Künstliches Licht in der Nacht (ALAN) entsteht in Zentren menschlicher Aktivität und erhellt die Nacht, wodurch biologische Rhythmen von Menschen und Wildtieren gestört werden können. Skyglow ist eine diffuse Aufhellung des Nachthimmels aufgrund von Reflexion und Streuung von ALAN, welche indirekt große Bereiche (vor-)städtischer Ökosysteme beleuchtet. Da sich Zentren menschlicher Aktivität häufig in der Nähe von Flüssen und Seen befinden, kann sich Skyglow unverhältnismäßig stark auf wildlebende Tiere in Süßwassergebieten auswirken. In drei Experimenten wurden die Auswirkungen von ALAN auf die Physiologie des Europäischen Flussbarsches untersucht. Die Fische wurden verschiedenen Versuchsbedingungen ausgesetzt: 1) niedrige ALAN-Intensitäten von 0,01, 0,1 und 1 lx unter kontrollierten Bedingungen, 2) höhere ALAN-Intensitäten von 1, 10 und 100 lx unter kontrollierten Bedingungen und 3) eine niedrige ALAN-Intensität von 0,06 lx in einem Feldexperiment. In den vorgestellten Experimenten unterdrückten niedrige ALAN-Intensitäten den nächtlichen Melatoninspiegel sowie teilweise Reproduktionshormone bei Weibchen. Höhere ALAN-Intensitäten verringerten das aktivste Schilddrüsenhormon und das relative Lebergewicht der Fische. Diese Arbeit zeigt physiologische Veränderungen bereits bei schwachen ALAN-Intensitäten, wie sie in großen Bereichen (vor-)städtischer Ökosysteme in Form von Skyglow vorkommen. Die empfindlichste Reaktionsvariable auf die Belastung durch ALAN bei Fischen ist der nächtliche Melatoninspiegel. Mögliche Wirkungen von ALAN auf andere physiologische Parameter können durch direkten Lichteinfall oder indirekt über reduziertes Melatonin ausgelöst werden. Diese Arbeit trägt zum Verständnis der Schwellenwerte für verschiedene physiologische Effekte durch eine mehrwöchige ALAN-Exposition bei. Schwellenwerte für ALAN-Intensitäten könnten zukünftig notwendige Deskriptoren für die Ausarbeitung von regulierenden Maßnahmen zur Reduzierung von Lichtverschmutzung liefern. / Artificial light at night (ALAN) is emitted from centers of human activities and increasingly brightens up nights, which can disturb biological rhythms of humans and wildlife. Skyglow is a diffuse brightening of the night sky due to reflection and scattering of ALAN, which indirectly illuminates large areas of (sub-)urban ecosystems. As centers of human activities are usually located close to rivers and lakes, skyglow may disproportionally affect wildlife of freshwater. Three experiments tested for effects of ALAN on the physiology of Eurasian perch. Fish were exposed 1) to low nocturnal illuminances of 0.01, 0.1 and 1 lx under controlled conditions, 2) to higher nocturnal illuminances of 1, 10 and 100 lx under controlled conditions, and 3) to low nocturnal illuminance of 0.06 lx in a field experiment. In the presented experiments, low nocturnal illuminance suppressed nocturnal melatonin production and reduced reproductive hormones to some extent in females. Higher nocturnal illuminance reduced the most active thyroid hormone and reduced relative liver weight of the fish. This thesis shows physiological changes already at very weak intensities of ALAN, like they occur over large areas of (sub-)urban ecosystems in the form of skyglow. The most sensitive response variable to ALAN exposure is the nocturnal melatonin levels. Possible actions of ALAN on other physiological parameters can be either by direct perception of light or indirectly via reduced melatonin. This thesis contributes to an understanding of thresholds for several physiological effects caused by ALAN exposure of several weeks. Thresholds for ALAN intensities could provide the necessary descriptors for elaborating regulatory measures to reduce light pollution in the future.

Kleine, flache Gewässer gelten als sogenannte „hotspots“ der Primärproduktion und Kohlenstoffbindung. Diese Doktorarbeit zielt darauf ab, die Primärproduktion verschiedener kleiner Gewässer zu quantifizieren sowie die Mechanismen, die den Kohlenstoffkreislauf dieser Systeme beeinflussen, zu analysieren. Der Fokus liegt dabei auf dem Einfluss globaler Veränderungen, die diese Mechanismen verändern können Im ersten Abschnitt wurde die Primärproduktion (PP) in kleinen, temporären Söllen untersucht, die sehr anfällig für Störungen sind. Ich konnte zeigen, dass die PP der Sölle im Sommer außergewöhnlich hoch ist, was hauptsächlich auf eine hohe Makrophytenproduktion zurückzuführen ist Im zweiten Teil analysiere ich die Ergebnisse eines Experiments zum Einfluss erhöhter Temperaturen auf die benthische PP kleiner Gewässer im Frühjahr. Acht Mesokosmen wurden bei normalen und um 4°C erhöhten Wassertemperaturen gemäßigter Breiten betrieben. In der ersten Hälfte des Experiments konnte ich eine erhöhte benthische PP in den erwärmten Mesokosmen feststellen, die auf direkte Temperatureffekte und indirekte Auswirkungen einer höheren Nährstoffverfügbarkeit zurückzuführen war. Anfang Juni stieg jedoch der Einfluss der Makroinvertebraten auf das Periphyton in den erwärmten Mesokosmen, so dass keine Unterschiede in der PP mehr auftraten. Schließlich, untersuche ich die Resilienz eines Sees gegenüber einem plötzlichen Eintrag gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) aus dem terrestrischen Umland, der zu einer starken Braunfärbung des Wassers führte. Der Fokus liegt dabei auf Veränderungen der Wasserqualität und der aquatischen PP des Sees, nachdem sich die DOC-Konzentration verfünffacht hatte. Drei Jahren nach Erreichen der maximalen DOC- und Gesamt-Phosphor im See sanken diese signifikant, lagen jedoch noch immer 1,5- bzw. 2-fach oberhalb der Ausgangskonzentrationen vor dem DOC-Eintrag. Die benthische PP zeigte eine teilweise Erholung, erreichte jedoch ebenfalls nicht die Ausgangswerte. / Small, shallow freshwater ecosystems are now considered hotspots of primary production & carbon sequestration. Yet till recently they’ve been mostly neglected. This thesis aims at explaining the underlying mechanisms affecting carbon cycling in these systems, particularly focusing on how contemporary global changes alter ecological equilibria. In the first section, using a compartmental approach, I study primary production in small, temporary ponds (kettle holes) within agricultural fields that are highly susceptible to environmental & anthropogenic disturbances. I show that summertime gross primary production (GPP) in kettle holes is exceptionally high, mostly driven by a strong macrophyte production. In winter, periphyton contributes to the majority of the systems’ GPP. High summertime deposition, correlated to GPP, and low sediment mineralization rates, signified a high potential for carbon burial. In the second experiment, I test the impact of increased temperatures on periphyton production during spring. I use eight mesocosms running at normal & +4°C temperatures. Initially, I recorded elevated periphyton GPP in the warmed treatment driven by direct temperature effects & indirect effects of higher nutrient availability. By late spring, the trend is reversed due to increased grazing pressure in the warm treatment. In the third study, I investigate a lake’s resilience to a sudden brownification event: A 5-fold increase in dissolved organic carbon (DOC) concentrations. Within three years after peak brownification, the lake DOC & total phosphorous concentrations dropped significantly but seem to have plateaued at 1.5 & 2-fold their pre-brownification levels, respectively. Consequently, benthic GPP, which had collapsed due to light limitation at peak brownification, marked only a partial recovery, while phytoplankton (& whole-lake) GPP remained higher than pre-brownification levels. Phytoplankton & periphyton exhibited an inverse response to DOC & TP concentrations.