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Entwicklung und Erprobung eines Konzeptes für ein Bewertungssystem zum Merkmalskomplex Phytoplankton in B und BB Fließgew.
Die europäische Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) fordert eine biologische Bewertung der Fliessgewässer anhand der Qualitätskomponente Phytoplankton. Der sehr gute Zustand (Fließ- gewässer) wird im Anhang V Absatz 1.2.1 in der EU-WRRL folgendermaßen beschrieben: - Phytoplankton: Die taxonomische Zusammensetzung des Phytoplanktons entspricht vollständig oder nahezu vollständig den Bedingungen bei Abwesenheit störender Einflüsse. - Die durchschnittliche Abundanz des Phytoplanktons entspricht voll und ganz den typenspezifischen physikalisch-chemischen Bedingungen und ist nicht so beschaffen, dass dadurch die typenspezifischen Bedingungen für die Sichttiefe signifikant verändert werden. - Planktonblüten treten mit einer Häufigkeit und Intensität auf, die den typenspezifischen physikalisch-chemischen Bedingungen entspricht. Im Auftrag der LAWA wurde von NIXDORF u.a. (2000) eine „Literaturstudie über vorhandene Klassifizierungs- und Bewertungsverfahren sowie Ansätze für den Merkmalskomplex Phytoplankton bei Fließgewässern und Seen einschließlich einer kritischer Wertung bezüglich ihrer Anwendbarkeit entsprechend der Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie“ erarbeitet. Teil II der Studie beinhaltet eine Analyse bezüglich vorhandener Klassifizierungsverfahren für Fließgewässer anhand des Phytoplanktons. Die Auswertung von über 100 Literaturzitaten ergab, das keine für Fließgewässer typische Indikatorarten bzw. Artengruppen gefunden wurden und keine Bewertungsverfahren zur Ermittlung der Gewässergüte von Fließgewässern auf der Basis des Phytoplanktons existieren. Zugleich wird von den Autoren der Literaturstudie darauf orientiert, dass ein Bewertungssystem für den Merkmalskomplex Phytoplankton in Fliessgewässern auf der Basis folgender Parameter beruhen sollte: - Taxonomische Zusammensetzung und Biovolumen (anstelle „Abundanz“), - Gesamtphosphorkonzentration als Steuerfaktor bzw. Limitationsfaktor der Primär- produktion in planktondominierten Flüssen, - Sichttiefe bzw. weitere optische Parameter zur Trophieeinschätzung und Steuerung der Primärproduktion, - Fließgewässerspezifische, hydrologische Einflussfaktoren (s. z.B. KÖHLER 2002). Die bereits existierenden Verfahren zur Klassifizierung der Trophie von planktondominierten Fließgewässern (BEHRENDT & OPITZ, 1996, HAMM, 1996, MAUCH u.a. 1998, LAWA 2002) bieten bereits gute Ansätze für ein Klassifikations- und Bewertungsverfahren anhand der Trophie- parameter, sie sind jedoch um die Kernvariable Phytoplanktonbiovolumen und taxonomische Zusammensetzung zu erweitern und müssen gesondert für die verschiedenen Gewässertypen definiert werden. Taxonomisch differenzierte Phytoplanktondaten wurden besonders in den letzten 5 Jahren in manchen Flussgebieten Deutschlands neu erhoben (Oder: KASTEN 1999, Elbe: KARRASCH u.a. 2001, Spree: KÖHLER u.a. 2002b). POHLMANN & FRIEDRICH (2001) stellen zudem eine geeignete Methode zur Bestimmung der Phytoplanktonbiovolumina vor, die bei verbreiteter Anwendung zu einem deutlich verbesserten Datenbestand führen wird. Es wird eine Typisierung aller Gewässer durch die EU-Wasserrahmenrichtlinie gefordert, die die Grundlage einer (gewässer-)typspezifischen biologischen Bewertung ist. Bei der Entwicklung eines biologischen Bewertungsverfahren entsteht mit der „Typisierung“ eine zusätzliche Aufgabe, wenn die Typisierung der Untersuchungsgewässer nicht vorab nach einem top-down- Prinzip erfolgte. Zur Typisierung existieren vielfältige Entwürfe aus ehemaligen Studien in den Bundesländern und werden zudem in den einzelnen, zumeist regionalspezifischen biologischen Projekten entworfen. Die zukünftige Zusammenführung aller Bewertungsverfahren, die jedoch auf der Basis unterschiedlicher Typisierungsentwürfe basieren, ist aber in jedem Fall vor dem Termin der ersten Berichtspflicht an die EU erforderlich, und wird eine große Herausforderung für die Verantwortlichen sein. Um der Vielfalt der Typisierungsvorschläge nicht noch einen weiteren hinzuzufügen, wurden in dem vorliegenden Projekt die top-down-Typisierungsvorschläge für Fließgewässer nach SCHMEDTJE u.a. (2001) und für stehende Gewässer nach MATHES u.a. (2002) benutzt, um die Untersuchungsgewässer vorab zu typisieren. Beide Entwürfe wurden in den verschiedenen Arbeitsgruppen der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) vorgestellt und können deutschlandweit angewendet werden. Die Flussseen werden nach dem Vorschlag der LAWA (MATHES u.a. 2002) von den Fließ- gewässern abgegrenzt und zu den natürlichen, stehenden Gewässern gerechnet, wenn ihre mittlere sommerliche Verweilzeit (Mai bis Oktober) mehr als 3 Tage beträgt. Die Flussseen erscheinen in den Seentypen Deutschlands unter kalkreichen, ungeschichteten Seen mit einem großem Einzugsgebiet und mit einer mittleren sommerlichen Verweilzeit von 3-30 Tagen nur in der Ökoregion Tiefland (MATHES u.a. 2002). In dem vorliegenden Bericht wird sowohl ein Konzept zur Bewertung für die Fließgewässer als auch für die Flussseen im Berliner und Brandenburger Raum entwickelt, da Fluss-Seen-Systeme ein besonderes und typisches Charakteristikum des regionalen Landschaftsraumes darstellen. Die durch die EU-WRRL geforderten Bewertungssysteme der Oberflächengewässertypen „stehende Gewässer“ und „Fließgewässer“ finden im Gewässertyp „Flussseen“ einen Verknüpfungspunkt, der es erforderlich macht, beide Bewertungssysteme zumindest hinsichtlich der trophie- anzeigenden Organismengruppen Phytoplankton, Phytobenthos und Makrophyten durchgängig zu entwickeln, d.h. Kenngrößen und Klassengrenzen abzustimmen. Im Regionalraum Berlin gibt es nur wenige „echte“ Fließgewässer, die vorläufig nach dem Typisierungsentwurf von SCHMEDTJE u.a. (2001, Tab.2) typisiert wurden. Abgeleitet aus empirischen Beobachtungen und theoretischen Überlegungen wird eine allgemeine Definition von planktondominierten Fließgewässern in dem vorliegenden Bericht vorgestellt. Ihre Anwendung auf den Typisierungsentwurf von SCHMEDTJE u.a. (2001) legt die Zusammenlegung vieler Gewässertypen von Bächen und kleinen Flüssen in eine Gruppe „nicht planktondominierte Fließgewässer“ nahe, für die eine Bewertung anhand des Phytoplanktons nicht sinnvoll erscheint. Auf der anderen Seite lässt der Typisierungsentwurf nach SCHMEDTJE u.a. (2001) nur eine geringe Differenzierung der großen Flüsse und Ströme in Tiefland zu. Für diesen Gewässertyp wird eine weitere Unterteilungen anhand hydrologischer Kenngrößen empfohlen. Der von BEHRENDT & OPITZ (1996) entwickelte Klassifikationsansatz für Flussseen und rückgestaute Fliessgewässer berücksichtigt hinsichtlich seiner Parameter die Anforderungen der EU-WRRL an ein Bewertungssystem bereits weitgehend. Er kann somit als eine Basis für die Weiterentwicklung zu einem den Anforderungen der EU-WRRL konformen Bewertungssystem für planktonführende Fliessgewässer genutzt werden. Um diese Basis in ein Bewertungssystem, das den Anforderungen der EU-WRRL genügt, auszubauen, sind jedoch noch folgende wissen- schaftlichen Aufgaben zu lösen: - Übertragung des abgeleiteten Zusammenhanges zwischen den Biomasseäquivalenten Trockenmasse bzw. Chlorophyll_a und der Gesamtphosphorkonzentration auf das Biovolumen des Phytoplanktons bei Beibehaltung und Erweiterung der taxonomischen Differenzierung des Phytoplanktons zumindest auf der Ebene von taxonomischen Gruppen. - Berücksichtigung von nichtalgenbürtigen gelösten und partikulären Faktoren hinsichtlich ihres Einflusses auf das Unterwasserlichtregime und die Phytoplanktonentwicklung. - Berücksichtigung möglicher Verdünnungseffekte bzw. von Verlustprozessen bei der Ableitung des Zusammenhanges zwischen der Algenbiomasse und der Gesamtphosphor- konzentration für Fliessgewässer (Modellberechnungen). - Transformation des bisherigen Klassifikationsansatzes in ein den Kriterien der EU- WRRL entsprechendes Bewertungsverfahren, das ausgehend von einem Referenzzustand (sehr guter Zustand nach EU-WRRL) die Bereiche für den guten ökologischen Zustand und 3 weitere Degradationsstufen definiert, bzw. für stark anthropogen geprägte Fließgewässer die Ableitung eines maximalen ökologischen Potenzials bezüglich des Phytoplanktons erlaubt. Der Gesamtumfang dieser Aufgaben wird im Rahmen eines Forschungsprojektes bearbeitet, dass seitens der LAWA gefördert werden soll (ab April 2003 geplant) und in dem ebenfalls die entsprechenden Spezialisten für die Analyse des Phytoplanktons in den planktondominierten freifließenden und rückgestauten Flüssen Deutschlands mitwirken. Im Rahmen der vorliegenden Studie wird für die entsprechenden Berliner und Brandenburger Gewässer die Möglichkeit der obigen Erweiterungen des Klassifikationsansatzes von BEHRENDT & OPITZ (1996), insbesondere hinsichtlich der Anwendung auf das gesamte Biovolumen des Phytoplanktons und auf das Biovolumen der taxonomischen Gruppen, geprüft. Es wird ein Konzept vorgestellt, das den bisherigen Klassifikationsansatz in ein Bewertungsverfahren für planktondominierte Fließgewässer entsprechend der EU-WRRL und vorhandener Kenntnisse über den Referenzzustand (siehe u.a. SCHÖNFELDER, 2000; BEHRENDT u.a. 1999) einbezieht. Die vorliegende Arbeit ist aber keine Literaturstudie zu diesem Thema. Das zu entwickelnde Bewertungsverfahren sollte sich zwar vorwiegend an dem Biovolumen des gesamten Phytoplanktons und der Algengruppen orientieren, jedoch auch Kenngrößen anderer Biomasseäquivalente und der Sichttiefe einschließen und den Zusammenhang zu den limitierenden Nährstoffen (vorwiegend Phosphor, TP) beibehalten. Der TP stellt eine elementare Hilfsgröße zur Rekonstruktion von solchen Fließgewässertypen dar, für die keine anthropogen unbeeinflusste oder gering beeinflusste Gewässerabschnitte in der Ökoregion und dem Gewässertyp vorhanden sind. Für diese Fließgewässertypen besteht die Möglichkeit zur Rekonstruktion der Phytoplanktongesellschaft hinsichtlich der Metrics „Gesamtbiovolumen“ und „taxonomische Zusammensetzung auf der Ebene der Algenklassen“ anhand der geogenen Hintergrundskonzentration an TP. Es wird die Entwicklung eines multimetrischen Index zur ökologischen Bewertung von Fließgewässern anhand des Phytoplanktons angestrebt. Es soll ein Gesamtindex aus mindestens 8 verschiedenen Einzelindexen gebildet werden, welche durch geeignete Metrics (biozönotische Kenngrößen, s. RAWER-JOST & BÖHMER, 2002) die Degradationen abweichend von einem Referenzzustand innerhalb der Gewässertypen abbilden. Aufgrund der Schwierigkeit allochthones Plankton vom Potamoplankton besonders bei Stauhaltungen oder in See-Fluss- Systemen zu unterscheiden (s. Nixdorf u.a. 2000), wird die Zusammensetzung nicht auf Art- Ebene analysiert. Die Datenrecherche für die Gewässertypen „Flusssee“ und „Fließgewässer“ nach Typ 20 (nach SCHMEDTJE u.a. 2001) ist mit der vorliegenden Studie bei weitem nicht abgeschlossen. Sie soll in dem für das Jahr 2003 geplanten LAWA-Projekt erweitert werden. Mit Hilfe des erweiterten Datensatzes wird die hier vorgestellte Klassifizierung überprüft werden müssen. FG-Abschnitt auch denen aus dem Einzugsgebiet.
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