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.

Phytoplanktonarten unterscheiden sich in ihren Ansprüchen hinsichtlich Ressourcen wie Nährstoffe, Licht und andere physikalische Faktoren. Wechselwirkungen zwischen Nährstoffen und physikalischen Faktoren beeinflussen daher die Artenzusammensetzung einer Phytoplanktongemeinschaft. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Temperatur und Photoperiode auf das Phytoplanktonwachstum in Abhängigkeit vom Lichtregime und dem Angebot an Phosphor (P) und Silizium (Si) untersucht. Hierfür wurden Wachstums- und Konkurrenzexperimente unter Laborverhältnissen mit Stephanodiscus minutulus, Nitzschia acicularis (beides Bacillariophyceae) und Limnothrix redekei (Cyanophyceae) durchgeführt, ein Modell der Faktorinteraktionen entwickelt sowie ökologische Langzeitdaten des Müggelsees (Berlin) statistisch ausgewertet. Die Effekte von Temperatur und Photoperiode auf die Wachstumsraten unterschieden sich nicht zwischen konstantem und fluktuierendem Licht. Die Auswirkungen der Photoperiode und der Lichtfluktuationen auf die Wachstumsraten waren hierbei additiv. Der Grad der Limitation der Wachstumsraten durch P oder Si wurde durch die Photoperiode nicht signifikant beeinflusst. Wechselwirkungen zwischen Temperatur und P oder Si waren hingegen komplex und artspezifisch. Unabhängig davon, ob die Wachstumsraten durch P, Si oder fluktuierendes Licht gesteuert wurden, war S. minutulus konkurrenzstärker bei niedrigeren Temperaturen und N. acicularis bei höheren Temperaturen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die Faktorinteraktionstypen artspezifisch sind, die Adaptation der Arten widerspiegeln und so zur Nischen-Differenzierung beitragen. Kenntnisse dieser Wechselwirkungen fördern deshalb unser Verständnis der Phytoplanktondiversität und ermöglichen es, Reaktionen des Phytoplanktons auf Klimaerwärmung und Trophieveränderung, die mit einer Verschiebung der Verhältnisse zwischen Nährstoffen, Temperatur und Licht einhergehen, besser vorherzusagen. / Phytoplankton species have different resource requirements and different sensitivities to important growth factors. Interactions between nutrients and physical factors, such as temperature and light should therefore influence the species composition. Because these interactions are poorly understood, this study investigated the interactive effects of temperature and photoperiod on phytoplankton growth controlled by fluctuating light, phosphorus (P) and silicon (Si). Growth and competition experiments were performed in the laboratory on Stephanodiscus minutulus, Nitzschia acicularis (both Bacillariophyceae) and Limnothrix redekei (Cyanophyceae). A model of factor interactions was developed and long-term field data from Lake Müggelsee (Berlin) were statistically analysed. Temperature and photoperiod had the same influence on growth under fluctuating light as they did under constant light. The photoperiod and short term light fluctuations caused by mixing had additive effects on growth. P and Si interacted strongly with temperature with respect to growth, but less with the photoperiod. The Droop relation fitted to S. minutulus but not N. acicularis. The Monod equation could not sufficiently account for non-steady dynamics of diatom growth under Si limitation, underestimating uptake rates and overestimating uptake affinity. Estimates based on the Monod model may therefore considerably underestimate the degree of Si limitation. The types of factor interactions were generally species-specific, reflected niche adaptation and enhanced niche differentiation. Interactions between nutrients and physical factors are relevant to growth during spring and contribute to the phytoplankton composition. Understanding the interactions should improve our knowledge of phytoplankton diversity and increase our ability to predict phytoplankton response to climate and trophic change, which shift the relationship between nutrients, temperature and light.