factors were less important for the benthic communities than physics ones, as it has been shown by the nematodes associations. Based on the hydrological pattern, three types of basins are distinguished: permanent waters (type 1), temporary waters with pulse water inputs (type 2), and temporary waters with continuous water inputs (type 3). These three types are in agreement with the classification resulting from the benthic communities composition. The type 1 basins, where the more stable environemental conditions were found, had a community characterized by a high density of individuals, total biomass and diversity. The community of type 2 basins had lower richness and diversity values with little temporal variability. Organisms with resistant structures to pass the dry phase and survive adverse conditions were dominant in these community. The high frequency of freshwater inputs in type 3 basins causes a high taxonomic singularity and high temporal variability of species richness and diversity in these basins.The water input in the wetlands was significantly different for the two hydroperiods studied, so we can distinguish a wet hydroperiod (1197-1998) and a dry hydroperiod (1998-1999). Significantly higher nutrient content in the water was observed related to more important water entrance during the wet hydroperiod. The lack of significant differences on nutrient content of sediment between hydroperiods could be explained by a higher inertia in the benthic system. Differences in faunal composition were observed between hydroperiods. Thus, the interannual variability in the benthic community structure could be attributed to the stress situation caused by the dry hydroperiod. This situation implies a diversity increase due to a highest evenness because the dominant species decrease its relative abundance. The main plankton and benthos changes were due to hydrological perturbations, so seasonal patterns did not have any relevance to the studied communities. In the plankton community hydrological perturbations caused a new situation (situation dominated by Synchaeta and Eutintinnus), while in the benthos communities provokes a lost of the characteristic structure (characteristic structure were communities dominated by Corophium orientale in permanent waters, and by Chironomus salinarius in temporary waters). The severity varied depending on water permanence, so it was higher in permanent systems and lower in temporary ones. The higher severity in permanent systems was conditioned by the low adaptation to environmental fluctuations of the benthos which lives in permanent waters, and to the effect of predation on the plankton community. Moreover, histeresy phenomenons were observed, since the effects of perturbation were not only caused by the perturbation but also by the community status when the perturbation started.

El estudio de las comunidades de cianobacterias en la cuenca del río Muga permite profundizar en la búsqueda de factores que favorezcan o inhiban la acumulación intracelular de microcistinas y su liberación al medio externo en condiciones oligotróficas o con leves signos de eutrofia, al tiempo que permiten aportar nuevos conocimientos que ayuden a mejorar el entendimiento de los mecanismos y procesos que participan en la dinámica de las comunidades de cianobacterias bentónicas y las microcistinas asociadas en ecosistemas fluviales mediterráneos. Se ha realizado un estudio de la estructura y variabilidad de las comunidades de cianobacterias durante un ciclo anual completo mediante muestreos mensuales y muestreos con menor periodicidad durante un segundo ciclo posterior. Dichos muestreos han permitido observar diferentes patrones espacio-temporales a lo largo de todo el período de estudio en los 4 puntos de muestreo seleccionados en la cuenca del río Muga. Estos 4 tramos incluyen 1 punto regulado:aguas abajo del embalse de Boadella, y 3 sin regular:2 cabeceras y un punto aguas abajo de la población de Albanyà. Se han identificado un total de 34 especies de cianobacterias bentónicas en las 4 zonas estudiadas, predominando siempre especies de aguas limpias o poco alteradas. Dos especies, Rivularia biasolettiana (zonas más limpias y expuestas) y Phormidium retzii (sonas esciáfilas o con alta velocidad de corriente), resultan dominantes en gran parte de ellas. Se han reconocido un total de 6 microcistinas acumuladas intracelularmente en la comunidad bentónica de cianobacterias, identificando 3 de ellas: MC-RR, MC-LR y MC-YR. La concentración de microcistinas intracelulares ha disminuído a lo largo del eje principal del río Muga, determinada por diferentes factores físicos, químicos y biológicos. A nivel general, la acumulación total de microcistinas intracelulares ha estado asociada a un aumento de la temperatura del agua, un descenso en la diversidad de la comunidad de cianobacterias y pequeños incrementos de la concentración de fósforo disuelto en el agua. En cuanto a la liberación de microcistinas, ha estado vinculada a distintas perturbaciones soportadas por la comunidad cianobacteriana, tanto asociadas a factores físicos naturales como antrópicos. / The study of cyanobacteria communities in the Muga River basin enables further search for factors that promote or inhibit the intracellular accumulation of microcystins and their external release in oligotrophic or sligthly eutrophic conditions. At the same time, it provides new knowlodge to improve the understanding of the mechanisms and proccesses involved in the community dynamics of benthic cyanobacteria and associated microcystins in Mediterranean River ecosystems. A two-year study of the structure and variability of cyanobacterial communities was carried out: monthly sampling during the first annual cycle and lower frequency sampling during the second cycle. This allows observing the different spatial-temporal patterns over the study period in the 4 selected sampling points in the Muga River basin. These 4 points comprise 1 regulated point downstream of the Boadella reservoir, and 3 unregulated points, namely 2 headers and a thrid one downstream of Albanyà village. A total of 34 species of benthic cyanobacteria were identified in the 4 studied areas. The predominant species were linked to clear waters or slightly altered areas. 2 species were dominant in most of them: Rivularia biasolettiana (in cleaner and exposed areas) and Phormidium retzii (in unexposed areas or with high flow velocity).In the benthic community of cyanobacteria, a total of 6 intracellular microcystins were detected. 3 of them were identified: MC-RR, MC-LR and MC-YR. The accumulation of intracellular microcystins decrease along the stream as determined by different physical, chemical and biological factors. At a general level, the total accumulation of intracellular microcystins was associated with an increase in water temperature, a decrease of benthic cyanobacterial diversity and small increases in the concentration of dissolved phosphorus in the water. On the other hand, microcystins release was linked to the effects of different physical disturbances on the cyanobacterial community, wether of natural or anthropical origin.