Effect of macrophyte community composition and nutrient enrichment on plant biomass and algal blooms

Submerged freshwater macrophytes decline with increasing eutrophication. This has consequences for ecosystem processes in shallow lakes and ponds as macrophytes can reduce algal blooms under eutrophic conditions. We hypothesize that the productivity of submerged vegetation, biomass change under eutrophication and the suppression of algal blooms may be affected by macrophyte community composition. To test our hypothesis, we established three macrophyte community types in 36 fishless experimental ponds: one dominated by the oligotrophic species Chara globularis, one dominated by the eutrophic species Potamogeton pectinatus and a diverse vegetation which became co-dominated by Elodea nuttallii and C. globularis, and we fertilized half of the ponds.The macrophyte communities produced different amounts of biomass and they responded differently to fertilization. The community dominated by Potamogeton produced the lowest overall biomass, but was not affected by nutrient addition. The communities dominated by Chara and co-dominated by Elodea and Chara produced more than four-fold the amount of biomass produced in Potamogeton communities under oligotrophic conditions, but were strongly negatively affected by nutrient addition.Phytoplankton abundance did not differ significantly among the plant community types, but showed large variation within community types. There was a significant negative relationship between spring macrophyte biomass and the probability of summer algal blooms. The occurrence of algal blooms coincided with low daphnid densities and high pH (>10).We conclude that the macrophyte community composition, characterized by the dominant species, strongly affected the amount of biomass production as well as the short-term response of the vegetation to nutrient enrichment. Macrophyte community composition had no direct effect on algal blooms, but can affect the occurrence of algal blooms indirectly as these occurred only in ponds with low (<100 g/m2 DW) spring macrophyte biomass.

ZusammenfassungMit zunehmender Eutrophierung verschwinden die submersen Süßwassermakrophyten. Dies hat in flachen Seen und Teichen Konsequenzen für die Ökosystemprozesse, da Makrophyten die Algenblüten unter eutrophen Bedingungen reduzieren können. Wir stellen die Hypothese auf, dass die Produktivität der submersen Vegetation, die Veränderung der Biomasse bei Eutrophierung und die Unterdrückung von Algenblüten von der Zusammensetzung der Makrophyten-Gesellschaft beeinflusst wird. Um unsere Hypothese zu prüfen, etablierten wir drei Typen von Makrophyten-Gesellschaften in 36 fischfreien experimentellen Teichen: einen Typ, der von der oligotrophen Art Chara globularis dominiert wird, einen, der von der eutrophen Art Potamogeton pectinatus dominiert wird und eine diverse Vegetation, in der sich eine Kodominanz von Elodea nuttallii und Chara globularis entwickelte, und wir düngten die Hälfte dieser Teiche.Die Makrophyten-Gesellschaften produzierten unterschiedliche Mengen an Biomasse und reagierten unterschiedlich auf die Düngung. Die Gesellschaft, die von Potamogeton dominiert wurde, produziert insgesamt die geringste Biomasse und wurde von der Nährstoffzugabe nicht beeinflusst. Die Gesellschaften, die von Chara dominiert bzw. von Elodea und Chara kodominiert wurden, produzierten mehr als die vierfache Menge der Biomasse, die in den Potamogeton-Gesellschaften unter oligotrophen Bedingungen produziert wurde, wurden jedoch sehr stark negativ von der Nährstoffzufügung beeinflusst. Die Abundanz des Phytoplanktons unterschied sich nicht signifikant zwischen den Typen von Pflanzengesellschaften, sondern zeigte eine große Variation zwischen den Gesellschaftstypen. Es gab eine signifikante, negative Beziehung zwischen der Makrophyten-Biomasse im Frühling und der Wahrscheinlichkeit einer Algenblüte im Sommer. Das Auftreten von Algenblüten fiel mit geringen Dichten von Daphnien und einem hohen pH-Wert (>10) zusammen.Wir schließen daraus, dass die Zusammensetzung der Makrophyten-Gemeinschaft, charakterisiert durch die dominanten Arten, sowohl das Ausmaß der Biomassenproduktion in starkem Maße als auch die kurzfristige Reaktion der Vegetation auf eine Nährstoffanreicherung beeinflusste. Die Zusammensetzung der Makrophyten-Gesellschaften hatte keinen direkten Einfluss auf die Algenblüten, kann jedoch das Auftreten von Algenblüten indirekt beeinflussen, da diese nur in Teichen mit geringer Makrophytenbiomasse (<100 g/m2 Trockengewicht) im Frühjahr auftraten.