DGL e.V.: Ergebnisse der Jahrestagung 2021 in Leipzig

Ergebnisse der Jahrestagung 2021
der Deutschen Gesellschaft für Limnologie (DGL)
und der deutschen und österreichischen Sektion der
Societas Internationalis Limnologiae (SIL)
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Leipzig
Leipzig, 27. September – 1. Oktober 2021
(German Limnological Society)
Impressum:
Deutsche Gesellschaft für Limnologie e.V.:
vertreten durch das Präsidium der DGL;
Rellinghauser Str. 334f, 45136 Essen
Ergebnisse der Jahrestagung in Leipzig 2021
Eigenverlag der DGL, Essen 2022
Redaktion und Layout:
Geschäftsstelle der DGL, Tanja Pottgiesser
Druck:
Hubert & Co. GmbH & Co. KG
Robert-Bosch-Breite 6, 37079 Göttingen
ISBN-Nr. 978-3-9818302-6-2
Bezug über die Geschäftsstelle der DGL:
Rellinghauser Str. 334f
45136 Essen
Tel.: 0201 – 61 76 30 51
Fax: 0201 – 61 76 30 53
E-Mail: geschaeftsstelle@dgl-ev.de
Homepage: www.dgl-ev.de
Kosten inkl. Versand: Druckversion: € 25,--
Inhaltsverzeichnis
1
NACHWUCHSPREISTRÄGER (in alphabetischer Reihenfolge)…………………………….. 13
Fraßschutz auf Kosten des Wachstums – wie die Form eines Trade-offs die Jahresdynamik von
funktionellen Phytoplanktoneigenschaften steuert
Elias Ehrlich; Nadja J. Kath; Ursula Gaedke ............................................................................... 14
Effects of phosphorus enrichment on the control of stream periphyton
Alessandra Iannino; Alexander T.L. Vosshage; Markus Weitere, Patrick Fink ....................... 15
Zooplankton carcasses stimulate microbial turnover of allochthonous particulate organic matter
Darshan Neubauer; Olesya Kolmakova; Jason Woodhouse; Robert Taube; Kai Mangelsdorf;
Michail Gladyshev; Katrin Premke; Hans-Peter Grossart .......................................................... 16
POSTERPREISTRÄGER (in alphabetischer Reihenfolge)……………………………………. 17
Exposure and effects of agricultural run-off on microphytobenthic communities in small
agricultural streams
Franziska Fiolka; Martin Krauss; Hannah Schäfer; Floriane Larras; Bastian Polst; Olof
Berglund; Mechthild Schmitt-Jansen ............................................................................................ 18
Nachweis von Polyamid-Partikeln in Larven und Imagines von Chaoborus spec.
Diana Michler-Kozma; Lukas Kruckenfellner; Anna Heitkamp; Klaus Peter Ebke,
Friederike Gabel .............................................................................................................................. 23
Influence of preservation methods for phytobenthos samples on the detection of microbial
communities through eDNA metabarcoding – first results
Demetrio Mora, Julia Kleinteich; Jonas Zimmermann; Helmut Fischer; Sascha Krenek ...... 29
VORTRÄGE………………………………………………………………………………………. 37
Großes Flussholz in der Renaturierung: Effekte auf Biodiversität und Ökosystemfunktion
Christine Anlanger; Markus Weitere; Katrin Attermeyer; Sandra Hille; Mario Brauns ....... 38
Balancing small run-of-river hydropower and ecological continuity: optimal design tools to
preserve fish migratory routes
Stefano Basso; Gianluca Lazzaro; Marina Bovo; Chris Soulsby; Gianluca Botter .................. 39
Bedeutung der Stechmückenbekämpfung im Spannungsfeld mit dem Naturschutz
Norbert Becker ................................................................................................................................. 40
Requirements for better documenting and understanding biological invasions using the example of
genetic weatherfish Misgurnus sp. specimen assignment
Christina Belle; Jürgen Geist .......................................................................................................... 41
Urban wastewater treatment plants as hot spots for the release of antibiotic resistances to the aquatic
environment
Thomas U. Berendonk ..................................................................................................................... 42
Targeted non-invasive bioindicator species detection in eDNA water samples to assess and monitor
the integrity of vulnerable alpine freshwater environments
Lucas Blattner; Stefanie von Fumetti; Joshua Ebner; Jakob Zopfi ........................................... 43
Von Gaslöslichkeit über Sättigung bis zur Blasenbildung in Seen: Vom Arendsee zum Kivusee
Boehrer Bertram .............................................................................................................................. 44
Inhaltsverzeichnis
2
Relevance of climate and geography for the distribution of protists - lessons learnd from a
continental lake plankton survey
Jens Boenigk ..................................................................................................................................... 45
Gütewirtschaftliche Konsequenzen veränderter Bewirtschaftungsvorgaben für die Talsperre Kelbra
- eine Modelluntersuchung
Dirk Böhme ....................................................................................................................................... 46
Ausbreitung der Krebspest Aphanomyces astaci über 2 Jahre in einem Gewässersystem mit
Edelkrebsen und Steinkrebsen – Einfluss von Gewässerbarrieren sowie Hinweise auf menschliche
und tierische Vektoren
Jürgen Böhmer ................................................................................................................................. 47
Wie lässt sich durch die energetische Nutzung von Seen nicht nur Energie gewinnen, sondern auch
die Wasserbeschaffenheit des Seewassers verbessern ?
Klaus-Jürgen Boos ........................................................................................................................... 58
Organic matter sources in riverine food webs: Importance of hydromorphology and season
Mario Brauns; Markus Weitere ..................................................................................................... 60
Verbreitung der gebietsfremden invasiven Quagga-Muschel Dreissena rostriformis bugensis
(Andrusov, 1897) (Bivalvia: Dreissenidae) in Deutschland
Franz Brümmer; Jennifer Tersteegen; Lea Rapp; Nadia Shegeftfard; Steffen Scholz; Derk
Remmers; Silke Oldorff; Alexander Ramm; Werner Vetter; Ralph-Walter Müller; Ralph O.
Schill .................................................................................................................................................. 61
Comparison of temporary rivers in different climates according to intermittency state
Andrea Burfeid Castellanos ............................................................................................................ 62
„Das Leipziger Auensystem – Probleme und Lösungsansätze aus naturschutzfachlicher Sicht
Ingrid Carmienke, Heiko Rudolf, Christian Wirth, Christian Franke & Mathias Scholz ....... 63
Bionischer Öladsorber nach dem Vorbild des Schwimmfarns Salvinia
Petra Ditsche, Mail, M., Beek, L., Akdere, M., Klopp, K., Barthlott, W. ................................... 72
A new global hydrographical dataset at 90m resolution
Sami Domisch; Jaime García Márquez; Jens Kiesel; Shen Longzhu; Tushar Sethi; Holger
Virro; Dean Mehinovic; Giuseppe Amatulli ................................................................................. 73
Der Oelbach in Bochum – die Sanierung eines hochbelasteten Fließgewässersystems
Jörg Drewenskus .............................................................................................................................. 74
Evaluierung des Zooplankton-Metabarcodings zur Optimierung des gemeinsamen Monitorings der
Bodenseeanrainerstaaten
Iris Dröscher; Thorsten Rennebarth; Bernd Wahl ...................................................................... 86
Phytoplankton analysis with multispectral imaging flow cytometry & deep learning
Susanne Dunker ............................................................................................................................... 87
The domino effects of wetland restoration on mosquito populations
Tarja Dworrak; Ellen Kiel .............................................................................................................. 88
Inhaltsverzeichnis
3
Thermal Biology of an Alpine Glacial Relict: Proteome Dynamics Following Acclimation
Highlight Molecular Mechanisms Underlying Thermal Adaptation
Joshua Ebner; Mirjam Wyss; Danilo Ritz; Stefanie von Fumetti ............................................... 90
Working together towards better predictions - Ensemble lake modeling as a community project
Johannes Feldbauer; Thomas Petzoldt; Robert Ladwig; Jorrit Mesman; Tadhg Moore ........ 91
Biofilm pads - an easy method to manufacture artificial biofilms embedded in an alginate polymer
matrix
Patrick Fink; Timm Reinhardt; Jana Moelzner; Thomas R. Neu .............................................. 92
Biogeochemical and microbiological characterization of rust tubercles induced by microbial activity
Annika Fiskal; Lipi Raghunatha Reddy; Ilona Herrig; Sven-Erik Wulf; Jutta Meier; Helmut
Fischer ............................................................................................................................................... 93
Mixed in - Sediment migration modulates the structural and functional colonisation of freshly
incoming soil from bank erosion
Insa Franzmann; José Schreckinger; Anna Oprei; Michael Mutz; Ute Risse-Buhl ................. 94
Klimawandel und Bundeswasserstraßen: Vorstellung des DAS-Basisdienstes „Klima und Wasser“
mit Fokus auf die Wassergüte von Rhein und Elbe
Marieke Frassl; Claudius Fleischer; Enno Nilson; Helmut Fischer ........................................... 95
Auswirkungen der letzten Trockenperiode auf die Bewirtschaftung und Rohwasserbereitstellung
ausgewählter sächsischer Trinkwassertalsperren
Karin Freier; Tilo Hegewald; Ralf Sudbrack ............................................................................... 96
Possible pitfalls in fish passage research and how to avoid them
Jürgen Geist; Melanie Mueller; Josef Knott; Leonhard Egg; Joachim Pander ........................ 97
Zeitliche Veränderungen der Makrozoobenthosdiversität in urbanen Fließgewässern – Ergebnisse
einer 12-jährigen Monitoringstudie
Diana Goertzen; Anne-Kathrin Schneider; Frank Suhling ......................................................... 98
Langzeitentwicklungen in Seen der Mecklenburgischen Seenplatte
Thomas Gonsiorczyk, Peter Casper, Mark Gessner, Michael Hupfer, Peter Kasprzak,
Georgiy Kirillin, Rainer Koschel, Eckhard Kohlhas & Ilona Korczynski ................................. 99
Phosphor-Retentionsmodelle für pH-neutrale Tagebauseen
Björn Grüneberg; Ina Hildebrandt; Jacqueline Rücker; Yvonne Kreutziger; David Kneis;
Wilfried Uhlmann; Dirk Seiler; Thomas Petzoldt; Adrian Horn; Thomas Gonsiorczyk; Dieter
Leßmann; Michael Hupfer ............................................................................................................ 108
Nahrungsqualität versus Nahrungsquantität – Einblicke in die Nahrungsansprüche der
Flussperlmuschel
Felix Grunicke; Annekatrin Wagner; Antje Kuhr; Thomas Berendonk ................................. 109
The potential of sulphate reduction to impede a long-term effect of iron amendments on
sedimentary phosphorus retention
Lena Heinrich; Michael Hupfer ................................................................................................... 110
Inhaltsverzeichnis
4
„Faktencheck Artenvielfalt“ in Binnengewässern und Auen
Daniel Hering; Claudia Pahl-Wostl; Ursula Schmedtje; Christian Feld; Phillip Haubrock;
Hanh Nguyen; Peter Haase ........................................................................................................... 111
Evaluation eines Modellkonzeptes für die Prognose der Wasserbeschaffenheitsentwicklung von
Bergbaufolgeseen
Ina Hildebrandt; Kai-Uwe Ulrich; Adrian Horn; Lutz Weber; Claus Nitsche ....................... 112
Mikroplastikaufnahme von Zooplanktonorganismen mit filtrierender Ernährungsweise: Geringes
Futterangebot und erhöhte Temperatur verstärken die Belastung
Nadine Hoffschröer ........................................................................................................................ 113
Erhöhung der Klimaresilienz des Ruhrverbands-Talsperrensystems
Christian Huber ............................................................................................................................. 114
Die rätselhafte Eutrophierung des Stechlinsees: Einblicke in die Mechanismen durch detaillierte
Analysen des Phosphorhaushaltes
Michael Hupfer; Thomas Gonsiorczyk; Mark Gessner; Peter Casper .................................... 115
Taxonomic shift over a phosphorus gradient affects the stoichiometry and fatty acid composition of
stream periphyton
Alessandra Iannino; Alexander T.L. Vosshage; Markus Weitere; Patrick Fink .................... 116
Saisonale Variabilität der Einflüsse von geografischer Lage, Morphometrie und Klimawandel auf
die Wassertemperatur von deutschen Trinkwasser-Talsperren
Kathrin Jäschke; Thomas Petzoldt; Lothar Paul ....................................................................... 117
Der Graben als „Futtertrog“? Eklektorfänge in ausgewählten Gräben Nordwestdeutschlands
Kena Jürgens; Lisa Tunder; Ellen Kiel ....................................................................................... 118
Lagrangian profile of riverine autotrophy, organic matter transformation, and micropollutants at
extreme drought
Norbert Kamjunke; Markus Weitere .......................................................................................... 119
Langzeitmonitoring eines künstlichen Gewässers mit Badebetrieb und Angelfischerei
Albert Keim .................................................................................................................................... 120
Effects of multiple stressors on invertebrate communities in shallow freshwater habitats
Nora Kipferler; Gregorio A. López Moreira; Franz Hölker; Vinita Vijayaraj; Bastian H.
Polst; Joey Allen; Joséphine Leflaive; Mechthild Schmitt-Jansen; Sabine Hilt; Martin
Laviale; Elisabeth M. Gross .......................................................................................................... 126
Cyanobakterienblüten in der Mosel: Ausnahmephänomen oder neue Normalität?
Julia Kleinteich; Marieke Frassl; Annette Becker; Andreas Schoel; Sonja Courth; Björn
Baschek; Tobias Brehm; Manoj Schulz; Arne Wick; Helmut Fischer ..................................... 127
Methodenstudie zur Erfassung von Makroinvertebraten in Gräben
Elisabeth Kliment; Lisa Tunder; Jakob Kalus; Ellen Kiel ........................................................ 128
Diverse microbial communities can serve as a barrier against antimicrobial resistance
Uli Klümper; Thomas U. Berendonk ........................................................................................... 129
Inhaltsverzeichnis
5
Patterns of antibiotic resistance in river bottom sediments
David Kneis; Stefanie Heß; Thomas Petzoldt; Thomas Berendonk ......................................... 130
Genetische Vielfalt der Schleie (Tinca tinca) in Deutschland
Christoph Köbsch; Sascha Krenek; Thomas Schiller; Thomas Berendonk ............................ 131
Gesamträumliches, integriertes Auenentwicklungskonzept für die Elster-Luppe-Aue - vom Leitbild
zum Entwicklungsziel
Uwe Koenzen, Joachim Steinrücke; Franziska Löffler .............................................................. 132
Rückhalt von Wasser und Nährstoffen durch Makrophyten in einem Flachlandfluss – Sinn und
Unsinn der Entkrautung
Jan Köhler ...................................................................................................................................... 133
Welche Fragen zu Wasserkraftanlagen sind aus limnologischer Sicht zu beantworten?
Ralf Köhler ..................................................................................................................................... 134
Was kann Limnologie leisten, um Xenobiotika-Wirkungen in Seen zu reduzieren? Welche neuen
Wege sind im Handling von Xenobiotika zu gehen?
Ralf Köhler ..................................................................................................................................... 135
Iron from lignite mining enhances phosphorus uptake in lake sediments of River Spree (NE
Germany)
Giulia Friedland; Björn Grüneberg; Michael Hupfer ............................................................... 136
Ökosystemare Aspekte von ökotoxikologischen Effekten in Seen als möglicher Schlüssel für eine
realistische und pragmatische Risikobewertung.
Christiane Krambeck .................................................................................................................... 137
Benthische Organismen beeinflussen die Redoxzonierung von littoralen Sedimenten: Auswirkungen
auf den Abbau organischer Spurenstoffe während der Uferfiltration
Anna Lena Kronsbein; Jonas L. Schaper; Jörg Lewandowski; Sabine Hilt ............................ 147
Dancing with the sediment - The response of meiobenthos to migrating ripples of sandy lowland
streams
Mariia Kryvokhyzhyna; Nabil Majdi; Ute Risse-Buhl; Anna Oprei; Michael Mutz.............. 148
An environmentally-driven stage-structured population model for temperate Aedine mosquitoes
Bernhard Kühn; Felix Sauer; Norbert Becker; Bernd Blasius; Ellen Kiel .............................. 149
Test des schweizerischen Indexes zur Beurteilung der Verletzlichkeit der EPT-Arten gegenüber
dem Klimawandel
Daniel Küry; Pascal Stucki; Emmanuel Contesse; Christian Imesch ...................................... 150
Burial of microplastics in freshwater sediments facilitated by iron-organo flocs
Rico Leiser; Maja Schumann; Tallent Dadi; Katrin Wendt-Potthoff ...................................... 151
Modelling the distribution of submerged macrophyte species in Bavaria under climate and land use
change
Anne Lewerentz; Juliano Sarmento Cabral ................................................................................ 152
Inhaltsverzeichnis
6
Pflanzenschutzmittel und ihre Transformationsprodukte in stehenden Kleingewässern
Lukas Paul Loose; Uta Ulrich; Nicola Fohrer............................................................................. 153
Methane emissions from impounded rivers
Andreas Lorke ................................................................................................................................ 154
Gewässerrenaturierung und ihr Effekt auf verschiedene Artengemeinschaften - Fallbeispiel Große
Goorley, Kamp-Lintfort
Marc Nagel; Carmen Gallas; Thorsten Rath; Daniela Lud ..................................................... 155
Mosquitoes as vectors of emerging pathogens in Germany
Renke Lühken ................................................................................................................................ 161
Kostengünstiger Nachweis von Mikroplastik mittels UV-Lampe in Fütterungsexperimenten
Jan Maxein; Sonja Ehlers; Jochen Koop ..................................................................................... 162
Metabarcoding für Phytoplankton- und benthische Diatomeenarten durch das Projekt Eco-
AlpsWater – Erfahrungen für bayerische Gewässer
Ute Mischke, Rainer Kurmayer, Nico Salmaso, Tina Elersek, Fabio Lepori, Jochen
Schaumburg, Frederic Rimet, Valentin Vasselon; Isabelle Domaizon ..................................... 163
Einfluss mikroklimatischer Bedingungen in Bruthabitaten von Culex pipiens s.l. (Diptera:
Culicidae) auf ihre Populationsentwicklung
Johann Musculus; Felix Sauer; Carmen Villacañas de Castro; Ellen Kiel .............................. 171
Manche machen mehr daraus – eine trophische Betrachtung zur Transformation von Phosphor in
Phytoplanktonbiomasse
Brigitte Nixdorf; Jacqueline Rücker ............................................................................................ 172
Der Obersee in Berlin-Lichtenberg – ein extrem eutrophierter Flachsee
Ariane Nowak; Jens Nowak; Heribert Rustige; Alicja Berger. Fehler! Textmarke nicht definiert.
Entwicklung eines Verfahrens zur Methangaselimination aus Stauräumen
Mara Offermann; Laura Backes; Lediane Marcon; Felix Schreiber; Andreas Lorke;
Christian Jokiel; Michael Detering .............................................................................................. 185
A chemical key to biological invasion – A comparative analysis of antipredator defences induced by
fish bile salts in the zooplankton species Daphnia lumholtzi
Kathrin Otte; Meike Hahn; Johanna Ahlers; Eric von Elert .................................................... 186
Identification of distribution components from antibiotic resistance data - Opportunities and
challenges
Thomas Petzoldt; David Kneis; Thomas Berendonk; Stefanie Heß ......................................... 187
Regime shifts in shallow aquatic ecosystems induced by multiple agricultural stressors in the
context of climate change
Bastian H. Polst; Sabine Hilt; Gregorio Alejandro López Moreira Mazacotte; Franz Hölker;
Herwig Stibor; Joséphine Leflaive; Elisabeth M. Gross; Mechthild Schmitt-Jansen ............. 188
Inhaltsverzeichnis
7
RoBiMo - Robotergestütztes Binnengewässer Monitoring zur Untergrunderfassung,
Wasserparametermessung und Respirationsmessung
Sebastian Pose; Lisa Jarosch; Otto Dreier; Gero Licht; Eric Röder;Thomas Grab; Tobias
Fieback ............................................................................................................................................ 189
Die Epilimnische Entnahme an der Talsperre Bautzen – ein geeignetes Instrument zur Begrenzung
der Blaualgenentwicklung in einem hocheutrophen Gewässer
Alice Rau; Elisa Brode ................................................................................................................... 190
Prognosen und adaptive Handlungsoptionen für Deutschlands größte Trinkwassertalsperre im 21.
Jahrhundert
Karsten Rinke; Thomas Shatwell; Chenxi Mi ............................................................................ 191
Migrating streambeds – ecological and biogeochemical consequences of fine sediment transport
Ute Risse-Buhl; Shai Arnon; Edo Bar-Zeev; Anna Oprei; Aaron I. Packman; Ignacio Peralta-
Maraver; Anne Robertson; Yoni Teitelbaum; Michael Mutz ................................................... 192
Phosphorausträge aus landwirtschaftlich genutzten Flächen und Phosphordynamik angeschlossener
Grünlandgräben unterschiedlicher Landschaftsräume Nordwestdeutschlands
Anna-Lena Rotenhagen; Luise Giani ........................................................................................... 193
Schwamm drüber! Spongilla lacustris in der Seetherapie in Zeiten des Klimawandels.
Tilman Rott ..................................................................................................................................... 194
Charakterisierung naturnaher Bruthabitate von Stechmücken
Felix Sauer; Tarja Dworrak; Daniel Döding; Ellen Kiel ........................................................... 195
Spatial and temporal stressor patterns determine the interaction between multiple stressors
Ralf B. Schäfer; Noel Juvigny-Khenafou; Lucas Streib ............................................................. 196
Fatty acid accumulation in feeding types of a natural freshwater fish population
Kristin Scharnweber; Fernando Chaguaceda; Peter Eklöv ...................................................... 197
Berliner Biodiversitätsdaten für ein EBV-basiertes Langzeitmonitoring
Nike Sommerwerk; Jörg Freyhof; Sandra Heinze; Martina Lutz; Katharina Kasper .......... 198
Der Nordamerikanische Ochsenfrosch Lithobates catesbeianus (Shaw, 1802) als invasives Neozoon
im Raum Karlsruhe – Untersuchungen an den Larven zur Altersstruktur der Population, zur
Überwinterungsstrategie und Verbreitung sowie zur exakten Artbestimmung
Jennifer Tersteegen; Ralph Schill; Valentin Gutekunst; Steffen Scholz; Franz Brümmer.... 199
ScienceDIVER - Harmonisierung des wissenschaftlichen Tauchens in Europa
Ralph Schill; Kimon Papadimitriou; Konstantinos Tokmakidis; Angelos Manglis; Fabio
Bruno; Rumen Stoyanov; Fabio Figurella; Franz Brümmer .................................................... 200
Interaction of bottom-up and top-down control of structure and functions of stream biofilm
Alexandra Schlenker; Mario Brauns; Patrick Fink; Markus Weitere ..................................... 201
Pegelstandsänderungen im Bodensee und ihre Beziehung zu Veränderungen in der
Makrophytenbesiedlung der Abflüsse des Bodensee-Ober- und Untersees
Klaus Schmieder; Bernd Wahl; Michael Dienst; Irene Strang; Gunnar Franke; Martin
Mainberger ..................................................................................................................................... 202
Inhaltsverzeichnis
8
Regime shifts in freshwater ecosystems exposed to multiple stressors under climate change - the
CLIMSHIFT-project
Mechthild Schmitt-Jansen; Joey Allen; Nora Kipferler; Bastian Polst; Vinita Vijayaraj;
Martin Laviale; Gregorio López; Franz Hölker; Joséphine Leflaive; Herwig Stibor; Sabine
Hilt; Elisabeth M. Gross ................................................................................................................ 203
Von Sauren, Salz- und Soda-Seen zu Lake Magadi Soda - Chemische Modellexperimente zur
Umweltbildung
Wolfgang Schmitz .......................................................................................................................... 204
Monitoring von Auentümpeln (Makrozoobenthos, Hydrophyten) im NSG "Neue Lippe Mündung"
im Jahr 2019
Gerhard Schoolmann ..................................................................................................................... 205
Light or mechanics: What drives phototrophic and heterotrophic microbial activity in sandy
sediments?
José Schreckinger; Michael Mutz; Insa Franzmann; Ute Risse-Buhl ...................................... 206
Technisches Sicherheitsmanagement (TSM)
Georg Schrenk ................................................................................................................................ 207
Genetisches Monitoring zur Wiederansiedlung des Atlantischen Lachses (Salmo salar) im
Rheingebiet (GeMoLaR)
Anne Schrimpf; Christopher Bridges; Thomas Schmidt; Ralf Schulz ..................................... 208
Zweite Restaurierung des Barleber Sees nach 33 Jahren
Martin Schultze; Kurt Friese; Olaf Mietz; Karsten Rinke ........................................................ 209
Colonization of salt-affected running waters by non-diatom benthic algae: A case study from
Thuringia (Germany)
Elisabeth Pohlon; Claus-Jürgen Schulz; Antje Gutowski.......................................................... 210
Ökologische Durchgängigkeit: Auch für Holz relevant
Michael Seidel ................................................................................................................................. 211
Unravelling winter diatom blooms in temperate lakes using high frequency data and ecological
modeling
Tom Shatwell; Xiangzhen Kong; Michael Seewald; Tallent Dadi; Kurt Friese; Chenxi Mi;
Bertram Boehrer; Martin Schulze; Karsten Rinke .................................................................... 212
Interaction of temperature and nutrients and its short-term effects on metabolic pathways in the
hyporheic zone
Tatjana Simčič; Monika Poklukar; Nataša Mori ....................................................................... 213
Homogenization through environmental stressors – Impacts of climate change and pollution legacy
on spring plant communities
Timothy J. Smith ............................................................................................................................ 214
Does warming promote cold-adapted cyanobacteria in a stratified lake?
Erik Sperfeld; Barbara Bauer; Ulrich Sinsch ............................................................................. 216
Inhaltsverzeichnis
9
Einfluss von Konnektivität auf Vorkommen und Verbreitung von Laufkäfern in den Elbauen
Franziska Struller; Kathrin Januschke; Daniel Hering; Peter Horchler ................................. 217
Effects of anthropogenic organic micropollutants on population genetic diversity of freshwater
amphipods
Vid Švara; Till Luckenbach; Stefan Michalski; Stephan Geuchen; Martin Krauss; Tobias
Schulze; Werner Brack ................................................................................................................. 218
Elbe- und Havel-Auen und Auengewässer-Besonderheiten - Beispiele aus dem Elbe-Havel-Winkel
und der unteren Havelniederung im Biosphärenreservat Mittelelbe (Sachsen-Anhalt, Deutschland)
Lothar Täuscher ............................................................................................................................. 219
Loss of functional traits in freshwater ecosystems: what are the impacts on phytoplanktonzooplankton
dynamics?
Jessica Titocci; Patrick Fink; Maria Stockenreiter; Herwig Stibor ......................................... 225
Integrating freshwater fish biodiversity into spatial prioritization in Colombia
Thomas Tomiczek; Jaime Garcia Marquez; Sami Domisch ..................................................... 226
Nitrogen (nitrate and ammonium) as driver of phosphorus use efficiency in phytoplankton?
Gabriele Trommer; Patrick Lorenz; Patrick Fink; Monika Poxleitner; Herwig Stibor ........ 227
Entwicklung eines Biomonitoring-Verfahrens in Grünlandgräben
Lisa Tunder; Anna-Lena Rotenhagen; Luise Giani; Ellen Kiel ................................................ 228
Vorhabens- und Sanierungspläne als Lösungsansatz zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele von
Oberflächenwasserkörpern in Sachsen
Kai-Uwe Ulrich; Adrian Horn; Johannes Kranich; Frank Herbst; Christine Stevens .......... 229
Biochemically stimulated sludge degradation with a new method - first experiences from feasibility
studies
Kai-Uwe Ulrich; A. Rau; T. Willuweit ......................................................................................... 238
Omnipräsentes Auftreten von Herbizid-Transformationsprodukten in allen Wasserkörpertypen eines
landwirtschaftlich geprägten Einzugsgebietes
Uta Ulrich; Matthias Pfannerstill; Guido Ostendorp; Nicola Fohrer ...................................... 247
Long-term research on springs and headwaters in the Engiadina Val Müstair UNESCO biosphere
reserve
Stefanie von Fumetti ...................................................................................................................... 248
Auswirkungen des Klimawandels auf Überleben und Wachstum der Flussperlmuschel
(Margaritifera margaritifera L.)
Annekatrin Wagner; Felix Grunicke; Thomas Schiller; Daniel Linke; Thomas Berendonk 249
Die Leitwirkung eines horizontal schräg angeströmten Fischschutzrechens an einer
Wasserkraftanlage und deren Bedeutung für den Fischschutz am Standort
Falko Wagner; Peter Warth; Wolfgang Schmalz ....................................................................... 250
Non-linear dynamics drive single-cell populations
Johannes Werner; Tobias Romankiewicz; Frank Hilker; Hartmut Arndt ............................. 251
Inhaltsverzeichnis
10
Quantitative Abschätzung der Plankton-Elimination durch den Biofilm im Rhein
Jennifer Werner; Vera Kersten; Leandra Hamann; Anja Scherwaß; Hartmut Arndt ......... 252
Influences of pesticides, nutrients, and local environmental variables on phytoplankton communities
in lentic small water bodies in a German lowland agricultural area
Lishani Wijewardene; Naicheng Wu; Yueming Qu; Kun Guo; Beata Messyasz; Stefan
Lorenz; Tenna Riis; Uta Ulrich; Nicola Fohrer .......................................................................... 253
Functional diversity alters the effects of a nutrient pulse on the dynamics of tritrophic plankton food
webs
Laurie A. M. Wojcik; Ruben Ceulemans; Ursula Gaedke ........................................................ 254
Bewertung der Mortalität von Fischen an Wasserkraftanlagen
Christian Wolter; Dirk Bernotat; Jörn Gessner; Anika Brüning; Jan Lackemann; Johannes
Radinger .......................................................................................................................................... 255
POSTER………………………………………………………………………………………….. 256
Bewertung zweier urbaner Standgewässer in Köln
Eileen Hannah Becker; Anja Scherwaß; Hartmut Arndt .......................................................... 257
Der Leipziger Limnologen-Stammtisch: Interdisziplinärer Austausch von limnologisch relevanten
Fachinformationen über den Tellerrand hinaus
Leipziger Limnologenstammtisch ................................................................................................ 258
Diversity within phytoplankton species isolated from a subalpine lake
Domiziani Christini; Lutz Becks .................................................................................................. 261
Emergent patterns of water and matter fluxes in a coupled catchment-lake model: a case study
Maria Determann; Andreas Musolff; Karsten Rinke; Marieke Frassl; Tom Shatwell .......... 262
Einfluss von Mikroplastik auf physiologische Kenngrößen von Daphnia magna
Lisa Ellenberger; Bettina Zeis ...................................................................................................... 263
Determination of surface water characteristics using Raman Spectroscopy
Jieping Xu; Kaiyi Zhao; Thomas Johann Tewes; Ute Hansen .................................................. 264
Levels of coliform bacteria, enterococci and NPOC detected in a suburban river over six weeks in
November and December 2020
Kaiyi Zhao; Jieping Xu; André Wenda; Ellen Tijsse-Klasen; Ute Hansen.............................. 267
Vier Jahrzehnte Langzeitmonitoring an der Talsperre Saidenbach -
Wasserbeschaffenheitsentwicklung im gesellschaftlichen und klimatischen Wandel
Tilo Hegewald; Dirk Geissler; Peter Reichelt; Karin Freier ..................................................... 272
DNA-basierte Gewässerüberwachung in der behördlichen Praxis
Sascha Krenek; Julia Kleinteich; Demetrio Mora; Saskia Schmidt; Andreas Schöl; Franz
Schöll; Helmut Fischer .................................................................................................................. 273
Diversity in trade-off strategies among resurrected alga
Richard Lambrecht; T. Réveillon; Lutz Becks ........................................................................... 274
Inhaltsverzeichnis
11
Projektvorstellung: Analyse und Bewertung der ökologischen Belastungen von Seen durch
Fahrgast- und Freizeitschifffahrt im Spannungsfeld von Gewässerschutzzielen und
Nutzungsansprüchen: Mitigationsstrategien für eine dauerhaft umweltverträgliche Lenkung
Frank Peeters; Ralf Köhler; Ole Lessmann; Wolfgang Ostendorp .......................................... 275
Classification of lichenized and free-living forms of Prasiola with simple machine learning
algorithms
Mitchell Kennedy; Claire Kowalewski; Paul Näthe; Daniela Lud............................................ 276
Controlling metalimnetic blooms of Planktothrix rubescens with a novel water withdrawal strategy:
a modelling study
Mi Chenxi; P. David Hamilton; Marieke A. Frassl; Tom Shatwell; Xiangzhen Kong; Bertram
Boehrer; Yiping Li; Karsten Rinke .............................................................................................. 280
Wissenschaft macht Schule – Eine Wanderausstellung zu (Mikro)plastik
Antje Nieber; Per-Olaf Walter; Friederike Gabel; Katrin Wendt-Potthoff ............................ 281
Vergleich von Prognose- und Monitoringdaten nach Umsetzung der Maßnahme am Mortelbach in
Waldheim (Sachsen)
Sandra Niebergall; Ulrike Haase; Rima Alshomaree; Luise Richter; Thomas Berendonk ... 282
Bewertung des ökologischen Zustandes der Münsteraner Schlossgräfte
Mariya Poryazova; Melisa Gündogan; Elisabeth I. Meyer; Bettina Zeis ................................ 283
Untersuchung der Fließgewässerqualität unter Einbeziehung einer Bestimmungs-App
Judith Rosenbach; Anja Scherwaß; Hartmut Arndt ................................................................. 284
Herausforderungen der TP-Bestimmung in pH-neutralen Tagebauseen
Jacqueline Rücker; Gudrun Lippert; Yvonne Kreutziger; Ina Hildebrandt; Björn Grüneberg
.......................................................................................................................................................... 285
Analysing the diversity of fauna in the River Rhine and nearby aquatic systems – Comparison of
morphological and metabarcoding techniques
Dominik Scepanski; Alexandra Schoenle; Ann-Marie Waldvogel; Hartmut Arndt ............... 286
Bundestaxaliste der Gewässerorganismen Deutschlands (BTL): Taxaliste für Monitoring und
Naturschutz - Herausforderungen am Beispiel der Kieselalgen
Petra Schilling; Gabriele Hofmann; Wolf-Henning Kusber ...................................................... 287
Vergleich genetischer und morphologischer Art-Identifikation des Makrozoobenthos in den
Bundeswasserstraßen
Saskia Schmidt; Franz Schöll ....................................................................................................... 294
Ein Habitateignungsmodell für die Finte im Weser- und Elbeästuar
Michael Schönung; Joost Vanoverbeke; Nele Wendländer; Jens Wyrwa; Carsten Viergutz;
Andreas Schöl ................................................................................................................................. 295
Hybride Atlantischer Lachse (Salmo salar) im deutschen Rheineinzugsgebiet?
Stefan Theobald; Christopher Bridges; Thomas Schmidt; Ralf Schulz; Anne Schrimpf ...... 296
Inhaltsverzeichnis
12
Digitale Wissenschaftskommunikation: Die Lebenswelt des Fischotters als interaktives Storyboard -
Virtuelle Geländeübung in der Online-Lehre.
Antje Stöckmann; Matthias Holzgreve ........................................................................................ 297
Ist die Beeinträchtigung von Daphnia magna durch Cyanobakterien temperaturabhängig?
Simon Tulatz; Bettina Zeis ............................................................................................................ 302
Phytoplankton communities and their response to environmental modifications
Phuong-Anh Vu; Lutz Becks; Mark van Kleunen ...................................................................... 303
Das Zooplankton im Elbästuar und dessen Bedeutung als Nahrung für die Larven der Finte (Alosa
fallax)
Nele Wendländer; Michael Schönung; Carsten Viergutz; Jens Wyrwa; Andreas Schoel ...... 304
Entwicklung eines satellitenbasierten Monitorings von Seen in Baden-Württemberg – das Projekt
SAMOSEE-BW
Thomas Wolf; Kristina Popp; Hendrik Bernert ......................................................................... 305
Entwicklung des Zooplanktons nach einer ausgeprägten Hypoxie-Situation in einem eutrophen
Flachsee (Aasee, Münster)
Ramona Winkens; Victoria-Sophia Scheuerer; Elisabeth Meyer; Bettina Zeis ...................... 306
German Barcode of Life 2 (GBOL2) — Kieselalgen DNA-Barcoding und eDNA Metabarcoding im
Kontext von Biodiversitätsforschung, Taxonomie und EU Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EC)
Jonas Zimmermann, Nélida Abarca, Jana Bansemer, Juliane Bettig, Gabi Droege, Wolf-
Henning Kusber, Katja Luther, Heba Mohamad, Demetrio Mora, Sebastian Proft, Katherina
Schimani, Oliver Skibbe, Anh Tu Van & Regine Jahn .............................................................. 307
ARBEITSKREISE………………………………………………………………………………. 312
Der Geiseltalsee, ein wertvolles kalkhaltiges Gewässer mit Grundrasen aus Armleuchteralgen
Silke Oldorff, Jens Mählmann, Ellen Kiel, Markus Eßer, Volker Krautkrämer, Tom
Kirschey, Elena Oldorff ................................................................................................................. 313
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NACHWUCHSPREISTRÄGER (in alphabetischer Reihenfolge)
NACHWUCHS
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Fraßschutz auf Kosten des Wachstums – wie die Form eines Tradeoffs
die Jahresdynamik von funktionellen Phytoplanktoneigenschaften
steuert
Elias Ehrlich, Nadja J. Kath, Ursula Gaedke
Universität Potsdam, AG Ökologie / Ökosystem-Modellierung
Darwinsche Dämonen sind hypothetische Organismen mit unbegrenztem Ressourcenzugang und
optimaler Anpassung an alle denkbaren Umweltfaktoren. In der Realität existieren solche
Organismen nicht, da bei der Anpassung unterschiedlicher funktioneller Eigenschaften (Traits)
Kompromisse eingegangen werden müssen, sogenannte Trade-offs. So kann z. B. eine bessere
Verteidigung gegen Fraß die Wachstumsrate eines Organismus reduzieren. Generelle Theorien
besagen, dass diese Trade-offs wichtig für den Erhalt der Biodiversität sind und die Anpassung von
Artengemeinschaften an veränderte Umweltbedingungen zentral beeinflussen, aber direkte
empirische Hinweise dafür gibt es wenige. Wir untersuchten die Traitdynamiken (Verteidigung gegen
Prädatoren, maximale Wachstumsrate und Phosphataffinität) im Phytoplankton des Bodensees unter
saisonal schwankenden Umweltbedingungen. Dafür nutzten wir Trait-Literaturdaten sowie eine
hochauflösende Biomassezeitreihe von 21 Jahren. Die Traitdaten zeigten einen konkaven Trade-off
zwischen Fraßschutz und Wachstum im Phytoplankton auf, welcher, im Einklang mit der Theorie,
schnell wachsende Arten mit mittlerer Verteidigung förderte. Bei saisonal ansteigendem Fraßdruck
verschob sich die Artenzusammensetzung in Richtung höherem Fraßschutz auf Kosten einer
geringeren Wachstumsrate entlang dieser Trade-off-Kurve. Abweichungen einzelner Arten von der
Trade-off-Kurve konnten mit einer dritten Traitdimension, der Phosphataffinität, erklärt werden. In
der Studie diskutieren wir zudem, wie geringe Fitnessunterschiede, die aus unseren
Modellsimulationen abgeleitet werden konnten, und stabilisierende Mechanismen auf Basis weiterer
Traitdimensionen zum Erhalt der Phytoplanktondiversität beitragen können. Als Schlussfolgerung
zeigt unsere Studie, dass das Quantifizieren von Trade-offs von zentraler Bedeutung für die
Vorhersage der Zusammensetzung von Artengemeinschaften in einer sich ändernden Umwelt ist.
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15
Effects of phosphorus enrichment on the control of stream periphyton
Alessandra Iannino 1,2, Alexander T.L. Vosshage 1, Markus Weitere 1, Patrick Fink 1,2
1 UFZ Magdeburg, Department of River Ecology, 2 Institute of Zoology at the University of Cologne
The release of nutrients into aquatic ecosystems has been dramatically increasing over the past
decades as a consequence of human activities, often leading to an excessive growth of primary
producers. While the effects of harmful algal blooms in lakes have been widely studied, less is known
about the consequences of nutrient enrichment for stream food webs, which are strongly dominated
by benthic habitats. The growth of benthic algal communities (periphyton) in streams is controlled
by nutrient availability (bottom-up control) and by the grazing activity of herbivores (top-down
control), which is known to counteract the effects of nutrient enrichment on algal biomass. However,
nutrient availability may also affect the nutritional quality of periphyton, which can in turn influence
the growth and behaviour of grazers and hence the strength of top-down control.
demonstrated that phosphorus enrichment could lead to a weaker top-down control of stream
periphyton, because grazers need lower amounts of nutrient-rich food to maintain an optimal soft
body stoichiometry, compared to nutrient-poor food. In addition, phosphorus enrichment may lead to
an overall lower periphyton nutritional quality for grazers in the long term, by favouring the growth
of cyanobacteria and chlorophytes over diatoms. I demonstrated for the first time that, when such a
taxonomic shift occurs, phosphorus enrichment decreases the relative phosphorus content of
periphyton, because cyanobacteria and chlorophytes generally have higher C:P ratios than diatoms.
My studies show that nutrient enrichment can have a significant impact on the control of stream
periphyton. In addition to directly increasing algal production, it can alter periphyton nutritional
quality and therefore affect the growth and behaviour of grazers. Nutrient enrichment can thus
interfere with the balance between bottom-up and top-down control of stream periphyton, with
possibly harmful consequences for stream food webs.
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16
Zooplankton carcasses stimulate microbial turnover of allochthonous
particulate organic matter
Darshan Neubauer 1,2; Olesya Kolmakova 3,4; Jason Woodhouse 1; Robert Taube 2,6; Kai
Mangelsdorf5; Michail Gladyshev 3,4; Katrin Premke 6; Hans-Peter Grossart 1,2
1 Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB), Department of Experimental Limnology, Stechlin,
Germany, 2 Institute of Biochemistry and Biology, Potsdam University, Germany, 3 Institute of Biophysics SB RAS,
Federal Research Center “Krasnoyarsk Science Center SB RAS”, Russia, 4 Siberian Federal University, Institute of
Fundamental Biology and Biotechnology, Krasnoyarsk, Russia, 5 GFZ German Research Centre for Geosciences,
Helmholtz Centre Potsdam, Section 3.2 Organic Geochemistry, Germany, 6 Leibniz Institute of Freshwater Ecology and
Inland Fisheries (IGB), Department of Chemical Analytics and Biogeochemistry, Berlin, Germany
Carbon turnover in aquatic environments is dependent on biochemical properties of organic matter
(OM) and its degradability by the surrounding microbial community. Non-additive interactive effects
represent a mechanism where the degradation of biochemically persistent OM is stimulated by the
provision of bioavailable OM to the degrading microbial community. Whilst this is well established
in terrestrial systems, whether it occurs in aquatic ecosystems remains subject to debate. We
hypothesised that OM from zooplankton carcasses can stimulate the degradation of biochemically
persistent leaf material, and that this effect is influenced by the daphnia:leaf OM ratio and the
complexity of the degrading microbial community. Fresh Daphnia magna carcasses and 13C-labelled
maize leaves (Zea mays) were incubated at different ratios (1:1, 1:3 and 1:5) alongside either a
complex microbial community (<50 μm) or solely bacteria (<0.8 μm). 13C stable-isotope
measurements of CO2 analyses were combined with phospholipid fatty acids (PLFA) analysis and
DNA sequencing to link metabolic activities, biomass and taxonomic composition of the microbial
community. Our experiments indicated a significantly higher respiration of leaf-derived C when
daphnia-derived OM was most abundant (i. e. daphnia:leaf OM ratio of 1:1). This process was
stronger in a complex microbial community, including eukaryotic microorganisms, than a solely
bacterial community. We concluded that non-additive interactive effects were a function of increased
C–N chemodiversity and microbial complexity, with the highest net respiration to be expected when
chemodiversity is high and the degrading community complex. This study indicates that identifying
the interactions and processes of OM degradation is one important key for a deeper understanding of
aquatic and thus global carbon cycle.
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POSTERPREISTRÄGER (in alphabetischer Reihenfolge)
POSTER
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Exposure and effects of agricultural run-off on microphytobenthic
communities in small agricultural streams
Franziska Fiolka 1,3; Martin Krauss²; Hannah Schäfer 1; Floriane Larras 1,4; Bastian Polst 1; Olof
Berglund 3; Mechthild Schmitt-Jansen 3
1 Helmholtz Centre for Environmental Research – UFZ, Dept. Bioanalytical Ecotoxicology, ² Helmholtz Centre for
Environmental Research – UFZ, Dept. Effect-Directed Analysis, ³ Lund University, 4 INRAE, Lyon, France
Keywords: multiple stressors, passive sampling, biofilms, pesticide mixtures
Introduction
Pesticides are omnipresent in agricultural streams and pose a clear risk to the ecosystem and its
functions, which are provided by aquatic communities (Ricart, Guasch et al. 2010, Smedbol, Gomes
et al. 2018, Ulrich, Pfannerstill et al. 2021). Biofilms, consortia of several taxa such as bacteria,
microalgae, fungi and meiobenthos embedded in extracellular polymeric substances (EPS), are
ubiquitous in aquatic ecosystems (Sabater, Guasch et al. 2007, Venkatachalapathy and Karthikeyan
2015). Biofilms are known to be sensitive towards pollution which resulted in the development of a
variety of pollution detection methods, such as the pollution-induced community tolerance (PICT)
approach (Soininen 2007). The PICT concept is based on community composition changes induced
via pollution (selection phase) which leads to induced community tolerance, detectable in changed
tolerance towards a chosen endpoint (detection phase) (Blanck 1985, Tlili, Berard et al. 2016). The
aim of this research is to examine pollution-induced community tolerance (PICT) of biofilm
communities in agricultural streams induced by chemical mixtures typical for agricultural landscapes,
and to characterize the related eco-exposome.
Material & Methods
Sample Sites
A total of 10 study sites located in four German federal states were selected due to their nearby intense
agricultural land-use (average 84%, using Copernicus Land Monitoring Service (2019)). 4 sites were
chosen as reference sites (average 0.5 %, using Copernicus Land Monitoring Service (2019)). The
samples were taken in April, May, and June. Biofilms were grown on artificial substrate (glass,
48cm²) placed vertically in the waterbody parallel to the flow direction. After 6 weeks (April-May)
and 4 weeks (May-June) the biofilms were sampled.
Methods
In situ biofilms grown on artificial substrate from all 14 sites located in agricultural areas were used
to conduct a PICT short-term experiment. The PICT approach consists of a selection phase, where
community composition changes occur due to pollution, and a detection phase, where differences in
19
community tolerance are detected based on differences in previous pollution. The selection phase
took place as the biofilms grew on the artificial substrate, exposed to pollution on site for 4-6 weeks.
As the communities are re-exposed to their original pollution during selection phase, different effects
can be observed between previously unaffected reference samples and pre-exposed samples. For this
detection phase a chemical mixture was created based on previously collected data, which surveyed
the water phase concentration of about 120 chemicals and their toxicity for microalgae. The artificial
chemical mixture representing the pollution in the field consisted of 15 chemicals, mainly herbicides
including PSII inhibitors. The chemical mixture consists of terbuthylazine, flufenacet, diflufenacet,
difenoconazole, chlortoluron, azoxystrobin, isoproturon, aclonifen, metribuzin, prosulfuron,
epoxiconazole, metazachlor, chloridazon-desphenyl, MCPA, and dimethamid. To assess the effect of
the pollution on the photosynthesis of microalgae, their photosynthetic fluorescence was measured in
a concentration-response scheme using a I-PAM fluorometer (Heinz WALZ GmbH, Effeltrich,
Germany). The maximum and effective fluorescence quantum yield for the collected stream biofilms
were measured and the pollution-related inhibition was calculated. To derive comparable tolerance
values (effect-concentration, EC50 values) concentration-response curves (4 parametric Hill model)
were modelled. Differences in EC50 values deriving from the concentration-response curves were
used to quantify the PICT between reference and polluted sites. A Welch two-sample t-test was
performed.
Further, to assess the chemical exposure of biofilms, a protocol for chemical extraction of chemicals
from the biofilm matrix was used adapting a QuEChERS method (Quick, Easy, Cheap, Effective,
Rugged and Safe, (Anastassiades, Lehotay et al. 2003)) after using cell disruption. The extraction
protocol was based on Desiante, Minas et al. (2021) and used freeze-dried biofilms. Extracted
chemicals were measured using a LC-HRMS complex. The concentrations were weight and surface
normalized, stated concentrations apply for dry-weight biofilm. The difference in chemical
contamination was examined using the Mann-Whitney-U test.
Results
Pollution-induced community tolerance
Biofilm communities from agriculturally impacted streams (n=10) were more tolerant to pesticides
than those from reference streams (n=4). EC50 values were up to 6 times higher for exposed
communities than for reference communities, located outside of agricultural areas. Regarding the
agricultural sites, higher effect concentrations (EC50) were detected in 9 out of 10 communities
(Figure 1). Here, we found EC50-values up to 20 times higher than in reference sites (Figure 1).
Chemical pollution
The chemicals surveyed in the biofilms belonged to a variety of compound classes, where fragrances
and pesticides were found in the highest concentrations. Pesticides and fragrances dominated the
pollution profiles in agricultural streams, while fragrances dominated at the reference sites. Regarding
all detected chemicals, biofilms derived from agricultural streams had up to ten times higher
concentrations of pollutants (all detected chemicals) in comparison to the reference sites. Regarding
the pesticides, the agricultural stream biofilms showed up to 30 times higher concentrations than the
reference biofilms. The three chemicals detected with the highest concentration in biofilm (May) were
the pesticide MCPA, (CAS 94-74-6) (7700 ng/g), the pesticide chloridazon (CAS 1698-60-8) (6500
ng/g), and the fragrance tonalide (CAS 21145-77-7) (3200 ng/g). The most frequently detected
20
chemical (sum of detection in all May samples) in biofilm was the fragrance compound tonalide (CAS
21145-77-7).
Fig. 1: EC50 values ± standard error (in mg/l) of the sum concentration of the applied mixture,
derived from concentration response curve models of photosynthetic Yield I after 1h of
exposure. All sites except site 1 are significantly different from the pooled reference sites
(mean of n=4) (t-test, p< 0.05).
Discussion
The overall high concentrations of pesticides in agricultural stream biofilms were expected (Neale,
Braun et al. 2020), however the concentrations of fragrances in both agricultural streams and
reference streams are surprising. Fragrances in aquatic ecosystems are well known (Lee, Kim et al.
2014), mainly due to their overall use in cleaning products and cosmetics. However, their entry route
in remote areas of the reference sites is unknown as these streams are expected to be mainly
influenced by surface run-off (Stehle and Schulz 2015). This might show the unexpected human
impact on aquatic ecosystems due to omnipresent pollution. The second most frequent compound
class, the pesticides, are designed to adversely affect organisms and therefore pose a high risk to
environmental organisms (Malaj, Von Der Ohe et al. 2014). Potential effects on one important
ecosystem component, the microphytobenthic community, was quantified in this study by using the
PICT approach.
In contrast to previous studies in this field, this study used a pre-selected artificial mixture in the PICT
detection phase experiment. These pre-selected chemicals were also found in the field biofilm
samples and therefore must have been present during selection phase, illustrating the feasibility of
the approach. The great benefit of the pre-selected mixture is the possibility to now investigate the
biological response and the chemical contamination of the sample, simultaneously. Further, the study
21
illustrated the applicability of the PICT approach in agricultural landscapes and revealed community
effects in 9 out of 10 sites, evidencing severe effects of pesticides in agricultural streams. This is
further corroborative as the sites were in spatial variation across four German Federal states.
Regarding the ecological consequences, the overall seen induced community tolerance reflects the
influence agriculture poses to aquatic ecosystem despite of laws and regulations regarding the
pesticide usage.
Conclusion
The results of this study suggest that the PICT approach can be applied in situ to evidence agricultural
impacts on microphytobenthic communities, which further strengthens its use as an ecotoxicological
monitoring tool. The use of a pre-selected chemical mixture during the PICT short-term experiment
was feasible and allows for simultaneous assessment of chemical analysis and biological effects in
the same sample. As chemical pollution in agricultural streams exaggerates those in reference streams
for magnitudes, the regulatory threshold levels applied in agriculture need to be reconsidered.
Acknowledgement
Diese Untersuchung entstand im Rahmen einer Masterarbeit.
References
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
23
Nachweis von Polyamid-Partikeln in Larven und Imagines von
Chaoborus spec.
Diana Michler-Kozma1, Lukas Kruckenfellner², Anna Heitkamp1, Klaus Peter Ebke², Friederike
Gabel1
1 Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Landschaftsökologie, Heisenbergstraße 2, 48149 Münster,
diana.michler@uni-muenster.de
2 Mesocosm GmbH, Institut für Gewässerschutz, Homberg (Ohm)
Keywords: Chaoborus, Polyamid, Ontogenese, Makrozoobenthos
Einleitung
Die Belastung durch Mikroplastik stellt eine potentielle Bedrohung für unsere Gewässer dar und hat
in den letzten Jahren vermehrt öffentliche und wissenschaftliche Aufmerksamkeit erregt. Gerade
Organismen, die sich durch das Filtern von Wasser oder Sediment ernähren, können durch das
Mikroplastik besonders betroffen sein, da sie die Plastikpartikel unselektiert aufnehmen (Thompson
et al. 2009).
Die Ingestion von Mikroplastikpartikeln ist bereits für mehrere wirbellose Taxa dokumentiert und
kommt bei diversen Ernährungsweisen und Lebensstadien vor (z. B. Browne et al. 2008; Cole et al.
2013; Scherer et al. 2017). Beispielsweise konnten Silva et al. (2019) in ihrer Studie feststellen, dass
Chironomus riparius Polyethylenterephthalat (PET) aufnimmt und dass dies negative Auswirkungen
auf das Wachstum der Larven und die Emergenz der Imagines hat. Neben diesen Effekten konnte in
einer weiteren Studie eine Verringerung der Größe der Kopfkapseln und Antennen von Chironomus
tepperi festgestellt werden, sobald Polyethylen (PE) in das Probensediment beigemischt wurde
(Ziajahromi et al. 2018). Auch ein trophischer Transfer von Mikroplastik konnte bereits
nachgewiesen werden; beispielsweise von Larven von Culex pipiens auf Larven von Chaoborus
flavicans (Cuthbert et al. 2019). Plastikpartikel bewegen sich außerdem vermutlich nicht nur über die
Nahrungskette, sondern können auch ontogonetisch innerhalb eines Individuums von der Larve zum
Imago übertragen werden. Dies wurde bereits bei Culex pipiens (Al-Jaibachi et al. 2019) und
Chironomus riparius (Setyorini et al. 2021) beobachtet. Der Verbleib und die Effekte von
Mikroplastik in aquatischen Organismen und Ökosystemen ist somit äußerst komplex und die
Forschung beschränkt sich bisher vorwiegend auf Laborstudien. In solchen Versuchen entsprechen
die Expositionszeit, die Auswahl an Nahrung und viele andere Parameter häufig keinem realen
Szenario im Freiland, was Rückschlüsse auf mögliche Effekte von Mikroplastik auf Populationsebene
schwierig macht.
In der vorliegenden Freilandstudie wurde erstmals der trophische Transfer von Mikroplastik mit
anschließender ontogenetischer Übertragung in einem naturnahen Mesokosmenexperiment
untersucht. Als künstliches Ökosystemmodell beherbergen die Mesokosmen eine umfangreiche
Biozönose und bilden so die typischen Trophieebenen mit stabilen Populationen ab.
24
Methoden
Mesokosmen
Für die Durchführung der Studie wurden eine Reihe von Mesokosmen erstellt, indem
Edelstahlzylinder, mit jeweils einem Gesamtvolumen von ca. 1000 l, in einem Becken der
Versuchsanlage der Mesocosm GmbH eingelassen wurden (Abb. 1).
Abb. 1: Aufbau der Mesokosmenanlage mit abgetrennten Becken von je 1000 L Fassungsvermögen
(links) und Querschnitt durch ein Mesokosmenbecken mit Fangvorrichtungen (rechts).
Das Becken wurde zuvor mit einer 10 cm dicken
Lehmschicht gefüllt. Auf dieser Schicht wurde eine ca.
10 cm hohe Sedimentschicht, welche aus einem See
vor Ort entnommen wurde, aufgebracht. . Das Wasser
zum Befüllen des Beckens wurde ebenfalls aus dem
See entnommen, um eine natürliche Besiedlung durch
Zooplankton und anderen Organismen zu
gewährleisten. Zusätzlich fand eine Besiedlung durch
die Luft statt.
Um die Effekte von Mikroplastik auf die Populationen
und Nahrungsnetze zu testen wurde Polyamid (PA) in
Form eines kugelförmigen Polyamidpulvers mit 5-50
μm Korngröße gewählt. PA ist ein halbkristallines,
weißes Technik-Thermoplast und wird in der Industrie
für monomere Gießverfahren genutzt (GoodFellow
2021). Das Polyamidpulver wurde in eine Suspension
überführt und in drei Konzentrationen von 1,5-150
mg/L in die einzelnen Mesokosmen verteilt. Die
Abb. 2: Chaoborus-Larve unter dem
Lichtmikroskop.
25
Applikation erfolgte graduell über einen Zeitraum von 10 Tagen. Insgesamt gab es 16 Mesokosmen,
davon 5 Kontrollen ohne jegliche Zugabe.
Es erfolgten regelmäßige Beprobungen von verschiedenen Organismengruppen. Für die hier
vorliegende Arbeit wurden die Proben von Larven und Imagines von Chaoborus spec untersucht. Es
wurden zunächst nur Proben aus der höchsten Konzentration (150 mg/L) sowie der Kontrolle
berücksichtigt. Chaoborus spec. (Chaoboridae) wurde als Modellorganismus gewählt, um einen
trophischen Transfer der Plasikpartikel zu verifizieren. Die aquatisch lebenden Larven ernähren sich
räuberisch von kleinen wirbellosen Tieren wie Zooplankton (Oosterbroek 2006).
Detektion von Mikroplastik
Zur Detektion der PA-Partikel wurde der Fluoreszenzfarbstoff Nilrot gewählt, mit welchem gezielt
Polymere gefärbt werden können. Der Farbstoff erleichtert dank der Fluoreszenz die Unterscheidung
zwischen Mikroplastikpartikeln und organischen sowie anorganischen Substanzen, ist im Vergleich
zur chemischen Analytik eine schnellere und kostengünstigere Methode und kann somit insbesondere
für die Wiederfindung von appliziertem Plastik verwendet werden (Tamminga et al. 2017).
Um die PA-Partikel sicherer identifizieren zu können, wurde zuerst eine Mazeration durchgeführt.
Bei einer Mazeration werden starke Basen wie Kaliumhydroxid (KOH) eingesetzt, wodurch Proteine
denaturieren und Muskeln und Gewebe entfernt werden können (Jin et al. 2009). Das Aufhellen von
Thorax und Abdomen ist zudem für die Untersuchung des Darminhaltes nützlich, da so
Mikroplastikpartikel leichter erkannt werden können. Die Methode in diesem Versuch orientiert sich
an der Studie von Erdbeer und Kiel (2019). Die Versuchstiere wurden mit einer 13%igen KOHLösung
für 48 Std. mazeriert, bis Thorax und Abdomen durchsichtig waren. Daraufhin wurden sie
zehn Minuten mit destilliertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer Ethanolreihe fixiert.
Zur Färbung wurde das Nilrotpulver in einer Konzentration von 1 mg/L in Azeton gelöst (Tamminga
et al. 2017) und die fixierten Tiere darin 2 h gefärbt.
Die mit Nilrot behandelten Chaoborus spec. wurden mit dem Fluoreszenzmikroskop DM5500 B von
Leica auf das Vorkommen von PA-Partikeln untersucht. Für jedes Individuum wurde die Anzahl und
Größe der gefundenen Partikel dokumentiert. Insgesamt wurden pro Konzentration 200 (Larven)
bzw. 100 (Imagines) Tiere ausgezählt.
Ergebnisse
In etwa der Hälfte der Larven aus der Exposition mit 150 mg/L PA konnten Partikel nachgewiesen
werden (Tab. 1).
Tab. 1: Anzahl und Anteil gefundener PA-Partikel in Larven und Imagines von Chaoborus spec.
Probe Larve Imago
Konzentration 150 mg/L Kontrolle 150 mg/L Kontrolle
n untersuchte Ind. 200 200 100 100
Anteil Ind. mit MP (%) 46 2 1 0
Partikel gesamt 245 7 2 0
Ein Großteil dieser Partikel wurde dabei im Pharynx festgestellt, der durch die Präparation teilweise
ausgestülpt wurde (Abb. 3-B). Die Anzahl der Partikel variierte dabei von einigen wenigen bis zu
26
>20 pro Larve. Neben den PA-Partikeln konnten die Schalen von Daphnien und Ostracoden im
Pharynx nachgewiesen werden (Abb. 3-A/B). Im Darm waren dagegen nur wenige Partikel
vorhanden (Abb. 3-C). In den Kontrollproben der Larven wurden 7 Partikel als Plastik identifiziert.
Unter den Imagines war nur ein Individuum mit zwei PA-Partikeln zu finden. In der Kontrolle fiel
kein Plastik auf.
Abb. 3: Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme von Polyamidpartikeln (blau) in Chaoborus-Larve mit
Ostrakodenschalen nach Exposition mit 150 mg/L PA (A & B) und Polyamidpartikel im
Darm von Chaoborus-Imago nach Exposition mit 150 mg/L PA (C). Farben sind invertiert (*
zeigt Originalaufnahme).
Diskussion
Viele Studien über Aufnahme und Wirkung von Mikroplastik in Süßwasserorganismen finden unter
kontrollierten Laborbedingungen in kleinem Maßstab statt (z. B. Cuthbert et al. 2019; Al-Jaibachi et
al. 2019), was diverse Variablen der Umwelt jedoch nicht widerspiegelt (Al-Jaibachi et al. 2020). Die
in dieser Arbeit untersuchten Proben stammen aus einer großen Mesokosmenanlage, in welcher
Experimente unter Freilandbedingungen durchgeführt werden können. Der Vorteil von Mesokosmen
gegenüber Laborexperimenten liegt darin, dass in dieser Experimentiereinheit einerealistische
Exposition des Mikroplastik geschaffen und Interaktionen zwischen Trophieebenen ermöglicht und
untersucht werden können (Setälä et al. 2016). Es ist wahrscheinlich, dass Mikroplastik, das in eine
natürliche Umgebung gelangt, nicht stationär bleibt, sondern stattdessen zwischen
Umweltkompartimenten transportiert wird (Wagner und Lambert 2018). In Mesokosmen besteht die
Möglichkeit, ein besseres Bild des tatsächlichen Verbleibs von Mikroplastik innerhalb einer
Lebensgemeinschaft zu erhalten und dessen Auswirkungen auf Lebensgemeinschaften und
27
Populationen zu untersuchen (Setälä et al. 2016). Süßwasser-Mesokosmen sind zudem dafür bekannt,
dass sie eine große und regionale Vielfalt an Wirbellosen beherbergen und schnell von einer Vielzahl
von Organismen besiedelt werden können (Céréghino et al. 2010).
Ein trophischer Transfer von Mikroplastikfragmenten in Invertebraten konnte hier erstmal unter
annähernd natürlichen Bedingungen nachgewiesen werden. Es zeigt sich somit, dass nicht nur
Filtrierer und Sedimentfresser von einer Belastung durch Mikroplastik betroffen sind, sondern auch
Prädatoren diese Partikel aufnehmen. Die Larven von Chaoborus spec ernähren sich von
Zooplankton, wie etwa Daphnien und Ostracoden, welche die hier applizierten PA-Partikel mit 5-50
μm Größe aus der Wassersäule filterten. Unter dem Mikroskop waren deutlich die Schalen dieser
Organismen im Verdauungstrakt der Chaoborus-Larven zu sehen und ein Großteil der Partikel schien
zum Zeitpunkt der Beprobung noch in den Beutetieren verblieben zu sein (vgl. Abb. 3A).
Neben dem trophischen Transfer von Mikroplastik über die Nahrungskette, wurde auch eine
ontogenetische Übertragung der Partikel überprüft. Im Falle von Chaoborus spec scheint jedoch ein
Großteil der aufgenommenen Partikel vor oder kurz nach der Metamorphose ausgeschieden zu
werden, sodass in adulten Tieren nur ein Bruchteil der Menge an Mikroplastik nachweisbar war. Es
besteht die Möglichkeit, dass die Imagines nach der Emergenz ihren Darmtrakt ausleeren und somit
die PA-Partikel ausscheiden. Es ist bekannt, dass neu geschlüpfte Aedes aegypti in den ersten Stunden
ihrer adulten Phase ihre Flugbereitschaft durch Wasserverluste mittels Darmentleerung steigern
(Gillett 1982). Eine Studie an Chironomus sancticaroldass belegt außerdem die Ausscheidung von
Nylonpartikeln sechs Stunden nach Expositionsende (Horton et al. 2016). Dies könnte auch auf
andere Dipteren wie Chaoborus spec. zutreffen und erklären, warum hier nur bei einem Individuum
Mikroplastik nachzuweisen war, denn zusammen mit der Ausscheidung des Darminhaltes würde
entsprechend die Mikroplastikkonzentration im Verdauungstrakt sinken. Ein ontogenetischer
Transfer ist somit für das hier gewählte Material unter den hier untersuchten Bedingungen selten. Die
ausgeschiedenen Partikel verbleiben im aquatischen Ökosystem und wirken dort weiterhin potentiell
schädlich auf andere Organismen.
In Zukunft sind weitere Studien zum Verbleib und der Wirkung von Mikroplastik auf aquatische
Ökosysteme in Mesokosmen notwendig, um die komplexen Effekte dieser Stoffe besser einschätzen
zu können. Untersucht werden sollten weitere häufig in der Umwelt vorkommenden
Mikroplastikmaterialien wie z. B. Polypropylen, Polystyrol und Polyvinylchlorid. Viele
Mikroplastikpartikel enthalten außerdem zusätzliche Inhaltsstoffe wie z. B. Weichmacher oder
kommen in anderen Formen vor, die sich wiederum auf die Verteilung im Ökosystem und der
Biozönose auswirken können.
Danksagung
Das Verbundprojekt MikroPlaTaS wird gefördert von Bundesministerium für Bildung und Forschung
und ist Teil der Initiative „Plastik in der Umwelt – Quellen, Senken, Lösungsansätze“. Die hier
vorgestellten Untersuchungen werden im Rahmen zweier Doktorarbeiten der Universität Münster
sowie der Mesocosm GmbH durchgeführt. An dem Verbundprojekt sind außerdem die Universitäten
Potsdam und Bielefeld sowie Ecossa unter der Projektkoordination von K. Wendt-Potthoff vom
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung beteiligt.
28
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
29
Influence of preservation methods for phytobenthos samples on the
detection of microbial communities through eDNA metabarcoding –
first results
Demetrio Mora1, Julia Kleinteich1, Jonas Zimmermann2, Helmut Fischer1 & Sascha Krenek1
1 Referat U2 – Mikrobielle Ökologie, Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), Am Mainzer Tor 1, 56068 Koblenz,
mora@bafg.de, kleinteich@bafg.de, helmut.fischer@bafg.de, krenek@bafg.de
2 Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin, Freie Universität Berlin, Königin-Luise-Straße 6-8, 14195 Berlin,
j.zimmermann@bo.berlin
Keywords: DNA degradation, ethanol, sample freezing, preservative, storage temperature
Introduction
Over the last decade, environmental DNA (eDNA) metabarcoding has transformed the way biological
communities are analysed, allowing rapid identification of whole communities from environmental
samples, e. g., water, soil, sediment, biofilm and air (Taberlet et al. 2012; Deiner et al. 2017a;
Pawlowski et al. 2020). Apart from its use in biodiversity studies, there is an increasing interest in the
applicability of eDNA metabarcoding in the regulatory context, e. g., for assessing the ecological
status of freshwater ecosystems under the EU Water Framework Directive (WFD) (Kelly 2019;
Macher et al. 2020; Meyer et al. 2021; Pont et al. 2021). Consequently, there is a growing scientific
community developing protocols and methods tailored for each Biological Quality Element (BQE),
and addressing the challenges of standardising those protocols and methods to make them comparable
and reproducible across space and time (Bohmann et al. 2021).
One key step in the metabarcoding workflow is the preservation of field samples, aimed at protecting
DNA from degradation, in order to avoid deviations in community composition, which might lead to
erroneous biodiversity estimates, as well as inaccurate quality scores when using eDNA
metabarcoding in ecological assessment (Sales et al. 2019; Dully et al. 2021; Guerrieri et al. 2021).
Freshwater phytobenthos is one of the most widely used BQE in ecological assessment studies. The
great majority of those studies target diatoms, which are used as proxies for phytobenthos under the
EU WFD. By surveying the eDNA metabarcoding literature, several methods for sample preservation
are listed, with the most popular being the use of ethanol at a final concentration of 70% and sample
storage at 4°C before DNA extraction (Bailet et al. 2021; Duleba et al. 2021; Tapolczai et al. 2021).
There are other variations to this, e. g., the use of RNAlater as preservative (Kelly et al. 2020), no
addition of preservatives at all but freezing at different temperatures, e. g., -20°C or -80°C (Visco et
al. 2015; Smucker et al. 2020; Zimmermann et al. 2015), as well as varied combination of ethanol
and freezing temperatures (Mora et al. 2019; Kelly et al. 2020; Zimmermann et al. 2021). However,
no systematic tests have been conducted to investigate the effect of sample treatment before DNA
extraction and how that might impact DNA yields, and eventually community composition and
quality scores in ecological assessment.
30
In this context, and as part of our project aimed at evaluating i) the biodiversity of phytobenthos in
the federal waterways of Germany through eDNA metabarcoding, and ii) its applicability in
ecological status assessment according to the EU WFD (Schmidt et al. 2021), we tested different
treatments (ethanol as preservative, and several temperatures for storage) on phytobenthos samples
to determine their influence on DNA yields and community composition (the latter is work in
progress, therefore not presented here).
Material and methods
Phytobenthos samples were collected in two sampling campaigns in autumn 2020 (October and
November) at the Rheinlache in Koblenz, anabranch of the Rhine river. Sampling was conducted
following the European standard (EN 13946:2014, CEN, 2014): biofilms were scrapped with a pocket
knife from the upper surface of ten boulders (ca. 10 cm2 from each boulder) and merged to a
composite sample, with samples taken in triplicate (field replicates). The length of the sampling
transect was ca. 30 m. Samples were collected as described in Mora & Jung (2021) to account for the
large water-level fluctuations in large rivers and to ensure that the sampled substrates were submerged
for at least four weeks prior to sampling.
Aliquots of 12.5 ml from the field replicates were distributed among a reference and five treatments
(Fig. 1): A) reference, DNA extraction within two hours after sampling; B) direct freezing at -80°C
within one hour after sampling, no preservative added; C) freezing at -20°C within one hour after
sampling, no preservative added. Treatments D-F were preserved by adding 30 ml of 99.7%
undenatured ethanol to reach a final concentration of 70%, and samples were stored as follows within
one hour after sampling: D) -80°C; E) -20°C, F) room temperature, i.e., ca. 20°C. Additionally, three
negative controls were made to account for contamination in the field, i.e. field blanks, composed of
undenatured ethanol added in the field in the same manner as in treatments D-F. Field blanks were
stored as in treatments D-F, one per treatment. Furthermore, one aliquot of each biological replicate
was preserved as in F for morphological analyses. For A-C, to simulate for the same final dilution
volume per sample as in treatments D-F, 30 ml of distilled water was added to the samples in the
laboratory; thus, all collection tubes contained the same volume, i.e., 42.5 ml. To account for potential
contamination, three aliquots of 2 ml of the distilled water were handled in the same way as in the
treatments for later extractions, hereinafter referred to as water control.
DNA extractions for replicates of the reference treatment (A) and its respective water controls were
performed within two hours after sample collection. For treatments B-F, field blanks and water
controls, DNA extractions were conducted three months after sample collection. Aliquots of 2 ml per
field replicate and field blank were extracted in triplicate (technical replicates), i.e. nine extractions
per treatment. Aliquots of water controls were extracted as stand-alone samples, i.e., not in replicate.
Furthermore, one negative extraction control was extracted per each batch of nine technical replicates.
DNA extractions were conducted with the NucleoSpin® Soil kit (Macherey-Nagel, Germany)
according to manufacturer instructions with minor modifications. In order to extract 2 ml of sample
and given the capacity of the Bead Tubes Type A containing ceramic beads, addition of the sample
was conducted in two rounds, by adding 1 ml of homogenized sample each time, followed by
centrifugation at 18,000×g for 10 minutes, then discarding the supernatant by pipetting it with filter
tips and avoiding the pellet. Lysis buffer SL2 was used instead of SL1, pre-heated at 40°C. Enhancer
SX was used in the recommended amount (150 μl). Filtration of the lysate through the inhibitor
removal column (red ring) was done by pipetting 600 μl of lysate instead of the 700 μl recommended
in the user manual, to avoid cross-contamination by micro-drops while closing the columns. For the
31
four washing steps in the soil column (green ring), centrifugation was done for 60 seconds instead of
30. Elution buffer was pre-heated at 50°C before usage, and 50 μl were used for elution. Please note
that due to an initially missing vortex adapter for horizontal bead beating, bead tubes of the very first
DNA extractions (reference treatment, i.e., A, October collection campaign) were vertically vortexed
and not horizontally as recommended by the manufacturer.
Fig. 1. Study design: composite phytobenthos samples were collected in triplicates (field replicates) and
DNA extractions were done in triplicate (technical replicates, n=9). Treatments: A) reference,
direct extraction; B) freezing at -80°C, no preservative; C) freezing at -20°C, no preservative.
D-F) preserved with ethanol at a final concentration of 70%, and samples stored at: D) -80°C;
E) -20°C; and F) room temperature. Field blanks were also taken, as well as one aliquot per
biological replicate was preserved as in F for morphological analyses.
DNA concentrations were measured with a NanoDrop™ OneC spectrophotometer (Thermo Fisher
Scientific). To test for statistically significant differences among treatments per sampling campaign,
one-way Kruskal-Wallis rank-sum test followed by pairwise comparisons (Mann-Whitney U-tests)
with sequential Bonferroni correction was used, with a significance threshold of p<0.01. The three
technical replicates for each of the three field replicates per treatment were combined into sets (n=9)
for further analyses, instead of averaging the technical replicates, in this way accounting for both the
biological variation (field replicates) as well as the variation associated with the handling of the
32
samples in the laboratory (technical replicates) (Blainey et al. 2014). Analyses were made in the
software PAST version 4.07b (Hammer et al. 2001).
Results
In both sampling campaigns, total DNA concentrations were significantly higher in samples that were
either extracted directly after sampling or frozen after collection with no addition of ethanol as
preservative, compared to the samples preserved with ethanol (Fig. 2).
Fig. 2. Total DNA concentrations for each treatment per sampling campaign. A) reference, direct
extraction; B) freezing at -80°C, no preservative; C) freezing at -20°C, no preservative. D-F)
preserved with ethanol at a final concentration of 70%; samples stored at: D) -80°C; E)-20°C;
and F) room temperature. One-way Kruskal-Wallis test followed by Mann-Whitney pairwise
comparisons with sequential Bonferroni correction (p<0.01). Letters above the boxplots
indicate significant differences.
33
Total DNA concentrations from the first sampling campaign (October 2020) ranged from 0.8 to 97.8
ng/μl, with a significant difference amongst the samples (Kruskal-Wallis χ2=48.54, p<0.001). All
samples preserved with ethanol (treatments D-F) had concentrations one order of magnitude lower
than samples without ethanol added (A-C), being significantly different according to pairwise
comparisons (Mann-Whitney, p<0.001) (Fig. 2). There were significant differences among some of
the treatments that were not preserved with ethanol, i.e., between A and C (p<0.001) and between B
and C (p<0.01). There were also significant differences among the treatments preserved with ethanol:
between D and F, and between E and F, both highly significant (p<0.001). Despite the fact that
samples extracted directly after collection (treatment A) yielded higher DNA concentrations in the
October campaign, we argue that those concentrations could have been even higher if mechanical
disruption of the material would have been done horizontally and not vertically (see ‘Material and
methods’).
For the second sampling campaign (November), DNA concentrations ranged from 0.1 to 95.8 ng/μl,
with a significant difference between the samples (Kruskal-Wallis χ2=43.74, p<0.001). As in the first
sampling campaign, all the samples preserved with ethanol (D-F) had concentrations significantly
lower than those not containing ethanol (p<0.001, Fig. 2). However, there were no significant
differences among the three treatments with no ethanol added as preservative (A-C, p>0.01). Among
the ethanol-preserved samples, treatments E and F were significantly different (p<0.01).
Discussion
Sample preservation and storage procedures before nucleic acid extraction is a key part of any eDNA
metabarcoding study, since they can influence DNA degradation before extraction as well as
extraction efficiency. Degradation rates of DNA are not homogeneous and depend on the state of the
sampled eDNA, e. g. dissolved, particle-adsorbed, intra-cellular and organellar (Mauvisseau et al.
2021) and differ also between target species (Stein et al. 2015; Marquina et al. 2021). Previous studies
have demonstrated that the choice of preservative and storage conditions can have not only an effect
on DNA recovery, but also on biodiversity inventories (Sales et al., 2019; Guerrieri et al. 2021).
However, quality scores in ecological assessment are not necessarily affected, since only the most
abundant taxa are considered for this purpose (Dully et al. 2021).
Despite the steady increase in studies testing the effects of preservation and storage methods for
metabarcoding targeting diverse organism groups, the freshwater phytobenthos has received little
attention. Most studies sampling phytobenthos for metabarcoding have relied on ethanol for
preservation at a final concentration of 70%. However, our results showed that this concentration is
sub-optimal for DNA preservation, with ethanol-preserved samples yielding DNA concentrations
significantly lower (one order of magnitude) than samples that were either extracted directly after
sampling or frozen soon after collection with no addition of ethanol as preservative. Such a low
concentration (70%) might be too low for the denaturation of enzymes responsible for degrading
nucleic acids (e. g., DNases), as well as in deactivating the microbes that decompose eDNA and use
it as growth resource (Flournoy et al. 1996; Morrissey et al. 2015; Mauvisseau et al. 2021). In addition
to lower yields, it can be expected that samples preserved at low ethanol concentration contain
relatively lower amounts of high-molecular-weight DNA compared to fresh or frozen samples; this
is of high relevance to long-read metabarcoding studies (Deiner et al. 2017b; Krehenwinkel et al.
2018; Tedersoo et al. 2021), since they target far larger fragments than the usual 200-500 bp targets
in short-read metabarcoding.
34
Our preliminary results concur with studies showing that ethanol at low concentrations (≤90%) is not
suitable for DNA preservation, e. g., in mock communities of insects (Marquina et al. 2021).
Majaneva et al. (2018) found that preservation of filters with ethanol is a poor choice compared to
other
preservation methods, e. g., lysis buffer, by drying the filters, or by keeping them at low temperatures.
However, more tests on freshwater phytobenthos samples are still required, increasing replication
(field replicates) and exploring a more diverse set of environmental conditions (e. g., water chemistry
of the sampling sites) that might impact preservation and DNA recovery, and ultimately biodiversity
estimates, and ecological assessment.
Conclusion and perspectives
Preservation of phytobenthos with ethanol at a final concentration of 70% is suboptimal for sample
preservation prior to DNA extraction, regardless of the storage temperature. Despite these limitations,
ethanol might remain a practical solution for the overall conservation of nucleic acids in phytobenthos
studies, since it is widely available, is inexpensive compared to other preservation media (e. g.,
RNAlater, LifeGuard solution), and it does not involve logistical difficulties in remote areas where
sample freezing is not an option. An alternative for achieving higher final concentrations of ethanol
in phytobenthos samples could be the replenishment with fresh ethanol after a given time, e. g., one
day after the initial fixation, as it is routinely conducted in metabarcoding studies targeting
macroinvertebrates. The next step of our study is to amplify and sequence partial fragments of the
16S- and 18S-rRNA genes to evaluate if there are any changes in community composition among
treatments.
Acknowledgements
This work is part of the project “TG02: Molecular Methods for Biodiversity Assessment and
Ecological Evaluation of the Federal Waterways”, funded by the Federal Ministry of Transport and
Digital Infrastructure (BMVI). Thanks to P. Jung for helping with sample collection and preparation.
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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VORTRÄGE
VORTRÄGE
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Großes Flussholz in der Renaturierung: Effekte auf Biodiversität und
Ökosystemfunktion
Christine Anlanger¹; Markus Weitere¹; Katrin Attermeyer²; Sandra Hille¹; Mario Brauns¹
¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ; ² WasserCluster Lunz – Biologische Station GmbH /
Universität Wien
Flussholz bestimmt als integraler Bestandteil wesentlich die ökologische und biologische Integrität
und Funktionsfähigkeit natürlicher Flussökosysteme. Flussholz schafft zusätzliche Habitate was sich
wiederum positiv auf die biologische Vielfalt sowie den Nährstoffhaushalt im Fluss auswirken kann.
Das künstliche Einbringen von nicht vorhandenem Flussholz ist heute eine häufig praktizierte
Renaturierungsmaßnahme. Während in großen Flüssen meist nur geomorphologische Aspekte
untersucht wurden, wurden Auswirkungen auf Biodiversität und Funktionsfähigkeit meist nicht
berücksichtigt. Im Rahmen eines Renaturierungsprojekts an einem kiesgeprägten Tieflandfluss wurde
Flussholz eingebaut und nach einem Jahr hinsichtlich seiner Makrozoobenthos Besiedlung sowie dem
benthischen und pelagischen Sauerstoffumsatz untersucht. Deutliche Unterschiede in der
Zusammensetzung des Makrozoobenthos zeigten sich zwischen Borke und Sohlsediment, wobei die
Artengemeinschaft auf Borke einen signifikant höheren Anteil an strömungsliebenden Arten aufwies.
Dagegen konnte keine Erhöhung der Diversität des Makrozoobenthos durch das Flussholz im
Vergleich mit Sohlabschnitten ohne Flussholz festgestellt werden. Ebenso verbesserte sich die
ökologische Zustandsklasse nach EG-WRRL nicht. Überraschend war die substantiell höhere
mikrobielle Respirationsrate auf der Borke, die dreifach über der Rate des Sohlsediments lag. Die
räumlich extrapolierten Respirationsraten zeigten jedoch, dass das Flussholz auf Ebene des gesamten
Flussabschnittes von untergeordneter Bedeutung war. So erhöhte die Borke, aufgrund ihrer geringen,
relativen Fläche, die Gesamtraten um nur 3 %. Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Einbau
des Flussholzes zu einer messbaren Erhöhung der lokalen Funktionalität führte, diese aber aufgrund
des geringen Flächenanteils für das funktionale Geschehen des gesamten Flussabschnittes von
untergeordneter Rolle war. Daraus lässt sich für das Management in kiesgeprägten Flüssen ableiten,
dass der Holzanteil ausreichend groß sein muss, um die ökologische Funktionsfähigkeit des gesamten
Flusses substantiell zu verändern.
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Balancing small run-of-river hydropower and ecological continuity:
optimal design tools to preserve fish migratory routes
Stefano Basso¹; Gianluca Lazzaro²; Marina Bovo³; Chris Soulsby⁴; Gianluca Botter³
¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Germany; ² i4 Consulting S.r.l., Padova, Italy; ³ University of
Padua, Padova, Italy; ⁴ University of Aberdeen, Aberdeen, Scotland, UK; Leibnitz-Institute of Freshwater Ecology and
Inland Fisheries - IGB, Berlin, Germany
The international agenda and national strategies on renewable energy foster a further exploitation of
river flows for hydropower production, especially by means of small run-of-river plants. The variety
of incommensurable interests at stake when discharges of river basins are concerned raises questions
on their optimal allocation between contrasting uses and demands tools to provide quantitative
estimates of their effects which can guide water management choices.
In this work, such an analytical tool to reconcile energy production and the conservation of relevant
ecosystem services is presented, and an exemplary application to the design and management of small
run-of-river power plants in streams that are important spawning sites for salmons provided. The tool
is grounded on a probabilistic approach to quantify hydropower production and salmon migration
into spawning streams, and on the concept of Paretian efficiency, which identifies options for which
any improvement in one goal can only be obtained at the detriment of other objectives.
Profitable designs which comply with current environmental regulation determine significant
economic losses without effectively safeguarding salmons’ access to migration routes. On the
contrary, considering the minimum flow discharge a design variable that can assume values higher
than the one set by law, more economically appealing plant configurations which guarantee almost
unaltered hydrologic connectivity between intake and outflow emerge. Results provide general
indications on strategies to design small hydropower plants and preserve specific ecosystem services
regulated by hydrological connectivity. The approach offers an objective basis to identify effective
management and policy actions also when additional ecosystems services are considered.
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Bedeutung der Stechmückenbekämpfung im Spannungsfeld mit dem
Naturschutz
Norbert Becker
Institut für Dipterologie (IfD), Georg-Peter-Süß-Str. 3, 67346 Speyer
Obwohl so klein sind die Stechmücken global gesehen die gefährlichsten Tiere, wenn man bedenkt,
dass jedes Jahr nahezu eine halbe Million Menschen durch einen infektiösen Stechmückenstich
sterben. An erster Stelle ist nach wie vor die Malaria zu nennen, was aber die jährliche Zahl der
Infektionen angeht, laufen die Arbovirosen, wie Dengue, Zika, Chikungunya und West Nile Fieber,
der Malaria den Rang ab. Mit der Ausbreitung der Asiatischen Tigermücke Aedes albopictus in
Deutschland, die ein sehr guter Vektor von wichtigen Arboviren ist, wird die Problematik der von
Stechmücken übertragenen Krankheiten noch verschärft. Es ist eine Frage der Zeit bis unter dem
Aspekt der Klimaveränderung auch in Deutschland von Aedes albopictus Arbovirosen übertragen
werden. Seit 2020 sind die Stechmücken in Deutschland nicht nur Lästlinge, sondern erstmals mit
den ersten Fällen von West-Nil-Fieber beim Menschen von human-medizinischer Bedeutung.
Darüber hinaus sind die Stechmücken der Gattung Aedes (Überschwemmungsmücken) entlang von
Flussläufen und Seen mit Wasserstandschwankungen erhebliche Lästlinge, die die Lebensqualität
stark reduzieren. Es ist daher nicht verwunderlich, dass der Ruf nach der Stechmückenbekämpfung
in Gebieten wie dem Oberrheingebiet laut ist. Oft brüten die Überschwemmungsmücken in
ökologisch wertvollen Gebieten, wie z. B. Auenbereiche mit einer hohen Biodiversität. Eine
Bekämpfung muss daher nicht nur effektiv, sondern vor allem auch umweltverträglich sein. Der
Eingriff muss so vorgenommen werden, dass er den Schutz des Menschen und der Natur
gleichermaßen berücksichtigt. Dies gewährleistet der Einsatz von Formulierungen auf der Basis von
Bacillus thuringiensis israelensis, dessen Eiweiße gezielt nur Mückenlarven abtötet und alle anderen
Organismen unbeschadet lässt. Eine Kartierung der Brutstätten der relevanten Stechmückenarten,
aber auch von seltenen störungsempfindlichen Organismen erlaubt das Erarbeiten einer
Bekämpfungs- und Anwendungsstrategie die von Biologen realisiert nur die Zielorganismen trifft
und somit die plageerregenden Stechmücken auf ein erträgliches Maß reduziert und die Biodiversität
nicht messbar beeinträchtigt. Im Vortrag werden die einzelnen Elemente einer biologischen
Bekämpfung von Culiciden aufgezeigt.
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Requirements for better documenting and understanding biological
invasions using the example of genetic weatherfish Misgurnus sp.
specimen assignment
Christina Belle; Jürgen Geist
Aquatic Systems Biology Unit, Technical University of Munich (TUM)
Early and accurate detection and documentation of non-native species is crucial for the management
of biological invasions, yet accurate species identification is often complicated. One recent example
is the genetic specimen assignment of exotic weatherfish species introduced into Europe. Due to their
hidden life cycles and overlapping meristic features, introduction and establishment of cryptic species
within this genus remained unnoticed in many areas for long time. We use the example of weatherfish
to illustrate and discuss the challenges associated with accurate species identification in this group,
comprising unnamed taxa and ‘hidden’ texts, ongoing taxonomic name changes, incomplete
molecular genetic reference databases, and frequent interspecific hybridisation.
Based on a phylogeny of 289 weatherfish COI barcodes from NCBI and BOLD, the existence of
distinct phylogenetic clusters is evident, proving the general validity of genetic specimen assignment
in this group. Except for the endangered Central European species Misgurnus fossilis and an unnamed
cluster from Vietnam, all groups were polyphyletic. In addition, the clusters did not always reflect
the currently valid species names, illustrating the difficulties to morphologically assign the specimens
belonging to the barcode sequences, even within the native ranges. Haplotype sharing was frequently
observed, as well as specimens only labelled to genus or higher taxonomic levels, all confirming a
partially incomplete and unresolved classical and molecular taxonomy.
We conclude that genetic analysis of type specimens including type regions is mandatory to fully
resolve the underlying taxonomy. This would also facilitate accurate species identification in the
weatherfish group. Such information is crucial in assessing their worldwide distribution, ecosystem
impact, and invasive potential. As molecular genetic databases are constantly growing, new taxa
names are being proposed, and taxonomies are changing in light of new data added, it is obligatory
to consider past publications with regard to the dynamics of species names and phylogenies. We still
recommend early sharing of exotic species records since such knowledge is crucial for the
management of invasive species. A standardisation of the identification keys and molecular methods
used in assigning exotic species would facilitate setting up databases on invasion records in
weatherfishes, as well as in other challenging taxonomic groups.
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Urban wastewater treatment plants as hot spots for the release of
antibiotic resistances to the aquatic environment
Thomas U. Berendonk
Technical University Dresden, Institut für Hydrobiologie
There is increasing public concern regarding the fate of antibiotic resistance genes (ARGs) and
antibiotic resistant bacteria (ARB) during wastewater treatment, their persistence during the treatment
process and potential impacts on the receiving water bodies and in the context of wastewater reuse.
To illustrate the international context of antimicrobial resistance in the aquatic environment, I will
present results of studies that determine the abundance ARGs and an integrase-coding gene in several
wastewater treatment plants (WWTP) from several different European countries. In order to assess
the impact on the receiving water bodies, results on gene abundances in the latter compartment will
also be presented. The results depend on several complementary approaches: metagenomics,
genomics, quantitative PCR and cultivation. Generally, the studies show that antibiotic resistance
genes vary among different European nations and that a considerable diversity of ARGs are released
into the environment via the water cycle.
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Targeted non-invasive bioindicator species detection in eDNA water
samples to assess and monitor the integrity of vulnerable alpine
freshwater environments
Lucas Blattner¹; Stefanie von Fumetti²; Joshua Ebner²; Jakob Zopfi²
¹ Forschungsgruppe Geoökologie/Universität Basel; ² University of Basel
Due to a high number of specialized species and unique environmental conditions, alpine spring
ecosystems are particularly vulnerable to environmental change and human impact. Therefore, the
assessment of ecosystem integrity through habitat monitoring over long periods of time is of
particular importance, especially in protected areas. Bioindication by conventional ecosystem
assessment and monitoring includes sampling whole communities and morphological species
identification. This approach, however, brings along major drawbacks such as high invasiveness, low
reproducibility, low specificity and is relatively time-consuming. To overcome these issues, we
developed a targeted bioindicator species eDNA detection approach for representative freshwater
macroinvertebrate species and contrasted the results with detection through conventional sampling.
Macroinvertebrates of 15 springs, located in the Swiss National Park and the UNESCO biosphere
reserve Engiadina Val Müstair, were sampled using a hand-net and species were morphologically
identified. We selected six spring-bound species: Hygrobates norvegicus, Partnunia steinmanni,
Dictyogenus fontium, Protonemura lateralis, Lithax niger and Wormaldia occipitalis and designed
novel, species-specific qPCR primers and hydrolysis probes. Spring eDNA was collected by filtering
1.5 l water through cellulose nitrate filter funnels and DNA extracts were screened by qPCR for the
selected bioindicator species. Results showed congruence between conventional and eDNA qPCRbased
species detection. The newly developed eDNA based qPCR protocols allow detecting highly
indicative species in alpine springs and represent a non-invasive, sensitive and specific, cost- and
time-effective alternative to conventional biomonitoring approaches. Particularly in protected areas
such as National Parks, the implementation of indicator species detection in eDNA filtered water
samples can be beneficial and fosters sustainable freshwater ecosystem monitoring and assessment.
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Von Gaslöslichkeit über Sättigung bis zur Blasenbildung in Seen:
Vom Arendsee zum Kivusee
Boehrer Bertram
UFZ
Gase in Seen haben besonders durch ihre Bedeutung für den Kohlenstoffkreislauf und damit für das
Klima in letzter Zeit großes wissenschaftliches Interesse bekommen. Darüber hinaus sind natürlich
Gase und deren Austausch mit der Atmosphäre für die Organismen in Gewässern extrem wichtig.
Wir demonstrieren an einigen Beispielseen, welche Gase wesentlich zum Gasdruck beitragen. Wir
besprechen Grundsätzliches wie Löslichkeit, Gasdruck und Sättigung und zeigen, welche Prozesse
den Gasdruck beeinflussen und welche Effekte schließlich Blasenbildung auslösen können. Wir
erläutern den Zusammenhang zwischen Gasdrücken und Blasenzusammensetzung. Anhand von
einigen Seen in Sachsen Anhalt demonstrieren wir die übliche Gasdynamik in Seen ausgehend von
eher üblichen Beispielen zu etwas spezielleren, um dann mit einigen spektakulären Beispielen von
extremen Gasdrücken wie Nyossee, der für seine limnische Eruption berüchtigt ist, die in den 1980er
Jahren 1700 Menschenleben gekostet hat, und Kivusee, dessen immense Menge an gelöstem Methan
seit kurzem zur Stromgewinnung ausgebeutet wird, zu enden.
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Relevance of climate and geography for the distribution of protists -
lessons learnd from a continental lake plankton survey
Jens Boenigk
Universität Duisburg - Essen
Is climate change and in particularly temperature a factor driving distribution pattern of microbial
eukaryotes on a continental scale? If so, past cold-adapted taxa and communities may be conserved
at least partialy in azonal cool islands such as high mountain ranges. Alternative strategies preventing
or buffering local extinctions upon warming could be high dispersal capabilities with respect to either
geographic distance or habitat type or both. High geographic dispersal capabilities should be reflected
by a missing or negligible biogeography of taxa while a high capability to invade potential retreat
habitats should be reflected by a high taxon overlap between these habitats. We investigated these
aspects based on the molecular diversity of lake plankton on a European scale. Our analyses
demonstrate that protists have a restricted geographical distribution even though biogeographic
pattern do not mirror pattern known from macroorgansims. In particular, many OTUs were found
exclusively in high mountain lakes and several putatively endemic OTUS occurred in mountain
regions. High proportions of region-specific alpine OTUs indicate an increased occurrence of distinct
lineages within each mountain range and thus, suggested either separated glacial refugia or postglacial
diversification within mountain ranges. However, a few alpine specialists were shared
between mountain ranges suggesting a post-glacial recolonization from a common lowland pool.
Regarding the ability to invade different habitats we show that the overlap of organisms co-occurring
in freshwater and soil habitats is surprisingly low. Even though closely related taxa occur in both
habitats distinct OTUs were mostly habitat–specific and most OTUs occur exclusively in either soil
or freshwater. The distribution pattern of the few co-occurring lineages indicates that their presence
in both habitat types is probably based on a stochastic drift of particularly abundant but habitatspecific
taxa rather than on established populations in both types of habitats. In sum, these analyses
demonstrate the potential and limitations of microbial eukaryotic taxa to respond to climate and
temperature change.
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Gütewirtschaftliche Konsequenzen veränderter
Bewirtschaftungsvorgaben für die Talsperre Kelbra - eine
Modelluntersuchung
Dirk Böhme
BWWU Büro für Wasserwirtschaft und Umwelt
Die Talsperre (TS) Kelbra in Sachsen-Anhalt (604 ha, 12,5 Mio. m³) wurde 1962-1966 errichtet und
dient primär dem Hochwasserschutz. Nebennutzungen waren von Anfang an Speisekarpfenmast
(inzwischen aufgegeben) und Erholung (Baden, Camping, Segelsport). Zur Freimachung von HWSchutzraum
wird die Sperre alljährlich im Herbst weitgehend entleert und im Frühjahr wieder gefüllt.
Der sommerliche Stauwasserkörper bringt seit der Inbetriebnahme trotz deutlicher Reduzierung der
externen Nährstoffeinträge sowohl extreme Cyanobakterienblüten als auch gelegentliche
Makrophyten-Massenentwicklungen hervor. Die zügige Leerung der TS ist nicht ohne erhebliche
Biomasse- und Feststoffeinträge in den unterliegenden OWK der Helme möglich. In den letzten
Jahren wurden von unterschiedlichen Interessenten (Ornithologen, Anglerverband, Segler)
spezifische Forderungen zum Betriebsregime zugunsten der jeweils verfolgten Zwecke vorgebracht
und teilweise sehr konfrontativ präsentiert. Im Ergebnis gibt es massive Zielkonflikte, die bei der
Neufassung des Bewirtschaftungsplanes der TS zu bewältigen sind. Daher war es naheliegend, die
möglichen gütewirtschaftlichen Konsequenzen unterschiedlicher Bewirtschaftungsregimes mit
einem Gütemodell zu untersuchen. Unter Nutzung der frei verfügbaren Modellsoftware AQUATOX
(U.S. EPA) wurde ein ökologisches Modell eines polymiktischen Flachsees mit mehreren trophischen
Ebenen aufgebaut und angepasst. Die damit gerechneten Varianten repräsentieren sowohl
unterschiedliche Steuervarianten (veränderte Mengenverteilung TS-Zufluss/Umfluter, veränderte
Stauziele und –zeiträume, jeweils für eine Folge von charakteristischem Nass-, Mittel- und
Trockenjahr) als auch retrospektive Rechenläufe einer realen 12-jährigen Reihe mit reduzierten
Nährstoff-Eintragsfrachten (durch Flussgebietsmanagement beeinflussbar) und modifizierten
hydrometeorologischen Rahmenbedingungen (nicht beeinflussbare externe Steuergrößen,
Klimawandel). Im Vortrag werden die Modellstruktur und ausgewählte Modellergebnisse vorgestellt
und diskutiert. Schwerpunkte bilden dabei die Cyanobakterienblüten, das erlangte Systemverständnis
sowie die Grenzen der Beeinflussbarkeit und Vorhersagbarkeit einzelner Effekte in einem singulären,
extrem dynamischen Staugewässer.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Ausbreitung der Krebspest Aphanomyces astaci über 2 Jahre in einem
Gewässersystem mit Edelkrebsen und Steinkrebsen – Einfluss von
Gewässerbarrieren sowie Hinweise auf menschliche und tierische
Vektoren
Jürgen Böhmer
Bioforum GmbH, Sudetenstr. 34, 73230 Kirchheim/Teck, juergen.boehmer@uni-hohenheim.de
Keywords: Krebspest, Flusskrebse, Ausbreitung, Neobiota, Edelkrebs, Steinkrebs
Einleitung
„Krebspest“ ist eine Bezeichnung für den Eipilz Aphanomyces astaci sowie die durch diesen
verursachte Krankheit. Trotz Ähnlichkeiten mit Pilzen handelt es sich nicht um einen solchen sondern
sie ist näher mit Braun- und Kieselalgen verwandt (Söderhäll & Cerenius, 1999). A. astaci wurde in
Europa in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts durch nordamerikanische Flusskrebse
eingeschleppt, die sich zwar infizieren, aber in der Regel kaum beeinträchtigt werden. In der Folge
starb ein Großteil der einheimischen Flusskrebsbestände aus (Alderman 2003, Holdich, Reynolds,
Souty‐Grosset, & Sibley 2009).
Der Erreger dringt in die Kutikula aller Flusskrebse ein, das Hyphenwachstum wird in den resistenten
nordamerikanischen Krebsen aber durch Melanisierung blockiert, während es in den heimischen
Flusskrebsarten (Edelkrebs Astacus astacus, Steinkrebs Austropotamobius torrentium sowie
Dohlenkrebs Austropotamobius pallipes) in die inneren Gewebe vordringt, was zum raschen Tod
führt. Aphanomyces astaci verbreitet sich durch begeißelte Zoosporen, die mittels Chemotaxis
innerhalb von 2-8 Wochen Überlebensdauer einen neuen Wirt finden müssen. Während dieser Zeit
können sie sich mehrfach enzystieren und erneut schlüpfen (Alderman 2003, Söderhäll & Cerenius,
1999).
Bislang ist vieles zur Ausbreitung, möglichen Vektoren, Reservoirwirten, oder möglichem Überleben
des Erregers außerhalb von Flusskrebsen noch nicht erforscht. Eine Zusammenfassung aller
relevanten Informationen zu A. astaci finden sich beispielsweise in Svoboda et al. (2017) und OIEWorld
Organisation for Animal Health (2018)
Im September 2019 wurde die Krebspest in Edelkrebsen des Trinkbachs (Landkreis Esslingen nahe
Stuttgart) nachgewiesen und bis zur Niederschrift dieser Publikation (November 2021) weiter
beobachtet. Diese Fallstudie soll das Grundlagenwissen zur Krebspest erweitern und zum Schutz
einheimischer Flusskrebse beitragen.
Material und Methoden
Sofort nach der Entdeckung erster toter Krebse wurde eine engmaschige Kartierung des betroffenen
Baches und dessen Zuflüsse vorgenommen. Zusätzlich wurden die bekannten Flusskrebsvokommen
48
des Vorfluters und dessen Zuflüsse überprüft. Aufgrund einer zuvor im selben Jahr erfolgten
Kartierung im 1-2 km-Raster waren die Flusskrebsvorkommen in diesem Einzugsgebiet bekannt
(Böhmer & ILN 2021, vgl. Abb. 1). Um die Absterbefront der Flusskrebse zunächst grob
einzugrenzen wurde bachabwärts - von den obersten bekannten Flusskrebsvorkommen bis zum
Fundort der ersten toten Krebse - alle 300-600m nach vitalen Krebsen gesucht. Nachfolgend wurde
der Trinkbach von der Mündung bis zum selben Punkt komplett abgelaufen, um tote Flusskrebse zu
erfassen.
Zur genaueren Ermittlung der Absterbefront wurde direkt danach der Bereich von etwa 200 m
oberhalb des letzten untersten Nachweises vitaler Krebse bis zum obersten Fundpunkt toter Krebse
abgelaufen (bachabwärts, mit gewechselter desinfizierter Ausrüstung!). Diese Suche wurde weiterhin
in Intervallen von 2-3 Wochen wiederholt, außer Mitte Dezember bis Ende Februar und sofern kein
Hochwasser herrschte. Falls dabei keine lebenden Krebse mehr vorzufinden waren, erfolgte eine
erneute Suche weiter oberhalb. Zur Bestätigung des Negativnachweises wurden dann am letzten Ort
der Lebendnachweise zusätzlich beköderte Reusen über eine Nacht ausgebracht (mind. 5 Stück des
Typs Pirat mit Katzentrockenfutter). Falls sterbende Krebse gesichtet wurden, wurde der oberste
Fundort als Absterbefront angenommen, andernfalls die Mitte zwischen unterstem Nachweisort
lebender Krebse und oberstem Totfund. Bei stagnierender Absterbefront (z.B. an Wanderbarrieren)
wurden Reusen zum schonenderen und punktgenaueren Nachweis lebender Krebse eingesetzt.
Die Desinfektion der Stiefel und Gerätschaften erfolgte meist durch Säubern mit anschließendem
komplettem Durchtrocknen über mindestens zwei Tage. Hände und Arme wurden mit 80%igem
Isopropylalkohol desinfiziert. Zur Bearbeitung mehrerer Gewässer am Tag wurden
Mehrfachausrüstungen mitgeführt. In Einzelfällen erfolgte eine Desinfektion der Stiefel, Kescher etc.
im Gelände.
Der definitive Nachweis der Krebspest erfolgt üblicherweise mittels real-time PCR (Kozubikova &
al 2011, OiE 2017; Vrålstad & al 2009), für die vorliegende Studie zunächst am Institut für
Umweltwissenschaften der Universität Koblenz-Landau oder später auch am CVUA (Chemisches
und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart).
Zur Blockade der weiteren Ausbreitung der Krebspest wurden im Zusammenwirken mit den
zuständigen Gemeinden, dem Landratsamt Esslingen und dem Regierungspräsidium Stuttgart
mehrere temporäre Wanderbarrieren aus Holz mit einem Überzug aus Teichfolie errichtet (zwischen
15 und 50 cm Stauhöhe, Termine s. Ergebnisse).
Ergebnisse
Erstnachweis und Verbreitung der Krebspest zu Beginn der Untersuchungen
Mittels PCR wurde die Kamberkrebsvariante der Krebspest festgestellt, obwohl im gesamten
Einzugsgebiet des Vorfluters weder Kamberkrebse noch andere nicht-einheimische Flusskrebse
nachgewiesen werden konnten. Folglich muss von einer Einschleppung der Krankheit über einzelne
freigelassene Krebse, Fischbesatz, kontaminierte Geräte oder sonstige Tiere etc. ausgegangen
werden. Die bekannte Verbreitung der einheimischen Edel- und Steinkrebse ist in Abb. 1 dargestellt.
Kamberkrebse befanden sich erst mehrere km westlich des Kartenausschnitts (ein See sowie Fluss
Neckar).
Das Ergebnis der Suche nach lebenden und toten Flusskrebsen im September 2019 zeigt Abb. 2. Die
Obergrenze toter oder sterbender Flusskrebse befand sich 100 m oberhalb der Erstbeobachtungsstelle
49
an einem Naturabsturz (Sediment-hinterfüllte Totholzansammlung, s. Foto in Abb. 2). Fünf Meter
oberhalb dieses Absturzes lebten noch gesund erscheinende Edelkrebse (Reusennachweise).
Unterhalb davon (im Bereich der bachabwärts treibenden Krebspestsporen!) waren weder im
Trinkbach, noch den nachfolgenden Lindach und Lauter Flusskrebse nachweisbar, auch keine der
invasiven Arten. Im Jahre 2017 wurde jedoch eine einzelne Wollhandkrabbe in der Lauter gefunden
(s. Ortsmarkierung in Abb. 1; Bildbeleg eines Mitglieds des örtlichen Fischereivereins).
Abb. 1: Verbreitung der Flusskrebse im Untersuchungsgebiet vor Ausbruch der Krebspest (Böhmer
& ILN 2021 für das Jahr 2019 und eigenen nicht publizierten Beobachtungen über Jahre
davor) sowie Ort der Erstbeobachtung der Krebspest.
In einem Versuch zur Blockade der weiteren Ausbreitung der Krebspest wurden Ende September drei
temporäre Wanderbarrieren 40, 60 und 100 m oberhalb des Naturabsturzes errichtet (s. Abb. 2).
Weitere Ausbreitung der Krebspest
In den folgenden 4-5 Monaten wurde konnte keine weitere Ausbreitung des Krebssterbens beobachtet
werden. Reusenfänge direkt oberhalb der untersten Barriere lieferten bis Mitte Dezember noch den
Nachweis zahlreicher vitaler Edelkrebse, während diese unterhalb davon weder mittels Reusen, noch
händischer Suche nachweisbar waren. Bis Ende März waren dann wegen Winterruhe und anhaltenden
Hochwässern (bis etwa fünfjährlich!) keine Nachweise möglich. Danach waren die Ufer um die
Barrieren herum erodiert. Die Barrieren waren somit durchgängig geworden. In der Folgezeit
gelangen dort keine Nachweise lebender oder toter Krebse mehr, jedoch ließen sich Anfang April
vitale Krebse 200 m oberhalb der Barrieren nachweisen.
Der durch die ausbleibenden Nachweise bei den Sperren aufgekommene Verdacht auf ein weiteres
Fortschreiten der Krebspest bestätigte sich in der nachfolgenden Niedrigwasserphase Ende April am
50
Ort der zuvor genannten Lebendnachweise: Es wurden ca. 45 Edelkrebse >5cm Körperlänge auf ca.
20 m Bachlänge im dortigen Poolbereich gefunden, darunter einige eiertragende Weibchen. In einem
erneuten Versuch die Krankheit aufzuhalten, wurden vier weitere Sperren eingebaut, drei in den
Trinkbach und eine weitere in den mit Steinkrebsen besiedelten Seebach (s. Abb. 3).
Abb. 2: Von der Krebspest betroffene Gewässerbereiche bis zur Zeit der Erstbeobachtung im
September 2019. Tote Flusskrebse oder Reste davon waren nur bis etwa 600 m unterhalb der
Erstbeobachtungstelle aufzufinden, aufwärts bis zu einem Naturabsturz 100 m oberhalb.
Unterhalb davon gelangen keine Flusskrebsnachweise mehr, auch nicht mehr in den
untersten Abschnitten der verbundenen Gewässer (jeweils bis zur untersten
Wanderbarriere). Daher wurden alle diese Bereiche als Krebspest-betroffen klassifiziert. Die
Untergrenze vitaler Krebse befand sich jeweils direkt oberhalb all dieser Wanderbarrieren.
Die weitere Ausbreitung der Absterbefront bis September 2021 zeigt Abb. 3. Aufgrund der lang
anhaltenden Niedrigwasserphasen (meist unter MNQ) waren tote oder sterbende Krebse gut
auffindbar (s. auch Abb. 5). Die jeweiligen Bereiche sterbender Krebse konnten daher meist auf 10-
20m genau festgestellt werden. In den folgenden 8 Wochen bis Mitte Juni 2020 verlagerte sich dieser
Bereich um ca. 250 m bachauf (entspricht durchschnittlich rund 30 m pro Woche), war somit aber
immer noch knapp 200 m unterhalb der einen Monat zuvor errichteten Sperren.
Ende Juni, nur eine Woche später wurde der erste tote Edelkrebs oberhalb aller Sperren im Trinkbach
gefunden. Die ausgiebige Nachsuche ergab nur tote Krebse im Trinkbach unterhalb der
Seebachmündung und nur vitale Krebse oberhalb davon. Im Seebach lag die neue Absterbefront etwa
1,5 km oberhalb der eine Woche zuvor ermittelten, am Rand des Ortes Holzmaden.
51
In den folgenden zwei Monaten breitete sich die Krebspest wieder langsamer aus (rund 100 m/Woche
im Steinkrebsbestand des Seebachs und rund 20 m/Woche im Edelkrebsbestand des Trinkbachs), bis
Mitte September ein erneuter Sprung über 1,2 km im Trinkbach erfolgte (s. Abb. 3). Dieser ging bis
kurz unterhalb der Ortschaft Ohmden.
Abb. 3: Von der Krebspest betroffene Gewässerbereiche von April 2020 bis September 2021 (Stand
jeweils für die Monatsmitte). Mit Ausnahme zweier plötzlicher großer Sprünge Ende Juni
2020 (1,5 km in den Seebach, s. Stand Mitte Juli) und September 2020 (1,2 km aufwärts im
Trinkbach) wanderte die Absterbefront nur langsam aufwärts, insbesondere im Jahr 2021.
Beim ersten Sprung wurden auch die vier im Mai 2020 errichtete Sperren überwunden (1 im
Seebach, 3 unterhalb davon im Trinkbach). Rote Linie für September 2020: Weg eines kurz
danach badend beobachteten Hundes entlang der Bäche (s. Abb. 4).
52
Mitte Oktober lagen die Absterbefronten beider Gewässer jeweils innerhalb der Ortschaften. Bedingt
durch die dort überwiegend mangelhafte Gewässerstruktur und kleineren Gewässergrößen, waren die
Krebsdichten dort viel geringer und somit die Nachweise lebender oder toter Krebse schwieriger.
In den folgenden 12 Monaten verlangsamte sich die weitere Ausbreitung stark. Die dadurch
verkleinerten Absterbebereiche in Verbindung mit häufigeren Hochwässern und nur noch kurzen
Niedrigwasserphasen führten dazu, dass nur noch selten absterbende oder tote Flusskrebse gefunden
werden konnten. Daher konnten die Absterbefronten fast nur noch über die untersten
Lebendnachweise bestimmt werden, was bei den geringen Krebsdichten Ungenauigkeiten von bis
über 100 m verursachte.
Über den Winter erfolgte dabei bis April kaum eine weitere Ausbreitung der Krebspest (Seebach ca.
100 m, Trinkbach ca. 200 m). Auch danach, von April bis September 2021, schritt die Krebspest viel
langsamer voran als im Sommer 2020 (Seebach und Trinkbach jeweils ca. 200-250 m, s. Abb. 3).
Insgesamt bedeutet dies eine durchschnittliche Ausbreitung von rund 10 m/Woche im Sommer 2021
gegenüber den 20 bis 100 m/Woche im Sommer zuvor (ohne Einbeziehung der großen Sprünge).
Pilotversuch zum Nachweis der Krebspest bei Bachflohkrebsen
Um die Möglichkeit der Übertragung der Krebspest durch Gammariden zu prüfen, wurden in einem
Pilotversuch am 2.5.20 von 20 m unterhalb des Trinkbach-Absterbebereichs und am 2.7.20 von 150
m unterhalb des neuen Trinkbach-Absterbebereichs je 10 Bachflohkrebse (Gammarus fossarum) per
PCR auf Krebspest-DNA geprüft. In beiden Fällen war die Krebspest nachweisbar (6 von 10
Flohkrebsen beim ersten und 4 von 10 beim zweiten Termin).
Diskussion
Ursache und Beginn der Krebspest
Zum Zeitpunkt der Erstuntersuchung der Krebspest waren nur auf etwa 50-70m komplette tote oder
noch sterbende Krebse, und auf weiteren 900m stromab fortschreitend weiter zerfallene Krebsreste
aufzufinden, und darunter nichts mehr. Dies lässt darauf schließen, dass sich A. astaci mindestens seit
einiger Zeit fortschreitend stromauf ausgebreitet hat. Da 800m unterhalb der Absterbefront 9 Wochen
zuvor im Rahmen eines Monitorings noch vitale Krebse aufgefunden worden waren (Böhmer, J. &
ILN Südwest 2021) muss die Krankheit mit mindestens rund 90m/Woche vorangeschritten sein.
Rund 1 km weiter stromab (und überall darunter) waren bei diesem Monitoring im Gegensatz zu
früheren Jahren keine Flusskrebse auffindbar gewesen. Wahrscheinlich war dort die Krebspest zu
dieser Zeit schon durchgegangen. Es ist also gut möglich, dass die Krankheit weit unterhalb ihren
Ausgang nahm und sich schon Monate bis Jahre aufwärts ausgebreitet hat. Ein Kandidat für den
Ausgangspunkt der Krebspest wäre zwar die die 2017 aufgefundene Wollhandkrabbe, aufgrund der
damals geringen Krebsdichten an diesem weit unterhalb gelegenen Ort (höchstens Einzeltiere, s.
Abb. 1) ist es sehr unwahrscheinlich, dass die Krankheit von dort ausging. Aber die Wollhandkrabbe
könnte viel weiter oben entlaufen oder ausgesetzt worden sein.
Ausbreitung und Ausbreitungsgeschwindigkeit
Da die Schwimmleistung der Zoosporen von Aphanomyces astaci nicht ausreicht, gegen die
Strömung im Fließgewässer anzuschwimmen, erfolgt die Ausbreitung der Krankheit stromab zwar
mit der Geschwindigkeit des strömenden Wassers, kann stromauf aber nur durch die infizierten
Krebse selbst, oder durch an Vektoren anhaftende Sporen erfolgen (Nylund & al. 1993). Als Vektoren
53
kommen unter anderem Fische sowie Makroinvertebraten in Frage (Alderman & al. 1987, Rennerfelt
1936), sogar auch durch Fischkot nach Verzehr von infizierten Krebsen. Der Kot diverser getesteter
Fischarten erwies dann noch als infektiös, nicht jedoch bei warmblütigen Tieren, da bei 37°C nach
12 Stunden keine infektiösen Sporen von Aphanomyces astaci mehr aufzufinden waren (Oidtmann
et al. 2002). Für Fische konnte in vitro sogar eine Weiterentwicklung von A. astaci auf Salmoniden-
Schuppen beobachtet werden (Häll und Unestam 1980, Halder und Ahne 1988). Häufig ist auch der
Mensch für die Übertragung der Krebspest verantwortlich. Durch den Gebrauch von Netzen,
Watstiefeln, Geräten oder Transportkisten können Zoosporen verschleppt werden (Alderman & al.
1987).
Ferner ist auch eine Übertragung durch anhaftende Sporen an Vögeln und anderen Wildtieren
denkbar, Unestam (1973 a) konnte jedoch beobachten, dass bei Seen, die nur durch Tierfluktuation
in Kontakt miteinander standen, keine Übertragung des Erregers durch Wasservögel und Säugetiere
stattfand. Auch die eigenen Beobachtungen sprechen dafür, da in den ersten vier Monaten der Studie
häufig Wechsel von Enten und Reihern über die Barriere zwischen den infizierten und nicht
infizierten Bereichen beobachtet wurden, und auch Waschbärenspuren häufig angetroffen wurden,
ohne dass die Krankheit übertragen wurde. Vermutlich perlt an den Wildtieren so viel Wasser ab (im
Gegensatz zu langhaarigen Hunden), dass die Anzahl übertragener Sporen nicht für eine Infektion im
Fließgewässer ausreicht (LD50 von 3 Sporen pro ml im Labor nach Unestam & Weiss 1970).
In den Sommerhalbjahren erfolgte die Ausbreitung langsam (< 100 m pro Woche, überwiegend aber
nur 10-20 m/Woche) oder in plötzlichen Sprüngen bis über 1 km, wobei auch Barrieren überwunden
wurden. In den Winterhalbjahren (Oktober bis März) kam die Ausbreitung praktisch zum Stillstand.
Ohne die Sprünge wurden im Sommer 2020 ca. 600 m stromauf überwunden, im Sommer 2021
dagegen nur 200-250 m. Andere Studien nennen mit 3 km/Jahr (Westman & Nylund 1979), über
1,5 km monatlich (Hastein & Gladhaug 1972) bis zu 20-25 km pro Jahr (Mannsfeld 1942) deutlich
höhere Geschwindigkeiten, die selbst mit den Sprüngen nicht erreicht wurden. Dies könnte daran
liegen, dass der Trinkbach im Gegensatz zu den anderen Studien wegen den extrem trockenen Jahren
2018-2020 nur eine sehr geringe Dichte an Fischen als Vektoren aufwies, die zudem relativ
standortstreu sind (Bachforellen, Groppen und Bachschmerlen) und oft mangels Wasser nicht
wandern konnten.
Weitere Faktoren bei der Ausbreitungsgeschwindigkeit sind die Wasserführung, Temperatur,
Krebsbestandsdichte sowie auch die Krebspestvariante (Oidtmann & Hoffmann 1998, Svoboda & al.
2017). In der vorliegenden Untersuchung handelte es sich um die überwiegend als weniger virulent
beschriebene Variante der Krebspest, die vom Kamberkrebs übertragen wird, während in den meisten
der zuvor beschriebenen Fällen die Krebspest vom Signalkrebs ausging. Die
Ausbreitungsgeschwindigkeit war dabei im Jahr 2020 bei höheren Populationsdichten und viel
niedrigeren Wasserständen deutlich größer als 2021.
Diese beobachteten großen Sprünge müssen jedoch durch Vektoren verursacht worden sein, nicht
aber durch Fische, weil die überwundenen Barrieren für Fische höchstens bei Hochwasser
überwindbar waren, und der zweite Sprung zudem in einer längeren Phase extremen Niedrigwassers
erfolgte, in der die Riffles für Fische nicht passierbar waren. Als wahrscheinlichste Vektoren kommen
Hunde in Frage, weil an den bachbegleitenden Wegen in den entscheidenden Bereichen ständig
unangeleinte Hunde zu sehen waren und an schönen Tagen mehr als 1 badender Hund pro Stunde
beobachtet werden konnte (trotz Beschilderungen, Zeitungsartikel sowie Allgemeinverfügungen mit
Anleinpflicht für Hunde und Bachbetretungsverboten; s. auch Abb. 3 für September 2020 sowie Abb.
4).
54
Wirksamkeit von Barrieren
Die Krebspest breitete sich in die Zuflüsse nur bis zu den ersten Wanderbarrieren aus, einer
Verdolung mit Absturz sowie einer langen glatten Rampe, obwohl direkt oberhalb davon heimische
Flusskrebse vorhanden waren. In den zwei Untersuchungsbächen ohne künstliche Barrieren konnte
sich die Krankheit jedoch ungehindert ausbreiten. Nur durch eine sedimenthinterfüllte
Totholzverklausung und die temporären Sperren wurde die weitere Ausbreitung über mehrere
Monate verhindert, bis sie durch Hochwässer durchgängig wurden.
Insgesamt wurde die Ausbreitung der Krebspest über den Wasserweg also durch Barrieren wirksam
verhindert solange sie undurchgängig für die heimischen Krebse und die vorhandenen Fische waren.
Abb. 4: Badender Hund inmitten von an der Krebspest verendeter Edelkrebse im Trinkbach (links)
und typische Situation in den dortigen Gumpen am selben Tag: Auf etwas über einem m2
fotografierter Fläche waren 16 frisch verendete Edelkrebse deutlich erkennbar (rote Kreise).
Bei der äußerst geringen Wasserführung von < 0,5 l/sec zu dieser Zeit muss von einer extrem
hohen Sporenkonzentration im Wasser ausgegangen werden, welche im Fell des Hundes
haften blieben. Das Tier war an diesem Tag mit seinen Besitzern unangeleint im kompletten
Bereich der beobachteten Krebspest-Sprünge beider Bäche unterwegs (s. Abb. 3).
Empfehlungen für den Bau temporärer Sperren
Über die angenommenen Grundanforderungen hinaus (Mindestabsturzhöhe von 20 cm,
Mindesteinbautiefe von 20 cm, Sicherung der Sperrenbretter mit Eisenstangen sowie möglichst
schwer überwindbare Uferbereiche) können aus den Erfahrungen mit den temporären Sperren weitere
Empfehlungen für deren Funktionstüchtigkeit abgeleitet werden:
• Flussbausteine unterhalb des Absturzes: Diese sind notwendig, um eine Auskolkung und
Unterspülung hinter der Barriere zu verhindern. Wenn durch die Steine die Wassertiefe im
Unterwasser sehr falch gehalten wird, können Fische die Barriere nicht überspringen.
• Flussbausteine zur Ufersicherung am Rand: Ufererde und Kies allein konnten eine Ufererosion
mit nachfolgender Umspülung der Barrieren nicht verhindern, Flussbausteine verhinderten das.
• Anrampen mit Sediment oberhalb bis zur Sperrenoberkante: Dadurch wird bei Hochwasser der
Pralldruck des Wassers und des mitgeführten Totholzes vermindert, und es verhindert
Totholzstaus oberhalb.
55
• Überzug der Holzbretter mit Teichfolie: Die glatte Folie verhindert ein Überklettern durch
Bachflohkrebse.
Die beobachteten Ausbreitungssprünge können dadurch natürlich nicht verhindert werden, so dass
derartige Sperren nur bei geringem Publikumsverkehr erfolgsversprechend sein können.
Ausblick und offene Fragen
Die weitere Ausbreitung der Krebspest im Untersuchungsgebiet sollte auf jeden Fall überwacht
werden, vor allem um gegebenenfalls die Gewässernutzungsbeschränkungen aufrecht zu erhalten,
und um das Risiko einer Übertragung auf weitere Bäche zu minimieren.
Es steht zu erwarten, dass die Krebspest oberhalb der nur dünn mit Flusskrebsen besiedelten
innerörtlichen Bereiche wieder schneller voranschreiten und damit auch wieder leichter zu
beobachten sein wird. Bei den noch nicht infizierten ungefähr 1,7 km Edelkrebsbestand im Trinkbach
und rund 2 km Steinkrebsbestand im Seebach kann es aber noch durchaus 2 Jahre dauern bis die
kompletten Populationen ausgelöscht sind, und damit auch die Krebspest erlischt. Im Seebach besteht
aber die Hoffnung, dass die Krebspest in einem 200 m langem krebsfreien und großenteils verdolten
Abschnitt unterhalb der Autobahn und der benachbarten ICE-Trasse zum Stillstand kommt, so dass
ein Rest bestand oberhalb überleben könnte.
Aus den Untersuchungsergebnissen ergab sich eine Reihe von Fragen, die für Maßnahmen gegen die
Krebspest wichtig sein könnten. So breitete sich die Krankheit auch bei extremem Niedrigwasser
kontinuierlich weiter aus, als die Riffles über einige Wochen nicht mehr für Fische passierbar waren
und Wasser manchmal nur noch in den Pools vorhanden war. Die Flusskrebse waren nicht mehr
auffindbar, überlebten diese Zeiten aber in Wohnröhren und unterspülten Ufern, und einige konnten
über Nacht in den Pools sogar noch mit Reusen gefangen werden. Aber lebende Bachflohkrebse
Gammarus fossarum waren in den Riffles immer noch aktiv sobald auch nur eine minimale
Wassermenge floss. PCR-Pilotanalysen ergaben positive Krebspestnachweise in Gammarusproben.
Stellen Bachflohkrebse (und anderes mobiles MZB?) also entscheidende Vektoren für die Krebspest
dar?
Ein weiteres Rätsel stellt das Wiederaufflammen der Krebspest im Frühjahr 2020 dar: Wie konnten
die Erreger überleben nachdem ein Massensterben der Edelkrebse unterhalb der Barrieren erfolgt
war, diese danach dort auch nicht mehr nachweisbar waren, während sie wenige Meter oberhalb noch
drei Monate lang (bis Mitte Dezember) in mehreren Exemplaren pro Nacht ohne
Krankheitssymptome in die Reusen gingen? Konnten doch noch einzelne infizierte Flusskrebse
unterhalb überleben obwohl dort kilometerweit kein permanenter Zufluss als Refugium existierte?
Oder waren die Krebse oberhalb schon symptomlos infiziert, aber die Krankheit brach über
mindestens ein Vierteljahr nicht aus? Beides ist nach bisherigen Erkenntnissen aus der Literatur eher
unwahrscheinlich. Eine weitere Möglichkeit wird deutet eine polnische Studie an: Nach (allerdings
nur lichtmikroskopischen) Befunden von Czeczuga & al. (1999) wächst und sporuliert A. astaci
gelegentlich auf toten Makrozoobenthosorganismen, unter anderem auf dem im Trinkbach
dominanten Gammarus fossarum.
Zusammenfassung/Schlussfolgerungen
Im Trinkbach bei Stuttgart wurde im September 2019 mittels PCR die Kamberkrebsvariante der
Krebspest trotz Abwesenheit nicht-einheimischer Flusskrebsarten nachgewiesen und zwei Jahre lang
weiter verfolgt (Beobachtungen sowie Hand- und Reusenfänge). In einem Versuch die weitere
Ausbreitung stromauf zu verhindern, wurden temporäre Barrieren in den Bach eingebaut, welche
56
zunächst die Ausbreitung aufhielten, nach starken Hochwässern aber nicht mehr funktionstüchtig
waren. In der Folge schritt die Krebspest stromauf wieder voran, durchschnittlich mit 10 bis
100 m/Woche in den Sommerhalbjahren und weniger als 100 m im Winterhalbjahr. Zusätzlich traten
zwei Ausbreitungssprünge auf (über 1,7 und 1,2 km). Für die Sprünge müssen tierische oder
anthropogene Vektoren angenommen werden, wahrscheinlich Hunde. Ohne diese Sprünge betrug die
zurückgelegte Gesamtstrecke nur 600 m im Sommer 2020 und 200-250 m im Sommer 2021, deutlich
weniger als die 3-25 km/Jahr laut Literatur. Dies könnte an Fischen als Vektoren liegen, die im Falle
der vorliegenden Studie weitgehend ausgeschlossen werden können. Hier gibt es aber Hinweise
darauf, dass Gammarus fossarum als Vektor beteiligt sein könnte. Insgesamt stellten sich
Wanderbarrien als geeignet heraus, die Krebspest stromauf aufzuhalten, sofern keine Sprünge über
diese hinweg erfolgen. Daher werden Empfehlungen zur Errichtung temporärer Sperren gegeben.
Danksagung
Diese Arbeit wurde im Auftrag und finanzieller Unterstützung des Regierungspräsidiums Stuttgart
durchgeführt. Den Gemeinden Kirchheim/Teck und Holzmaden danke ich für die Errichtung der
temporären Sperren sowie Dr. Anne Schrimpf / Uni Landau sowie Dr. Elisabeth Nardy / CVUA
Stuttgart für die PCR-Nachweise.
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
58
Wie lässt sich durch die energetische Nutzung von Seen nicht nur
Energie gewinnen, sondern auch die Wasserbeschaffenheit des
Seewassers verbessern ?
Klaus-Jürgen Boos
Büro für Gewässerkunde und Landschaftsökologie
Ausgangssituation
Seen können energetisch genutzt werden, indem mittels Wärmepumpen dem Seewasser Wärme
entzogen und zum Beispiel auf ein Heizsystem bzw. eine Warmwasserversorgung übertragen wird
oder indem kaltes Seewassers direkt zur Raumkühlung (Klimatisierung) eingesetzt wird. Das
Verfahrensprinzip der thermischen Nutzung von Seewasser ist mittlerweile vielfach erprobt.
Zwangspunkte der Umsetzung
Die geothermische Seewassernutzung begegnet Widerständen, wenn negativen Folgen für die
Seewasserbeschaffenheit entstehen können. In Seen sind anthropogene Veränderungen der
Seewassertemperatur zu vermeiden. Dies gilt um so mehr für Seen, deren Größe 50 ha überschreitet
und für die nach EU-WRRRL ein Verschlechterungsverbot oder sogar ein Verbesserungsgebot gilt.
Differential Cooling als Vorbild für Kompensationsmaßnahmen
Ein wichtiges Steuerungselement für den Temperatur- und Sauerstoffhaushalt eines Sees ist das
sogenannte Differential Cooling, worunter die verstärkte Abkühlung des Seewassers in flacheren
Uferbuchten zum Beginn der Zirkulationsphase im Herbst verstanden wird. Dieses kältere Wasser
fließt in die tieferen Seebereiche ab und intensiviert damit das Zirkulationsgeschehen sowie den
Sauerstoffeintrag in den Tiefenwasserkörper. Der Effekt des Differential Cooling kann bei der
geothermischen Seewassernutzung durch eine für den Einzelfall optimierte Entnahme- und
Rückleitungstechnik adäquat nachgebildet werden, so dass mit der energetischen Nutzung des
Seewassers zugleich eine Verbesserung der Seewasserqualität ermöglicht wird.
Projektbeispiel
An einem Projetbeispiel kann gezeigt werden, wie - bei gleichzeitiger Verbesserung der
Seewasserbeschaffenheit - mittels geothermischer Nutzung eines ca. 20 ha großen, 24 m tiefen
ehemaligen Baggersees ein Bürogebäude mit 70.000 m2 Bürofläche teilweise beheizt und klimatisiert
werden kann. Grundlage für eine nachhaltige, güteneutrale oder güteverbessernde Nutzung ist die
limnologische Erfassung der jeweiligen Gegebenheiten, wie:
59
• die tolerierbare Abkühlung und Erwärmung des Seewasserkörpers
• die Beeinflussung der Zirkulationseffekte
• das Ausmaß der Stofftransportprozesse
• die biotischen und abiotischen Wechselwirkungen.
Im Ergebnis wurden insbesondere bei einer an das jahreszeitliche Einschichtungsverhalten des Sees
angepassten Entnahme und Rückleitung des Seewassers deutliche Verbesserungen für die
Wasserqualität im Vergleich zum Istzustand prognostiziert.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Organic matter sources in riverine food webs:
Importance of hydromorphology and season
Mario Brauns & Markus Weitere
Department of River Ecology, Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ, Brückstraße 3a, 39114 Magdeburg,
Germany
Determining the origin and significance of particulate organic matter that fuels benthic food webs
remains a central goal of ecological research in large rivers. However, the role of small-scale spatial
variation induced by riverine geomorphologic units received less attention. We quantified resource
use by macroinvertebrate primary consumers using stable isotopes of carbon (δ13C) and nitrogen
(δ15N) sampled from a point bar, thalweg and cut-bank in the Mulde River (Germany). We used
mixing models to calculate the contributions of major organic matter resources to diets and overlap
analysis to test if geomorphologic units were the more important driver of resource use. We also
tested if hydromorphological degradation by bank stabilization (rip rap) affected these patterns. Our
results show that geomorphologic units were the more important driver for macroinvertebrate
resource use than season. Moreover, resource use at shorelines stabilised by a rip-rap differed
substantially from natural banks. We conclude that the hydromorphology of large lowland rivers is
an important regulator of organic matter flows in food webs.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Verbreitung der gebietsfremden invasiven Quagga-Muschel Dreissena
rostriformis bugensis (Andrusov, 1897) (Bivalvia: Dreissenidae) in
Deutschland
Franz Brümmer¹; Jennifer Tersteegen²; Lea Rapp²; Nadia Shegeftfard²; Steffen Scholz³; Derk
Remmers; Silke Oldorff⁴; Alexander Ramm⁵; Werner Vetter; Ralph-Walter Müller²; Ralph O. Schill⁶
¹ Universität Stuttgart, IBBS/BioDiv; ² Wissenschaftliche Tauchgruppe Universität Stuttgart (WiTUS); ³ Karlsruher
Institut für Technologie (KIT)/IAI; ⁴ NABU Bundesfachausschuss Lebendige Seen, Berlin; ⁵ Tauchclub Borna,
Neukieritzsch; ⁶ aquatil gGmbH, Tübingen
Die Einschleppung von Neobiota hält bis heute an. Neue, als invasiv eingestufte Neobiota bergen
gerade in aquatischen Lebensräumen viel Konfliktpotenzial, da sie in Konkurrenz zu heimischen
Arten treten können, negative Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften und Nahrungsnetze
haben und oftmals auch Krankheiten übertragen können. In aquatischen Lebensräumen ist eine
entsprechende Beobachtung der Veränderungen unter Wasser schwieriger und bleibt oft nur
Taucher*innen vorbehalten.
In Deutschland erfolgte im Jahr 2007 der erste Fund der Quagga-Muschel (Dreissena rostriformis
bugensis) im Main; im Jahr 2016 wurde sie erstmals im Bodensee von Tauchern beobachtet.
Mittlerweile hat sie dort die gesamte Flachwasserzone des Bodensees erobert und am Ufer und
Badestrände des Bodensees zeugen mancherorts Aufwürfe mit großen Mengen an Muschelschalen
von der extremen Vermehrung. Den Unternehmen der Wasserversorgung bereitet diese enorme
Ausbreitung große Sorgen.
Die Quagga-Muschel stammt ursprünglich aus dem Schwarzen Meer und dessen Zuflüssen. Über
Byssusfäden kann sich die Muschel auf festem Untergrund, wie Steinen, Holz, Wasserleitungen,
Filteranlagen, Einbauten, aber auch Tieren und Pflanzen festheften und sie ist in der Lage, sich unter
Zuhilfenahme des Fußes fortzubewegen.
In einem Citizen Science-Projekt „Monitoring invasiver Quagga-Muscheln“ haben
Sporttaucher*innen während ihrer freizeitlichen Tauchgänge die Bestände der invasiven Quagga-
Muschel sowie der ebenfalls eingewanderten Zebra-Muschel (Dreissena polymorpha (Pallas, 1771)
erfasst. Hierfür wurden neu entwickelte, beschreibbare Unterwassertafeln verteilt, die alle
notwendigen Informationen zu den Muscheln enthalten. Während der Tauchgänge konnte das
Vorkommen und die Verbreitung erfasst und direkt nach dem Tauchgang zur wissenschaftlichen
Erfassung und Bewertung gemeldet werden. Daraus entstand eine erste Verbreitungskarte für
Deutschland. Im Rahmen des Projekts konnte so die Quagga-Muschel bisher in 29 Gewässern in
Deutschland, sowie in jeweils einem Gewässer in Frankreich und in der Schweiz nachgewiesen
werden. Zudem konnten wir beobachten, dass das Bewusstsein und die Aufmerksamkeit bezüglich
Neobiota bei den Sporttaucher*innen zunahm.
Durch Einsatz entsprechender Tauchtechniken (Kreislauftauchgeräte) wurde erstmals auch die
Verbreitung der Quagga-Muscheln in der Tiefenzone an Steilwänden des Bodensees bis über 100
Meer Wassertiefe erfasst und dokumentiert.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Comparison of temporary rivers in different climates according to
intermittency state
Andrea Burfeid Castellanos
Universität Duisburg – Essen, Arbeitsgruppe Phykologie
Diatoms are photosynthetic organisms of both marine and freshwater habitats that are able to survive
and resist desiccation following connectivity loss in temporary streams. The intensive studies in
recent years have shown, that ecological and population disruption can have an effect on the
ecological quality of the water. Most of the studies on temporary streams have focussed on tropical
and subtropical climates, due to their immediate danger regarding climate change driven droughts.
However, also continental (oceanic) climates have shown an increasing tendency for summer
droughts, and studies are also starting to focus on the rivers of these climates. In this study we compare
the communities found in a karstic temporary river in a continental climate to those of Mediterranean
intermittent streams. We observed similarities in functional, diversity and diatom community
composition according to state of flow (flowing, dry or pooled).
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
63
„Das Leipziger Auensystem – Probleme und Lösungsansätze aus
naturschutzfachlicher Sicht
Ingrid Carmienke1, Heiko Rudolf2, Christian Wirth3, Christian Franke4 & Mathias Scholz5
1 I. R. auentuerkis@posteo.de 2 Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND), Regionalgruppe Leipzig,
Bernhard-Göring-Straße 152, 04277 Leipzig, heiko.rudolf@bund-leipzig.de 3AG Spezielle Botanik und funktionelle
Biodiversität, Universität Leipzig und Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-
Leipzig, Johannisallee 21-23, 04103 Leipzig, cwirth@uni-leipzig.de 4Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft
und Geologie, Förder- und Fachbildungszentrum Wurzen, Sachgebiet Naturschutz, Kantstr. 1, 04808 Wurzen,
christian.franke@smekul.sachsen.de 5Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ, Department
Naturschutzforschung, Permoserstraße 15, 04318 Leipzig, mathias.scholz@ufz.de
Keywords: Leipziger Auensystem – Flussgebiet Weiße Elster - Defizitärer Gebietswasserhaushalt -
Revitalisierung und Dynamisierung von Flussauen – Naturschutz
Einleitung
Das Fluss- und Auensystem der Weißen Elster und ihrer Nebengewässer zwischen Zeitz, Leipzig und
Halle (Saale) ist eine seit über 7.000 Jahren vom Menschen geprägte Kulturlandschaft. Heute leben
im Ballungsraum Leipzig-Halle mehr als zwei Millionen Menschen. Die Tendenz der
Bevölkerungsentwicklung ist steigend. Dazu trägt auch die in der Bergbaufolgelandschaft
entstandene attraktive Seenlandschaft bei.
Vor allem die wasserbaulichen Eingriffe ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts waren mit
massiven Veränderungen von Natur und Landschaft verbunden. Die ursprünglich weit verzweigte,
mäandrierende Flusslandschaft, die teilweise ein Binnendelta bildete, wurde nachhaltig beeinträchtigt
und in Teilen zerstört. Gleiches geschah großflächig mit den flussbegleitenden Auen. Der
weiträumige Auenverbund wurde, teils irreversibel, unterbrochen. Mit dem Aufschluss von
Großtagebauen zum Abbau von Braunkohle im Leipziger Revier (Abbildung 1) war die Devastierung
von über 130 km Wasserläufen verbunden. Durch die zum Abbaubetrieb nötige Vorfeldentwässerung
wurde der Grundwasserspiegel über viele Jahrzehnte abgesenkt, in Teilgebieten um mehr als 50 m.
Die verbliebenen Abschnitte der Weißen Elster, der Pleiße und ihrer Nebengewässer wurden auf
großen Strecken begradigt, eingedeicht und tiefer gelegt. Die Auen sind seitdem fast vollständig von
ihren Flüssen getrennt. Auentypische Strukturen und Habitate wie Steilufer, Kiesheger und
Laufverlagerungen können nicht mehr neu entstehen. Flussauen, Altarme und viele Kleingewässer
wurden und werden durch die tiefen Sohllagen geschädigt, entwässert und trockneten z. T. über
mehrere Jahrzehnte aus.
Seit dem Bau des Elsterbeckens, dem zentralen Punkt des „Leipziger Gewässerknotens“ (fertig
gestellt 1925), und der Neuen Luppe (teilweise fertig gestellt 1938, abgeschlossen 1968; vgl.
Abbildung 2) ist die Weiße Elster nicht bzw. nur stark eingeschränkt längsdurchgängig für Sedimente
und Wasserorganismen. Die Bauten erfolgten zum Schutz vor Hochwasser sowie Siedlungs- und
Industrieabwasser, aber auch aus stadtarchitektonischen Gründen: Die Stadt Leipzig, um 1900 die
64
viertgrößte und eine der reichsten Städte Deutschlands, wollte es Hamburg gleichtun und auch ein
„Alsterbecken“ haben.
Abbildung 1: Kartografische Übersicht zum Leipziger Auensystem (aus Wirth et al 2020,
überarbeitet) mit Lagehinweis auf Elsterbecken und Neue Luppe als zentrale Bestandteile des
Leipziger Gewässerknotens
Das Elsterbecken und die zahlreichen Wehre am Oberlauf wirken allerdings als Sedimentfallen, was
flussabwärts in der Neuen Luppe einen starken Geschiebehunger verursacht. Die Sohle der als
Flutrinne konzipierten Neuen Luppe lag schon 1938 rund drei bis vier Meter unter dem
ursprünglichen Auenniveau. Sie hat sich seitdem in einigen Abschnitten nochmals um 1,5 m und
mehr eingetieft. Das führte zu einer massiven Absenkung des Grundwasserspiegels und zur
Entwässerung der Leipziger Nordwestaue. Die in den Wehrrückstauen abgelagerten Sedimente –
allein im Elsterbecken mehrere 100.000 m³ - widerspiegeln die Industrie- und Siedlungsgeschichte
der letzten 100 Jahre in den Einzugsgebieten von Weißer Elster und Pleiße, darunter Karbochemie
und Produktion von Organozinn-Verbindungen. Sie sind deshalb z. T. hoch belastet, u.a. mit
Schwermetallen.
Durch den Rückstau der Wehre an Pleiße und Weißer Elster wird außerdem die Wasserspiegellage
im Stadtgebiet und im südlichen Auenbereich nivelliert und schwankt zwischen Niedrigwasser und
kleineren Hochwässern nur noch um wenige Dezimeter. Auentypische Überflutungen und die
charakteristischen Wechsel von Hoch- und Niedrigwasserphasen mit entsprechenden Amplituden
von Oberflächen- und Grundwasserständen finden nicht mehr oder nur noch bei seltenen
Extremereignissen statt.
65
Abbildung 2: Neue Luppe bei Schkeuditz-Modelwitz – Künstliche Tieflage und Deiche trennen Fluss
und Aue (Foto: H. Rudolf)
Manifestiert werden die Defizite im Gebietswasserhaushalt durch eine gesteuerte Wasserverteilung
zuungunsten der Aue. So wird die untere Weiße Elster - der Flussabschnitt unterhalb des
Elsterbeckens am nördlichen Talrand - für den Betrieb kleiner Wasserkraftanlagen permanent mit
konstanter Wasserführung beaufschlagt. Trotz fast geländegleicher Wasserspiegellage ufert der Fluss
nicht aus. Hochwasser wird, mit Ausnahme von Extremereignissen, über die Neue Luppe an der Aue
vorbei abgeleitet. Die Deiche „schützen“ so auch die Aue vor einer Überflutung – mit
schwerwiegenden Folgen für alle auenabhängigen Schutzgüter.
Abbildung 3: Tagesmittel der Abflüsse am Pegel Oberthau / Weiße Elster und überschrittene
Abflüsse für den Zeitraum 07/2013 – 08/2021 / Vergleich 1973-2020
66
Zu diesen „alten“ Problemen kommen nun die deutlichen Auswirkungen des Klimawandels. Sowohl
die mittleren Abflüsse als auch die für die Wiederherstellung von Auendynamik essenziellen
jahreszeitlichen Hochwasserführungen sind zurückgegangen (Abbildung 3). Hier wirkten sich nicht
nur die trockenen, heißen Jahre 2018 bis 2020 aus (Wirth et al. 2021), sondern auch die abnehmenden
Eis- und Schneedeckentage im Einzugsgebiet (Vogtland), die weniger Frühjahrshochwasser und eine
reduzierte Grundwasserneubildung zur Folge haben.
EU-Wasserrahmenrichtlinie und Naturschutz
Angesichts des defizitären Gebietswasserhaushalts und der hohen strukturellen Defizite verwundert
es nicht, dass derzeit keiner der Oberflächenwasserkörper an den gebietsprägenden Flüssen Weiße
Elster, Pleiße, Neue Luppe, Alte Luppe und Parthe die Anforderungen der EUWasserrahmenrichtlinie
erfüllt. Ein mindestens guter Zustand bzw. ein mindestens gutes
ökologisches Potenzial ist mit dem vorhandenen Ausbauzustand und der derzeitigen
Wasserverteilung auch nicht erzielbar. Ein Ausnahmeverfahren von dieser europarechtlichen
Regelung ist nicht möglich und nicht zielführend, Revitalisierung und Renaturierung dagegen schon.
Vor allem in der Nordwestaue sind die Raumwiderstände vergleichsweise gering und zahlreiche
ursprüngliche Strukturen noch vorhanden.
Umso mehr überrascht es, dass das Leipziger Auensystem trotz der beschriebenen Defizite noch heute
ein Hotspot der Biodiversität mit einer großen Vielfalt naturschutzrechtlich geschützter, hoch
wertvoller Strukturen und Arten ist:
• Das FFH-Gebiet 050 E „Leipziger Auensystem“ weist in seinen Erhaltungszielen Habitate von
zwölf nach Anhang I FFH-Richtlinie geschützten Arten und acht nach Anhang II FFH-Richtlinie
geschützte Lebensraumtypen auf (GVO FFH 050E).
• Das Vogelschutzgebiet SPA V05 „Leipziger Auenwald“ beinhaltet Erhaltungsziele für 22
europarechtlich geschützte Brutvogelarten. Besonders hervorzuheben ist der Mittelspecht (Dendrocopos
medius), der als Indikatorart alter, totholzreicher Wälder im Leipziger Auensystem
eines seiner bedeutendsten Brutgebiete für Sachsen hat (GVO SPA V05).
• Das Landschaftsschutzgebiet l10 „Leipziger Auwald“ dient explizit der Sicherung der in
Nordwestsachsen einzigartigen Flussauenlandschaft mit auentypischen Strukturen wie
Hartholzaue, Weichholzbeständen, Altwässern und -armen, Feuchtwiesen, Röhrichten und
sonstigen wertgebenden Strukturen feuchter Standorte (VO LSG).
• vier Naturschutzgebiete, 17 gesetzlich geschützte Biotoptypen und zahlreiche Flächennaturdenkmale
sowie
• über 300 gesetzlich geschützte Arten und 47 Vogelarten.
Die Erhaltungszustände der wertgebenden, das Gebiet prägenden, auentypischen FFHLebensraumtypen
und -Arten zeigen allerdings den dringenden Handlungsbedarf, wenn ihr
Fortbestehen nachhaltig gesichert und europäisches Naturschutzrecht eingehalten werden soll
(Tabelle 1). Da die verfügbare Datengrundlage teilweise veraltet ist und die Auswirkungen der
Trockenjahre 2018 bis 2020 nicht erfasst sind, ist für den derzeitigen Zustand eine weitere
Verschlechterung zu befürchten (Wirth et al. 2021, Schnabel et al. 2021).
67
Tabelle 1: Erhaltungszustand der auenspezifischen FFH-Lebensraumtypen und –Arten im
FFH-Gebiet 050E „Leipziger Auensystem“ (Zusammenstellung: C. Franke 2020, Daten:
LfULG)
Name (FFH-Lebensraumtyp/-Art)
FFHCode
Managementplan (Ersterfassung 2006) Sachsen
hervorragend
(günstig)
gut
(günstig)
schlecht
(ungünstig)
(2013-2018)
Eutrophe Stillgewässer 3150 1 30 14 unzureichend
Fließgewässer mit
Unterwasserveget.
3260 0 18 0 unzureichend
Feuchte Hochstaudenfluren 6430 3 3 0 unzureichend
Brenndolden-Auenwiesen 6440 4 9 0 unzureichend
Weichholzauenwälder 91E0 0 18 1 unzureichend
Hartholzauenwälder 91F0 0 501 219 unzureichend
Bitterling 1134 0 1 19 günstig
Kammmolch 1166 0 861 240 unzureichend
Rotbauchunke 1188 0 76 131 unzureichend
Zwei Lebensraumtypen, für die das Gebiet nach europäischem Naturschutzrecht eine besondere
Verantwortung hat, sind die Brenndolden-Auenwiesen (Lebensraumtyp 6440) und die
Hartholzauenwälder (Lebensraumtyp 91F0). Im Leipziger Auensystem liegen die mit Abstand
größten und wertvollsten Flächen beider Lebensraumtypen Sachsens.
Brenndolden-Auenwiesen (Abbildung 4) benötigen im Spätwinter eine Überflutung, von Juni bis
September dagegen Trockenheit. Durch die konstant auf Mittelwasser gesteuerte Wasserführung der
unteren Weißen Elster sind sie hochgradig in ihrer Existenz gefährdet. Sowohl Überflutungen als
auch Trockenphasen bleiben aus, wodurch die wertgebende Vegetation dieser Stromtalwiesen
zugunsten feuchtigkeitsliebender „Allerweltsarten“ verloren geht.
Die hiesigen Hartholzauenwälder sind die zweitgrößten innerstädtischen Deutschlands (Kasperidus
und Scholz 2011). Sie benötigen großflächige Überflutungen und auentypische Schwankungen von
Grund- und Oberflächenwasser um drei bis vier Meter im Jahresverlauf. Eine Besonderheit der
Leipziger Hartholzauenwälder – vor allem im Südteil – ist, dass sie aufgrund der geologischen und
siedlungshistorischen Verhältnisse auch in historischer Zeit vermutlich seltener und kürzer überflutet
wurden als ihre Pendants an Elbe oder Vereinigter Mulde.
Gegenwärtig finden Überflutungen im Gebiet nur noch bei Extremhochwässern statt (z. B. Polder
Nordwestaue) oder in Form von Druckwasser. Eine kleine Ausnahme bildet das Paußnitz-Pilotprojekt
der Stadt Leipzig im südlichen Auenwald. Hier findet eine künstliche 14-tägige Überstauung im
zeitigen Frühjahr auf ca. 5 ha statt. Diese kann in ihrer auenökologischen Wirkung nicht mit einer
natürlichen Überflutung gleichgesetzt werden, die sich durch langsam fließendes und
sauerstoffreiches Wasser auszeichnet. Die Leipziger Hartholzauenwälder sind aufgrund des
defizitären Gebietswasserhaushalts bzw. der fehlenden Überflutungsdynamik akut in ihrem
Fortbestand gefährdet.
68
Abbildung 4: Brenndoldenauenwiese (Lebensraumtyp 6440) und einige charakteristische
Pflanzenarten in der Nordwestaue bei Schkeuditz
Erforderliche Maßnahmen
Wirth et al. (2020) legten eine umfangreiche Analyse („Thesenpapier“) zur aktuellen Situation des
Leipziger Auensystems vor. Die skizzierten Maßnahmen zielen im Kern auf eine priorisierte
Dynamisierung der wasserwirtschaftlichen Rahmenbedingungen von Wäldern und Offenland. Die in
10 Thesen zusammengefassten Kernaussagen sind in Abbildung 5 dargestellt, für Weiteres wird auf
die Originalarbeit verwiesen. Zahlreiche gebietsbezogene Maßnahmen wurden hinsichtlich ihrer
Wirkungen pro bzw. contra Auenrevitalisierung bewertet. Die Zusammenstellung kann als Referenz
für künftige Planungen im Gebiet genutzt werden.
Für die Erhaltung und Revitalisierung des Leipziger Auensystems sind essenziell erforderlich:
• Wiederherstellung des auentypischen Gebietswasserhaushalts mit natürlicher Dynamik von
Grund- und Oberflächenwasser; diese Maßnahme ist die wichtigste Voraussetzung!
• Renaturierung der Hauptfließgewässer entsprechend ihres Fließgewässertyps (WRRL)
• Steuerungsänderung des Gewässerknotens zugunsten von Auendynamik
• Umbau des Leipziger Gewässerknotens mit Aufhöhung untypisch vertiefter Sohllagen
• Dynamisierung rückgestauter Flussabschnitte
• Wiederherstellung der Längsdurchgängigkeit für Organismen und Sedimente
• Wiederherstellung der Quervernetzung von Fließgewässern und Aue
• Anpassung der Infrastruktur wie Kanalnetz, Brücken, Verkehrswege
• Anpassung der Hochwasserschutzanlagen an die Zielstellung Auenrevitalisierung
• Naturschutzziel-konforme Anpassung von Flächennutzungen in der Aue
69
Abbildung 5: Der bestehende Handlungsbedarf zur Erhaltung des Leipziger Auensystems in
10 Thesen (aus Wirth et al. 2020)
Was geschieht derzeit?
Gegenwärtig werden vor allem konzeptionelle Grundlagen erarbeitet und kleinere Maßnahmen auf
den Weg gebracht:
• Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG): Erarbeitung eines
naturschutzfachlichen Leitbildes für das Leipziger Auensystem (Ziel: Fertigstellung Mitte 2022);
dies ist keineswegs trivial, muss doch oft flächenbezogen abgewogen werden, welches Schutzgut
Priorität hat. Dazu ein Beispiel: Auf einigen ursprünglichen Hartholzauenwaldflächen haben sich
durch die ausbleibenden Überflutungen Sternmieren-Eichen-Hainbuchenwälder entwickelt, die
als Lebensraumtyp 9160 ebenfalls europarechtlich geschützt sind. Für beide Sachverhalte ist eine
naturschutzfachlich untersetzte Entscheidung zu Erhalt oder Rückentwicklung zu treffen.
• Stadt Leipzig / Bundesamt für Naturschutz (Projekt Lebendige Luppe): Erarbeitung eines
gesamträumlichen, integrierten Auenentwicklungskonzepts für die Elster-Luppe-Aue im
Leipziger Nordwesten (Ziel: Fertigstellung Ende 2023) – siehe Koenzen et al. in diesem Band
und unter www.lebendige.luppe.de
• Stadt Leipzig / Bundesamt für Naturschutz: Projekt Lebendige Luppe; Umsetzungsbausteine
siehe www.lebendige.luppe.de – Aber: Eingriffe in die „Stellschrauben“ des Gesamtsystems
wären prinzipiell möglich, jedoch mit großen Herausforderungen für die Planung verbunden.
• Stadt Leipzig: Projekt Dynamische Aue Südraum Leipzig (plangenehmigt); technisch gekoppelt
an ein weiteres Projekt des für den Hochwasserschutz an Gewässern II. Ordnung zuständigen
Landesbetriebs (Landestalsperrenverwaltung; planfestgestellt) – Aber: Viel zu geringe
Wassermengen und kein Eingriff in die „Stellschrauben“ des Gesamtsystems
70
• Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft
(SMEKUL) und LfULG: Schaffung von zwei unbefristeten Stellen für ein „Gesamtkonzept
Leipziger Auensystem“
Zusammenfassung und Ausblick: Was ist noch zu tun?
Das Leipziger Auensystem und viele seiner hochwertigen Schutzgüter sind existenziell gefährdet.
Hauptursache dafür sind die massiven Defizite im Gebietswasserhaushalt mit einer Entkoppelung
von Fluss und Aue. Damit sind seit fast 90 Jahren gravierende, nachteilige Folgen für die
Auendynamik verbunden.
Ein naturschutzfachlicher Konsens zum Umgang mit einzelnen Schutzgütern ist in Arbeit. Land und
Region leisten Vorarbeiten für eine Auenrevitalisierung. Diese sind aber bei weitem nicht ausreichend
und in Geschwindigkeit und Umfang viel zu zögerlich.
Für das Leipziger Auensystem ist jetzt zügiges Handeln geboten, um seine hochwertigen Schutzgüter
und seinen großen Wert für Stadtklima, Erholung und Gesundheit der Bevölkerung zu erhalten. Dafür
sind zeitnah folgende Schritte erforderlich:
• Wiederherstellung eines auentypischen Gebietswasserhaushalts, Umbau und Umsteuern des
„Leipziger Gewässerknotens“ zugunsten der Auenrevitalisierung
• Erweiterung des Auenentwicklungskonzepts auf das gesamte Leipziger Auensystem - optimal
unter Einschluss der Bergbaufolgelandschaft südlich von Leipzig und der Elster-Luppe-Aue in
Sachsen-Anhalt
• Hydrologische Modellierung des Gesamtgebiets in Kopplung Grund- und Oberflächenwasser,
Kanalnetz und Schutzgüter Natur
• Projektträger für das Großprojekt „Auenrevitalisierung“ finden und langfristig finanziell,
personell und administrativ absichern sowie ein tragfähiges Projektkonzept erarbeiten
• Erfahrungen anderer Großprojekte nutzen (z. B. als Twinning-Partner von
Emschergenossenschaft / Lippeverband im Projekt „MERLIN“)
• Flächeneigentum bzw. Naturschutzziel-konforme Nutzung sichern
• Wissenschaftliches Begleit-Monitoring – langfristig und problemadäquat etablieren
• Öffentlichkeit aktiv einbinden: Alle Akteure - Land, Städte und Landkreise, Behörden,
Naturschutzverbände und nicht zuletzt die Bevölkerung – müssen zur Rettung des Auensystems
an einem Strang ziehen.
Nicht nur für den Naturschutz steht viel auf dem Spiel, sondern auch für die gesamte Region Leipzig-
Halle. Die Umsetzung eines solchen Fluss- und Auenrevitatilisierungs-Projekts ist eine große
Herausforderung für alle Akteure, die nur gemeinsam gelöst werden kann.
71
Literatur
GVO FFH 050E: FFH-Gebiet SCI DE 4639-301 (landesinterne Nr. 050 E) „Leipziger Auensystem“,
festgesetzt gemäß der Anlage zu § 1 der Verordnung der Landesdirektion Sachsen zur Bestimmung
von Gebieten von gemeinschaftlicher Bedeutung (Grundschutzverordnung Sachsen für FFH-Gebiete)
vom 26. November 2012, lfd. Nr.48 (SächsABl 51 vom 20. Dezember 2012, S.1502)
www.revosax.sachsen.de/vorschrift/12635
GVO SPA V05: Vogelschutzgebiet SPA DE 4639-451 „Leipziger Auwald“ (landesinterne Nr.5), festgesetzt
gemäß der Anlage zu § 1 der Verordnung der Landesdirektion Sachsen zur Bestimmung von
Europäischen Vogelschutzgebieten (Grundschutzverordnung Sachsen für Vogelschutzgebiete) [GVO]
vom 26. November 2012, lfd. Nr.18 (SächsABl 51 vom 20. Dezember 2012, S.1514)
www.revosax.sachsen.de/vorschrift/12636
Kasperidus H.D. & M. Scholz (2011). Auen und Auenwälder in urbanen Räumen. In: Wirth, C., Reiher, A.
Zäumer, U. & H.D. Kasperidus (Hrsg.): Der Leipziger Auwald – ein dynamischer Lebensraum.
Tagungsband zum 5. Leipziger Auensymposium am 16. April 2011. UFZ-Bericht 06/2011, 26-30.
Koenzen, U., Steinrücke, J. & F. Löffler (2021): Gesamträumliches, integriertes Auenentwicklungskonzept
für die Elster-Luppe-Aue – vom Leitbild zum Entwicklungsziel Auen und Auenwälder in urbanen
Räumen. Vortrag, Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Limnologie, Leipzig, 27.09. -
01.10.2021
VO LSG: Verordnung des Regierungspräsidiums Leipzig zur Festsetzung des Landschaftsschutzgebietes
„Leipziger Auwald“ vom 8. Juni 1998 (SächsGVBl. S. 302), die durch die Verordnung vom 2. Juni
2008 (SächsGVBl. S. 351) geändert worden ist; www.revosax.sachsen.de/vorschrift/4916-
Festsetzung-LSG-Leipziger-Auwald-
Schnabel, F., Purrucker, S., Schmitt, L., Engelmann, R. A., Kahl, A., Richter, R., Seele-Dilbat, C.,
Skiadaresis, G. & C. Wirth (2021). Cumulative growth and stress responses to the 2018–2019 drought
in a European floodplain forest. Global Change Biology, 00, 1–14. DOI:
doi.org/10.1111/gcb.16028
Wirth, C. Franke, C., Carmienke, I., Denner, M, Dittmann, V., Homann, K., Rudolf, H., Schmoll, A., Scholz,
M., Senft, I., Steuer, P., Wilke, T. & A. Zabojnik (2020): Dynamik als Leitprinzip zur Revitalisierung
des Leipziger Auensystems. UFZ-Discussion Papers 09/2020. 63 S. ISSN 1436-140X
Wirth, C., Engelmann, R.A., Haack, N., Hartmann, H., Richter, R., Schnabel, F., Scholz, M. & C. Seele-
Dilbat (2021): Naturschutz und Klimawandel im Leipziger Auwald: Ein Biodiversitätshotspot an der
Belastungsgrenze. Biodiversity conservation and climate change in the floodplain forest of Leipzig.
Biologie in unserer Zeit 51 (1), 55 – 65.
Weiterführende Literatur auf Anfrage bei den Verfassern.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Bionischer Öladsorber nach dem Vorbild des Schwimmfarns Salvinia
Petra Ditsche 1, Mail, M. 1,2, Beek, L. 3, Akdere, M. 3, Klopp, K 4, Barthlott, W.1
1 Nees-Institut der Universität Bonn, 2 IT Karlsruher Institut für Technologie, 3 ITA Institut für Textiltechnik, RWTH
Aachen, 4 Heimbach GmbH
Superhydrophobe Oberflächen, wie die des Schwimmfarns Salvinia, weisen erstaunliche
Eigenschaften auf. In die stark wasserabweisenden und hierarchisch strukturierten Oberflächen der
Blätter gelangt auch im untergetauchten Zustand kein Wasser. Dadurch entsteht zwischen den
Schneebesen-förmigen „Haaren“ der Blätter eine Luftschicht, die dauerhaft festgehalten wird. Das
Blatt bleibt somit auch im untergetauchten Zustand trocken. Diese Fähigkeit kann bei einigen Tieren
und Pflanzen beobachtet werden und wird als „Salvinia®-Effekt“ bezeichnet. Durch die Luftschicht
erhält der Schwimmfarn erhöhtenAuftrieb, der dazu führt, dass die Pflanze gut schwimmt und auch
bei Untertauchen immer wieder in Richtung Wasseroberfläche auftreibt. Der Salvinia®-Effekt
ermöglicht bei Übertragung auf technische Oberflächen viele interessante technische Anwendungen.
Neben der viel diskutierten Reibungsreduktion für Schiffe bieten sich weitere Möglichkeiten durch
die Fähigkeit zur Adsorption und Oberflächen-Transport von Öl. Kommt die Blattoberfläche mit auf
der Wasseroberfläche schwimmendem Öl in Kontakt, wird dieses adsorbiert, ersetzt die Luftschicht
und wird zwischen den hierarchischen Strukturen weitergeleitet. Das Prinzip wurde auf bionische,
textilbasierte Oberflächen übertragen. Mehrwöchige Versuche zum Öltransport mit dem
Funktionstextil zeigen einen sehr schnellen, langanhaltenden Öltransport. Die Ergebnisse
ermöglichen die Entwicklung einer neuartigen, umweltfreundlichen Technologie zur Beseitigung von
Ölverschmutzungen auf Gewässeroberflächen.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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A new global hydrographical dataset at 90m resolution
Sami Domisch¹; Jaime García Márquez¹; Jens Kiesel²; Shen Longzhu³; Tushar Sethi³; Holger Virro⁴;
Dean Mehinovic⁵; Giuseppe Amatulli⁶
¹ IGB - Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei; ² Christian-Albrechts-University Kiel; ³ Spatial
Ecology; ⁴ University of Tartu; ⁵ independent researcher; ⁶ Yale University
Estimating the current status of global freshwater biodiversity requires a solid understanding of the
spatial distribution, temporal dynamics and structure of freshwater habitats. Hence, it is crucial to
achieve a globally standardized spatial representation of water bodies at high spatial and temporal
resolution. Currently, however, small water bodies, such as headwaters and intermittent streams that
harbor rich biodiversity, are not characterized as such in available global geospatial datasets. Here we
present a new, globally seamless stream network at 90 m spatial resolution with an emphasis on
headwater and intermittent streams. Using the MERIT digital elevation model (DEM) and employing
open-source geo-computational data processing tools, we first delineate streams with a minimum
static upstream catchment size of 0.02 km2. This DEM-derived stream network is further
complemented by calculating a suite of upstream environmental variables for each stream reach
across a 30 year period. We then use these variables and the Global Streamflow Indices and Metadata
(GSIM) Archive within a machine learning framework to estimate monthly discharge across the
stream network. This yields a dynamic, time-varying stream network, overcoming the static
headwater length and emphasizing possible intermittencies across the network. We will account for
lakes, wetlands and dams to yield a global, high-resolution hydrographical dataset. All data and code
will be publicly available to enable similar spatial freshwater analyses.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
74
Der Oelbach in Bochum – die Sanierung eines hochbelasteten
Fließgewässersystems
Jörg Drewenskus
Obere Wasserbehörde - Bezirksregierung Arnsberg, Dezernat 54: Wasserwirtschaft u. Gewässerschutz, Ruhrallee 1-3,
44139 Dortmund, joerg.drewenskus@bra.nrw.de
Keywords: Urbanisierung, Altlasteneinfluss, Grubenwassereinleitung, Entflechtung, Revitalisierung,
Einleitung
Der Oelbach ist ein Fließgewässer, das im Osten der Stadt Bochum von Bochum-Gehrte über -Harpen
/ -Werne nach -Langendreer fließt und im heutigen Kemnader Stausee in die Ruhr mündet.
Ursprünglich floss er durch die ausschließlich ackerbaulich genutzten Hellwegbörden. Der Oelbach
wurde schon früh in der Industrialisierungsphase des Ruhrgebietes im 19. Jahrhundert mit Abwässern
des Steinkohlebergbaus und der Nebenproduktgewinnung (Kokereien) belastet. Schon 1904 waren
infolge massiver Bergsenkungen umfangreiche wasserbauliche Maßnahmen zur Sicherung des
Abflusses und zum Schutz der Bevölkerung vor hygienischen Gefahren sowie vor Hochwasser nötig
(Meier, N. & H.-J. Lewer 2012).
Beschreibung des Oelbach
Untersuchungsgebiet
Der Oelbach ist ein nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) berichtspflichtiges Fließgewässer in
Nordrhein-Westfalen, im Ruhrgebiet zwischen den Städten Bochum und Dortmund gelegen. Er ist
einer der wenigen größeren Zuflüsse der Ruhr, die aus Norden her der Ruhr im mittleren Ruhrgebiet
zufließen. Sein Einzugsgebiet ragt weit in das Einzugsgebiet der Emscher hinein. Die Quelle befindet
sich in Dortmund-Bövinghausen. Der Oelbach fließt generalisiert in Nord-Süd-Richtung nach 13,4
km der Ruhr zu. Im Oberlauf ist er zudem die Stadtgrenze zwischen Bochum und Dortmund. Einziger
Zufluss aus östlicher Richtung ist der berichtspflichtige Langendreer Bach. Aus westlicher Richtung
fließen ihm sieben nicht berichtspflichtige Gewässer zu. Die größeren sind der Gerther Mühlenbach,
der Kirchharpener Bach, der Karolinenbach, der Schattbach sowie der Lottenbach. Die preußische
Uraufnahme von 1840 (s. Abb. 1 links) zeigt das Gewässereinzugsgebiet absolut landwirtschaftlich
geprägt und äußerst dünn besiedelt. Direkte Ortschaften am Oelbach gibt es nicht. Ein nahezu
umgekehrtes Bild stellt sich heute dar: sein Einzugsgebiet ist überwiegend mit Siedlungs- als auch
Gewerbe-, Industrie- und Verkehrsflächen belegt (s. Abb. 1 rechts).
75
Abb. 1: Oelbach-Einzugsgebiet 1840 (links) und 2020 (rechts), verändert nach Geobasis NRW
Fließgewässerlandschaft, Gewässertyp
Der Oelbach ist als LAWA-Typ 6, feinmaterialreiche carbonatische Mittelgebirgsbäche eingestuft
(LAWA 2004). Dies entspricht dem Fließgewässertyp nach NRW-Typologie kleiner Talauebach im
Deckgebirge (LUA 1999). Auf der Abbildung wird deutlich, dass der Oelbach in seinem Ober- und
Mittellauf in die Lösslehm geprägte Hellweg-Bördenlandschaft eingebettet ist. Alle nordwestlich und
nordöstlich entspringenden, berichtspflichtigen Gewässer seiner Umgebung sind diesem
Gewässertyp 18 zugeordnet (LAWA 2004).
Wasserbauliche Historie
Die Abb. 2 zeigt den Langendreer Bach um 1904 mit deutlichem Erosionsprofil durch Hochwasser
und damals herrschende hygienische Missstände. Dem waren umfangreiche Bergsenkungen im
Einzugsgebiet vorangegangen, infolgedessen die Vorflut nicht mehr gewährleistet war, sodass
Versumpfungszonen entstanden. Zu dieser Zeit wurden im Einzugsgebiet des Oelbachs 17
Bergwerke, fünf Kokereien und eine Drahtfabrik betrieben. Der natürliche Abfluss wurde mit 2,6 l/s
festgestellt. Die Einleitung an Grubenwässern betrug damals schon 50 l/s. Da es nahezu keine
Abwasserreinigung gab, konnte das Gewässer nicht mehr zur Viehtränke, zur Fischerei sowie zur
Trinkwasserentnahme genutzt werden. Die sich staunenden, giftigen Abwässern der Kokereien als
auch der hygienisch bedenklichen häuslichen Abwässer führten bereits um die Jahrhundertwende zu
Typhus-Epidemien. Dies wurde zum Anlass genommen, 1904 ein Meliorationsprogramm für das
Oelbach-System aufzustellen (Meier & Lewer 2012).
76
Abb. 2: Langendreer Bach um 1904, Hochwasser und hygienische Missstände, Foto: Archiv
Ruhrverband, Essen
In der Abb. 3 (linkes Foto) ist die Mündung des Langendreer Baches (Mitte) mit dem Oelbach (links)
dargestellt. Der Langendreer Bach wurde umgeleitet (rechts), um ihn kanalisiert ausbauen zu können.
Das rechte Foto zeigt den identischen Standort heute, als immer noch in Sohlschalen (1970er Jahre)
fließendes, geradliniges Gewässer.
Abb. 3: Mündung des Langendreer Baches in den Oelbach in den 1920er (links) und 2020 (rechts),
Foto links: Archiv Ruhrverband, Essen; Foto rechts: J. Drewenskus (2013)
77
Die Abb. 4 zeigt die Ausbauarbeiten am Oelbach im Jahre 1926. Das Gewässer liegt zum Ausgleich
der starken Bergsenkung im tiefen Einschnitt von 3-4 m. Die Sohle und Ufer sind mit Klinkern
ausgemauert.
Abb. 4: Ausbauarbeiten am Oelbach um 1926, Foto: Archiv Ruhrverband, Essen
Im Bereich der Oelbach-Mündung, vor Einleitung in die Ruhr, wurde 1928 durch den späteren
Vorstandsvorsitzenden, Karl Imhoff, die Kläranlage Bochum-Oelbachtal des Ruhrverbandes geplant
und gebaut (Meier & Lewer 2012). Es wurden Absetzbecken mit gigantischen Ausmaßen realisiert.
Der Oelbach wurde mit Betonausbau durch diese Anlage geführt, das war seinerzeit der modernste
Gewässerausbau (s. Abb. 5). Im Bereich des heutigen Ümminger Sees wurden damals Klärteiche für
den Bergbau betrieben (Meier & Lewer 2012).
In den 1930er Jahren kam es zum Bau der ersten Kläranlage am Langendreer Bach im Bereich der
damaligen Zeche Mansfeld, mit sogenanntem Emscherbrunnen und nachfolgenden Absetzbecken zur
Kohleschlammgewinnung (Meier & Lewer 2012). Die Ausmauerung der Sohle, das Regelprofil
sowie der geradlinige Verlauf sind in Abbildung zu erkennen. 1935 wurde eine Entphenolungsanlage
in Betrieb genommen. Neben der Reinhaltung der Gewässer stand natürlich auch die wirtschaftliche
Nutzung des Rohstoffes Phenol zur Weiterverarbeitung im Vordergrund.
78
Abb. 5: Kläranlage Bochum-Oelbachtal um 1926, Oelbach (links) mit Kohleschlamm-Absetzbecken,
Foto: Archiv Ruhrverband, Essen
Ab Ende der 1950er Jahre kam es zu ersten Zechenschließungen, bis 1968 das letzte Bergwerk,
Robert Müser, im Einzugsbereich des Oelbach stillgelegt wurde (Streich & Voigt 1998). Die
ehemaligen Zechen-Klärteiche, die heutigen Harpener Teiche sowie der Ümminger See, wurden 1976
zu Freizeitgewässern umgestaltet und der Oelbach im verbliebenen Freiraum, der als regionaler
Grünzug planerisch gesichert ist, mit einem Wegesystem zur Naherholung versehen
(Interkommunale Arbeitsgemeinschaft Regionaler Grünzug E 1995).
Heutiger Gewässerzustand
Der Oelbach zeigt aktuell noch naturnahe Biotopstrukturen im Bereich der Quellregion sowie im
anschließenden Naturschutzgebiet Oberes Oelbachtal, mit Gehölz- und Waldbereichen
(Interkommunale Arbeitsgemeinschaft Regionaler Grünzug E 1995). An der Landesmessstelle bei
Haus Holte, Kilometer 10,5; entspricht er seinem NRW-Leitbild (LUA 1999), dem des kleinen
Talauebachs im Deckgebirge (s. Abb. 6 links). Wenig später treten auch optisch erkennbare
Beeinträchtigungen durch Eisenockereinträge aus einer nahen Bergehalde bei km 9,5 auf (s. Abb. 6
rechts).
79
Abb. 6: Oelbach bei Haus Holte, Landesmessstelle, km 10,5; Verockerungen aus einer Bergehalde,
km 9,5; Foto links: J. Drewenskus (2016), Foto rechts: J. Drewenskus (2015)
Im weiteren Verlauf wird der Oelbach durch Verkehrs- (A 40) sowie umfangreiche Siedlungs-,
Industrie- und Gewerbeflächen mit entsprechenden Einleitungen aus Regenüberlaufbecken (RÜB)
und Mischwasserentlastungen fortlaufend belastet. Sein Ausbau ist in Sohle und Ufer durch
Rasengittersteine gekennzeichnet. Die größte stoffliche und frachtmäßige Belastung erfährt der
Oelbach mit der Grubenwasser-Einleitung Robert Müser bei Kilometer 8,6 (s. Abb. 7) im Zuge der
Harpener Teiche, die sich von Kilometer 8,9-8,1 erstrecken. Es handelt sich um eine sogenannte
Ewigkeitslast des Steinkohlenbergbaus, der hier bis zu 8,7 Millionen m³ im Jahr einleiten darf,
gleichbleibend mit einer Temperatur von über 20°. Die durchschnittliche Einleitmenge beträgt
weniger als 300 l/s, darf bis zu 600 l/s betragen (Stadt Bochum 2008). An der Einleitungsstelle, die
blau-türkis gefärbt ist und in Luftbildern deutlich zu erkennen ist, finden sich daher marine tropische
Algen. Die Grubenwasser-Einleitung macht nahezu 90 % des Wasserdargebots im Oelbach System
aus (Stadt Bochum 2014). Die chemische Analyse der Zusammensetzung vom 16.07.2018 zeigt eine
extreme Natriumchloridkonzentration von 2,2 g/Liter neben einer Calcium- von 153; Barium- von
1,6; Strontium- von 5,4; Bromid- von 2,8; Sulfat- von 132; Hydrogencarbonat- von 842 sowie einer
Nitrat-Konzentration von 0,35 mg/Liter (Bezirksregierung Arnsberg 2018).
Abb. 7: Oelbach, Grubenwassereinleitung Robert Müser (ehem. Steinkohlenbergbau) bei km 8,6;
Foto links: J. Drewenskus (2013), Foto rechts: J. Drewenskus (2020)
80
Im weiteren Verlauf des Oelbach-Hauptlaufes gibt es bei Kilometer 7,9 einen etwa 30 m langen
Durchlass unter einer Bahnstrecke, dem sich nach unterhalb wieder ein naturnaher Abschnitt
anschließt. Bei Kilometer 7,5 kommt es an einem Absturz wegen der hohen Sulfat-Frachten infolge
der Grubenwassereinleitung zur Sinter-Bildung (s. Abb. 8 links). Nachfolgend beginnt eine extrem
lange Verrohrung von über 600 m unterhalb von DB-Strecken (s. Abb. 8 rechts im Hintergrund)
sowie einer Autobahn-Anschlussstelle (A 43).
Abb. 8: Oelbach, Sinterbildung; km 7,5; über 600 m lange Verrohrung (DB u. A 43) bei km 7,4;
Fotos: J. Drewenskus (2020)
Nach Austritt aus dieser Verrohrungsstrecke verläuft der Oelbach bei Kilometer 6,6 in einem
ausgeprägten Kastenprofil und erreicht bei Kilometer 6,1 den Ümminger See, den er nach 700 m
Durchflusslänge wieder verlässt. Unterhalb dieser Stelle mündet der Langendreer Bach ein. Wenige
Kilometer weiter unterhalb durchfließt er die Kläranlage Bochum-Oelbachtal mit Schönungsteichen
bei Kilometer 1,7; um dann in die Ruhr bzw. den Kemnader Stausee bei Kilometer 1,1 zu münden.
Durch den 1978 gebauten Kemnader Stausee (Interkommunale Arbeitsgemeinschaft Regionaler
Grünzug E 1995), einem reinen Freizeitsee, wurde der Oelbach-Lauf um 1,1 km verkürzt.
Monitoring-Ergebnisse
Hydromorphologie
Die Ausweisung der Oberflächen Wasserkörper nach EG-WRRL kategorisiert sowohl den Oelbach
(Wasserkörper-ID 27692_0) als auch den Langendreer Bach (276924_0) nahezu komplett als
erheblich veränderte Wasserkörper (MULNV 2019). Nur der Oberlauf des Oelbach (27692_9061) ist
als natürlicher Wasserkörper ausgewiesen. Die Gewässerstrukturgütekartierung von 2012 spiegelt
dies auch wieder, nur im Oberlauf finden wir noch gering bis mäßig veränderte Gewässerstrukturen.
Im Bereich der erheblich veränderten Wasserkörper ist das Gewässer überwiegend vollständig
verändert (MULNV 2019).
Biologie
Die Ergebnisse des biologischen Monitorings für das Modul allgemeine Degradation zeigen im 4.
Monitoringzyklus (2015-2018) der WRRL ebenfalls nur die Bewertungsstufe „schlecht“ (MUNLV
2009). Auch im Oberlauf ist aufgrund der stofflichen Belastungen wegen des Ausblutens von
Altlasten, der Zustand als „mäßig“ eingestuft.
81
Die Bewertung des ökologischen Zustandes bzw. des ökologischen Potenzials wird für alle
Wasserkörper ausnahmslos mit „schlecht“ angegeben (MULNV 2019).
Erschwerend kommt hinzu, dass am Langendreer Bach keine permanente Wasserführung vorliegt,
sondern das Gewässer im Mittellauf komplett in einem Mischwasserkanal geführt wird, und nur bei
Niederschlägen eine Wasserführung aufweist.
Chemie
Die chemischen Monitoringergebnisse für das Oelbach-System zeigen stagnierende, hohe
Belastungen (LANUV 2019). Im Oberlauf an der Messstelle „bei Haus Holte“ wurden 2016 die
Orientierungswerte für Barium, Kupfer, Mangan und Orthophosphat überschritten. An der Messstelle
„oh KA Oelbachtal“ wurde 2013 eine PAK-Belastung gemessen. Arsen, Bor, Ammoniumstickstoff
und P-Gesamt als auch Chlorid und TOC sind überschritten. Unterhalb der Kläranlage kommen
Belastungen durch Mikroschadstoffe aus Arzneimitteln wie Ibuprofen, Diclofenac, Carbamazepin
und Erythromyzin hinzu (s. Tab. 1).
Tab. 1: Synopse der biologischen und chemischen Gewässeruntersuchungsergebnisse zum Oelbach
(2007-2016), Bezirksregierung Arnsberg nach Daten aus GÜS (LANUV 2019) und ELWASWEB
(MULNV 2019)
Biologie Chemie
Perlodes Phylib Fische
Messstellenname Kat
Monitoringzyklus
Perlodes Saprobie
Perlodes all.Degratation
Perlodes Versauerung
Perlodes Öko.Zustandsklasse
Perlodes Allgemeine Degradation ÖP
Perlodes Ökol. Zustandsklasse ÖP
Phylib Makrophyten
Phylib Diatomeen
Phylib Sonstiges Phytobenthos
Phylib Gesamtbewertung
LUA - NRW - Verfahren
FIBS Fischfauna
Jahr
Chemie
Öko-Chemie
ges.n.verb.Stoffe
ACP
auffällige Parameter
bei Haus Holte n 1 -
2 1 3 3 3 2010 1 2 3 3 Ba/w 0,07mg/l, Pges/w 0,1 mg/l, Sauerstoff,
3 1 3 3 2 5 2013 2 2 3 2 Ba/w 0,09mg/l, As/w 1,2μg/l,
4 1 3 3 2 2 5 2016 2 2 3 3 Ba/w 0,07mg/l, Cu/w 1,2μg/l, U/w 0,56μg/l, Mn/w 0,04mg/l, oPO4P 0,07mg/l,
oh KA Oelbachtal v 1 3 2007 2 2 5 4
wTemp, Ba/w 0,88mg/l, Zn/w 23μg/l, Bor, Se/w 0,005mg/l, Pges/w 0,12mg/l,
Cl/w 1217mg/l,
2 5 5 2010 1 3 5 5
Ba/w 0,67mg/l, V/w 2μg/l, Cu/w 4,4μg/l, Ag/w 0,02μg/l, Bor, Se/w 0,002mg/l,
Sauerstoff, Cl/W 1148mg/l, Ibuprofen, Diclofenac, 27692_9061_ Bio1 +
Chemie
3 5 5 5 5 5 2013 5 4 5 5
PAK, Temp, Ba/w 1,0mg/l, As/w 2,5μg/l, Bor 0,78 mg/l, NH4-N 8,5 μg/l, Pges
0,1 mg/l, Cl/w 1604 mg/l, TOC 7,7 mg/l,
4 5 2016 2 2 5 5
wTemp, Ba/w 0,9mg/l, Cu/w 1,4μg/l, U/w 0,4μg/l, Mn/w 0,07mg/l, Bor 0,7mg/l,
NH4N 0,3mg/l, NH3N 12μg/l,Cl2 1128mg/l,
v Mdg i d Ruhr v 1 4 2007 2 2 5 5
wTemp, Ba/w 0,35mg/l, Zn/w 20μg/l, Co/w 0,88μg/l, Bor, Se/w 0,006mg/l,
NH4N/w 7,3mg/l, Pges/w 0,17mg/l, Pges/w 0,12mg/l, Sauerstoff, Cl/w
477mg/l,
2 3 5 5 4 4 5 2010 1 3 5 4
Ba/w 0,23mg/l, Ag/w 0,04μg/l, Zn/w 17μg/l, Bor, NH4N/w 0,73mg/l, Pges/w
0,17mg/l, Sauerstoff, Cl/w 448mg/l, Ibuprofen, Diclofenac, Bezafibrat,
Bisoprolol, Carbamazepin, Sulfamethoxazol, Clarithromycin, Erythromycin,
Trimethoprim, Atenolol, Sotalol,
4 2015 5 2 5 5
wTemp, Ba/w 0,35mg/l, Mo/w 7μg/l, Cu/w 2,8μg/l, Zn/w 12μg/l, Mn/w
0,13mg/l, Ni/w 5μg/l, Bor 0,33mg/l, NO2N 0,09mg/l, NH4N 0,9mg/l, NH3N
12μg/l, Pges 0,28mg/l, Sauerstoff, Cl3 531mg/l, TOC 7,3mg/l,
die fettgedruckten Messstellenbewertungen wurden auf den WK übertragen
82
Maßnahmen
Bisher umgesetzte Maßnahmen
Einen Überblick über die bereits durchgeführten Maßnahmen zur Sanierung des Oelbach-Systems
gibt Abb. 9. Seit Oktober 2021 ist eine Verbindungsleitung, die sogenannte Grubenwasser-Leitung,
die zukünftig im ersten Bauabschnitt die Harpener Teiche mit dem Ümminger See verbindet, im Bau
(Stadt Bochum 2018).
Abb. 9: Projekte des Umbau-Programms Oelbach-System, (© C. Huber, Ruhrverband 2020)
Die Abb. 10 zeigt die 2014 / 2015 erfolgte Gewässer-Offenlegung und Neutrassierung des
Kirchharpener Baches auf einer Länge von 600 m, als Lösslehm geprägtes Fließgewässer. Hier wurde
eine sehr breite Bachaue geschaffen, die auch Ufer-Anrisse und Sedimentumlagerungen zulässt.
Abb. 10: Kirchharpener Bach, km 9,5; Gewässeroffenlegung und Neutrassierung, Foto links: J.
Drewenskus (2015), Foto rechts: J. Drewenskus (2016)
83
Am Gerther Mühlenbach wurde 2019 die Altlastensanierung mit der Bachsohlen-Abdichtung,
Neubau eines Stauraumkanals sowie Neubau eines Bioreaktors mit Pflanzenkläranlage zur
Grundwasser-Dekontamination durch die Stadt Bochum mit Förderung des Landes Nordrhein-
Westfalen in Betrieb genommen (s. Abb. 11). 2020 erfolgte am Kirchharpener Bach der Neubau eines
RÜB durch den Ruhrverband (Ruhrverband 2020).
Abb. 11: Gerther Mühlenbach, km 11,8; Altlastensanierung mit Bachsohlenabdichtung (Foto links),
Neubau Bioreaktor und Pflanzenkläranlage mit Kalmus (Acorus calamus) zur
Grundwasserdekontamination (Foto rechts) Fotos: J. Drewenskus (2019)
Die Harpener Teiche weisen eine Ausdehnung von etwa 6,5 ha (Stauvolumen ca. 70.000 m3) sowie
der Ümminger See von 10,4 ha (100.000 m3) auf. Diese Stillgewässer werden zurzeit noch komplett
vom Oelbach durchflossen. Eine erstellte Wasserbilanz hat gezeigt, dass beide Stillgewässer ohne die
Grubenwassereinleitung (nahezu 90 Prozent des Wasserdargebots) austrocknen würden. Die weit
überwiegende Quelle der Gesamtphosphorbelastungen sind mit 75 Prozent die
Mischwasserabschläge (Stadt Bochum 2008). Ebenso hat sich durch Begutachtung gezeigt, dass ohne
die Grubenwassereinleitung häufig kritische Sauerstoffkonzentration und ein deutlicher Anstieg der
Ammoniakkonzentration zu befürchten sind (Stadt Bochum 2011).
Beginnend ab Herbst 2022 wird auf der jeweiligen Westseite der Stillgewässer ein
Umgehungsgerinne für den Oelbach angelegt und somit die fließende Welle aus den Stillgewässern
herausgenommen. Es gibt eine Gewässerneutrassierung mit gewundenem Gewässerverlauf (s. Abb.
12), wie im Umsetzungsfahrplan zur Wasserrahmenrichtlinie vorgesehen, für den natürlichen
Mittelwasserabfluss, der kleine bis mittlere Mischwasserentlastungen aufnehmen kann.
Hochwasserspitzen mit dann stark verdünnten Mischwasserentlastungen werden mittels
Wasserweichen in die Harpener Teiche bzw. den Ümminger See zur Rückhaltung eingeleitet (Stadt
Bochum 2018).
Geplante Maßnahmen
In einem späteren, zweiten Bauabschnitt wird das Grubenwasser vom Ümminger See bis zu Ruhr
geleitet (s. Abb. 12) und somit die Entflechtung vollständig abgeschlossen sein.
Des Weiteren ist ein Gewässerumbau des Oelbach-Unterlaufs von der Kläranlage bis zur Mündung
in die Ruhr mit der Teilaufgabe der Schönungsteiche durch den Ruhrverband vorgesehen. Im Rahmen
der Zukunftsinitiative „Wasser in der Stadt von morgen“ soll die Entflechtung und abschnittsweise
Öffnung des Langendreer Baches realisiert werden.
84
Abb. 12: Schema der begonnen und geplanten Maßnahmen am Ümminger See, Quelle: verändert
nach Stadt Bochum (2014 und 18)
Zusammenfassung
Nachdem lange Zeit unklar war, ob und wie der Oelbach die Ziele der Wasserrahmenrichtlinie jemals
erreichen könnte und man 2017 schon die Beantragung von minderschweren Umweltzielen wegen
der dauerhaften Bergbaueinleitung erwogen hatte, konnte ein präzise abgestimmtes
Maßnahmenprogramm zwischen der Stadt Bochum, dem Ruhrverband und den Wasserbehörden
festgelegt werden. Durch die Sanierung von Altlasten, der Herausnahme des Grubenwassers aus dem
Fließgewässersystem sowie der weitgehenden Beseitigung stofflicher sowie hydraulischer
Missstände scheint das Erreichen des guten Potenzials im Oelbach-System auch mit den in Zukunft
noch umzusetzen Maßnahmen möglich.
Danksagung
Ich danke Herrn Joachim Reifenrath und Frau Birgit Schmidt aus meiner Dienststelle für die
Zusammenstellung und Aufbereitung der biologischen und chemischen Gewässeruntersuchungsergebnisse
zum Oelbach aus dem GÜS des LANUV sowie ELWAS-WEB.
85
Literatur
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der Grubenwasser-Einleitung Robert Müser vom 16.07.2018, Abteilung 6, Bergbau und Energie,
Bearbeitung: BT-DDA Zentrallabor, Herne; unveröff.,
INTERKOMMUNALE ARBEITSGEMEINSCHAFT REGIONALER GRÜNZUG E (1995): Grünzug E:
Rahmenplan / unter Beteiligung der Städte Bochum, Castrop-Rauxel, Herne und Recklinghausen.
Castrop-Rauxel, 26. S.: Ill., + 1 Kt. + Beil.: 1 Kt. Bearbeitung.: Planungsbüro Landschaft u. Siedlung,
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Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen, Recklinghausen, landesintern, Abfragen vom 16.12.2019
LAWA (2004): Länderarbeitsgemeinschaft Wasser. Abschließende Arbeiten zur Fließgewässertypisierung
entsprechend den Anforderungen der EU-WRRL - Teil II Endbericht. Bearbeitung: umweltbüro essen
LUA (1999): Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen, (Hrsg.) Leitbilder für kleine bis mittelgroße
Fließgewässer in Nordrhein-Westfalen, Gewässerlandschaften und Fließgewässertypen, (LUAMerkblatt
17), 86 S., Bearbeitung: Universität Essen, Abteilung Hydrobiologie, Essen.
MEIER, N. & H.-J. LEWER (Verfasser, 2012): Zeche Mansfeld – wie Urbanus und Colonia zu Mansfeld
wurden, Förderverein Bergbauhistorischer Stätten Ruhrrevier e. V. (Hrsg.), Eigenverlag, Dortmund,
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MULNV (2019): Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes
Nordrhein-Westfalen, Fachinformationssystem ELWAS (elektronisches wasserwirtschaftliches
Verbundsystem für die Wasserwirtschaftsverwaltung in NRW) mit dem Auswertewerkzeug ELWASWEB.
Düsseldorf, www.elwasweb.nrw.de, Abfragen vom 16.12.2019
MUNLV (2009): Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des
Landes Nordrhein-Westfalen, (Hrsg.): Leitfaden Monitoring Oberflächengewässer, Teil A,
Grundlagen, Probenahme, messstellen- und parameterbezogene Bewertung; Düsseldorf.
RUHRVERBAND (2020): Integrale Entwässerungsplanung (IEP) für das Einzugsgebiet der Kläranlage
Bochum-Oelbachtal - Immissionsbetrachtung, Essen, unveröff.,
STADT BOCHUM (2008): Rahmenkonzept Ümminger See in Bochum- Zustandsanalyse, Bochum,
Bearbeitung: umweltbüro essen / PFI, unveröff.
STADT BOCHUM (2011): Stoffliche und hydrologische Betrachtung Harpener Bach im Stadtgebiet
Bochum, 23 S., Bochum, Bearbeitung: Ingenieurbüro IB Beck, Wuppertal, unveröff.
STADT BOCHUM (2014): Natur und Freizeit im Grünzug E – Vorplanung Neue Ruhr Gärten mit
Renaturierung des Gewässersystem Harpener Bach, 23 S., Bochum, Bearbeitung: umweltbüro essen /
Herbststreit Landschaftsarchitekten Bochum,
STADT BOCHUM (2018): Neuordnung des Gewässersystems Harpener Teiche - Harpener Bach –
Ümminger See, Erläuterungen zum Vorhaben / Umweltverträglichkeits-Vorprüfung gem. § 7 UVPG,
24 S., Bochum, Bearbeitung: umweltbüro essen, unveröff.
STREICH, G. & C. VOIGT (1998): Zechen - Dominanten im Revier. Geschichte - Gegenwart - Zukunft. –
Nobel-Verlag, 256 S., Essen
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
86
Evaluierung des Zooplankton-Metabarcodings zur Optimierung des
gemeinsamen Monitorings der Bodenseeanrainerstaaten
Iris Dröscher; Thorsten Rennebarth; Bernd Wahl
Institut für Seenforschung (ISF) der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW)
Metabarcoding durch Next Generation Sequencing hat sich zu einem etablierten Werkzeug für die
schnelle Erfassung der Biodiversität entwickelt und der potentielle Einsatz im Monitoring und in der
Bewertung von Oberflächengewässern gemäß Wasserrahmenrichtlinie wird aktuell untersucht und
diskutiert. Generell lassen sich zwei Metabarcoding-Verfahren unterscheiden, eDNA-Metabarcoding
und Bulk-Metabarcoding. Das eDNA-Metabarcoding zielt dabei auf Umwelt-DNA (d.h. eDNA), also
auf genetisches Material, das von Organismen an die Umwelt abgegeben wird, ab. Beim Bulk-
Metabarcoding hingegen werden Mischproben von Organismen untersucht. Ziel der vorliegenden
Studie war es, ein Bulk-Metabarcoding-Protokoll zum Monitoring der Zooplanktondiversität des
Bodensees zu entwickeln. Bulk-Proben enthalten im Gegensatz zu Umweltproben genetisches
Material von relativ hoher Qualität und sind daher besonders geeignet, wenn Organismenproben, wie
im Falle des Zooplanktons, relativ einfach zu erhalten sind. Im Laufe eines Jahres (November 2019
– November 2020) wurden monatlich fünf bis sechs Messstellen im Pelagial des Hauptwasserkörpers
des Bodensees Obersee über den Tiefenbereich von 0 bis 50 m beprobt. Zur molekularbiologischen
Charakterisierung der Zooplankton-Artengemeinschaft wurden sowohl die mitochondriale
Cytochrom c Oxidase I (COI) als auch die ribosomale Internal Transcribed Spacer (ITS)-Region als
Markergene verwendet. Zur Evaluation des Metabarcoding-Verfahrens hinsichtlich der qualitativen
und quantitativen Aussagekraft wurden einerseits
(1) die durch das Metabarcoding gewonnenen Artenlisten mit den auf morphologischen Kriterien
basierenden Artenlisten und andererseits
(2) die taxonspezifischen Sequenzhäufigkeiten mit den artspezifischen Abundanzen verglichen. Die
Vorzüge und Schwächen der beiden methodischen Ansätze werden in Bezug auf Cladoceren,
Copepoden sowie Rotiferen diskutiert.
Die Ergebnisse liefern eine wertvolle Grundlage für die Optimierung des gemeinsamen Monitorings
mit den Bodenseeanrainerstaaten durch Ergänzung der aktuellen Monitoringstrategie mit modernen
molekularbiologischen Methoden.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Phytoplankton analysis with multispectral imaging flow cytometry &
deep learning
Susanne Dunker
Helmholtz-Centre for Environmental Research - UFZ / German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv)
Phytoplankton analyses as part of water quality assessment are traditionally performed with
microscopy. Microscopic investigations are of high quality but come with some restrictions like
taxonomic expert requirement, difficulties in providing standardized taxonomic knowledge and
taking long time, limiting the samples which can be processed in total. A new series of image-based
flow cytometers is capable of automatically taking images of particles at a maximum rate of 5000
particles/ sec. Images of referenced species (phytoplankton) can ideally be used for training a deep
learning network. First training and validation of a dataset of phytoplankton species similar in size
and shape revealed high accuracy (97 %) of correct identification. The innovative combination of
high throughput image cytometry and deep learning is therefore suggested as a promising tool to
monitor water quality in future. In addition to species identification alone, the method also allows
studying phytoplankton traits in detail which is demonstrated for a dataset of laboratory grown species
and a natural phytoplankton community in an urban pond in Leipzig. Experimental studies show how
intra- and interspecific trait variability is affected by environmental gradients or biotic interactions.
Natural phytoplankton samples were collected over the time course of one year and classified either
by taxonomy or morphologically based functional groups (MBFG). Both classifications in
combination provide a good mechanistic understanding of phytoplankton community dynamics. In
addition, detailed trait and image analysis are demonstrated to investigate single cell traits for
cyanobacteria and chlorophytes/ euglenophytes and to follow the fate of a cyanobacterial bloom
affected by a fungal infection. Furthermore, a great advantage of the measurements is the archivability
of microscopic images allowing a comprehensive respective data analysis.
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The domino effects of wetland restoration on mosquito populations
Tarja Dworrak & Ellen Kiel
Carl von Ossietzky University Oldenburg, Institute of Biology and Environmental Sciences, Group: Aquatic Ecology
and Nature Conservation, Ammerländer Heerstraße 114-118, D-26111, Oldenburg; tarja.viviane.dworrak@uol.de,
ellen.kiel@uol.de
Keywords: mosquito, Culicidae, wetland, restoration, conservation
Over the past century there has been a dramatic decrease in wetlands worldwide. In Europe 56.3 %
of the wetlands have declined since 1900 (Davidson 2016). Wetland restoration, on the one hand, is
fundamental for society and nature. Since 1979 the Federal Agency for Nature Conservation has
supported more than 37 large-scale conservation projects with the focus on restoring wetlands. On
the other hand, rewetting wetlands often creates habitats, which can serve as breeding sites for
mosquitoes, because their immatures can develop in high abundances in lentic pools. Conflicts
accumulate, when human settlement is close to the restoration measures. Mosquitoes are well-known
as nuisance species and carriers of infectious pathogens. If people are afraid of an increased nuisance
and/or disease risk, authorities are obliged to implement mosquito control measures. Conversely, a
major problem of a widespread and extensive mosquito control can be the impacts on non-targets
species, such as chironomids. These impacts on non-target organisms as well as on trophic networks
can operate contrary to the wetland restorations’ targets, whose aim is inter alia to increase
biodiversity. We need novel and interdisciplinary research that estimates the impacts of conservation
measures on mosquitoes and vice versa. Knowledge about the impacts will help to optimize future
conservation projects in wetlands and develop an alternative mosquito control that has minor effects
on biodiversity.
Therefore, the aim of our research is to analyze if and to what extent nature conservation measures
influence mosquito populations. Based on the interdisciplinary framework of the study, we are
evaluating our research aim with a combination of vector ecology and social sciences. For the vector
ecology part, we assessed the mosquito situation after the conservation measure by sampling adult
mosquitoes with CO2-baited BG-traps (Biogents®, Regensburg, Germany) from May to September
and immatures with a standardized dipper (350 ml, BioQuip®, Compton, California, US) from March
to September. The sampling was conducted from 2019 to 2021. For the social sciences part, we are
distributing questionnaires about the mosquito nuisance perception to the residents living in proximity
to the mosquito traps and conservation areas. In the next step, we are comparing the questionnaires’
results with the mosquito trap data.
We prepared one case study to present how we are evaluating the two perspectives. In the Leipheimer
Moos, located close to Ulm in the Swabian Danube valley in Southern Germany, inundation of a
dried-out wetland is done since 2011. In this area we compared restored with degraded study sites in
2020 with adult traps and immatures sampling. No dramatic increase in the mosquitoes has been
observed. Additionally, we assessed the captured mosquito species and their biting behaviors, since
different biting behaviors influence the mosquitoes’ nuisance levels. Overall, the mosquitoes with a
very high-nuisance level were Aedes sticticus (MEIGEN, 1838) and Aedes vexans (MEIGEN, 1830),
89
two floodwater mosquitoes. However, these two species were also not very abundant in the study
area. Our research goal is to evaluate the results from the case studies and questionnaires, in order to
develop guidelines for future wetland restoration projects.
Literatur
Davidson, N. (2016): Wetland Losses and the Status of Wetland-Dependent Species. In: Finlayson et al.
C.M. (eds.): The Wetland
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Thermal Biology of an Alpine Glacial Relict: Proteome Dynamics
Following Acclimation Highlight Molecular Mechanisms Underlying
Thermal Adaptation
Joshua Ebner¹; Mirjam Wyss; Danilo Ritz²; Stefanie von Fumetti²
¹ Universität Basel; ² University of Basel
Current climate change patterns elicit more frequent and higher temperature extremes in freshwater
ecosystems. Currently, associated groundwater warming threatens the biodiversity of alpine spring
systems, habitats that are characterized by perennially cold thermal regimes. Populations of species
adapted to these historical climates will experience strong selection to respond to these novel regimes.
Understanding how thermal adaptation manifests at the molecular level and if cold-adapted organisms
show reduced acclimatory capacities are therefore important goals in contemporary ecology. How do
we determine if species are cold-adapted and vulnerable to thermal regime changes? And how can
we assess stress levels of populations experiencing this change? To address these questions, we
probed the thermal biology of the Planarian glacial relict Crenobia alpina. We first assessed thermal
preferences and metabolic activity by analyzing critical thermal maxima and energy reserves
following acclimation. We then characterized C. alpina's proteome and identified molecular
mechanisms underlying cold- and warm-acclimation. Specifically, after one week at 8, 11, 14, or
17°C, we applied LC-MS/MS and measured abundance patterns of protein networks. We found that
cold temperature induces a pronounced proteome change, with higher abundances of proteins related
to oxidative stress, membrane restructuring, cellular transport, and ribosome biogenesis. Following
warm acclimation, we observed increased protein abundances related to unfolded protein
accumulation, cellular damage, reproduction, development, and the innate immune system. The
absence of commonly observed responses to temperature increases such as a heat-shock response
indicates reduced acclimatory capacity in this species. This data allowed for the identification of novel
biomarker proteins for detecting temperature-induced stress in this and potentially other cold-adapted
species. Our results refine our understanding of molecular mechanisms underlying thermal adaptation
in basal glacial relicts and support the classification of C. alpina as a cold-adapted species that may
be particularly vulnerable to changes in the thermal regime of their increasingly vanishing habitats.
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Working together towards better predictions -
Ensemble lake modeling as a community project
Johannes Feldbauer¹; Thomas Petzoldt¹; Robert Ladwig²; Jorrit Mesman³; Tadhg Moore⁴
¹ TU Dresden; ² University of Wisconsin-Madison; ³ University of Geneva / Uppsala University; ⁴ Virginia Tech
Mechanistic models are important tools in limnology that can be used for scenario analysis, for
prediction, or to quantify and study processes in lakes. In the last 40 years a multitude of different
models were developed and used, and there was considerable progress in replicating thermal structure
of lakes. But in practice, most of the models were hard to set-up, especially for inexperienced users.
In consequence, technical and methodological aspects stagnated, not keeping up with the
developments in other environmental fields.
Model ensembles, for example, i. e. running multiple models with different model structure, initial
conditions and parametrization, are state of the art in weather forecasting and climate modeling.
Ensemble modeling can address uncertainty in models and model parameters. In limnology, only few
studies used model ensembles, even though they could help to advance knowledge and to resolve
communication of uncertainties.
To fill this gap, a work group of the international early-career researcher network AEMON-J (Aquatic
Ecosystem MOdelling Network Junior) has been working together on a software package that
facilitates the application and evaluation of an ensemble of physical lake models in a user-friendly
manner. The R package LakeEnsemblR enables the simple usage of five one dimensional lake models
(FLake, GLM, GOTM, Simstrat, MyLake) on the basis of standardized input and forcing files. The
package includes functions to calibrate the individual models, and to evaluate and visualize the
ensemble outcome.
In the first applications, the ensemble average showed satisfying model performance, even without
calibration of the individual models, and was a better predictor for the observed water temperature
than every single model alone, which shows the potential of using model ensembles. The talk will
demonstrate a practical application of the model ensemble, in which climate warming scenarios for a
drinking water reservoir are simulated by using downscaled data from a regional climate model as
meteorological forcing.
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Biofilm pads - an easy method to manufacture artificial biofilms
embedded in an alginate polymer matrix
Patrick Fink¹; Timm Reinhardt²; Jana Moelzner²; Thomas R. Neu¹
¹ Helmholtz-Centre for Environmental Research - UFZ; ² Universität zu Köln
Periphytic biofilms are the major resource for many herbivorous invertebrates in both marine and
freshwater benthos. They are of crucial importance for benthic food webs, substrate stability, and
biogeochemical processes in littoral zones. While the importance of invertebrate grazing on biofilms
has been studied extensively using natural, mixed algal communities grown on artificial substrates,
there is so far no method available to create defined periphyton communities for these grazing studies.
The reason for this is that many benthic algae interact with co‐occurring species within the
extracellular polymeric substances (EPSs) that form the nonorganismic part of the biofilm. Here, we
present a novel method that allows the manufacturing of defined monoculture and multispecies
biofilms by using an alginate polymer as artificial EPS structure, into which algal cultures can be
embedded. Using confocal laser scanning microscopy, we show that alginate effectively embeds
various algal taxa in an EPS matrix that is very similar to natural biofilms. In a grazing experiment,
we demonstrate that several common freshwater herbivorous invertebrates can graze these alginate
biofilms efficiently. As the method is easy to handle, it allows for highly controlled feeding
experiments with benthic herbivores to assess, for example, the role of algal biodiversity on the
efficiency of top‐down control, the effects of environmental drivers such as nutrients, salinity, or
seawater acidification on biofilm community structure, and the impacts of herbivory in benthic
communities.
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Biogeochemical and microbiological characterization of rust tubercles
induced by microbial activity
Annika Fiskal¹; Lipi Raghunatha Reddy¹; Ilona Herrig¹; Sven-Erik Wulf²; Jutta Meier³;
Helmut Fischer¹
¹ Federal Institute of Hydrology (BfG); ² BAW Federal Waterways Engineering and Research Institute; ³ University
Koblenz-Landau
Biofilms on hydraulic structures can cause serious corrosion processes, often accelerated by microbial
activity (microbially influenced corrosion, MIC). Within the project “RimiK” (risk factors and
indicators of microbially induced corrosion), we characterized corrosive biofilms occurring on steel
structures like bollards, lock gates and sheet pile walls in waterways using biogeochemical and
microbiological analysis. To biogeochemically characterize the rust tubercles formed by MIC on high
spatial resolution we applied microsensors (Unisense, DK) in the field. Thereby, we recorded profiles
of redox potential (Eh), O2, H2S and pH with 500 μm spatial resolution. Additionally, we sampled
rust tubercles from different water lock sites for DNA extraction and Next Generation Sequencing
(NGS) to characterize and compare the microbial community between and within sites involved in
MIC.
We found decreasing O2 concentrations towards the inside of the tubercles, with a maximum
penetration depth of ~12 mm. Accordingly, microaerophilic Fe-oxidizers (Gallionella) were detected
on tubercle surfaces. However, no free H2S was detected in the tubercle despite NGS results show
the presence of sulfate reducers (Desulfovibrio). Therefore, H2S might have been formed but was
precipitated with Fe(II) in the tubercle by forming iron sulfides. The pH decreased towards the centre
of the tubercle and reached weakly acidic conditions of ~5.5. Redox potential decreased to values of
-350 to -500 mV, indicating reducing conditions, in line with the presence of iron reducers (Geothrix),
sulfate reducers and methanogens (Methanosaeta, Methanoregula).
The chemical micro-environment within the corrosive biofilms is highly different from the
surrounding air/water phase and these unique biogeochemical conditions are also reflected by a
distinct microbial community composition within the tubercles.
Overall, the microbial community composition was highly complex and distinct between sites and
rust tubercles harbour a high fraction of unique species compared to water and or sediment samples,
and even compared to “non-corrosive biofilm” samples.
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Mixed in - Sediment migration modulates the structural and
functional colonisation of freshly incoming soil from bank erosion
Insa Franzmann¹; José Schreckinger¹; Anna Oprei¹; Michael Mutz¹; Ute Risse-Buhl²
¹ Brandenburg University of Technology Cottbus – Senftenberg; ² Helmholtz-Centre for Environmental Research - UFZ
Magdeburg
Climate change associated hydrological extremes increase bank and catchment erosion, input of
sandy soils into lowland rivers, and in-stream sediment transport in migrating bedforms (ripples and
dunes). In these bedforms that can cover 20-100% of the riverbed benthic microbial communities are
exposed to high frequent periodic migrating-resting cycles and light regimes. We aimed to clarify the
effect of sediment migrating-resting cycle on the microbial activity and structural assembly (bacteria
and phototrophs) of i) aquatic sediment and ii) a bank-sediment mixture containing 80% freshly
eroded bank soil and 20 % aquatic sediment. Sediment and bank soil were sampled from a lowland
sand-bed river. Pure aquatic and mixed sediments were exposed in microcosms to migrating and
stationary conditions at 11°C, 14 h dark and 10 h light for 12 days.
Aquatic sediments had initially higher rates of net community production (NCP) and increased
continuously to highest rates during the incubation period at stationary conditions. NCP rates of banksediment
mixture show a lag-period of 5 days, and increase during the incubation is much lower than
aquatic sediments. Sediment migration equally limited rates of NCP of aquatic and mixed sediments
to 25% of that of the stationary aquatic sediments. In comparison, community respiration in banksediment
mixture was half as that of stationary aquatic sediments. Interestingly, the colonization
dynamics of bank-sediment mixture remained unaffected by sediment migration. Our results indicate
that high frequent sediment migration restricted benthic phototrophic and heterotrophic activities of
aquatic sediments, which causes implications on the carbon transformation of lowland sand-bed
rivers.
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Klimawandel und Bundeswasserstraßen: Vorstellung des DASBasisdienstes
„Klima und Wasser“ mit Fokus auf die Wassergüte von
Rhein und Elbe
Marieke Frassl; Claudius Fleischer; Enno Nilson; Helmut Fischer
Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)
Der Klimawandel macht auch vor den Bundeswasserstraßen nicht Halt. Hinweise auf die
Auswirkungen des Klimawandels liefern die Extremereignisse der vergangenen Jahre, wie das
sommerliche Niedrigwasser im Rhein in 2018 oder das seit 2017 auftretende spätsommerliche
Massenaufkommen von Cyanobakterien in der Mosel. Der derzeitige Kenntnisstand zu den
Auswirkungen des Klimawandels auf die Bundeswasserstraßen lässt erwarten, dass der aquatische
Lebensraum vom Klimawandel deutlich beeinträchtigt sein wird mit Auswirkungen für viele Politikund
Wirtschaftsfelder.
Um den Herausforderungen des Klimawandels rechtzeitig begegnen zu können und dadurch
Beeinträchtigungen wo möglich zu mindern, hat die Bundesregierung im Rahmen der Deutschen
Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) den DAS-Basisdienst „Klima und Wasser“ ins
Leben gerufen. Der behördenübergreifende Dienst liefert Daten und Beratung zum Klimawandel und
dessen Auswirkungen auf die Bundeswasserstraßen und die deutsche Küste. Basierend auf einer
einheitlichen Datengrundlage werden Projektionen für die nahe und ferne Zukunft erstellt. Im
Rahmen des Dienstes erstellte Wassergüteprojektionen liefern Informationen zu ausgewählten
Wassergüteparametern wie Wassertemperatur, Sauerstoffgehalt und Chlorophyll-a Konzentration.
Die Daten werden über ein Webportal verfügbar gemacht. Der Beitrag stellt die Datenbasis des DASBasisdienstes
vor und geht auf Projektionen der Wassergüte in Rhein und Elbe ein.
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Auswirkungen der letzten Trockenperiode auf die Bewirtschaftung
und Rohwasserbereitstellung ausgewählter sächsischer
Trinkwassertalsperren
Karin Freier; Tilo Hegewald; Ralf Sudbrack
Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen
Die langanhaltende Trockenperiode der Jahre 2019/20 führte in vielen sächsischen
Trinkwassertalsperren zu sehr niedrigen Zuflüssen. An einigen Talsperren konnte zu Beginn der
Sommerstagnation das Stauziel nicht erreicht werden. In dem Vortrag sollen die Auswirkungen dieser
Situation auf die Rohwasserbereitstellung für die Trinkwasserversorgung vorgestellt werden, indem
insbesondere die Entwicklung kritischer wasserwerksrelevanter Parameter betrachtet wird. Es soll ein
Einblick gegeben werden, welche Vorkehrungen bei der Landestalsperrenverwaltung Sachsen zur
besseren Bewirtschaftung von Trinkwassertalsperren bei Extremereignissen getroffen werden.
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Possible pitfalls in fish passage research and how to avoid them
Jürgen Geist¹; Melanie Mueller; Josef Knott; Leonhard Egg; Joachim Pander
¹ TU München
The worldwide expansion of hydropower as well as the need for ecological improvements of riverine
biological communities have prompted intensive research and monitoring of fish passage, yet many
procedures and protocols have not been sufficiently validated. This presentation investigates some of
the most common assumptions and pitfalls in fish passage research and provides concrete
recommendations of how they can be avoided. This includes the following examples: (1) the bias
introduced by various catching /monitoring techniques, (2) the transferability of findings from fish
passage laboratory experiments to real situations, (3) the replacement of experiments with real fish
by modeling and sensor fish experiments, (4) the optimization of fish ways for the sole purpose of
increasing passage, as well as (5) the assumption that innovative hydropower techniques would
always be more fish friendly than conventional ones. A systematic study on the above points
comprising nine sites with innovative and conventional hydropower use revealed that (1) even
advanced sonar- and camera-based monitoring tools can introduce substantial bias in terms of fish
counts and sizes and that net-based catches can result in high injuries and mortalities under certain
conditions. They also revealed (2) strong discrepancies in the efficiency of downstream passage fish
guiding devices between laboratory and field, as well as (3) between modeling and sensor fish
experiments and the damage observed in real fish populations. Moreover, it is suggested that (4)
fishways can also have important functions as substitute habitats in addition to their function for fish
passage, and that (5) some of the innovative hydropower techniques can result in mortalities higher
than in conventional Kaplan or Francis-turbines. All of these findings suggest that the development
of standards in fish passage research requires further optimization to increase comparability of data
from across sites.
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Zeitliche Veränderungen der Makrozoobenthosdiversität in urbanen
Fließgewässern – Ergebnisse einer 12-jährigen Monitoringstudie
Diana Goertzen; Anne-Kathrin Schneider; Frank Suhling
TU Braunschweig, Institut für Geoökologie
Urbanisierung hat vielfältige negative Einflüsse auf den Zustand und die Biodiversität von
Fließgewässern. Während Langzeitstudien auf eine Erholung der Makrozoobenthosdiversität
aufgrund verbesserter Wasserqualiät, zumindest in Europa und Nordamerika, hindeuten, stellt sich
die Frage, ob und wie eine Zunahme der Makrozoobenthosdiversität auch in urbanen Fließgewässern
erreicht werden kann. Im Rahmen eines nun 12 Jahre andauernden Gewässergüte-Monitorings
zwischen 2009 und 2020 haben wir an 56 Probestellen in der Stadt Braunschweig regelmäßig
Makrozoobenthos-Erfassungen durchgeführt. Anhand dieser Daten haben wir zeitliche
Veränderungen der Makrozoobenthosdiversität sowie Faktoren analysiert, die resultierende Muster
erklären. Der Artenreichtum nahm über den Untersuchungszeitraum deutlich zu, dies galt sowohl für
die Gesamtartenzahl als auch für die Anzahl von Indikatorarten für einen guten Gewässerzustand.
Nur an einzelnen Probestellen kam es zu einer signifikanten Verschlechterung. Faktoren wie eine
höhere Fließgeschwindigkeit, geringe saprobielle Belastung und naturnahe Sohlstrukturen
begünstigten einen hohen Artenreichtum inklusive positiver Entwicklungstrends sowie eine erhöhte
Anzahl an Indikatorarten. Dagegen führten stärker degradierte Bedingungen zu einem geringen
Artenreichtum und einem erhöhten Vorkommen toleranter Arten. Unsere Ergebnisse lassen darauf
schließen, dass sich auch in urbanen Gewässern artenreiche, fließgewässertypische
Artengemeinschaften etablieren können, wenn urbane Stressoren abgemildert werden, beispielweise
durch stadtweite Gewässerentwicklungskonzepte, die eine verbesserte Wasserqualität, reduzierte
Gewässerunterhaltung und Revitalisierungsmaßnahmen zum Ziel haben.
Ein weiteres interessantes Ergebnis war, dass sich an einigen Probestellen die positiven
Entwicklungstrends ab 2018, dem Beginn einer überdurchschnittlichen trockenen Periode, aufhoben
oder sogar umkehrten. Hieraus ergeben sich erste Anzeichen, dass Trockenperioden, wie sie
zukünftig häufiger auftreten können, dem Erfolg von Gewässerentwicklungsprogrammen negativ
entgegenwirken können.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Langzeitentwicklungen in Seen der Mecklenburgischen Seenplatte
Thomas Gonsiorczyk1, Peter Casper1, Mark Gessner1, Michael Hupfer1, Peter Kasprzak1, Georgiy
Kirillin1, Rainer Koschel1, Eckhard Kohlhas2 & Ilona Korczynski2
1 Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (thomas.gonsiorczyk@igb-berlin.de),
2 Ministerium für Landwirtschaft und Umwelt Mecklenburg-Vorpommern
Keywords: Seen, Klimawandel, Temperatur, pH, Anorganischer Kohlenstoff, Organischer Kohlenstoff
Einleitung
Die Auswirkungen des Klimawandels zeigen weltweit Effekte auf die Langzeitentwicklungen von
Seen. Dabei können die Seen je nach Region, Schichtungstyp, Struktur des Einzugsgebietes und des
individuellen Trophiegrades unterschiedlich auf die Klimaerwärmung reagieren (Adrian et al. 2009,
O´Reilly et al. 2015). Langzeituntersuchungen verschiedener Gewässer können allgemeine,
überregionale Trends aufzeigen und ermöglichen Prognosen für die zukünftige Entwicklung der
Seen. Mit dem Ziel, solche Trends in unterschiedlichen Seen einer Region zu identifizieren, haben
wir limnologische Langzeitdaten von insgesamt acht Seen im Gebiet der Mecklenburgischen
Seenplatte erhoben und ausgewertet. Aus den Langzeitentwicklungen dieser Seen lassen sich einige
generelle Entwicklungen auch für andere Seen des norddeutschen Tieflands ableiten.
Material und Methoden
Messreihen, die teilweise über 40 Jahre zurückreichen, liegen für den Haussee, den Breiten und
Schmalen Luzin im Feldberger Seengebiet sowie für den Tollensesee und den Stechlinsee vor.
20jährige Messreihen physikalischer, chemischer und biologischer Messgrößen existieren für den
Tiefwarensee und zwei polymiktische Seen, die Lieps und den Melzer See. Die meisten der
untersuchten Seen weisen gegenwärtig einen mesotrophen Zustand auf (Tab. 1). Die beiden
polymiktischen Seen sind eutroph (Mz) bis polytroph (Li).
Die Probenahmen erfolgten in der Regel monatlich, mindestens jedoch an 6 Terminen pro Jahr.
Zeitweise wurden in den Sommermonaten auch 14 tägige Probennahmen durchgeführt. Die Messung
der Temperatur und des pH-Wertes in der Wassersäule erfolgte mit Multiparametersonden (bis 2010:
WTW, Weilheim, Germany, ab 2010 YSI, Ohio, USA). Die Sichttiefe wurde mit einer weißen
Secchi-Scheibe von 25 cm Durchmesser gemessen.
Die Alkalinität wurde durch Titration bestimmt (DIN EN ISO, 9963-1:1996-02, Titrando 888,
Methrom, Filderstadt, Deutschland). Die Bestimmung des anorganischen Kohlenstoffs (TIC = total
inorganic carbon) und organischen Kohlenstoffs (TOC = total organic carbon) erfolgte an einem
TOC-Analyzer (TOC-L Serie, Shimadzu, Kyoto, Japan).
Die Analyse gelöster Anionen (Cl-, and SO4
2-) und Kationen (Ca2+, Na+, K+) erfolgte mit einem
Ionenchromatographen (ICS1000, Dionex, Sunnyvale, USA).
100
Tab. 1: Morphometrische und trophische Merkmale der acht untersuchten Seen (Schichtungstyp: p =
polymiktisch, d = dimiktisch, zmax = maximale Tiefe, zm = mittlere Tiefe, Trophie-Index nach
LAWA 2014)
See Schichtung zmax [m] zm [m] Seefläche
[km²]
Trophie-Index
(2005) (2020)
Lieps (Li) p 3,8 2,4 4,26 4,0 (p1) 3,9 (p1)
Melzer See (Mz) p 3,9 2,8 0,13 4,2 (p2) 3,5 (e2)
Feldberger Haussee (Hs) d 12,5 5,8 1,32 3,2 (e2) 2,5 (m2)
Tiefwarensee (Tw) d 23,6 9,7 1,38 1,5 (o) 2,1 (m2)
Tollensesee (To) d 31,2 17,8 17,75 1,8 (m1) 1,8 (m1)
Schmaler Luzin (SL) d 33,5 14,5 1,46 1,6 (m1) 1,6 (m1)
Breiter Luzin (BL) d 58,3 22,8 3,37 1,9 (m1) 2,0 (m1)
Stechlinsee (St) d 69,5 23,3 4,25 1,4 (o) 2,0 (m1)
Ergebnisse
In allen untersuchten geschichteten Seen ist in den letzten 30 Jahren ein zunehmender Trend der
sommerlichen Temperaturen im Oberflächenwasser zu verzeichnen, der jedoch meistens nicht
signifikant ist (Tab. 2). Die durchschnittliche Erwärmung seit 1991 betrug 0,30 ± 0,15 K pro Dekade.
Der Einfluss der Klimaerwärmung wird deutlicher, wenn die verfügbaren Daten seit Ende der 70er
Jahre berücksichtigt werden. Die durchschnittliche Erwärmung liegt dann bei 0,58 ± 0,05 K pro
Dekade.
Tab. 2: Sommerliche Temperaturzunahme (λT) im Oberflächenwasser (Mittelwert 0-5, Haussee: 0-3
m) der untersuchten geschichteten Seen seit 1991 (Juli/August-Mittelwerte).
See St BL SL To Tw1) Hs
λT [K Dekade-1] 0,46 0,28 0,48 0,10 0,18 0,31
Signifikanzniveau, p 0,081 0,335 0,049 0,762 0,626 0,282
Beobachtungsbeginn 19812) 1978 1981 1977 1978
λT [K Dekade-1] 0,63 0,58 0,50 0,58 - 0,61
Signifikanzniveau, p 0,005 0,016 0,008 0,014 - 0,001
1) Werte ab 1998, 2) Werte aus Lathrop et al. (2019)
101
Abb. 1: Vergleich der mittleren Temperaturprofile im Sommer (Juli/August) im Zeitraum 1990-1995
und 2015-2020 in den untersuchten geschichteten Seen, Rechte Abbildungen:
Temperaturdifferenz zwischen den mittleren Temperaturprofilen von 1990-1995 und 2001-
2015 (Tw: keine Daten für 1990-1995).
102
Der Vergleich der sommerlichen Temperaturprofile in den Zeiträumen 1990-1995 und 2015-2020
zeigt, dass die größte Temperaturzunahme nicht an der Wasseroberfläche erfolgte, sondern in tieferen
Wasserschichten im Bereich der Thermokline (Abb. 1). Im Stechlinsee, den beiden Luzinseen und
im Haussee wurde die größte Temperaturzunahme in Wassertiefen von 4-6 m ermittelt, wobei im
Schmalen Luzin und im Tollensesee eine Erwärmung des Wasserkörpers bis in eine Wassertiefe von
etwa 12 m nachweisbar war. Im Stechlinsee und Breiten Luzin kam es im Metalimnion dagegen zu
einer deutlichen Temperaturabnahme. Im Bereich der maximalen Wassertiefe war, mit Ausnahme
des Haussees, in allen untersuchten Seen ein abnehmender Trend der Temperaturen zu verzeichnen.
Im Stechlinsee kam es im Untersuchungszeitraum zu einer Abnahme der Sichttiefen, im Breiten
Luzin, Tollensesee, Tiefwarenssee und der Lieps blieben die Sichttiefen weitgehend konstant und im
Schmalen Luzin, Haussee und Melzer See war eine Zunahme der Sichttiefen zu verzeichnen (Tab.
3).
Tab. 3: Jahresmittelwerte der Sichttiefen in den untersuchten Seen [m].
Zeitraum St BL SL To Tw Hs Mz Li
1990-1995 8,3 ± 0,2 3,7 ± 1,0 5,1 ± 1,7 5,0 ± 0,7 5,0 ± 0,61) 1,2 ± 0,4 0,4 ± 0,11) 0,6 ± 0,1
2015-2020 5,9 ± 0,8 3,4 ± 0,3 8,1 ± 0,7 6,1 ± 1,0 5,8 ± 1,7 2,8 ± 0,2 1,2 ± 0,1 0,6 ± 0,1
1) Mittelwert 2001-2005
In allen untersuchten Seen ist seit 2005 ein signifikant abnehmender Trend der pH-Werte im
Oberflächenwasser (0 m) zu verzeichnen (Abb. 2). Die durchschnittliche pH-Wert-Abnahme betrug
0,18 ± 0,05 Einheiten pro Dekade.
Abb. 2: Entwicklung der Jahresmittelwerte der pH-Werte im Oberflächenwasser (0 m) der acht
untersuchten Seen (2005-2020).
In den meisten untersuchten Seen wurde ein zunehmender Trend der TIC-Konzentrationen
festgestellt (Abb. 3). Einzige Ausnahme bildet der Stechlinsee, in dem die TIC-Konzentrationen
weitgehend konstant geblieben sind. Die durchschnittliche TIC-Zunahme (ohne St) betrug 0,32 ±
0,13 mg C L-1 a-1. Die geringsten TIC-Konzentrationen wurden im Stechlinsee mit 20,7 ± 1,1 mg L-1
ermittelt (Mittelwert 1996-2020). Im Feldberger Seengebiet (BL, SL und Hs) lagen die TIC103
Konzentrationen bei durchschnittlich 28,1 ± 0,6 mg L-1 und im Tollense- und Tiefwarensee bei 31,9
± 1,4 mg L-1. Die höchsten TIC-Konzentrationen wurden in den beiden polymiktischen Seen (Li und
Mz) mit 38,6 ± 3,2 mg L-1 ermittelt. Entsprechend wurde im Stechlinsee eine geringere Alkalinität
(1,75 ± 0,17 mmol L-1) ermittelt als in den Feldberger Seen (2,29 ± 0,01 mmol L-1) und im Tollenseund
Tiefwarensee (2,64 ± 0,11 mmol L-1). Die höchste Alkalinität wurde mit durchschnittlich 3,12 ±
0,28 mmol L-1 in den polymiktischen Seen gefunden.
Auch bei den TOC-Konzentrationen wurde in allen untersuchten Seen ein zunehmender Trend
festgestellt (Abb. 4). Die durchschnittliche Zunahme betrug 0,18 ± 0,05 mg C L-1 a-1. Auffällige TOCMaxima
wurden in allen untersuchten Seen im Jahr 2011 festgestellt. Die geringsten TOC-Konzentrationen
wurden im Stechlinsee mit 5,8 ± 0,4 mg L-1 ermittelt (Mittelwert 1996-2020). In den beiden
Luzinseen (BL und SL) und im Tollensesee lag die TOC-Konzentration bei durchschnittlich 7,5 ±
0,6 mg L-1 und im Haussee und Tiefwarensee bei 10,9 ± 0,6 mg L-1. Die höchsten TOC
Konzentrationen wurden in den beiden polymiktischen Seen (Li und Mz) mit durchschnittlich 15,5 ±
1,2 mg L-1 ermittelt.
Abb. 3: Entwicklung der TIC-Konzentrationen im Oberflächenwasser der acht untersuchten Seen
(Mischprobe Epilimnion).
Abb. 4: Entwicklung der TOC-Konzentrationen im Oberflächenwasser der acht untersuchten Seen
(Mischprobe Epilimnion).
TOC-Konzentration [mg L-1]
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
SL
r² = 0,81 (p < 0,001)
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
Li
r² = 0,25 (p = 0,098)
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
St
r² = 0,75 (p < 0,001)
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
BL
r² = 0,56 (p < 0,001)
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
To
r² = 0,71 (p < 0,001)
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
Tw
r² = 0,34 (p = 0,004)
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
Hs
r² = 0,29 (p = 0,008)
0
5
10
15
20
25
30
1995 2000 2005 2010 2015 2020
Mz
r² = 0,19 (p = 0,095)
104
In den Feldberger Seen (BL, SL und Hs) und im Tollensesee kam es in den letzten 20 Jahren auch zu
einem signifikant zunehmenden Trend der Ca2+-Konzentrationen (nicht dargestellt). Die
durchschnittliche Ca2+-Zunahme lag in diesen Seen bei 0,31 ± 0,04 mg Ca2+ L-1 a-1.
In den meisten Seen wurde außerdem eine signifikante Abnahme der SO4
2--Konzentrationen um
durchschnittlich 0,8 ± 0,8 mg SO4
2- L-1 a-1 festgestellt (Minimum: 0,13 mg SO4
2- L-1 a-1 im SL,
Maximum: 2,33 mg SO4
2- L-1 a-1 im Tw).
Diskussion
Die in den untersuchten dimiktischen Seen festgestellte sommerliche Temperaturzunahme (1991-
2020: 0,30 ± 0,15 K pro Dekade, Tab. 1) liegt etwas niedriger wie die durchschnittliche Zunahme der
Jahresmittel-Temperatur in Mecklenburg-Vorpommern (1991-2020: 0,51 K pro Dekade;
www.wetterkontor.de). Bei zusätzlicher Berücksichtigung der Daten aus den 80er Jahren ergibt sich
für die Feldberger Seen (BL, SL und Hs), den Tollensesee und Stechlinsee jedoch eine höhere
Temperaturzunahme von 0,58 ± 0,05 K pro Dekade, die höher liegt wie die Zunahme in mehr als 200
weltweit untersuchten Seen, in denen zwischen 1985-2009 eine durchschnittliche Erwärmung um
0,34 K pro Dekade festgestellt wurde (O´Reilly et al. 2015). Da es sich bei den ausgewerteten
Temperaturdaten nur um punktuelle Messungen handelt sind die berechneten Temperaturzunahmen
sehr stark von kurzfristigen Wetterschwankungen beeinflusst. Die Sommermittelwerte im Juli und
August repräsentieren jedoch einen Zeitraum, in dem die Temperaturen im Epilimnion ein Maximum
erreichen (Lathrop et al. 2019). Auch tageszeitliche Schwankungen der Oberflächentemperatur
sollten einen geringen Einfluss auf die Streuung der Messwerte haben, da die Sondenmessungen
immer vormittags (i. d. R. um ca. 10:00 Uhr) stattfanden.
Der Befund, dass die größte Erwärmung in der Wassersäule zumeist im Bereich der Thermokline zu
verzeichnen war (Abb. 1), deutet darauf hin, dass sich die Thermokline in den untersuchten Seen in
tiefere Wasserschichten verlagert hat. Ein höherer Wärmetransport in tiefere Wasserschichten kann
sich durch einen höheren Wärmeeintrag und turbulente Durchmischung ergeben, er kann aber auch
die Folge einer Zunahme der Sichttiefen sein, in dem das Sonnenlicht tiefer in den Wasserkörper
eindringt (Shatwell et al. 2016). Im Schmalen Luzin kam es zwischen 1990 und 2020 zu einer
deutlichen Zunahme der Sichttiefen (Tab. 3), wodurch sich auch die tieferen Wasserschichten stärker
erwärmen konnten. Auch im Tollensesee war eine Erwärmung des Wasserkörpers bis in eine Tiefe
von mehr als 10 m nachzuweisen. Die Epilimniontiefe ist in dem sehr windexponierten Tollensesee
allerdings sehr variabel und kann in den Sommermonaten zwischen 4 bis 13 m liegen.
Der abnehmende Trend der Temperaturen im Hypolimnion der untersuchten, tieferen Seen (> 20 m)
ist höchstwahrscheinlich ein auf ein frühzeitigeres Einsetzen der Sommerstagnation zurückzuführen,
wodurch kälteres Tiefenwasser früher im Jahr vom warmen Oberflächenwasser überschichtet wird.
Für den Stechlinsee wurde zwischen 1958 bis 2010 ein früheres Einsetzen der Sommerschichtung um
3,8 d pro Dekade berechnet (Kirillin et al. 2013) und die Temperatur in 60 m Wassertiefe hat zwischen
1972 bis 2020 um 0,26 K pro Dekade abgenommen (Novemberwerte, r² = 0,33, p < 0,001). Im
Stechlinsee und Breiten Luzin wurde zwischen 1990-2020 auch eine deutliche Temperaturabnahme
im Metalimnion in Wassertiefen von etwa 8-10 m beobachtet, die sich ebenfalls durch einen
frühzeitigeren Beginn der Sommerschichtung erklären lässt. Durch die höheren
Temperaturgradienten kommt es dabei auch zu einer Zunahme der Schichtungsstabilität. Im
Stechlinsee kam es zwischen 1990 und 2020 auch zu einer deutlichen Abnahme der Sichttiefen (Tab.
3), was ebenfalls zu einem geringeren Wärmetransport in das Metalimnion beigetragen hat.
105
Der in allen untersuchten Seen seit 2005 beobachtete Trend einer pH-Wert-Abnahme (Abb. 2), könnte
mit einer geringeren CO2-Assimilation des Phytoplanktons infolge einer Trophieabnahme im
Zusammenhang stehen. Dieser These widerspricht jedoch, dass der Trophie-Index in den meisten
untersuchten Seen zwischen 2005-2020 weitgehend konstant geblieben ist und im Stechlinsee und
Tiefwarensee sogar zugenommen hat (Tab. 1). Lediglich im Haussee und im Melzer See ist es im
Untersuchungszeitraum zu einer Verringerung der Trophie gekommen. Es ist somit anzunehmen,
dass der in allen Seen beobachte Trend einer pH-Abnahme nicht auf trophische Änderungen in den
Seen zurückzuführen ist. Vielmehr deutet der einheitliche Trend der pH-Abnahme auf eine
überregionale Ursache hin. Für die Weltmeere wurde die anthropogene Versauerung durch die
Zunahme der CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre beschrieben (Orr et al. 2005). Dieser Prozess
ist möglicherweise auch in limnischen Gewässern von Bedeutung (Phillips et al. 2015). Die in den
untersuchten Seen ermittelte durchschnittliche Abnahme der pH-Werte (0,18 ± 0,05 Einheiten pro
Dekade) liegt etwas höher als in vier Talsperren in Deutschland beobachtet wurde (0,1 ± 0,04
Einheiten pro Dekade, Weiss et al. 2018).
Der abnehmende Trend bei den pH-Werten kann auch für die Zunahme der TIC-Konzentrationen
mitverantwortlich sein, indem eine verstärkte Rücklösung von Calciumcarbonat begünstigt wird.
Auch die Ca2+-Konzentrationen zeigen in den meisten untersuchten Seen einen zunehmenden Trend
und die daraus kalkulierte Rücklösung von CaCO3 kann bis zu 47 % der DIC-Zunahme erklären. Eine
weitere Ursache für die Zunahme der TIC-Konzentrationen kann auch in der Zunahme der TOCKonzentrationen
liegen, indem DOC von Mikroorganismen zu DIC mineralisiert (Sobek et al. 2005)
und/oder durch Fotooxidation zu DIC und organischen Säuren abgebaut wird (Bertilsson & Tranvik
2000).
Die in allen untersuchten Seen festgestellte Zunahme der TOC-Konzentrationen (Abb. 4) ist auch in
vielen anderen Gewässern Europas und Nordamerikas beobachtet worden, wobei die Ursachen als
auch die Auswirkungen sehr komplex sind (Meyer-Jacop et al. 2019, Williamson et al. 2015). In den
untersuchten Seen lag die durchschnittliche TOC-Zunahme (0,18 ± 0,05 mg C L-1 a-1) in einem
ähnlichen Bereich wie in zahlreichen Seen Skandinaviens und Großbritanniens (> 0,15 mg C L-1 a-1,
Monteith et al. 2007), aber deutlich höher als in 44 ehemals versauerten Seen in Ontario (0,05 mg C
L-1 a-1, Hall et al. 2021). In vielen Seen wird die Zunahme der DOC-Konzentrationen mit der
Abnahme der SO2-Emissionen bzw. der SO4
2--Deposition in die Gewässer in Zusammenhang
gebracht (Monteith et al. 2007). Mit der Zunahme der pH-Werte in den ehemals von „sauren Regen“
betroffenen Gebieten nimmt die Löslichkeit und Mobilität des DOC in den Böden wieder zu und es
kommt zu einem „re-browning“ der Gewässer. Auch in den hier untersuchten Seen waren in den
letzten 20 Jahren abnehmende Trends bei den SO4
2--Konzentrationen zu verzeichnen. Erhöhte DOCEinträge
werden oftmals auch mit vermehrten oder intensivierten Niederschlägen in Verbindung
gebracht, die im Allgemeinen zu einem höheren DOC-Eintrag in die Gewässer führen (Brothers et
al. 2014). Trockenperioden und Wasserspiegelabsenkungen können jedoch ebenfalls die DOCProduktion
in Böden durch verbesserte Sauerstoffverfügbarkeit erhöhen, aber auch den mikrobiellen
Abbau hemmen, wenn es zu trocken wird (Porcal et al. 2009). In den untersuchten Seen konnte kein
direkter Zusammenhang zwischen den Jahressummen der Niederschläge und den TOCKonzentrationen
im Oberflächenwasser festgestellt werden. Auffällig sind jedoch die TOC-Maxima
in allen Seen im Jahr 2011 (Abb. 4). Sie folgten nach zwei relativ niederschlagsarmen Jahren (2008
und 2009: Ø 505 mm a-1), gefolgt von zwei niederschlagsreichen Jahren (2010 und 2011: Ø 730 mm
a-1) in Mecklenburg-Vorpommern (Mittel zwischen 1980 und 2020: 616 ± 94 mm,
www.wetterkontor.de), die möglicherweise zu überdurchschnittlichen TOC-Einträgen in die Seen
geführt haben.
106
Fazit
Trotz großer hydrologischer, morphometrischer und trophischer Unterschiede der untersuchten Seen
wurden einheitliche Trends einer pH-Abnahme und einer TIC- und TOC-Zunahme gefunden. Es ist
anzunehmen, dass die beobachten Veränderungen zusammenhängen und eine überregionale Ursache
haben. Eine mögliche Ursache könnte im Klimawandel liegen. In allen Seen konnte ein zunehmender
Trend der sommerlichen Temperaturen im Oberflächenwasser festgestellt werden.
Literatur
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
108
Phosphor-Retentionsmodelle für pH-neutrale Tagebauseen
Björn Grüneberg¹; Ina Hildebrandt²; Jacqueline Rücker³; Yvonne Kreutziger⁴; David Kneis⁵;
Wilfried Uhlmann⁴; Dirk Seiler⁴; Thomas Petzoldt⁵; Adrian Horn²; Thomas Gonsiorczyk⁶; Dieter
Leßmann, Michael Hupfer7
¹ Landeslabor Berlin-Brandenburg; ² BGD ECOSAX GmbH; ³ Brandenburgische Technische Universität Cottbus-
Senftenberg, Lehrstuhl Gewässerschutz; ⁴ Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann; ⁵ Technische Universität Dresden,
Institut für Hydrobiologie; ⁶ Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischere; 7 BTU Cottbus Senftenberg
Die Landschaft in Deutschland wird durch den ehemaligen Braunkohlenbergbau um über 500 Seen
reicher, von denen die meisten pH-neutral sein werden. Auch unter zunehmenden Nährstoffeinträgen
in Folge intensiverer Nutzung der Seen und der Einzugsgebiete muss eine gute Wasserbeschaffenheit
sichergestellt werden. Die seit Jahrzehnten für natürliche Seen genutzten empirischen Trophie-
Modelle (Vollenweider-Typ) sind für die meisten Tagebauseen (TBS) nicht anwendbar, weil sie
deren Resilienz gegenüber Nährstoffeinträgen unterschätzen und zu hohe seeinterne
Nährstoff¬konzentrationen prognostizieren. Ursache für das hohe Phosphor-Retentionsvermögen
sind vor allem bergbaulich bedingte Einträge von Eisen und Aluminium. Ziel des von der Deutschen
Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekts ist es, empirische Modellansätze zu entwickeln, mit
denen eine genauere Abschätzung der tolerierbaren P-Belastung möglich ist, ohne dass es zu einer
Verschlechterung der Trophie kommt. Im methodischen Ansatz werden neben den Bilanzdaten
(Zulauffracht, seeinterne P-Konzentration, Wasserverweilzeit) auch „Indikatoren der berg¬baulichen
Belastung“ insbesondere das Fe:P-Verhältnis im Sediment und im Porenwasser integriert.
In einer Metaanalyse wurden zunächst 74 TBS unterschiedlichen Alters (Flutungsende 1952 bis
2022) des Lausitzer und Mitteldeutschen Braunkohlereviers nach einem Kriterienkatalog auf ihre
Eignung für die Modellentwicklung geprüft. Nachdem viele TBS aufgrund von Behandlungen zur
Neutralisation, unklarer bergbaulicher Beeinflussung oder fehlender (Grundwasser-) Gütemodelle
aus dem Datensatz entfernt wurden, stehen Daten aus 39 neutralen TBS für Modellanpassungen zur
Verfügung. Eine erste Datenanalyse ergab, dass sich bei einer TP-Flächenbelastung von 0,03 – 0,5 g
m-2 a-1 für neutrale TBS eine mittlere TP-Konzentration von 6,3 ± 3,1 μg L-1 ergibt, während in
natürlichen Seen des Norddeutschen Tieflands bei gleicher Belastung die mittlere TP-Konzentration
bei 41 ± 17 μg L-1 liegt. Das hohe P-Bindungspotential in TBS ist auf die bergbauliche Beeinflussung
zurückzuführen, die an einem hohen molaren Fe:P-Verhältnis im Sediment (95 ± 79) und an
Sulfatkonzentrationen bis 1.830 mg L-1 erkennbar ist. Im Vortrag werden die Ursachen der hohen PRetention
von TBS auch im Hinblick auf deren zukünftige Entwicklung und zunehmende stoffliche
Belastungen diskutiert sowie erste Ergebnisse von Modellanpassungen und deren Nutzen für die
gewässerökologische Praxis präsentiert.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
109
Nahrungsqualität versus Nahrungsquantität –
Einblicke in die Nahrungsansprüche der Flussperlmuschel
Felix Grunicke¹,2; Annekatrin Wagner²; Antje Kuhr3; Thomas Berendonk3
¹ Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ;
3 Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie
Die Flussperlmuschel (FPM, Margaritifera margaritifera) als Schlüssel- und Flaggschiffart ist eine
der am stärksten bedrohten Arten Europas. In den vergangenen Jahrzehnten wurden mit Erfolg
mehrere Nachzuchtprogramme gestartet, um die Art in Mitteleuropa vor dem Aussterben zu
bewahren. Parallel dazu wurden die Ursachen für den Rückgang der Art sowie ihre Habitatansprüche
intensiv erforscht.
Über die Nahrungsansprüche der FPM ist bisher jedoch nur sehr wenig bekannt. Im Rahmen des
Verbundprojekts ArKoNaVera wurden Labor- und Freilandversuche mit nachgezüchteten juvenilen
FPM durchgeführt. Um die Nahrungsansprüche dieser Art zu untersuchen wurden Fraßexperimente
mit post-parasitären FPM durchgeführt, in denen die Überlebens- und Wachstumsraten der Muscheln
in Abhängigkeit von Nahrungsquantität und -qualität untersucht wurden. Dazu wurden die FPM in
100 ml-Dosen gehältert und mit verschiedenen natürlichen Nahrungsressourcen gefüttert. Die
Nahrungsressourcen wurden hinsichtlich ihres Kohlenstoffgehalts und dem Anteil an mehrfach
ungesättigten Fettsäuren charakterisiert.
Juvenile FPM, die mit Detritus, welcher direkt im Bach gesammelt wurde, gefüttert wurden, zeigten
höhere Überlebens- und Wachstumsraten als FPM, die mit Detritus aus terrestrischen Quellen,
Detritus aus dem Bachinterstitial oder mit Algen aus Laborkulturen gefüttert wurden.
Darüber hinaus zeigte sich, dass ein positiver Zusammenhang (Monod Typ) zwischen den
Wachstumsraten juveniler FPM und der verfügbaren Futtermenge (POC in der Fraktion < 30μm)
besteht. Die Menge an assimiliertem Material war dagegen sehr gering, sodass der positive
Zusammenhang folglich eher auf die gleichzeitige (gekoppelte) Erhöhung von Spurenstoffen im
Futter zurückzuführen ist. Dies könnten z. B. mehrfach ungesättigte Fettsäuren wie Omega-3-
Fettsäuren sein. Deren Anteil am Futter zeigte im Experiment ebenfalls einen positiven
Zusammenhang zur Wachstumsrate juveniler FPM, was darauf schließen lässt, dass die
Nahrungsqualität für die FPM von entscheidender Bedeutung ist. Folglich sollte in zukünftigen
Nahzuchtprogrammen und bei der Renaturierung von FPM-Habitaten ein stärkerer Fokus auf die
Verfügbarkeit hochqualitativer Nahrungsressourcen gelegt werden.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
110
The potential of sulphate reduction to impede a long-term effect of
iron amendments on sedimentary phosphorus retention
Lena Heinrich; Michael Hupfer
Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB)
The effectiveness of iron (Fe) as precipitant is considered limited by anoxic and sulphidic conditions.
We compared the long-term effect of Fe amendments on the sedimentary phosphorus (P) retention in
two lakes located in Berlin (Germany) taking into consideration the supply of sulphur (S) to the
sediments.
In Plötzensee, the internal P precipitation by Fe hydroxide was part of a set of management measures
around the year 2000. Thereafter, the eutrophic status improved. By sediment core investigations, we
found that the Fe-rich layer did not contain a higher total P content in comparison to reference layers.
In addition, sequential P extraction and XRD did not indicate an increase of Fe bound P. In contrast,
we found an enrichment of S in the Fe-rich layer and identified pyrite, FeS2. A large increase of the
molar S/Fe ratio in the Fe-rich layers from 2001 to 2019 indicates that S did not precipitate with Fe
immediately but later on.
In Groß Glienicker See, Fe hydroxide and Fe chloride were applied in 1992. Due to the internal P
precipitation and decreased external P inputs, the lake changed from highly eutrophic to mesotrophic.
After the Fe treatment, TP contents in the sediment increased largely and the Fe(II)-P mineral
vivianite contributed significantly to the high P retention in anoxic sediments [1]. Nevertheless, Fe
sulphide was identified in this sediment [1].
The two sediments differed regarding the supply of S. The sulphate reduction rate in Groß Glienicker
See was significantly lower (Wilcoxon rank sum test, W = 28, p = 0.009) than in Plötzensee. A onebox
lake model related the S fluxes between water and sediment to monitoring data from the water
column and to sediment inventories. As a result, sulphate reduction explained both the decrease of
measured sulphate concentrations after the iron applications as well as the increase of S deposition in
the sediments.
In summary, anoxic conditions did not impede the effect of the Fe amendment in Lake Groß Glienicke
(Rothe et al. 2014). However, S provided by sulphate reduction prevented the continuous effect of
the Fe amendment on the P retention in the sediment of Lake Plötzensee and competed with P
retention in Groß Glienicker See. We conclude, that in order to achieve a long-term effect of Fe
treatment, the dose calculation must take into account not only the amount of P to be fixed but also
the expected sulphate reduction over a long period.
Literatur
Rothe, M. et al. (2014). Biogeosciences, 11(18), 5169-5180.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
111
„Faktencheck Artenvielfalt“ in Binnengewässern und Auen
Daniel Hering¹; Claudia Pahl-Wostl; Ursula Schmedtje; Christian Feld; Phillip Haubrock; Hanh
Nguyen; Peter Haase
¹ Universität Duisburg-Essen
Für Deutschland wird derzeit ein „kleines IPBES“ erstellt – ein Faktencheck zur Entwicklung der
Artenvielfalt in allen Ökosystemtypen (Wälder, Agrarlandschaft, urbane Lebensräume, Böden,
marine Lebensräume, Binnengewässer und Auen). Das Projekt hat eine dreijährige Laufzeit und
wertet überwiegend vorhandene Studien aus. Ein besonderes Gewicht haben Zeitreihen, um Datengestützt
Aussagen über die Entwicklung der Biodiversität treffen zu können.
In dem Beitrag wird das Konzept für das Kapitel „Binnengewässer und Auen“ vorgestellt. Das
Kapitel betrachtet individuell die wesentlichen aquatischen Ökosystemtypen: Flüsse, Flussauen,
Seen, Kleingewässer und Grundwasser. Nach einer kurzen Einführung zu Status und Trends der
aquatischen Biodiversität in Deutschland werden für die verschiedenen aquatischen Ökosystemtypen
direkte und indirekte Treiber von Biodiversitätsänderungen analysiert, die Auswirkungen der
Biodiversitätsänderungen auf Ökosystemleistungen dargestellt und das Wissen zur Wirkung von
Maßnahmen zusammengefasst.
Neben internationaler Literatur werden insbesondere auch deutschsprachige Studien und
unveröffentlichte Gutachten mitberücksichtigt. In dem Beitrag wird ein erster Literaturüberblick
gegeben und ein System vorgestellt, mit dem alle Interessierten relevante Studien beitragen können.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Evaluation eines Modellkonzeptes für die Prognose der
Wasserbeschaffenheitsentwicklung von Bergbaufolgeseen
Ina Hildebrandt¹; Kai-Uwe Ulrich¹; Adrian Horn¹; Lutz Weber²; Claus Nitsche¹
¹ BGD ECOSAX GmbH; ² LMBV Lausitzer u. Mitteldt. Bergbau-Verwaltungsges. mbH
Eine zuverlässige Prognose der Wasserqualität ist unerlässlich, um die behördlichen Ziele für die
Beschaffenheit in Ableitern und die Nutzung der Bergbaufolgeseen zu erreichen und die ökologisch
und wirtschaftlich am besten geeignete Sanierungstechnologie anzuwenden.
Hierfür wurde von der BGD ECOSAX GmbH vor mehr als 10 Jahren ein Modellkonzept entwickelt
und angewendet. Auf Basis einer detaillierten Prozessanalyse wurden in die angewendete Software
PHREEQC auch die Quantifizierung der Stofffrachten aus Auslaugungs- bzw.
Verwitterungsprozessen durch Erosion, Sickerwasserneubildung, hypodermischem Abfluss,
Grundwasserzuflüssen sowie Diffusion zwischen Sediment und Wasserkörper eingebunden. Auf
Basis des Kenntnisstandes zu den Ausleitbedingungen bzw. Nutzungszielen des Bergbaufolgesees
und zum Einzugsgebiet (geohydraulische Bilanzen (inkl. Sickerwasserneubildung), Mess- und
Analysenergebnisse (Kippe, Sediment, Grundwasser, Oberflächenwasser) wird mittels Epignose
entschieden, welche der oben benannten Prozesse wesentlich sind. Daraus resultierte ein
objektspezifisches Prognosemodell, das zunächst der Sensitivitätsanalyse unterzogen wird. Die
Zielstellung besteht in der objektspezifischen Parametrisierung der wesentlichen Prozesse. Hierfür
werden Prozessparameter verwendet, die wir für verschiedene Bergbaufolgeseen ermittelt haben und
die in der von uns entwickelten Datenbank LabD in Korrelationsbeziehung zu einfach ermittelbaren
Kennwerten gespeichert sind.
Um die Zuverlässigkeit des entwickelten Modellkonzeptes und unserer Prognosen zu beurteilen,
haben wir die Monitoringdaten der letzten 8 - 10 Jahre mit unseren Prognosen (mitteldeutscher
San.Bereich) zur Wasserqualität verglichen. Betrachtet werden zwei hinsichtlich ihrer
Säurebelastung unterschiedliche Bergbaufolgeseen: der Schladitzer See mit geringer Säurebelastung
sowie der Bockwitzer See mit hoher Säurebelastung und geringer Säurepufferkapazität. Im Fall des
Schladitzer Sees ergab sich, dass die oben benannten Detailprozesse für die Quantifizierung der
Stofffrachten nicht zu berücksichtigen sind. Für den Bockwitzer See mussten alle oben benannten
Detailprozesse für die Quantifizierung der Stofffrachten objektspezifisch parametrisiert werden.
In beiden Fällen ergab der Vergleich zwischen den prognostizierten und gemessenen Werten eine
bisher nicht erreichte Genauigkeit der Prognose. Im Vortrag wird das entwickelte Modellkonzept
vorgestellt und Übertragbarkeit auf andere Anwendungsfälle diskutiert.
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Mikroplastikaufnahme von Zooplanktonorganismen mit filtrierender
Ernährungsweise: Geringes Futterangebot und erhöhte Temperatur
verstärken die Belastung
Nadine Hoffschröer
WWU Münster
Die Kontamination von limnischen Lebensräumen mit Mikroplastik bedroht besonders filtrierende
Organismen wie Kleinkrebse der Gattung Daphnia, da sie bei der Nahrungsaufnahme als unselektive
Filtrierer Mikroplastikpartikel aufnehmen können. So kann eine Anreicherung im Verdauungstrakt
der Tiere erfolgen. Gleichzeitig dient Zooplankton als Nahrungsgrundlage für viele andere
Wasserorganismen. Unter Verwendung der Modellorganismen Daphnia magna und Daphnia pulex
konnte die Auswirkung der Futterquantität und der Wassertemperatur auf die Aufnahme von
Polysterolkugeln (Ø 1 μm, 200 ng/ml) untersucht werden. Bei niedrigem Nahrungsangebot und
erhöhter Temperatur war die Aufnahmerate der Mikroplastikkugeln erhöht. Dies spiegelte die
komplexen Regulationsmuster des durch die Thorakopoden der Tiere erzeugten Wasserstroms wider.
Innerhalb einer Stunde konnte eine Anreicherung von Mikroplastik im Tier auf das 1160fache der
Konzentration im Außenmedium beobachtet werden. Um Auswirkungen eines mit Fremdkörpern
gefüllten Darmtrakts auf die Physiologie der Tiere zu untersuchen, wurde der Kohlenhydratgehalt
von Daphnia nach Mikroplastikaufnahme als Indikator für den Energiestatus des Organismus
herangezogen. Die Mikroplastikexposition über drei Tage mit und ohne Fütterung mit Desmodesmus
subspicatus hatte keinen Einfluss auf die Glykogenreserven der Tiere über die Reaktion auf die
vorherrschenden Futter- und Temperaturbedingungen hinaus. Somit konnten trotz
Mikroplastikaufnahme bei vorhandenem Nahrungsangebot die Verdauungsprozesse und die
Nährstoffaufnahme in ausreichendem Maß erfolgen. Eine Projektion der Laborexperimente auf die
Situation im Lebensraum See lässt somit die Vermutung zu, dass eine Kontamination durch
Mikroplastikpartikel aufgrund der filtrierenden Nahrungsaufnahme von Zooplanktonorganismen
besonders in warmen Gewässern und einer knappen Nahrungsversorgung, wie sie während der
Klarwasserphase von Seen im Sommer vorkommt, zu einer erhöhten Belastung der Organismen
führen wird.
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Erhöhung der Klimaresilienz des Ruhrverbands-Talsperrensystems
Christian Huber
Ruhrverband, Essen
In den vergangenen zwölf Abflussjahren ist im Einzugsgebiet der Ruhr jeweils weniger Niederschlag
gefallen als im langjährigen Durchschnitt. Insbesondere die letzten drei Jahre haben das
Talsperrensystem, das Trink- und Brauchwasser für 4,6 Millionen Menschen, Industrie und Gewerbe
bereitstellt, stark beansprucht. Das Ruhrverbandsgesetz aus dem Jahr 1990 schreibt Mindestabflüsse
an einem Kontrollquerschnitt (Pegel Villigst) und einem Kontrollabschnitt (Pegel Hattingen
Hattingen bis Ruhrmündung) der Ruhr vor. Bei der Festsetzung dieser Grenzwerte vor 30 Jahren
waren allerdings die sich durch den Klimawandel abzeichnenden hydrologischen Veränderungen
noch nicht absehbar.
Ziel eines Projektes, das der Ruhrverband gemeinsam mit dem nordrheinwestfälischen
Umweltministerium und den Wasserversorgern im Ruhr-Einzugsgebiet initiiert hat, ist es daher, die
Klimaresilienz des Talsperrensystems aus acht Talsperren durch eine angepasste
Mindestwasserführung in der Ruhr zu erhöhen. Mit Hilfe des Wasserhaushaltsmodells LARSIM
(Large Area Runoff Simulation Model) werden die Auswirkungen des Klimawandels auf die
Abflussbildung berücksichtigt, um daraus abgeleitet mögliche neue Grenzwerte für die
Mindestwasserführung festzulegen. Um die Auswirkungen dieser angepassten
Mindestwasserführung auf die Gewässerökologie, aber auch auf die betroffenen FFH-Gebiete im
Gewässer und in der Aue prognostizieren zu können, wurde ein Gewässergütemodell mit dem von
der BfG entwickelten Modell QSIM (Quality Simulation) implementiert. Das Modell ist in der Lage,
wichtige Güteparameter, aber auch Veränderungen von Fließgeschwindigkeiten und Wasserstände
für verschiedene Abflussszenarien zu berechnen. Ein weiteres Arbeitspaket, das durch die Universität
Duisburg-Essen bearbeitet wird, umfasst ökotoxikologische Fragestellungen. Modelliert werden
Szenarien, die eine verminderte Mindestwasserführung an den Referenzpegeln beinhalten.
Die wichtigsten Ergebnisse des Projektes werden vorgestellt.
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Die rätselhafte Eutrophierung des Stechlinsees: Einblicke in die
Mechanismen durch detaillierte Analysen des Phosphorhaushaltes
Michael Hupfer; Thomas Gonsiorczyk; Mark Gessner; Peter Casper
Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei
Seit 2011 ist es im Stechlinsee zu einer rasanten Eutrophierung gekommen. Die TP-Konzentrationen
zur Frühjahrszirkulation sind von 14±5 μg L-1 (1970-2011) auf 64 μg L-1 (2020) angestiegen. In der
gleichen Zeit haben sich die hypolimnischen O2-Zehrungsraten während der Sommerstagnation von
0.4±0.1 mg m-2 d-1 (1970-2011) auf 1.0 mg m-2 d-1 (2019) mehr als verdoppelt. Die sommerlichen
Sichttiefen zeigen bereits seit dem Jahr 2000 eine kontinuierliche Abnahme um 0,3 m a-1.
Es gibt jedoch auch große saisonale Schwankungen des P-Gehalts im Wasserkörper und an der
Sedimentoberfläche. Im Frühjahr dominieren Festlegungsprozesse und in der zweiten Jahreshälfte
Mobilisierungsprozesse, die etwa zu einer Verdopplung des TP Gehaltes führen. Die Sedimente
unterhalb von 50 m, die am Ende der Schichtung anoxisch werden, tragen mit nur 17% zur P
Akkumulation im Hypolimnion bei. Erstaunlicherweise sind Sedimente aus Tiefen zwischen 20 und
50 m mit einer höheren Raten zur P Akkumulation beteiligt als unterhalb von 50 m. Ursache dafür
sind Rückfällungsmechanismen unterhalb der Oxykline, die wahrscheinlich zu einem geochemischen
Focusing von Phosphor führt. Die Analyse der P-Messungen während der Sommerschichtung zeigt,
dass episodische Ereignisse zu deutlichen TP-Anstiegen in 0-20 m führen. Eine separate P-Bilanz für
diese Wasserschicht ergab, dass ca. 800 kg P pro Jahr aus den Sedimenten bis 20 m oder aus dem
Einzugsgebiet kommen müssen. Nach derzeitigem Kenntnisstand liegen die nachweisbaren PEinträge
nur zwischen 100 und 200 kg. Nach dem Vollenweider Modell sind Einträge in den Seen
von 950 kg pro Jahr notwendig, um eine Gleichgewichtskonzentration 45 μgP /L im See zu erreichen.
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Struktur des Litorals durch den Rückgang der Characeen
und durch die Ausbreitung von Fadenalgen und anderen Aufwuchsalgen grundlegend verändert. Eine
Erklärung für die höherer P-Verfügbarkeit besteht darin, dass dadurch Transportprozesse ausgelöst
werden, die zu einer Verfrachtung von Partikeln und Phosphor in die Tiefe führen und dort durch
redoxkontrollierte Prozesse mobilisiert werden. Es werden weitere Hypothesen, wie bisher
unentdeckte externe P-Lasten, Auswirkungen des Klimawandels und extremer Wetterereignisse auf
die Entwicklung des Sees diskutiert.
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Taxonomic shift over a phosphorus gradient affects the stoichiometry
and fatty acid composition of stream periphyton
Alessandra Iannino; Alexander T.L. Vosshage; Markus Weitere; Patrick Fink
Helmholtz-Centre for Environmental Research - UFZ
Phosphorus enrichment of stream ecosystems increases primary production in the benthos, but less is
known about eutrophication effects on periphyton nutritional quality for grazers. On short time scales,
high phosphorus inputs lead to low C:P ratios and high essential fatty acid content of periphyton,
which are major determinants of food quality for grazers. However, in the long run, nutrient
enrichment may alter the taxonomic composition of periphyton and favor the growth of less nutritious
algal taxa. In this study, periphyton was grown under a gradient of dissolved phosphorus availability,
to investigate eutrophication effects on periphyton taxonomy, C:P stoichiometry and fatty acid
composition. After one month, periphyton grown under oligotrophic conditions was mainly
composed of diatoms. With increasing phosphorus availability, diatoms were gradually outcompeted
by chlorophytes and cyanobacteria, which dominated under eutrophic conditions. Unexpectedly,
periphyton C:P was the lowest under oligotrophic conditions and increased with phosphorus
availability, reflecting a tendency of chlorophytes and cyanobacteria to produce more biomass
relative to phosphorus compared to diatoms. Periphyton essential fatty acid content followed a
unimodal relationship with phosphorus availability and peaked at intermediate phosphorus levels, as
a result of both taxonomic and nutrient effects. Our results show that phosphorus-driven
eutrophication may worsen periphyton nutritional quality in streams due to taxonomic sorting, which
may further lead to a reduced fitness for herbivores.
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Saisonale Variabilität der Einflüsse von geografischer Lage,
Morphometrie und Klimawandel auf die Wassertemperatur von
deutschen Trinkwasser-Talsperren
Kathrin Jäschke; Thomas Petzoldt; Lothar Paul
TU Dresden, Institut für Hydrobiologie
Das Temperaturregime und saisonale Schichtungsverhalten von Seen und Talsperren hängt
maßgeblich von ihrer Lage (geografische Höhe, Breite, Länge) und ihren morphologischen
Eigenschaften (Oberfläche, Volumen, mittlere Tiefe) ab. Auswirkungen des Klimawandels auf die
Wassertemperatur und demzufolge auf Änderungen in den Schichtungs- und
Durchmischungsverhältnissen bis hin zur Biologie können demnach verschiedene Muster zeigen.
Auf der Grundlage von Mitgliedsunternehmen der Arbeitsgemeinschaft Trinkwassertalsperren e.V.
bereitgestellten, im Zeitraum von 1993 bis 2011 erhobenen Daten von 33 Talsperren wurden multiple
lineare Zusammenhänge zwischen den genannten Variablen und den jeweiligen Monatsmitteln der
Wassertemperatur in 3 m Wassertiefe geprüft. Das hinsichtlich möglichst hoher Bestimmtheit
(Korrelationskoeffizient r²) und gleichzeitig geringer Komplexität am besten geeignete Modell ergab,
dass die geografische Höhenlage ganzjährig einen negativen und von Februar bis Dezember den
größten Einfluss auf die Wassertemperatur hat. Die geografische Breite wirkt sich ebenfalls
ganzjährig negativ aus. Die geografische Länge dagegen zeigt in den Monaten November bis April
einen negativen Einfluss, in den übrigen Monaten einen wenig positiven Einfluss. Im Osten sind die
Talsperren daher im Winter kühler als die im Westen. Die Morphologie wirkt sich insoweit aus, als
das der Einfluss der mittleren Tiefe in den Monaten März bis Mai negativ und in den Monaten
September bis Januar positiv, sonst aber relativ unbedeutend ist. Das bedeutet, dass die Morphologie
in Erwärmungs- und Abkühlungsphasen einen Einfluss hat. Im betrachteten Zeitraum von 1993 bis
2011 ist in allen Monaten des Jahres mit Ausnahme des Augustes ein tendenzieller Anstieg der
oberflächennahen (epilimnischen) Temperaturen infolge des Klimawandels festzustellen. Besonders
deutlich ist dieser in den Monaten April bis Juli.
Die Ergebnisse der Studie belegen, dass der Klimawandel zwar globale Ursachen, aber selbst in
relativ kleinräumigen Maßstäben lokal unterschiedliche Folgen auf Durchmischungs- und
Schichtungsverhältnisse sowie auf die biologischen Vorgänge aufgrund der unterschiedlichen
geografischen Lage und Morphologie der Gewässer haben wird. Dies ist von großer Bedeutung, u. a.
für die Anpassung der Talsperrenbewirtschaftung an die sich schnell ändernden klimatischen
Bedingungen.
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Der Graben als „Futtertrog“? Eklektorfänge in ausgewählten Gräben
Nordwestdeutschlands
Kena Jürgens; Lisa Tunder; Ellen Kiel
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, IBU, AG Gewässerökologie und Naturschutz
Obwohl Gräben anthropogen gestaltete und genutzte Entwässerungsstrukturen sind, kann sich darin
eine Vielzahl an Insekten entwickeln, die in der intensiv genutzten Kulturlandschaft als
Nahrungsressource für terrestrische Räuber von Bedeutung ist. Über die Menge sich in Gräben
entwickelnder Insekten, die als Beute für Schwalben oder andere Räuber dienen können, sind
allerdings kaum Untersuchungen bekannt.
Diese Studie zielte darauf ab, in drei landschaftstypischen Gräben im Einzugsgebiet der Jade
(Niedersachsen) Insekten zu erfassen und die Produktivität der Systeme zu vergleichen. Die
untersuchten Gräben bildeten den Beginn eines Grabensystems und wiesen eine homogene
Umfeldnutzung auf. Sie drainierten Marsch-, Moor- und grundwasserbeeinflusste Mineralböden und
verliefen in konventionell bewirtschaftetem Grünland, welches als Viehweide oder zur
mehrschürigen Mahd genutzt wurde. Für die Untersuchungen wurden im Längsschnitt der Gräben
zwei Abschnitte unterschieden. Auf jeden Abschnitt wurden von Mitte April bis Mitte September
sieben schwimmende kegelförmige Emergenzfallen (Ø 31,5 cm) so positioniert, dass der
Grabenquerschnitt repräsentativ untersucht werden konnte. Wöchentliche Beprobungen erfassten
zudem morphologische Parameter (u. a. Wasserspiegelbreite, Wassertiefe) und abiotische Faktoren
des Wasserkörpers (u. a. Sauerstoff, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert). Die Auswertung
differenzierte das Ordnungsniveau der Fänge.
Dipteren dominierten während des gesamten Untersuchungszeitraumes die Eklektorfänge. Sie
stellten 65 % der im Untersuchungszeitraum insgesamt gefangenen Individuen. Maximale
Individuenzahlen pro Falle traten mit durchschnittlich 33 Individuen pro Woche im Frühsommer auf.
In diesem Zeitraum dominierten Coleoptera und Nematocera. Die Daten insgesamt weisen auf eine
hohe Produktivität dieser kleinen Grünlandgräben hin. Sie zeigen, dass nicht nur die Landschaft
Gräben in Nordwestdeutschland prägt, sondern Gräben auch ihre Umgebung prägen.
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Lagrangian profile of riverine autotrophy, organic matter
transformation, and micropollutants at extreme drought
Norbert Kamjunke; Markus Weitere
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Large rivers play a relevant role for matter processing on their way to the ocean. Hydrological
conditions might affect these processes, and droughts are predicted to occur more frequently in future.
Here we tested whether unusual values of water quality are observed under drought conditions
compared to normal discharge, e. g., promoted autotrophic processes, affected heterotrophic carbon
utilization, and increased micropollutant concentrations. We performed a Lagrangian sampling in a
600 km section of the River Elbe (Germany) at historically low discharge. Phytoplankton biomass
and photosynthesis increased from upstream to downstream sites but maximum chlorophyll
concentration was lower than in other years due to lower global irradiation. Concentrations of
dissolved nutrients decreased to low nitrate values and phosphate depletion. The longitudinal increase
of bacterial abundance and production was less pronounced than in wetter years but bacterial
community composition changed downstream. The concentration of dissolved organic carbon and
fluorescence indices did not change along the river stretch. However, molecular analyses revealed
clear patterns: While many DOM components showed a longitudinal increase due to microbial
production, saturated lipid-like DOM, unsaturated aromatics and polyphenols, and some CHOS
surfactants declined. In decomposition experiments, DOM components with high O/C ratios and high
masses decreased whereas those with low O/C ratios, low masses, and high nitrogen content
increased. Radiocarbon age analyses showed that DOC was relatively old (890-1870 years B.P.),
whereas the mineralized fraction was much younger suggesting predominant oxidation of algal lysis
products and exudates. Micropollutants determining toxicity for algae (terbuthylazine, terbutryn,
isoproturon and lenacil) as well as hexachlorocyclohexanes and DDTs showed higher concentrations
from the middle towards the downstream part of the river but calculated toxicity was not negatively
correlated to phytoplankton. Overall, extreme drought conditions did neither cause extreme increases
of autotrophic and heterotrophic processes nor an extraordinary exposure to micropollutants.
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Langzeitmonitoring eines künstlichen Gewässers mit Badebetrieb und
Angelfischerei
Albert Keim
Institut für Gewässer und Fischerei, Schlittengasse 14, 76646 Bruchsal, albert482000@yahoo-de
Keywords: Monitoring - Fischbesatz - Zooplankton - TDP/TP-Verhältnis
Einleitung
Seit Beginn der Auskiesungen werden Baggerseen mit Fischen durch Angelvereine besetzt. Die
Fischbesätze werden z. T. regelmäßig wiederholt, so auch im Buchtzigsee, der von mir untersucht
wurde. Tremel (1995) zeigte im Vergleich zweier Baggerseen bei Bonn, dass bei unterschiedlichen
Besatzmaßnahmen durch die pachtenden Angelvereine große Unterschiede im ökologischen Zustand
der betroffenen Seen erkennbar sind. Indessen gibt es bisher keine gesicherte Korrelation zwischen
dem Fischbesatz und limnologischen Parametern. Im Landkreis Karlsruhe bestand die Gelegenheit
über 13 Jahre lang den genannten Buchtzigsee mit Badebetrieb und fischereilicher Nutzung jährlich
zu untersuchen. Für dieses Monitoring standen auch die Unterlagen über den Besatz und Fang des
pachtenden Angelvereins zur Verfügung.
Material und Methoden
Der ehemalige Baggersee Buchtzig liegt im südlichen Landkreis Karlsruhe bei Ettlingen-
Bruchhausen, hat eine Fläche von 8,5 ha und eine maximale Tiefe von 12 m. Das Profil zur Messung
von Temperatur, Sauerstoffkonzentration, pH-Wert und Leitfähigkeit wurde über der tiefsten Stelle
angelegt, welche sich annähernd in der Seemitte befindet. Im Jahr 1993 wurden die Wasserproben
mit einem Klappventilschöpfer aus Eigenbau gezogen, von 1994 bis 2005 mit einem Pumpen-Rohr-
System. Eine dazu benötigte Kreiselpumpe mit einer Leistung von ca. einem l/s wurde von einem
Viertaktmotor angetrieben. Die Pumpe war von der Firma Prokosch in Östringen-Odenheim. Auch
das Zooplankton wurde im Jahr 1994 und später gepumpt. Die Rohre hatten einen Innendurchmesser
von 45 mm, waren zusammengesteckt genau ein Meter lang und unten mit einer 5 kg Kette an einer
Leine beschwert. Um jedes Rohr wurde mit dieser Leine ein Mastwurf gelegt zur Sicherung des
Rohrgestänges. Einzelproben wurden im Abstand von einem Meter entnommen. Sammelproben des
Seewassers wurden aus den Tiefenbereichen 1-4 m und 5-8 m zusammengestellt zur Messung von
Ks4,3 und Phosphor im Labor. Auch das Zooplankton wurde von 1994 an mit dieser
Versuchsanordnung des Pumpen-Rohrsystems beprobt.
Zur Entnahme von Zooplankton wurde pro Meter Tiefe fünf Minuten lang Wasser gepumpt. Zwecks
Ermittlung der Pumpenleistung wurde das geförderte Wasser in einen Eimer geleitet und mit der
Stoppuhr die Zeit bis zum Erreichen der 10 Liter-Markierung gemessen. Über die gemessene Zeit
wurde in Liter pro Sekunde umgerechnet. Mischproben des Zooplanktons wurden aus je 1-4 m und
5-8 m Tiefe zusammengestellt, wobei für jede Mischprobe 1000 l Wasser filtriert wurden. Die
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Beprobungen fanden vormittags statt. Die Zooplanktonproben wurden nach Haney and Hall (1975)
mit einer zuckerhalten Formollösung konserviert.
Die Proben wurden in der Kühltasche ins Labor gebracht und das Probenwasser am gleichen Tag bei
einem Meter Füllhöhe über die Schwerkraft filtriert bis das Tropfen in das Auffanggefäß aufhörte.
Der nasse Membranfilter mit 0,45 μ Maschenweite wurde mit einer Pinzette in ein Oxidationsgefäß
überführt. Ein leerer Membranfilter wurde als Blindprobe mitgemessen zur Korrektur des Messwertes
des partikulären Phosphors. Die Oxidation erfolgte mit Hilfe von Kaliumperoxodisulfat (Lennox
1979). Das Phytoplankton wurde mit einem Deckglas von einer weiteren Filtermembran
abgenommen, auf einen Objektträger gebracht und unter dem Lichtmikroskop bestimmt. Die
konservierten Zooplanktonproben wurden gewässert, um das Formol zu entfernen, im Standzylinder
auf je 100 ml aufgefüllt und Aliquote von je 1 ml entnommen. Die Zooplankter in den Aliquoten
wurden unter dem Bionokular bei zehnfacher Vergrößerung ausgezählt und deren Abundanz
bestimmt. Zusätzlich wurde die Taxonzugehörigkeit der Zooplankter unter dem Lichtmikroskop bei
hundertfacher Vergrößerung identifiziert und die prozentualen Anteile der Zooplanktonarten in der
Probe berechnet. Über Längenmessungen wurde mit den Formeln von Dumont et al. (1975) das
Trockengewicht berechnet. Mit dem Durchschnitt für die Probe wurde das Trockengewicht der
Zooplanktonart in der Probe berechnet.
Ergebnisse
Der Rotaugenbesatz vom Vorjahr konnte für die Datensätze vom Juli, August, September und
Oktober mit dem TDP/TP-Verhältnis aus 1-4 m Tiefe korreliert werden (Abbildung 1). Datensätze
von anderen Monaten zeigten eine hohe Streuung. Die Regression wurde auch für die Messungen aus
5-8 m Tiefe zu berechnet, die Streuung war aber höher.
Abbildung 1: Regressionsrechnung mit logarithmierten Daten: Rotaugenbesatz im Herbst des
Vorjahres gegen das TDP/TP-Verhältnis in der Zeit von Juli bis Oktober unter Verwendung
eines Datensatzes pro Jahr. Datensätze von anderen Monaten zeigten im Diagramm starke
Streuung. Das Jahr 1999 mit dem ersten Kormoraneinfall ist abweichend und hier nicht
bezeichnet.
122
Eine Glockenkurve war ersichtlich für das TDP/TP-Verhältnis gegen die Daphnia-Länge in 5-8 m
Tiefe (Abbildung 2). In den Jahren ohne vorherigen Rotaugenbesatz war die Durchschnittslänge der
Daphnien in 1-4 m Tiefe höher als in 5-8 m Tiefe als eine Umkehrung der Zustände, wenn bei
Fraßdruck durch Planktivoren die adulten Daphnien sich tagsüber unter dem Epilimnion aufhalten.
Abbildung 2: Glockenkurve nach Auftrag der Daphnialänge gegen das TDP/TP-Verhältnis in 5-8 m
Tiefe. Die Daphnialänge von 900 μ steht hier für zwei unterschiedliche Zustände betreffend
des TDdP/TP-Verhältnisses. Für die Datensätze mit Dreieck aus Jahren ohne vorherigen
Rotaugenbesatz war die Durchschnittslänge der Daphnien in 1-4 m Tiefe größer als in 5-8 m
Tiefe; diese Datensätze wurden von der quadratischen Regression ausgeschlossen. Aufgrund
des niedrigen Korrelationskoeffizienten ist von mehr als einer Einflussgröße auf die
Daphnialänge auszugehen.
Eine polynomische Regression Gesamtphosphor (TP) in 5-8 m Tiefe gegen das Trockengewicht der
Cladocera in 1-8 m Tiefe wurde berechnet. (Abbildung 3). Das zugehörige Diagramm zeigt zwei
Steigungen, zwischen denen sich der Bereich von 33-54 μg/l TP ohne Messungen befindet.
Die Clusteranalyse zeigte die Trennung in Gruppen je <33 μg/l TP, >200 μg/l TP und für Datensätze
aus der Frühjahrsblüte von April bis Juni. In Abbildung 4 ist diese Trennung sichtbar.
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Abbildung 3: Polynomische Regressionsrechnung mit logarithmierten Daten: Trockengewicht der
Cladoceren in 1-8 m Tiefe gegen den Gesamtphosphor in 5-8 m Tiefe. Proben, die mit einem
Schöpfer gezogen wurden, sind mit einem x im Quadrat gekennzeichnet und Proben vom
Monat Juli mit Pflanzenbruchstücken im Phytoplankton mit schwarzen Dreiecken wiesen
überhöhte Phosphorkonzentrationen auf. Diese Datensätze wurden von der
Regressionsrechnung ausgeschlossen.
Abbildung 4: Zooplanktons entsprechend der Clusteranalyse mit drei Gruppierungen: Blaue Gruppe
<33 μg/l TP, rote Gruppe >200 μg/l TP und für Datensätze aus der Frühjahrsblüte von April
bis Juni in Grün.
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Diskussion
Ein Zusammenhang zwischen dem Fischbesatz und dem Zooplankton wurde erstmals von Hrbaček,
et al. (1961) gezeigt. Tremel (1995) wies mit ihrer Untersuchung darauf hin, dass für Fischbesatz in
stehenden Gewässern ein Klärungsbedarf besteht.
Auffallend ist die Trennung zwischen der Frühjahrsblüte April bis Juni und den Monaten Juli bis
Oktober sichtbar im Trockengewicht der Cladoceren und in der Beziehung Rotaugenbesatz zum
TDP/TP-Verhältnis.
Der Bereich von 33-53 μg/l TP blieb ohne Messungen und wird als Hinweis auf eine Hysterese
gewertet, die von Scheffer (1998) für das Zooplankton anhand von Modellrechnungen postuliert
worden war.
Die Glockenkurve für das TDP/TP-Verhältnis gegen die Daphnia-Länge in 5-8 m Tiefe zeigt für
Daphnien der Länge von 1000 μ zwei unterschiedliche Zustände. Die Daphnia-Länge ist hier nur zu
61 % vom TDP/TP-Verhältnis abhängig. Mehrere Autoren fanden Phosphor als begrenzenden
Wachstumsfaktor für Daphnien (Hessen 1992, Elser et al. 2001, Plath and Boersma 2001). Die Size-
Efficiency-Hypothese von Brooks and Dodson (1965) ist neu zu prüfen und gegebenenfalls zu
ergänzen. Zur Geräteauswahl ist zu bemerken, dass über die Probenahme von Zooplankton eine
langjährige Kontroverse besteht. In Deutschland wurde das letzte Mal von Lenz (1972) der Netzzug
mit dem Pumpenfang von Zooplankton verglichen. Kofoid (1897 a, b) hat früh auf die Verstopfung
der Netzmaschen beim Netzzug hingewiesen im Vergleich mit der Pumpe. Pace (1986) erzielte mit
dem Pumpenfang von Zooplankton auf Seen eine Regression TP gegen die Zooplanktonbiomasse mit
gutem signifikantem Niveau.
In den Frühzeiten der Limnologie wurde die Filtration von Wasserproben im Labor über die
Schwerkraftfiltration vorgenommen. Die Einführung der Wasserstrahlpumpe und der elektrisch
betriebenen Unterdruckfiltration erschien vielen Limnologen als Verbesserung. Für Wasserproben
aus dem Rhitral trifft das zu, da Detritus abzufiltrieren ist. Wasserproben aus dem Potamal, aus Seen
und aus dem Meer enthalten lebende Zellen, die durch Druckschwankungen und Trockenfallen
beschädigt werden können. Goldman and Dennet (1985) sowie Taylor and Lean (1991) bemerkten
die Empfindlichkeit von Algenzellen unter den Bedingungen der Filtration mit Unterdruck. Ein
Gerätevergleich mit Schwerkraft und Unterdruck für Wasserproben aus Seen vor der
Phosphormessung ist angebracht hinsichtlich der Wirkung auf die Ergebnisse von
Phosphormessungen wie das Kiene and Slezak (2006) für DMSOP im Meerwasser getan hatten.
Zusammenfassung/Schlussfolgerungen
Der Rotaugenbesatz im Herbst des Vorjahres konnte mit dem TDP/TP-Verhältnis im Juli bis Oktober
korreliert werden. Für das Trockengewicht der Cladoceren wurde eine polynomische Korrelation mit
dem Gesamtphosphor berechnet. Die Datensätze von April bis Juni und von Juli bis Oktober sind
unterschiedlichen Szenarien zu zuordnen bedingt durch die Jahreszeiten. Die Bewertung des
Fraßdruckes durch Planktivoren auf das Zooplankton ist zu überarbeiten.
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Danksagung
Für den jährlichen Auftrag zur Untersuchung des Buchtzigsee danke ich Herrn Jürgen König als
Leiter der Bäderverwaltung in den Stadtwerken Ettlingen. Die Untersuchungen fanden statt als
Monitoring des Badesees Buchtzig.
Den vielen Helfern, die bei den Beprobungen und im Labor geholfen haben, gebührt mein Dank:
Peter Schühly, Karl Dürr, Roland Fang, Rico Kusch, Berit Hillbrecht, Melanie Hahn, Werner
Hackbarth, Klaus-Peter Roos, Mathias Gorka, Raimund Weber und Peter Wenzel sowie
Fischermeister Dr. Götz Kuhn.
Ebenso sage ich Dank jenen Personen, die mir im Austausch beim Gespräch oder im Review geholfen
haben, die schwierigen Auswertungen anzustellen, hier Josef Hönig, Dr. Manfred Boёs, Dr. Piet
Spaak, Dr. Sabine Giessler, Dr. Frank Hartmann, Dr. Trevor Petney, John B. Gallagher, und mehrere
anonyme Reviewer.
Literatur
Brooks, J. L., Dodson S.L. (1965): Predation, body size, and composition of plankton. Science 150: 28-35.
Dumont, H. J., Van de Velde, I., Dumont, S., (1975.): The dry weight estimate of biomass in a selection of
Cladocera, Copepoda and Rotifera from the plankton, periphyton and benthos of continental waters.
Oecologia 19: 75-97.
Elser, J. E., Hayakwa K., Urabe J. (2001): Nutrient limitation reduces food quality for zooplankton: Daphnia
response to seston phosphorus enrichment. Ecology 82 (3): 898-903.
Hessen, D. O. (1992): Nutrient element limitation of zooplankton production. Am Nat 140: 799-814.
Goldman, J. C., Dennett, M. R. 1985: Susceptibility of some marine phytoplankton species to cell breakage
during filtration and post-filtration rinsing. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 86
(1): 47-58.
Haney, J. F., Hall, D. J. (1975): Sugar-coated Daphnia: A preservation technique for Cladocera. Limnology
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126
Effects of multiple stressors on invertebrate communities in shallow
freshwater habitats
Nora Kipferler¹; Gregorio A. López Moreira. M²; Franz Hölker²; Vinita Vijayaraj³; Bastian H.
Polst⁴; Joey Allen⁵; Joséphine Leflaive⁵; Mechthild Schmitt-Jansen⁴; Sabine Hilt²; Martin Laviale³;
Elisabeth M. Gross
¹ Ludwig-Maximilians University Munich, Department of Biology, Aquatic Ecology, Munich, Germany ; ² Leibniz-
Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB), Berlin, Germany ; ³ Université de Lorraine, LIEC CNRS,
Metz, France; ⁴ Helmholtz-Centre for Environmental Research
Due to their special characteristics, shallow aquatic freshwater habitats provide vital ecosystem
functions but are also vulnerable to multiple stressors. These stressors can have a multitude of effects
on pond communities. Interactions between organisms, indirect effects and the combination of more
than one stressor make predictions about how stressors affect ecosystem dynamics nearly impossible.
In this project we investigated the combined effect of elevated temperatures and a pulse of agricultural
runoff (ARO) including biocides, copper and nitrate on pond food web dynamics. We analysed how
these combined stressors influence dynamics, functional diversity and abundance of invertebrates.
Artificial outdoor ponds were exposed to a gradient of ARO, either at ambient temperature or +3°C.
Laboratory microcosms contained only regularly fed zooplankton, exposed to the same ARO
biocides, nitrate and a 3°C temperature increase in a multifactorial design, to allow for disentangling
of the effects of single and combined stressors.
In the mesocosms, no clear pattern could be shown for combined effects of ARO and temperature on
zooplankton. Investigations in less complex and highly controlled microcosm systems showed no
effects of stressors on abundance of total zooplankton but compensating positive and negative effects
of biocides and nitrate on individual zooplankton groups. Similar microcosm experiments with
different zooplankton communities showed very strong effects of community identity on
experimental outcomes.
In summary, these result show that the effects of the stressors ARO and temperature on abundance
and diversity of invertebrates differed in dependency of the complexity and composition of the
observed community. Indirect effects resulting from stressors can mask the direct effects, hence zero
net effects of stressors on bulk parameters of complex communities should not be misinterpreted as
a no-effect scenario.
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Cyanobakterienblüten in der Mosel: Ausnahmephänomen oder neue
Normalität?
Julia Kleinteich¹; Marieke Frassl¹; Annette Becker¹; Andreas Schoel¹; Sonja Courth²; Björn
Baschek¹; Tobias Brehm¹; Manoj Schulz¹; Arne Wick¹; Helmut Fischer¹
¹ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG); ² Universität Trier, Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)
Seit dem Jahr 2017 treten in der Mosel im Spätsommer Cyanobakterienblüten über mehr als 250
Flusskilometer auf. Im Hitzejahr 2018 war die Blüte besonders stark ausgeprägt und währte bis in
den späten Oktober. Cyanobakterien können Allergien auslösen sowie toxische Sekundärmetabolite
bilden und stellen daher ein Gesundheitsrisiko für verschiedene Nutzergruppen dar. Darüber hinaus
kann die aufgebaute Biomasse zu einer Sauerstoffzehrung und anderen unerwünschten Folgen im
Flussökosystem führen.
Die Bundesanstalt für Gewässerkunde untersuchte zwischen 2017 und 2020 die
Cyanobakterienblüten anhand von physikalisch-chemischen Wasserparametern, biologischen
Komponenten, Toxinanalysen sowie Satellitenbildauswertung. Zusätzlich standen vergleichende
Langzeitdaten (1997-2020) der Mosel zur Verfügung. Die Blüten in 2017, 2019 und 2020 bestanden
bis zu 85 %, in 2018 bis zu 95 % aus Cyanobakterien (Anteil Chlorophyllfluoreszenz), wobei mehrere
Arten der Gattung Microcystis dominierten (mikroskopische Auswertung); deren Vertreter können
das Lebertoxin Microcystin synthetisieren. Die quantitative Bestimmung der Microcystin-
Kongeneren (MC-RR, MC-YR und MC-LR) mittels LC-MS/MS ergab Konzentrationen von
maximal 3 μg/L (Trinkwassergrenzwert 1 μg/L). Im Vergleich zur hohen Zelldichte von Microcystis
liegen die Konzentrationen damit eher niedrig. Eine Satellitendaten gestützte Untersuchung der
Cyanobakterienblüte zeigte deren räumlich-zeitliche Verteilung über einen 250 km langen
Flussabschnitt. Insgesamt ergab sich eine gute Korrelation der Satellitenauswertung mit in-situ
Messungen des Chlorophyll-a. Positiv auf die Korrelationen wirkten sich geringe Trübungswerte,
hohe Chlorophyll-a-Gehalte und kurze Zeiten zwischen Überflug und Probennahme aus. Die Analyse
der Langzeitdaten zeigte einen Rückgang der gelösten Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen seit
1997, der mit einer Verminderung der Primärproduktion (indiziert durch Chlorophyll-a) einhergeht.
Es ist daher unwahrscheinlich, dass die jüngsten Blüten durch Eutrophierung hervorgerufen werden,
allerdings liegt auch keine Nährstofflimitation des Phytoplanktons vor. Es ist zu vermuten, dass die
Entwicklung der Cyanobakterienblüten mit langanhaltenden Trocken- und Hitzeperioden und daraus
resultierenden geringen Fließgeschwindigkeiten in der stauregulierten Mosel zusammenhängen. Die
Mosel und die hier beobachteten Prozesse könnten daher als Modell für die Zukunft auch anderer
europäischer Flüsse im Klimawandel dienen.
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Methodenstudie zur Erfassung von Makroinvertebraten in Gräben
Elisabeth Kliment; Lisa Tunder; Jakob Kalus; Ellen Kiel
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Viele Aussagen über die Makroinvertebratenfauna und die Ökologie von Gräben basieren auf Daten,
die mithilfe von Kescherfängen erhoben wurden. Diese Daten gestatten jedoch weder Flächen und
Volumenbezüge noch lässt sich ihr Einsatz in umfangreichen Monitorings gut standardisieren.
Stechrohre und Stechrahmen hingegen ermöglichen quantitative Datenaufnahmen. Über ihre Eignung
für die Erfassung der Grabenfauna und die Grenzen ihrer Aussagekraft war zuvor allerdings wenig
bekannt. Im Mai 2019 wurde deshalb an zwei Gräben im Einzugsgebiet der Jade (Niedersachsen)
eine Vergleichsstudie durchgeführt. Die Bewertung der Probenahmetechniken umfasste Aspekte der
Normierung, Effektivität, Validität und Ökonomie. Beide Gräben dienen der Entwässerung intensiv
landwirtschaftlich genutzter Marschen- bzw. Moorgebiete im Einzugsgebiet der Jade und ähneln sich
in Bezug auf Morphologie, Hydrologie und Management. In jedem Graben wurden zwölf
Untersuchungsabschnitte festgelegt. Je Abschnitt erfolgte zeitgleich eine Beprobung mit Stechrohr
und Stechrahmen. Um die Artenabdeckung durch Stechrohr und Stechrahmen zu prüfen, entnahmen
wir in den Abschnitten anschließend normierte Kescherproben.
Beide Probenahmetechniken eigneten sich zur quantitativen Datenerhebung. Unterschiede der
Grabenfauna und Individuendichte zwischen den Gräben wurden von Stechrohr und -rahmen
übereinstimmend abgebildet und konnten als valide eingestuft werden. Mit dem Stechrohr konnten
allerdings signifikant mehr Individuen pro Fläche und pro Volumen erfasst werden als mit dem
Stechrahmen. Die nachträgliche Beprobung der Wassersäule mit dem Kescher ergänzte das mit
Stechrohr und Stechrahmen erfasste Arteninventar beider Gräben. Dabei handelte es sich um Arten,
die in den Kescherproben nur als Einzelexemplare oder mit geringer Individuenzahl auftraten.
Für die standardisierte quantitative Erfassung der grabenlebenden Makroinvertebraten erwies sich in
unseren Gräben, aus Gründen der Normierung und Ökonomie, das Stechrohr als vorteilhaft. So
ermöglichte das Stechrohr eine exaktere Beprobung der Wassersäule und gestaltete sich in der
Handhabung als einfacher und weniger zeitintensiv.
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Diverse microbial communities can serve as a barrier against
antimicrobial resistance
Uli Klümper; Thomas U. Berendonk
TU Dresden, Institut für Hydrobiologie
Increased antimicrobial resistance (AMR) in a wide range of human pathogens is a growing public
health threat, and the World Health Organization forecasts a post-antibiotic era for the 21st century.
Nowadays, many surface waters are occasionally or chronically polluted by antimicrobial
compounds, antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistant genes through e. g. wastewater
effluents. The role of the environment in promoting or hindering the dissemination of AMR is
currently under scientific scrutiny. Here, we aim to elucidate whether the diversity of aquatic
microbiomes could be a deciding factor in the resilience of aquatic ecosystems against proliferation
of introduced AMR.
To study if highly diverse microbial communities can serve as a barrier to invasion by AMR, we
inoculated the focal species, E. coli, with and without constitutively expressed, plasmid encoded
AMR into artificial flumes systems with aquatic biofilms of differing diversity. Natural biofilms of
different diversity were previously grown on exposure units in natural rivers with varying levels of
anthropogenic impact. The invasion success of the focal resistant strain and the AMR plasmid were
subsequently determined and correlated with the diversity of the invaded aquatic biofilm community.
Further, competition experiments between the susceptible and resistance focal species at 50:50 ratio
were carried out in presence and absence of complex bacterial communities across a gradient of
antibiotic concentrations ranging from no effect level, through minimum selective concentration of
the susceptible strain to its extinction. The competitive intraspecies fitness of the resistant strain in
comparison to its susceptible counterpart was measured throughout the evolution experiment. In both,
absence and presence of the complex community, hosting the resistance genes provided a minimal
burden under non selective as well as a significant fitness advantage under inhibitory conditions.
While at community absence a significant advantage of the resistance strain was measured at low
selective concentrations, this fitness benefit was close to nullified or even reversed, in presence of the
complex community.
Our results hence demonstrate that maintaining healthy, diverse aquatic microbial communities can
have a severe effect on the resilience of aquatic ecosystems towards invasion by AMR.
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Patterns of antibiotic resistance in river bottom sediments
David Kneis¹; Stefanie Heß²; Thomas Petzoldt¹; Thomas Berendonk¹
¹ TU Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² TU Dresden, Institut für Mikrobiologie
Antibiotic resistant bacteria (ARB) and the respective genes (ARG) represent biological water
pollutants of increasing concern. ARB/ARG potentially originate from both point and non-point
sources. While the role of wastewater effluents on the pollution of rivers with ARB/ARG has been
demonstrated in a number of studies, the aspect of diffuse inputs to surface waters has gained less
attention. We present results of an antibiotic resistance screening performed in a small river basin
close to Dresden, Saxony. Besides six wastewater treatment plants, the catchments hosts several big
livestock facilities. We performed a snapshot sampling to explore the spatial distribution of ARG
abundance and diversity. Biofilm from the river bottom sediments was collected at 30 sites and the
extracted DNA was shotgun sequenced. The metagenomic information was processed through a
bioinformatics pipeline to obtain absolute and relative ARG abundances along with information on
the composition of bacterial communities. We report on the identified links between ARG abundance
and anthropogenic impacts as well as on how genotypic antibiotic resistance is related to community
composition.
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131
Genetische Vielfalt der Schleie (Tinca tinca) in Deutschland
Christoph Köbsch¹; Sascha Krenek²; Thomas Schiller³; Thomas Berendonk¹
¹ Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² Technische Universität Dresden/Bundesanstalt für
Gewässerkunde; ³ Technische Universität Dresden/Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und
Landwirtschaft
Die genetische Vielfalt von Fischpopulationen kann langfristig über deren Stabilität und Bestehen
entscheiden. Informationen über die populationsgenetische Struktur und Diversität sind daher
dringend gefordert, um zukünftig sinnvolle Bewirtschaftungs- und Schutzmaßnahmen durchführen
zu können, ohne die Integrität und Funktionalität der Populationen zu beeinflussen.
In einer von der deutschen Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung beauftragten Studie zur
Erfassung der genetischen Variabilität von Wildpopulationen der Schleie in Deutschland wurden in
den Jahren 2016 bis 2019 1103 Schleien aus 39 Populationen der Flussgebietseinheiten (FGE) Donau,
Elbe, Ems, Oder, Rhein, Schlei-Trave, Warnow-Peene und Weser analysiert. Dabei wurde ein nichtinvasives
Verfahren mittels forensischer Abstriche zur DNA-Gewinnung für die Schleie etabliert und
verwendet. Die Erfassung der genetischen Daten erfolgte mittels 12 Mikrosatelliten-Loci und einem
mitochondrialen Marker.
Die großräumige, überregionale Probenahme in acht FGEs, als auch die Erfassung der genetischen
Diversität auf kleinräumiger Skala (mehrere Populationen pro Fluss und FGE) ermöglichten dabei
eine detaillierte Erfassung der Variabilität und Differenziertheit auf mehreren hierarchischen Ebenen
(zwischen FGEs, zwischen Populationen innerhalb der FGEs, und innerhalb der Populationen). Die
Ergebnisse der mitochondrialen DNA-Analyse zeigten dabei eine starke Durchmischung der beiden
Phylogruppen in allen FGE. Die populationsgenetische Analyse mittels Mikrosatellitenmarker wies
eine moderate Diversität der Populationen bei gleichzeitig niedriger genetischer Differenzierung auf.
Die Ergebnisse dieser Studie ermöglichen eine praxisorientierte Bewertung der genetischen
Distanzen bzw. Verwandtschaften in Hinblick auf die fischereiliche Bewirtschaftung und
erforderliche Schutzmaßnahmen.
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Gesamträumliches, integriertes Auenentwicklungskonzept für die
Elster-Luppe-Aue - vom Leitbild zum Entwicklungsziel
Uwe Koenzen 1, Joachim Steinrücke 2 & Franziska Löffler 3
1 Planungsbüro Koenzen, Schulstraße 37, 40721 Hilden, koenzen@planungsbuero-koenzen.de, ProAqua
Ingenieurgesellschaft für Wasser- und Umwelttechnik mbH, Turpinstraße 19, 52066 Aachen, jsteinruecke@proaquagmbh.
de, 3 Stadt Leipzig, Amt für Stadtgrün und Gewässer, Prager Straße 118-136, 04317 Leipzig,
franziska.loeffler@leipzig.de
Die Elster-Luppe-Aue im Nordwesten Leipzigs ist durch Hochwasserschutzdeiche von der
Überflutungsdynamik der Fließgewässer entkoppelt, ehemalige Wasserläufe sind trockengefallen.
Menschliche Eingriffe und die Stadtentwicklung der vergangenen einhundert Jahre zeigen bis heute
anhaltende Wirkung, so tieft sich z. B. die Neue Luppe immer weiter ins Gelände ein, mit Folgen für
den Grundwasserspiegel. Um dieser Entwicklung entgegen zu wirken, hat sich das Projekt Lebendige
Luppe zum Ziel gesetzt, den Wasserhaushalt des Auensystems durch die Wiederbelebung ehemaliger
Flussläufe und naturnaher Überflutungsereignisse zu verbessern und dadurch die biologische Vielfalt
in diesem Ökosystem zu fördern. Von Beginn an war das Projekt ausdrücklich als ein erster Baustein
einer umfassenden Auenrevitalisierung konzipiert.
Um eine gesamträumliche, mittel- bis langfristige Entwicklungsperspektive für das Gebiet zu
formulieren, wurde mit der Projektverlängerung 2020 die Erarbeitung eines integrierten
Auenentwicklungskonzepts verankert. Das Projektteam wird bei dieser Aufgabe durch die
Arbeitsgemeinschaft Planungsbüro Koenzen und ProAqua Ingenieurgesellschaft für Wasser- und
Umwelttechnik mbH unterstützt.
Die Entwicklung des Auenentwicklungskonzeptes folgt methodisch dem Ansatz von Harms et al.
(2018). Die Autoren formulieren als ersten Schritt die Erarbeitung eines Leitbildes, d.h. die Definition
des potentiell natürlichen Zustands der Aue. Dieser Zustand ist nur theoretisch erreichbar, bietet aber
Orientierungshilfe für die Richtung der angestrebten Entwicklung und dient zur Ableitung möglicher
Teilziele. Neben der flächenhaften auentypischen Nutzung wird in der Elster-Luppe-Aue u. a. die
Land- und Forstwirtschaft zur mittel- bis langfristigen Erhaltung des Wald-Offenland-Mosaiks
einbezogen. Die Aue in unmittelbarer Nähe einer Großstadt unterliegt jedoch vielfältigen Einflüssen.
Die Entwicklungen in Siedlungs-, Verkehrs- und Versorgungsstruktur (sog. Raumwiderstände)
stellen eine große Herausforderung für die Auenrevitalisierung inmitten der wachsenden Stadt dar.
Nach der Analyse des Wasserdargebots, werden aktuell die vorhandenen Raumwiderstände im
Projektgebiet und deren Möglichkeit zur Veränderung, ggf. in verschiedenen Zeithorizonten
analysiert. Darauf aufbauend lässt sich anschließend ein tatsächlich erreichbares Entwicklungsziel
für die Elster-Luppe-Aue definieren.
Das Auenentwicklungskonzept soll von möglichst vielen Akteuren akzeptiert und unterstützt werden
und durch ein weiterführendes Maßnahmenprogramm zur Auenentwicklung vervollständigt werden.
Die Entwicklung des Gesamtkonzeptes für die Elster-Luppe-Aue im Leipziger Nordwesten ist als
beteiligungsorientierter Diskussionsprozess angelegt, der bereits begonnen hat.
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133
Rückhalt von Wasser und Nährstoffen durch Makrophyten in einem
Flachlandfluss – Sinn und Unsinn der Entkrautung
Jan Köhler
IGB - Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei
Viele langsam fließende Gewässer werden regelmäßig gekrautet, um das Überschwemmungsrisiko
zu verringern. Andererseits ist der Rückhalt von Wasser in Trockenperioden erwünscht. Zudem
können Wasserpflanzen Nährstoffe, Phytoplankton und sonstige Schwebstoffe zurückhalten. Um
pflanzendominierte Fließgewässer effektiv bewirtschaften zu können muss die Abhängigkeit dieser
Retentionswirkungen von der Dichte der Pflanzenbestände bekannt sein. In der hier vorgestellten
Studie wurden Krautstau, Rückhalt von Phytoplankton und Nährstoffen entlang eines 30 km langen
Abschnitts der Spree über mehrere Jahre untersucht, wobei die Biomasse der Wasserpflanzen
zwischen 0 und etwa 300 g TM/m² variierte. Entlang dieses Flussabschnittes wurden an 12 Stellen
kontinuierlich die Wasserstände aufgezeichnet, der Durchfluss wurde an zwei Transekten etwa
wöchentlich gemessen. Die Konzentrationen an Phytoplankton, P- und N-Verbindungen wurden
wöchentlich an 10 Stellen erfasst, zudem wurden Sedimentations- und Denitrifikationsraten
bestimmt. Die Wirkung von Wasserstandsänderungen im Fluss auf das Grundwasser in der Aue
wurde in einem Transekt abgeschätzt. Die Intensität des Krautstaus war proportional zur Biomasse
der Wasserpflanzen. Im Hochsommer bewirkten die Wasserpflanzen am Beginn des Spreeabschnittes
eine Erhöhung des Wasserstandes um ca 80 cm, dieser Staueffekt verringerte sich bis auf Null kurz
oberhalb der Berliner Seen und verschwand im Spätherbst mit den Wasserpflanzen. Moderate
Entkrautung verringerte den Krautstau im Sommer um 20-30 cm. Veränderungen des Wasserstandes
im Fluss pflanzten sich innerhalb weniger Stunden im Grundwasser fort. Durch die Pflanzenbestände
wurden ca 90% des eingetragenen Phytoplanktons zurückgehalten, überwiegend auf den ersten
Kilometern der Fließstrecke. Der Nährstoffrückhalt durch gesteigerte Sedimentation war deutlich
höher als durch Einbau in Pflanzenbiomasse. Durch verhinderte Austrocknung der angrenzenden
Niedermoorböden verringert der Krautstau auch den Eintrag von Nährstoffen. Die
Wahrscheinlichkeit trockener Sommer wird zumindest regional zunehmen. Bei
unterdurchschnittlichen Abflüssen ist nicht nur die Retention von Nährstoffen und Phytoplankton,
sondern auch der Rückhalt von Wasser im Flusssystem sehr vorteilhaft; Entkrautung ist dann nur
schädlich. Wenn die Pflanzendichte verringert werden muss, ist verstärkte Beschattung durch
Uferbäume viel kostengünstiger und nachhaltiger als die jährliche mechanische Entkrautung.
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Welche Fragen zu Wasserkraftanlagen sind aus limnologischer Sicht
zu beantworten?
Ralf Köhler
Landesamt für Umwelt Brandenburg
In der Session und im Workshop „Limnologie der Wasserkraft“ 2019 in Münster wurden viele
limnologische Fragen aufgeworfen, auf die in diesem Beitrag versucht wird, einen Stand der
Antworten wiederzugeben.
• Wir weit sind wir bei der Beurteilung limnologischer Wirkungen von Wasserkraftanlagen
(neue und bestehende Anlagen)?
• Was können wir zur „Ökologischen Durchgängigkeit für Sedimente, Totholz
(Feststoffhaushalt) aber auch Wirbellose sagen?
• Was ist bezüglich ökologischer Durchgängigkeit für Jungfische und kleine Fische zu sagen?
• Wissen wir genug über das Wanderverhalten der heimischen Fischfauna?
• Wieviel Methan wird in Stauhaltungen gebildet?
• Welche Anforderungen an Wasserkraftanlagen sind aus limnologischer Sicht zu stellen?
• Wie muss ein limnologisches Monitoring ausgestaltet werden?
• Was sind die Erheblichkeitsschwellen für die Schädigung von Fischpopulationen?
• Welche Konsequenzen sind aus der turbinen- und standortspezischen Spreitung von Wirkdaten
auf Fische zu ziehen?
• Welche sublethalen Schäden gibt es: Qualität, Wirkung, Bewertung, notwendige
Untersuchungen im Rahmen vom Monitoring an WKA
• Welche Anforderungen sind an UVPs/FFH-Verträglichkeitsprüfungen zu stellen und wann
sind Neuanträge abzulehnen? (Checkliste für Genehmigungsverfahren)
• Welche maximalen artspezifischen Anströmgeschwindigkeiten und maximalen
Rechenabstände an Rechen sind zulässig?
• Was wissen wir über kumulative Wirkungen von Anlagen und welche Konsequenzen werden
daraus gezogen?
• Mit diesem Beitrag soll ein guter Einstand in die Session „Limnologie der Wasserkraft II“
und in den anschließenden Workshop gegeben werden.
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135
Was kann Limnologie leisten, um Xenobiotika-Wirkungen in Seen zu
reduzieren? Welche neuen Wege sind im Handling von Xenobiotika zu
gehen?
Ralf Köhler
Landesamt für Umwelt Brandenburg
Aktuelle Publikationen über dramatische Rückgänge der Biodiversität auch im aquatischen Bereich
sprechen eine deutliche Sprache.
• Nach WRRL haben wir 100 % Zielverfehlung beim chemischen Zustand der Oberflächengewässer
in Deutschland
• Was ist eigentlich bezüglich der stofflichen Belastung der Gewässer in den letzten Jahrzehnten
passiert?
• Welchen Anteil haben Xenobiotika am Rückgang der Biodiversität in stehenden Gewäs-sern?
• Warum erfüllen Natura 2000 und WRRL die Anforderungen, dem entgegenzuwirken, nicht?
• Warum reicht das bisherige Monitoring von Xenobiotika-Wirkungen in Seen nicht?
• Wir erleben „Sukzessionen“ des Einsatzes von Xenobiotika: Auf Lindan folgten
Neonicotinoide, auf Atrazin folgte Glyphosat usw. Genehmigungsverfahren stützen sich auf
intransparente Industriedaten, UQN auf Labor-Standards und müssen über die Jahre
regelmäßig nach unten korrigiert werden. Unabhängige Ökotoxikologen und Limnologen
forschen regelrecht jeweils hinter Schadstoffwirkungen im Freiland hinterher.
• Der Vorsorgegrundsatz wird durch die gegenwärtige Praxis verletzt
• During a thesis: In spite of lots of Xenobiotica effect data no idea what will happen after first
application in a mesocosm
• Was bedeuten Formulierungen wie "behutsamer Einsatz" von Xenobiotika im Klartext?
Welche Alternativen gibt es?
• Was können Limnolog*innen bezüglich Xenobiotica beisteuern, um den Trend der Abnahme
der Biodiversität umzukehren? Was müsste sich aus unserer Sicht ändern?
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136
Iron from lignite mining enhances phosphorus uptake in lake
sediments of River Spree (NE Germany)
Giulia Friedland1,2; Björn Grüneberg3; Michael Hupfer1
¹ Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries; 2 BTU Cottbus-Senftenberg; 3 Landeslabor Berlin-
Brandenburg
Lignite mining in Lusatia (NE Germany) releases large amounts of iron (Fe) into River Spree. Settling
iron hydroxides can adsorb phosphorous (P) and accumulate in low-flow areas such as in River Spree
interconnected lakes. In a column study under controlled laboratory conditions, undisturbed
sediments of three shallow, eutrophic lakes of River Spree (Lake Neuendorf (199 μmol/cm³ Fe in the
upper first cm), Lake Glowe (151 μmol/cm³ Fe) and Lake Müggelsee (109 μmol/cm³ Fe)) and Lake
Schwielochsee (close by, but not affected by lignite mining, 67 μmol/cm³ Fe) are analyzed regarding
their retention and release potential of additional incoming P. We hypothesize, that higher Fe contents
in the sediments lead to higher P uptake rates and P sorption capacities in the sediments as well as
lower P release, especially under oxic conditions. Preliminary results show higher uptake rates in
Lake Neuendorf than in Lake Glowe and Lake Müggelsee. In all sediments, the uptake rates decrease
with time. Even though Lake Schwielochsee has even lower Fe contents than Lake Müggelsee,
chironomid larvae present in the sediments of Lake Schwielochsee lead to higher P-burial in the
sediments until now. We can already conclude that Fe from lignite mining partly compensates for the
negative effects of eutrophication by binding P in the sediment und thus decreasing P in the water
column.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Ökosystemare Aspekte von ökotoxikologischen Effekten in Seen als
möglicher Schlüssel für eine realistische und pragmatische
Risikobewertung.
Christiane Krambeck
christiane.krambeck@gmx.de
Keywords: ecological risk assessment, ecosystem approach, charophytes, macrophytes, herbicides, lake
Winfried Lampert gewidmet
Einleitung
Bei Fließgewässern wurde die Unterschätzung realer Risiken durch regulatorische Schwellenwerte
schon vor zwei Jahrzehnten erkannt (Liess et al 2001) und eine Methode der monitoring-basierten
Risikobewertung entwickelt (Liess et al. 2005, 2019, 2021). Bei Seen ist die Arbeitsrichtung seit
frühen Mahnungen, die besonderen Empfindlichkeiten in Ökosystemen zu berücksichtigen (Lampert
et al 1989), nicht weiterverfolgt worden. Da in Seewasser Xenobiotika kaum nachzuweisen sind
(LLUR 2018) und sämtliche WRRL Berichte dem Suhrer See einen guten ökologischen Zustand
bescheinigten, überraschte die Entdeckung von Makrophytenausfällen im Suhrer See und der damit
einhergehende Verdacht auf Herbizideffekte (Krambeck 2019) zunächst. Makrophytenexperten war
dieser Verdacht jedoch durchaus vertraut, und ähnliche Beobachtungen gab es deutschlandweit
(Krambeck 2020), so dass eine daraufhin einberufene Special Session zum Thema auch bei
Ökotoxikologen auf Interesse stieß (Köhler & Krambeck 2020). In der Diskussion kristallisierte sich
die systematische Unterschätzung von ökologischen Risiken mit der gängigen schwellen-basierten
Bewertung als weiterhin ungelöstes Problem heraus. Zur Untermauerung des offensichtlichen, akuten
Handlungsbedarfs im Naturschutzgebiet Suhrer See und zur Abwendung von Risiken für gefährdete
und bedrohte Arten wurde daraufhin eine monitoring-basierte Risikobewertung als Alternative
entwickelt und erprobt.
Methoden und Ergebnisse
Ausfälle und Erholungen von Makrophyten in 1–3 m Tiefe wurden im Suhrer See (54°09´05"N
10°29`25"O) von 2017 bis 2021 im Mai und August von der Wasseroberfläche aus mit
Unterwasserkamera entlang fester Inspektionskurse dokumentiert. Veränderungen wurden in Bezug
zur Bewirtschaftung von Teileinzugsgebieten, zum Niederschlag und zu einer Bestandsaufnahme von
1991 gesetzt (Frenzel 1992, Krambeck 2019). Reaktionen von Biota wurden nach ökosystemaren
Grundlagen interpretiert. Aussagen über mögliche Kausalbeziehungen wurden nach dem Vorbild von
Liess et al. (2019) anhand von "Multiple Lines of Evidence" (MLE) getroffen.
138
Abb.1: Lokale Ausfälle und Erholung submerser Makrophyten (SuM) zu Beginn und gegen Ende der
Vegetationsperiode in Abhängigkeit von Niederschlägen, a–f: Orte unterschiedlicher
Belastung, siehe Luftbild
Lokale Reaktionen auf Niederschläge von 2017 bis 2021, jeweils im Mai und August:
- Totalausfälle der SuM, C Charawiese (fett: wintergrün), + Ersatz durch Angiosperme
139
MLE sind eine Methode der induktiven Hypothesenbildung bei komplexen Problemen und beruhen
auf Plausibilität (Fuzzy Logik) und Wahrscheinlichkeit (Bayesianismus, Carrier 2006). MLE
sammeln also Indizien und bewerten ihre Belastbarkeit im Kontext des vorhandenen Wissens. Das
erhöht die Chance, bei komplexen Zusammenhängen die richtigen Fragen zu stellen, auch für
weitergehende, klassisch deduktive Untersuchungen, und zielt auf Problemlösungen. Praktisch
ergeben sich in der Anwendung auf komplexe Gewässerschutzprobleme Hinweise auf
Handlungsbedarf.
Monitoring-Ergebnisse
Im Nordosten des Suhrer Sees (Abb.1, Satellitenbild) gab es Ausfälle der submersen Makrophyten
(SuM) im extrem nassen Sommer 2017 und in jedem Frühjahr. Sie wiesen auf Belastungen durch
unterirdische Einträge aus Ackerland mit Anbau von Wintergetreide hin. Dass die sandigen Flächen
25 m über Seeniveau über einem bewaldeten Steilhang lagen, sprach für einen maßgeblichen Einflus
von Zwischenabfluss. Bei Ausbleiben von Zwischenabfluss im extrem trockenen Sommer 2018
regenerierten sich – außer vor dem Drainzulauf (a) (in Abb.1) – dichte Bestände von SuM,
Charophyten aber nur in der NO-Bucht (d). In normalen Sommern (2019–21) setzten sich bei (d)
mehr Störanzeiger durch und bei (c) nahmen die Deckungsgrade ab. Nur (a) blieb permanent
vegetationsfrei. Nach Frenzel (1992) gab es Chara sp. bei (a und b) früher häufig und bei (c)
massenhaft.
In der bis 3 m tiefen NO-Bucht (d) erschien immer erst ab Juli eine Wiese von Nitellopsis obtusa.
Auf der Untiefe (e) (um 1 m tief) quer vor der NO-Bucht (d) gab es eine wintergrüne Charawiese
(AG 2016). Im Übergang zum NO-Ufer und bis (c) wuchsen Charophyten dagegen jeden Mai neu.
In der 2m tiefen Nordbucht (Abb.1: f) gab es vom Frühjahr 2018 bis Sommer 2019 eine wintergrüne
Charawiese. Im Mai 2020 war der Grund in 2m Tiefe dann von einem Blaualgenteppich über
verrotteten Charafäden bedeckt, im August 2020 war er vegetationsfrei, bis auf vereinzelte
Xeratophyllum demersum, Ranunculus circinatus und eine Gruppe von Potamogeton crispus im
Buchtinneren, ein Störanzeiger (C nach Schaumburg et al 2011), der im Suhrer See noch nie
beschrieben worden war. Ein Jahr später, Ende Mai 2021, begann die Charawiese sich vom Ostufer
her zu regenerieren. Im August war der Grund wieder bewachsen, und Angiosperme waren nur im
Buchtinneren noch dominant. – Im Herbst 2019 war ein brach liegendes Feld nördlich der Bucht (f)
neu mit Winterweizen bestellt worden, 2020 wurde nach der Ernte eine Zwischenfrucht aus
Ackersenf und Ölrettich eingesät, 2021 danach Mais angebaut.
Die Störung gefährdete einen seltenen Bestand von einigen Chara subspinosa (= rudis) (AG 2016)
(rote Liste SH 0) in 0,5–2m Tiefe im Buchtinneren. Davon waren seit 2020 im Mai zwar noch
Stängelfragmente im Flachwasser übrig, die bis August auch noch austrieben. 2018 hatte es im Mai
aber bereits vitale Sprosse und im Juli große Pflanzen mit Gametangien gegeben (Abb.2), offenbar
zu selten, um eine stabile Population aufzubauen, auch wenn die Art sich am äußersten Rand ihrer
fundamentalen Nische (Holt 2009, Hutchinson 1957) so eben halten konnte. Eine ähnlich
empfindliche Art, Chara tomentosa (AG 2016), wurde zuletzt 2002 in der Nordbucht gesichtet
(Garniel 2002) und nach Umbruch ehemaligen Grünlandes in der Umgebung nie wieder gefunden.
Beide Arten sind für wintergrüne Bestände typische k-Strategen (Schubert et al. 2018) und können
sich nicht schnell erholen, anders als an häufige Störungen im Flachwasser angepasste Arten.
140
Abb.2: Chara subspinosa in Nordbucht (f) 2018 mit Gametangien, 2021 Sprossreste
Mit den SuM verschwanden 2017 auch große Hechte. Sie stellten sich zwar wieder ein, wo Pflanzen
nachwuchsen, aber seltener. Dazu wurde von 2017–2020 im Bereich von Ausfällen der SuM
alljährlich ein um 0,7 m langer Hecht tot aufgefunden, der an einer Virus-, Bakterien- oder Pilz-
Infektionen verendet war. Veränderungen fielen nicht nur bei Fischen auf, sondern auch bei
Fadenalgen. Dazu gab es im Litoral frühere und dichtere Blaualgenblüten.
"Multiple Lines of Evidence" für ökotoxikologischen Stress
Ausfälle gab es nur an Stellen mit Herbizideinsatz in Teileinzugsgebieten und bei hohem
Zwischenabfluss, im landwirtschaftlich geprägten Nordosten (Abb. 1 a–d) im extrem nassem
Sommer 2017 und immer im Frühjahr. Und Erholungen im Sommer ließen sich je nach
Niederschlägen und Randbedingungen abstufen. Wintergrüne Charawiesen gab es nur auf der Untiefe
(e) vor der NO-Bucht, also ohne Einfluss von Zwischenabfluss und nicht in Landnähe. In der
Nordbucht gab es sie nur solange die Felder in der Umgebung brach lagen, also nur ohne belasteten
Zwischenabfluss bis 2019.
Als Ursache für den Ausfall in der Nordbucht (f) im Frühjahr und Sommer 2020 kam die Beseitigung
von Brachlandvegetation durch Herbizideinsatz Ende 2019 in Frage und war plausibel, da eine
unterirdische hydrologische Anbindung des fraglichen Ackers über einen Sumpfwald auf Seeniveau
wahrscheinlich war. Auch die Erholung 2021 nach alternativem Zwischenfruchtanbau stützte die
Hypothese dieser Herkunft der Belastung.
Im Südostwinkel der Nordostbucht (d) wiesen eine Sumpfquelle am Ufer und ein Quellbereich in
anderthalb Meter Tiefe auf unterirdische Zuflüsse aus einem weiten, hochgelegenen Siedlungs- und
Landwirtschaftsbereich hin, was zu den Störungen der SuM am Südufer und in der Buchtmitte passt.
An das gegenüberliegende Nordufer der Bucht grenzte ein tiefliegendes Gelände mit Grünland und
Sumpfwald, davor wuchsen Charophyten bis ins Flachwasser. Vor dem Ostufer zeigten Angiosperme
eine Eutrophierung aus Gärten in steiler Hanglage an.
Bei (c) mit ca. 1 ha Weideland, 2 Rindern und über 20% Gefälle war zusätzlich zu einer Belastung
über Zwischenabfluss von P-reicher Abschwemmung auszugehen, woraus sich Konkurrenzvorteile
für Elodea c. ergaben, die nur im Sommer 2018, also ohne Zwischenabfluss, massenhaft erschien.
141
Als Grund für den permanenten Ausfall der SuM beim Drainablauf (a) war eine persistente Belastung
zu postulieren. Die war im Mai 2019 in einer Sedimentprobe vor (a) zwar nicht nachzuweisen
(Machate et al. 2021). Das könnte aber an der vorausgegangenen, einjährigen Trockenphase und dem
Übersehen von Metaboliten gelegen haben. Beweise von Sedimenttoxizität sind auch nicht trivial
(Chapmann & Hollert 2006). Nach Auskunft von Landwirten wurden jedenfalls vor Ort
Pendimethalin und Diflufenican ausgebracht, die nach Lewis et al. (2016) neben hoher Algentoxizität
Halbwertszeiten von Monaten bis Jahren im Freiland haben und deswegen auf der EU-Liste der
"candidates for substitution" stehen (was heißt, dass auf Anzeichen für Umweltschäden geachtet und
ggbfs. auf alternative, nachhaltige Praktiken hingearbeitet werden sollte.)
Der nach den wiederkehrenden Mustern (Abb.1) immer wahrscheinlichere Zusammenhang zwischen
belastetem Zwischenabfluss und lokalen Ausfällen war auch direkt nicht zu beweisen. Dazu hätte es
Daten zu Konzentrationen am Ort und zur Zeit der Ausfälle der SuM gebraucht, ebenso wie
Effektkonzentrationen bei Diasporen von SuM, die als Referenz hätten dienen können. Beides fehlte.
– Grenzwerte für Metazachlor, die nach Maßgabe der vorhandenen Refenzdatenbasis und EFSAKriterien
vorgeschlagen wurden (Vonk et al 2013) lagen aber mit 0,08 μg/l für direkte Ökotoxität
und 0,48 μg/l für die maximal akzeptable Konzentration bereits im Bereich von Freilanddaten. Dazu
ist anzumerken, dass Freilandrisiken theoretisch wegen des Einflusses von situationsbedingten und
nicht vorhersagbaren biotischen und abiotischen Einflüssen auf Sensitivitäten schwer einzuschätzen
sind (Fent 2003, da: Tab.4.1) und erfahrungsgemäß unterschätzt werden (Liess et al 2021).
Da Diasporen von SuM bekanntlich sehr unterschiedlich sind (Garniel 2008) und geringe
Sensitivitätsunterschiede bei Konkurrenz zur Verdrängung von Arten führen können (Liess et al
2013), lag nahe, den beobachteten Feldvorteil von Angiospermen bei leichterer Belastung als Ersatz
einer funktionalen Gruppe zu deuten, der für toxischen Stress typisch ist. – Außerdem sind Herbizide
und ihre Metabolite allgegenwärtig (Knillmann et al. 2021, Ulrich et al. 2021) und das in
hinreichender Konzentration, um multiple Effekte zu verursachen. Bei den registrierten
Auffälligkeiten bei Fischen, Blau- und Fadenalgen dürfte es sich von daher um "Feuerwerkseffekte"
(Köhler 2020) gehandelt haben, die für toxischen Stress ebenfalls typisch sind.
Nach dem Wissenstand über ökosystemare Regelungen in Seen (Blindow et al. 2021, Brönmark &
Vermaat 1998, Lampert 1987, Lampert & Sommer 1993, Odum 1999, Wetzel 1975) waren auch
indirekte Effekte der SuM-Ausfälle bei Fischen und besonders bei den Top-Predatoren zu erwarten,
ebenso wie umgekehrt positive Rückkopplungen zulasten der SuM. Außerdem galten
immunotoxische Effekte bei Fischen als häufig und zu selten berücksichtigt (Segner et al 2012),
wurden mit Biomarkern inzwischen aber nachgewiesen (Schuijit et al 2021). Die Gefahr positiver
Rückkopplungen und damit einhergehender Degradationen (Ausfälle und Ersatz funktioneller
Gruppen bis hin zu Verödung) wurden schon von Odum (1985) als Alarmzeichen für
menschengemachten Stress benannt. – Cyanobakterien profitieren im Gegensatz zu Karyonten im
Übrigen eher von PSM: Nutzung von Glyphosat/AMPA bei Nährstofflimitierung als P-Quelle
(Forlani et al 2008, Huntscha et al. 2018, Saxton et al 2011), Befreiung von Pilzparasiten durch
Fungizide (Ortiz-Cañavate et al 2019), Anzeichen für Ersatz von Grünalgen in Sukzession (Karier et
al 2017).
Ranking von Anzeichen für ökotoxikologischen Stress und ökologische Bewertung des Risikos
für Charophytenverluste nach Erholungsmustern
Die mit Belastungen wechselnden Zustände der SuM ließen sich für ein systematisches Ranking
nutzen (Tab. 1). Die Abstufung von A (unbelastet) bis D (verödet) ergab nicht von ungefähr Parallelen
zu dem Indikatorsystem für Eutrophierung der WRRL-Bewertung (Schaumburg et al 2011). Denn
142
die meisten Charophyten tolerieren Phosphorkonzentrationen an sich bis in den eutrophen Bereich
(AG 2016) und reagieren eher auf ein damit verändertes Lichtangebot (Schubert et al 2018). Von
daher war überall da, wo, wie am Suhrer See, Wasser trotz diffuser Einträge klar blieb und trotzdem
so drastische Effekte wie Ausfälle der SuM auftraten, damit zu rechnen, dass P ein Proxy für
gleichzeitig eingetragene Spurenstoffe war und nicht Ursache der Verschlechterungen.
Nach ökosytemarer Einordnung der unterschiedlichen Erholung war auch eine Bewertung des
Risikos für Charophytenverluste möglich (Tab. 2). Daraus ergaben sich neue Stellenwerte von bisher
wenig beachteten Kriterien, die über Monitoring gut zu erfassen waren, wie das Vorkommen
wintergrüner Bestände, Anzeichen für das Aushalten von Arten am Rande ihrer ökologischen Nische
(Lampert & Sommer 1996, Hutchinson 1957), verzögerte Entwicklungen im Frühjahr und
Änderungen der Konkurrenzvorteile von Charophyten gegenüber Angiospermen.
Tab. 1: Ranking von Zeichen für Stress bei Unterwasservegetation
Art / Gruppe Zustand Rang Legende
Chara subspinosa – mit Oogonien im Sommer
– ohne "
A
B
• A ungestört – Etablierung
stabiler Populationen
bedrohter Arten
• B gestresst – Ausfall
bedrohter Characeenarten,
Rückgang
• C erheblich gestresst –
Ersatz von Characeen durch
Angiosperme
• D Verödung –
Funktionsausfall
Charawiesen – wintergrün
– nicht "
A
B
Angiosperme
in Charawiesen
– lose assoziiert
– großflächige Einsprengsel
A–B
B-C
nur Angiosperme – hohe Deckung
– geringe Deckung
C
C-D
Ausfälle – bei Einträgen aus Ackerland
– permanent
B-D
D
Tab. 2: Ranking und ökologische Bewertung von Risiken für Artenrückgänge und Verluste
nach Erholung submerser Vegetation von Ausfällen
Ranking Erholung
Ranking Risiko
ökologische Bewertung Artenrückgänge und -verluste
A
stetig wintergrüne,
intakte Charawiese
nie toxischer Stress
stabile Populationen
auch von k-Strategen
B
Regeneration
von Charophyten
Verlust von k-Strategen und
wintergrünen Beständen
hohes Risiko für bedrohte Arten
und
keine Verbreitung durch Zugvögel
C
Regeneration
nur von Angiospermen
Funktion ersetzt, aber
struktureller Verlust
hohes Risiko für gefährdete Arten
D
keine Regeneration von
submersen
Makrophyten
Funktionsverlust,
Verödung
System Shift, Degradation: Verlust
ganzer Artengemeinschaften
143
Zusammenfassung und Diskussion
Nach den im Suhrer See von 2017–21 dokumentierten räumlich-zeitlichen Mustern der Reaktionen
von submersen Makrophyten (SuM) auf Niederschläge in Verbindung mit Einzugsgebietsanalysen
besteht mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein ursächlicher Zusammenhang von
Verschlechterungen mit unterirdischen Einträgen aus landwirtschaftlichen Flächen und
wahrscheinlich mit Herbizidbelastung. Der Zustand der SuM wechselte so klar mit den Bedingungen,
dass danach ein Ranking von Anzeichen für toxikologischen Stress und eine Bewertung des Risikos
von Charophytenverlusten möglich war.
WRRL-Bewertungssysteme versagen in diesem Fall, weil sie auf Indikatoren für Eutrophierung
ausgerichtet sind (Poikane et al 2020). Die guten ökologischen Zustandsklassen der WRRL-Berichte
z. B. für SuM bedeuten also nur, dass der Suhrer See mesotroph geblieben ist, täuschen aber vor, dass
damit "alles" gut sei und kein Handlungsbedarf bestehe. "Indices are misleading at best and attractive
delusions at worst" (Chapmann 2011). Aufgrund der WRRL-Monitoringdaten sind für Gutachter im
Übrigen "Verschlechterungstendenzen" bei SuM erkennbar (Stuhr et al. 2018). Eine
Weiterentwicklung der WRRL-Routine auf der Basis des hier angedachten Rankings von SuMReaktionen
auf toxischen Stress bietet sich an.
Auch ökotoxikologische Kennzahlen wie Toxic Units und regulatorische Schwellenwerte sind keine
Sicherung gegen Artenverluste, sondern nur eine Abschätzung ökologisch in etwa sicherer
Schadstoffkonzentrationen auf der Basis von standardisierten Labortests mit Modellorganismen. Der
Einwand, dass die Routine des Zulassungsverfahrens unrealistisch ist und Freiland-Risiken
unterschätzt, ist so alt wie das Verfahren selbst. Das Problem ist, dass Freilandsensitivitäten
situationsbedingt sind (Fent 2003, darin Tab. 4.1) und sich damit der Standardisierung entziehen.
"With increasing ecological relevance the reproducibility, specificity and thus suitability for
standardisation of methods tends to diminish." (Conon et al. 2012). Die einzige Lösung dieses
Dilemmas ist, mit der Risikobewertung im Freiland anzufangen, also monitoring-basiert zu arbeiten
statt schwellen-basiert – was, wie am Fallbeispiel gezeigt, überraschend einfach ist und im Übrigen
unverzichtbar, wenn es um lokale Ziele wie Artenschutz geht. Auf EFSA-Ebene wurde von Brown
et al auch schon (2016) für die Annahme eines "more holistic and spatially explicit ecosystem
approach for specific protection goals (SPGs)” plädiert: "The argument for defining SPGs for
different habitats is that goals will be more environmentally relevant and they will take into account
other locally acting stressors and constraints."
Aufbauend auf einem Schema für Faktoren optimaler Toxizitätstests (nach fig.3 in Diepens et al
2014) lassen sich die beiden Ansätze ökologischer Risikobewertung (ÖRB) gegenüberstellen. Abb.3
illustriert, dass sie zwar völlig anders arbeiten, sich aber auch ergänzen und überschneiden:
Bei der schwellenbasierten (sb) ÖRB zählt die Reproduzierbarkeit der Labordaten. Dass die Routine
der Extrapolation auf komplexe Freilandsituationen unsicher ist (van den Brink et al 2008), wird aus
praktischen Gründen in Kauf genommen. Bei der monitoring-basierten (monitb) ÖRB zählen in erster
Linie Freilandeffekte und die Plausibilität toxischer Belastung. Exakte Sensitivitäten und
Konzentrationen brauchen dazu primär nicht bekannt zu sein und sind es auch selten; Hinweise auf
lokalen Handlungsbedarf ergeben sich entlang von "Multiple lines of evidence" (MLE) bereits ohne
solche Daten. Die für die sb ÖRB zentrale Referenzdatenbasis spielt bei den MLE der monitb ÖRB
eine Rolle. Umgekehrt kann die sb ÖRB von Hinweisen auf bisher übersehene, real relevante
ökologische Effekte profitieren, wie hier auf das Fehlen von Sensitivitätsdaten für Diasporen.
144
Abb.3: Schwellen- versus monitoring-basierte ökologische Risikobewertung (ÖRB)
Unter dem Strich sind monitb ÖRB jedenfalls die einzige Möglichkeit der Validierung der Sicherheit
geschätzter Schwellenwerte, sb ÖRB können unter dem Primat der Reproduzierbarkeit höchstens bis
zur Verifizierung ihrer Extrapolationen in Mesokosmen gehen. Von daher wären monitoring-basierte,
an lokalen Schutzzielen orientierte ÖRB eine notwendige Ergänzung und empfehlen sich für die
Validierung im Rahmen von Postzulassungsphasen (Schäfer et al 2018, Vijver et al 2017). Die
Implementierung könnte auch eine Antwort auf einige der offenen, auf europäischer Ebene zur
Diskussion gestellten, prioritären Fragen liefern (Van den Brink et al 2018).
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Van den Brink et al 2018: Toward Sustainable Environmental Quality: Priority Research Questions for
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Vijver, M. G., Hunting, E. R., Nederstigt, T.A.P., Tamis, W.L.M., van den Brink, P. J., van Bodegom, P.M.
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Wetzel, R.G. (1975): Limnology. W.B. Saunders CompanyDGL
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147
Benthische Organismen beeinflussen die Redoxzonierung von
littoralen Sedimenten: Auswirkungen auf den Abbau organischer
Spurenstoffe während der Uferfiltration
Anna Lena Kronsbein¹; Jonas L. Schaper²; Jörg Lewandowski¹; Sabine Hilt¹
¹ Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB Berlin); ² Universität Tübingen
Organische Spurenstoffe (TrOCs) wie Pharmazeutika oder Körperpflegeprodukte werden in
Oberflächengewässern im Konzentrationsbereich von ng/L bis μg/L gemessen. Während der
Uferfiltration fließt Oberflächenwasser durch littorale Sedimente in Richtung
Trinkwasserentnahmebrunnen. In littoralen Sedimenten kann abhängig von den Redoxbedingungen
eine Umwandlung und/oder ein Abbau von TrOCs auftreten. Bestehende Studien vernachlässigen die
Komplexität dieser Zone, da benthische Organismen wie Makrophyten oder Muscheln die littoralen
Sedimente besiedeln. Wir hypothetisieren, dass diese Organismen die Redoxzonierung und folglich
den Abbau von TrOCs während der Uferfiltration erheblich beeinflussen. Um diese Hypothese zu
testen, führten wir im Juni 2019 eine Felduntersuchung in einem für die Uferfiltration genutzen See
(Müggelsee, Berlin) durch. Wir installierten für zwei Wochen Dialyse-Sammler (Peeper) an drei
verschiedenen Standorten (bedeckt von Makrophyten, Dreissenidmuscheln oder unbedeckt)
innerhalb des sandigen Littorals, um Porenwasser zu entnehmen. Tiefenprofile redoxsensitiver Stoffe
wie z. B. gelöster Sauerstoff, Sulfat und Mangan wurden gemessen. Über dem Sediment wurden
Sauerstofflogger installiert und Sedimentkerne entnommen. Erste Ergebnisse zeigen, dass die
Muschelbedeckung einen Einfluss auf die Sauerstoffkonzentration und ihre Tag-Nacht-Dynamik in
der Wassersäule hat: Die maximalen Sauerstoffkonzentrationen im Oberflächenwasser waren an der
von Muscheln bedeckten Stelle im Vergleich zur Pflanzen- und Kontrollstelle niedriger und
verzögert. Muscheln veränderten die Korngrößenverteilung des Sediments, was sich auf die
Verweilzeit des Wassers und die Fließwege auswirkt. Trotz niedrigerer Sauerstoffkonzentrationen im
darüber liegenden Wasser wurden an der von Muscheln bedeckten Stelle höhere Sulfat-
Porenwasserkonzentrationen gefunden als an den beiden anderen Stellen, was auf weniger anoxische
Bedingungen hinweist. Unsere Feldergebnisse zeigen daher, dass benthische Organismen,
insbesondere Muscheln, die Sauerstoffkonzentration und die Redoxzonierung von littoralen
Sedimenten erheblich verändern. Die Auswirkung dieser Änderungen auf den Abbau ausgewählter
TrOCs (hauptsächlich Pharmazeutika wie Valsartan und Gabapentin) wird in einer anschließenden
Laborsäulenstudie weiter untersucht.
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Dancing with the sediment - The response of meiobenthos to migrating
ripples of sandy lowland streams
Mariia Kryvokhyzhyna¹; Nabil Majdi; Ute Risse-Buhl; Anna Oprei; Michael Mutz
¹ Helmholtz-Centre for Environmental Research - UFZ
Sandy sediments of lowland streams and rivers are mobile already at low flow conditions, typically
in the form of migrating ripples. These migrating bedforms can cover 20-100% of the streambed
where communities are exposed to the highly frequent migrating-resting cycle of sediment grains.
The surface of sand grains and interstitial space is colonized by the meiobenthos, a diverse
assemblage of microscopic metazoans (>20 μm and < 1 mm in length) that can attain high densities.
Here, we present a pioneering study to answer two exploratory questions: Does sediment migration
1) affect the abundance and 2) change the taxonomic and morphofunctional structure of the
meiobenthos? To answer these research questions, we sampled migrating ripple and stationary
sediment patches of five lowland streams in north-eastern Germany in May and June 2020. Migrating
ripple patches were characterized by coarser sediments and higher oxygen concentration compared
to stationary patches. However, migrating ripples had less organic matter, chlorophyll a and bacterial
biomass than stationary sediments. Meiobenthos was more abundant in the superficial layer of the
stationary patches compared to the underlying layer, whereas comparable abundances were observed
in both layers of migrating ripple patches. This result suggests that sediment migration has the
potential to create beneficial conditions for the establishment of an abundant meiofauna in deeper
layers, as vertical constraints (like oxygen depletion) are more likely to be offset by sediment
migration. Furthermore, the taxonomic and morphofunctional structure of the meiobenthic
community was significantly different across migrating ripple and stationary patches, but not across
superficial and underlying layers. Rotifera, were more abundant in migrating ripples, whereas
chironomidae and copepoda were relatively more abundant in stationary patches. Body-size reacted
clearly to the nature of sediment transport regime, with larger organisms failing to thrive in migrating
ripples. Our results indicate that differences occurred at relatively small spatial scales and at coarse
taxonomic and morphofunctional level. By modifying both 1) the distribution of meiobenthic taxa
and morphofunctional traits and 2) the quantity of benthic resources, migrating sediments have
implications for the flow of matter through the benthic food web up to their exploitation by
macroscopic organisms.
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An environmentally-driven stage-structured population model for
temperate Aedine mosquitoes
Bernhard Kühn¹; Felix Sauer²; Norbert Becker³; Bernd Blasius⁴; Ellen Kiel⁵
¹ Thuenen Institute of Sea Fisheries; ² Bernhard Nocht Institute for Tropical Medicine; ³ German Mosquito Control
Association KABS; ⁴ Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment ICBM; ⁵ Carl von Ossietzky
Universität Oldenburg, IBU
Mosquitoes are most important vectors of pathogens, especially in tropical regions. However, due to
climate change as well as increasing human travel formerly eradicated or new mosquito-bornediseases
can emerge in temperate regions. One of the most abundant mosquito species in temperature
regions is Aedes vexans (Meigen 1830), which commonly hatch in temporary pools in floodplains.
The species is well known for an aggressive biting behavior and could serve as potential vector of
several pathogens. As pathogen transmission is dependent on mosquitoes’ life-cycle, further
understanding of dynamics is crucial for disease prevention. A promising tool to investigate
population dynamics under future change are mechanistic population models as they allow to
explicitly take into account environmental effects on vector dynamics. We developed a delaydifferential
(DDE), stage-structured population model for the life cycle of Aedes vexans,
incorporating temperature, flooding dynamics as well as flexible diapause initiation based on the
interaction of photoperiod and temperature. The model was applied to the Upper Rhine Valley and
validated by adult mosquito catch data of the conservation area “Kuehkopf” (Hesse, Germany) from
2010 to 2012. Model Scenario analysis revealed linear as well as non-linear effects of changes in
temperature and flooding on the population dynamics of Aedes vexans. Changes in temperature
affected both, the extent of the mosquito season as well as peak characteristics, whereas timing and
strength of flooding only influenced the seasonal peak characteristics, but not the length of the
mosquito season. Presumed the ongoing warming, an increase in numbers and a prolonged season of
Aedes vexans is highly likely, however only if the floodplains are frequently submerged for egg
hatching and larvae development. The proposed model has proven to be a viable tool, which can be
applied to other floodplains and used to support decision making for mosquito control strategies under
climate change.
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Test des schweizerischen Indexes zur Beurteilung der Verletzlichkeit
der EPT-Arten gegenüber dem Klimawandel
Daniel Küry¹; Pascal Stucki²; Emmanuel Contesse³; Christian Imesch⁴
¹ Life Science AG, Beratungsstelle Quell-Lebensräume; ² Aquabug, Beratungsstelle Quell-Lebensräume; ³ Bureau Natura,
Beratungsstelle Quell-Lebensräume; ⁴ UNA AG., Beratungsstelle Quell-Lebensräume
Im Jahr 2016 wurde für Fliessquellen höherer Lagen der Schweizer Alpen ein Index zur Beurteilung
der Verletzlichkeit der Gemeinschaft der Ephemeroptera-, Plecoptera- und Trichoptera-Arten (EPT)
gegenüber dem Klimawandel entwickelt. Angesicht der dabei festgestellten hohen Anzahl
verletzlicher Arten in Quellen über 1800 m ü. NN stellte sich die Frage, ob die Quellfauna tieferer
Lagen in vergleichbarem Ausmass als empfindlich gegenüber dem Klimawandel eingestuft werden
muss.
Aktuelle Untersuchung, die im Jahr 2020 gestartet wurden, sollen die folgenden Fragen beantworten:
Wie hoch ist in tieferen Lagen der Anteil von Arten mit klimarelevanten ökologischen Eigenschaften
(ecological traits) wie Bevorzugung höheren Lagen, Präferenz für kalte Gewässer, Bindung an Quell-
Lebensräume, Endemismus, kurze Emergenzzeit? Zeigt die Verletzlichkeit gegenüber dem
Klimawandel, die aufgrund der ökologischen Eigenschaften der Arten ermittelt wird, in tieferen
Lagen ebenfalls eine Korrelation mit den gemessenen Temperaturen? Gibt es Unterschiede in der
Klimawandel-Verletzlichkeit der typischen EPT-Gemeinschaften in verschiedenen
Quellaustrittstypen (Rheokrenen, Helokrenen, Limnokrenen, lineare Quellen)? Lässt sich der für
Quellen entwickelte Klimawandel-Verletzlichkeitsindex auch für Bergbäche, Tieflandbäche oder
Flüsse anwenden?
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden in verschiedene Teilbereiche der Arbeit der
neugeschaffenen Beratungsstelle Quell-Lebensräume des Bundesamts für Umwelt (BAFU)
einfliessen. Wichtig sind die Ergebnisse insbesondere im Hinblick auf eine Priorisierung des Schutzes
oder eine Renaturierung einzelner Quell-Objekte sowie die Wahl von Massnahmen zum Schutz und
zur ökologischen Aufwertung von Quell-Lebensräumen. Die daraus abgeleiteten Erkenntnisse helfen
auch mit, die Schwerpunkte der Beratungstätigkeit für die Kantone, Naturparks oder private
Organisationen zu setzen.
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Burial of microplastics in freshwater sediments facilitated by ironorgano
flocs
Rico Leiser; Maja Schumann; Tallent Dadi; Katrin Wendt-Potthoff
UFZ Magdeburg
Microplastics are ubiquitous in standing freshwater bodies, subsequently lakes and reservoirs may be
important sinks for these contaminants. However, the mechanisms governing microplastics
deposition and their interactions with the sediments are understudied. We demonstrate how
aggregation-based transport facilitates the sinking and infiltration of buoyant microplastics into
freshwater reservoir sediments by employing experiments with intact sediment cores. Buoyant
polyethylene microplastics were rapidly (1 - 4 hours) incorporated into sinking iron-organic
aggregates, followed by swift deposition into sediments. Ingression of microplastic bearing flocs into
sediments was completed within 6 days and led to stable deposition of the incorporated particles for
at least 2 months. Most microplastics were deposited in the top 2 cm of the sediments and few
particles (5 - 15 %) were re-released into the water. Our results show at least 85 % burial of
microplastics, indicating the significant role of standing freshwaters in reducing microplastic loads to
the oceans.
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Modelling the distribution of submerged macrophyte species in
Bavaria under climate and land use change
Anne Lewerentz; Juliano Sarmento Cabral
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Macrophytes are vulnerable to environmental change due to their physiological processes.
Accordingly, their spatial distribution between lakes and along depth gradient are highly dependent
on environmental factors such as light, temperature and nutrient availability. Therefore, changes in
these factors caused by climate and land use change should influence eco-physiological processes
and thus also the potential distribution of macrophytes. To assess this influence across different
environmental conditions and species, process-based eco-physiological models are necessary.
We will build on a previous growth model for macrophytes (Charisma) by adapting and calibrating
it to replicate the biomass growth of different submerged species for the high variety of deep natural
Bavarian lakes. For parametrization we use depth-dependent occurrence data from the Water
Framework Directive monitoring for 30 lakes. The environmental data of the corresponding lakes are
from the Bavarian State Office for the Environment. As environmental scenarios, we considered a)
different intensities of water temperature increase following KLIWA and b) increased or decreased
turbidity and (c) increased or decreased nutrient conditions (27 scenario combinations).
Per lake, species, and scenario, we obtain a depth gradient of occurrence probability, projected onto
all 30 study lakes. The potential distribution maps for Bavaria vary between scenarios and species.
Preliminary results indicate a major influence of turbidity increase or decrease on species distribution
patterns, with shifts in species’ depth ranges and species’ occurrence across lakes. However, these
shifts varied between species: more generalist species show less shift in depth and regional
distribution than today’s specialist species. We further identify the species more likely to lose range,
which has conservation implications. Due to successful calibration and validation for the best-known
species, our framework thus provides valuable assessments about the impacts of land-use and climate
change on the potential distribution of these species.
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Pflanzenschutzmittel und ihre Transformationsprodukte in stehenden
Kleingewässern
Lukas Paul Loose; Uta Ulrich; Nicola Fohrer
Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Natur- und Ressourcenschutz
Kleingewässer erfüllen vielfältige ökohydrologische Aufgaben und sind von zentraler Bedeutung für
die Biodiversität im ländlichen Raum. Aufgrund ihrer Größe und Lage stehen sie in komplexer
Interaktion mit ihrer Umgebung, die man bei anderen Gewässertypen so nicht findet. Eine
Gefährdung der stehenden Kleingewässer geht besonders von Pflanzenschutzmitteln (PSM) und ihren
Transformationsprodukten (TP) aus. Verschiedene Literaturstudien und Datenerhebungen zeigen
jedoch, dass die Datenlage zur PSM-Belastung für diesen Gewässertyp bisher gering und inhomogen
ist. Im Rahmen unseres Projektes werden in einem hochaufgelösten Messprogramm (Beginn Herbst
2020) PSM in zwei stehenden Kleingewässern (sog. Sölle) erforscht. Beide Gewässer sind von
konventionell genutzten Ackerflächen umgeben und befinden sich in dem Kielstau Einzugsgebiet im
Norden Schleswig-Holsteins. Zur Erfassung der Belastungssituation werden Proben des
Oberflächenabflusses, lateralen Abflusses, Grundwassers und der Sölle auf 26 PSM und TP
untersucht. Bisherige Ergebnisse zeigen in allen Proben eine Mehrfachbelastung mit bis zu acht
Wirkstoffen. Besonders für den ersten Soll lässt sich eine zeitliche Dynamik anhand der applizierten
Herbizide Diflufenican und Flufenacet sowie dessen TP Flufenacet ESA und Flufenacet OA
erkennen. Das mobile Flufenacet wird zeitnah nach der Applikation, das sorptivere Diflufenican erst
zwei Monate später ausgewaschen. Die TP können nach der Transformation und mit einem
zweimonatigen Versatz detektiert werden. Auch beim zweiten Soll, der lange trockengefallen war,
ist die Dynamik der genannten PSM und TP zu erkennen. Die Spitzenkonzentrationen erreichen 0.51
μg Flufenacet L-1, 8.4 μg Flufenacet ESA L-1, 0.20 μg Flufenacet OA L-1 und 5.2 μg Diflufenican
L-1. Die TP Metazachlor ESA und Metazachlor OA des Herbizids Metazachlor, das seit längerem
auf den beiden Ackerflächen nicht ausgebracht wurde, weisen eine konstante Belastung in beiden
Söllen und im Grundwasser auf. Auch die Muttersubstanz konnte im ersten Soll nachgewiesen
werden. Die Konzentrationen liegen bei max. 0.53 μg Metazachlor L-1, 6.3 μg Metazachlor ESA L-
1 und 1.3 μg Metazachlor OA L-1.
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154
Methane emissions from impounded rivers
Andreas Lorke
Institute for Environmental Sciences, University of Koblenz-Landau, Fortstr. 7, 76829 Landau, Germany
Inland waters are a significant yet poorly constrained source of the potent greenhouse gas methane
(CH4). Manmade reservoirs have been found to be particularly strong emitters globally, with river
impoundments in the temperate zone being among the global hotspots of CH4 emissions from aquatic
systems. We present and analyze extensive measurements of CH4 production and emission rates in
impoundments located in the Rhine and Danube River basins in Germany. By comparing fluxes and
drivers of CH4 emissions from these systems with those from streams, lakes and large reservoirs
across different climatic zones, we explore the reasons for the relatively high emissions. High
deposition rates of fine sediment, shallow water depth and high summer temperature are among the
main drivers, while trophic state appears to be an important mediator. Moreover, high CH4 emissions
rates are mainly maintained by ebullition, i.e. by bubble-mediated transport to the atmosphere, which
bypasses aerobic CH4 oxidation at the sediment-water interface or in the water column. Sediment
management appears to be key to potential mitigation efforts aiming at a reduction of greenhouse gas
emissions from river impoundments.
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155
Gewässerrenaturierung und ihr Effekt auf verschiedene
Artengemeinschaften - Fallbeispiel Große Goorley, Kamp-Lintfort
Marc Nagel1, Carmen Gallas2, Thorsten Rath3 & Daniela Lud1
1Hochschule Rhein-Waal, Fakultät Kommunikation und Umwelt, Friedrich-Heine-Allee 25, 47475 Kamp-Lintfort,
daniela.lud@hochschule-rhein-waal.de, 2Linksniederrheinische Entwässerungs-Genossenschaft (LINEG), Friedrich-
Heinrich-Allee 64, 47475 Kamp-Lintfort, 3INGENUM GmbH, Industriestr. 17, 46240 Bottrop
Keywords: Renaturierung, Ökosystemdienste, urbane Biodiversität, Standortentwicklung
Einleitung
Oberflächengewässer erfüllen viele wichtige Funktionen, ohne die das Leben wie wir es kennen kaum
vorstellbar wäre. Die Schaffung von Lebensräumen, Reinigung des Wassers sowie Regulierung der
Temperatur sind Beispiele für einige der Ökosystemleistungen, die wir von diesen Systemen
erhalten (TEEB DE, 2017). Um diese Ökosystemleistungen auch in Zukunft sichern und nutzen zu
können, wird ein enormer Aufwand betrieben, die Gewässer zu renaturieren, zu pflegen und zu
überwachen. Dabei erfordern Renaturierungsmaßnahmen eine multidisziplinäre Planung und
Durchführung, da eine Wiederherstellung des Ökosystems wie in Abbildung 1 gezeigt, Expertise aus
mehreren verschiedenen Disziplinen bedarf.
Abb. 1: Für das Renaturierungsprojekt der Großen Goorley im Zechenpark werden fachliche
Beiträge aus wissenschaftlichen Disziplinen (links) und praxisbezogenen Disziplinen (rechts)
gebraucht, adaptiert nach Zerbe (2019).
Leider ist es der Komplexität dieser Gewässersysteme geschuldet, dass viele Maßnahmen nicht die
gewünschten Ziele erreichen und sich bei hohem finanziellem Aufwand nur eine geringe, meist kaum
wahrnehmbare Veränderung der Gewässerökologie einstellt. In dieser Arbeit wird an einem
156
Fallbeispiel eines renaturierten Bachabschnitts der Stadt Kamp-Lintfort untersucht, wie sich ein
Gewässer, das durch die Bergbaugeschichte des Standorts jahrzehntelang massiven anthropogenen
Einflüssen ausgesetzt war, entwickelt.
Zusätzlich wird erörtert, wie sich der Biodiversitätsgewinn im urbanen Raum auf das menschliche
Wohlbefinden auswirkt. Dabei werden ökosystembezogene Ansätze sowie gesellschaftliche
Herausforderungen in Betracht gezogen.
Geschichte
Mit der Fertigstellung des Bergwerks Friedrich Heinrich 1907, begann die Förderung von Steinkohle
im Gebiet der Stadt Kamp-Lintfort. Diese liegt linksrheinisch im Nordrhein-Westfälischen Tiefland.
Dabei verläuft der Bach „Große Goorley“, welcher als “Organisch geprägtes Fließgewässer der
Sander und sandigen Aufschüttungen“ oder Fließgewässertyp 11 eingestuft ist (LANUV, 2015) über
das (ehemalige) Zechengelände in westlicher Richtung, wo er in die Fossa Eugeniana mündet. Im
Zuge des Bergbaus wurde der Bach begradigt, verrohrt und diente lange Zeit zur Entsorgung der
Grubenabwässer, die mit Inbetriebnahme einer Kokerei die Wasserqualität des Bachs stark
beeinflusste (MULNV 2004, Gallas-Lindemann & Felgenhauer, 2015). Mit der Stilllegung des
Bergwerks Friedrich Heinrich im Jahr 2013, veränderte sich der Salz- und Schadstoffeintrag in das
Gewässer (Moick et al. 2018, Gallas-Lindemann & Felgenhauer, 2015). Im Zuge der
Landesgartenschau, die 2020 in Kamp-Lintfort stattfand, wurde der obere Gewässerabschnitt auf dem
Zechengelände renaturiert. Das Gewässer erhielt im neu entstandenen Zechenpark ein neues
Bachbett, viel Platz und eine diverse Struktur. Ufergehölze wie Linde, Weide, Erle und Hartriegel
wurden gepflanzt und Retentionsflächen geschaffen. Zusätzlich wurde eine spezielle Wildblumen
Saatmischung auf den Flächen ausgebracht.
Material und Methoden
Im Rahmen der Bachelorarbeit wurde nach den Maßnahmen im renaturierten sowie im bestehenden
Teil des Bachs eine AQEM-Probenahme durchgeführt.
Abb. 2: Die Große Goorley mit dem Ursprung auf dem ehemaligen Zechengelände und den zwei
Probenahmestellen S1 (Referenz) und S2 (LAGA, renaturiert).
157
Die erste Probe im renaturierten Bereich des Landesgartenschaugeländes im Zechenpark (siehe
Abbildung 2 S2) dient dabei als Nullmessung, wobei die Probe des nicht veränderten
Gewässerabschnitts im nahegelegenen Stefanswäldchen (siehe Abbildung 2, S1) als Referenzstandort
des ursprünglichen Gewässers dient. Nach zehn Monaten wurde durch eine weitere Probenahme im
renaturierten Gewässerabschnitt die Veränderung der Lebensgemeinschaft analysiert sowie die bisher
vorhandenen Pionierarten ermittelt.
Ergebnisse
Bei den Untersuchungen konnte eine deutliche Veränderung der Artzusammensetzung und
Individuenzahlen festgestellt werden. Tabelle 1 zeigt die wichtigsten Ergebnisse der verschiedenen
Probenahmen auf. Die Probenahme am Stefanswäldchen, das als Referenz dient, weist hier eine sehr
hohe Abundanz auf, wobei der Shannon Wiener-Index mit 1,783 die Gleichverteilung der Arten von
0,547 auf eine geringe Biodiversität deuten. Besondere Beachtung gilt in diesem „alten“
Gewässerabschnitt der Anteil von Neozoen, der mit 64 % sehr hoch liegt. Hierbei ist anzumerken,
dass ein großer Teil hiervon (48 %, 5333 Individuen) ausschließlich auf die invasive Gastropoda-Art
Potamopyrgus antipodarum zurückzuführen ist.
Tab. 1: Bewertungsrelevante Parameter des Biologischen Status der Großen Goorley für die beiden
Probenahmestellen Stefanswäldchen (Referenzstandort) und den renaturierten
Gewässerabschnitt im Zechenpark (ehemaliges Landesgartenschaugelände) LAGA im Jahr
2020 und 2021. EPT: Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, d.h. Arten, die einen
besonderen Wert für die Qualität des Ökosystems darstellen.
Stefanswäldchen 2020 LAGA 2020 LAGA 2021
Abundanz 11000 1422 2460
Anzahl Taxa 26 22 27
Shannon-Wiener
Index
1,783 2,286 2,433
Evenness 0,547 0,74 0,738
Anteil Neozoen [%] 64 2 18
EPT 2 1 2
Für den 2020 renaturierten Bachabschnitt auf dem Landesgartenschaugelände ergibt sich eine
geringere Anzahl der Arten als für den Referenzstandort im Stefanswäldchen, allerdings ist die
Biodiversität ausgehend von den Werten für den Shannon-Wiener Index im renaturierten Abschnitt
höher, dies gilt auch für die Ergebnisse im Folgejahr.
Im anschließenden Jahr wurde bei der Probenahme auf dem LAGA Gelände eine Steigerung der
Individuenzahl des Makrozoobenthos um 1038 Individuen pro m2 sowie eine Verbesserung der
Biodiversität beobachtet. Markant ist hierbei der hohe Anteil an Neozoen, der von 2 % im Jahr 2020
auf 18 % im Jahr 2021 gestiegen ist, damit aber noch unter dem Wert im Stefanswäldchen liegt.
158
Abbildung 3 zeigt die Zusammensetzung der Artengruppen der jeweiligen Probenahme. Im linken
Diagrammbild ist die Referenzprobe aus dem unteren Gewässerabschnitt zu sehen. Die Probe wird
hauptsächlich von den drei Gruppen Gastropoda, Crustacea und Diptera dominiert. Das mittlere und
rechte Chart zeigen die beiden Probenahmestandorte des renaturierten Abschnitts in 2020 (Mitte) und
2021 (rechts). Im Jahr 2020 dominierten die Diptera, wobei die Gastropoda und Crustacea noch
geringe Anteile an der Probe aufwiesen. Im darauffolgenden Jahr zeigte sich, dass der Anteil an
Dipteren um 55 % und der Anteil der Crustacea um 35 % gesunken war. Mit 22 % war der Anteil der
Gastropoda um 9 % gestiegen. Des Weiteren etablierten sich in 2021 die Oligochaeta mit einem
Anteil von 10 % im Gewässer.
Abb. 3: Repräsentative Anteile der Spezies Gruppen in den Proben. Das linke Chart stellt die
Referenzprobe des Stefanswäldchen (Jahr:2020) dar, das Chart in der Mitte steht für den
renaturierten Abschnitt der LAGA (2020) und das rechte Chart für den renaturierten
Abschnitt der LAGA (2021).
Diese Daten lassen darauf schließen, dass im ersten Jahr nach der Renaturierung das Gewässer
zunächst vor allem von flugfähigen Insekten besiedelt wurde, welche als Pionierarten angesehen
werden können. Im darauffolgenden Jahr glich sich die Biozönose dem Bild der Referenzzönose an.
Das lässt darauf schließen, dass eine Migration der Organismen aus dem unteren Gewässerabschnitt
(von Richtung Stefanswäldchen) in den Oberlauf stattfand. Diese Arten brauchten jedoch mehr Zeit,
gegen die Fließrichtung in den oberen Gewässerabschnitt zu migrieren. Organismische Drift aus den
oberhalb gelegenen Gewässerabschnitten hat im Allgemeinen für Renaturierungsmaßnahmen eine
besondere Bedeutung, da dies eine relativ schnelle und effektive Möglichkeit der Wiederbesiedlung
darstellt. Im vorliegenden Fall fällt dieses Potenzial jedoch weg, da die Große Goorley im
renaturierten Abschnitt durch Poldermaßnahmen künstlich grundwassergespeist ist. Folglich ist mit
einer verzögerten Entwicklung zu rechnen.
Abbildung 4 stellt eine Übersicht chemischer Parameter wie Sauerstoff, Gesamtkohlenstoff (TOC),
Ammonium, Stickstoff (gebunden) sowie der elektrischen Leitfähigkeit im Zeitraum 2011 bis 2021
dar. Deutlich zu sehen ist eine Reduktion der elektrischen Leitfähigkeit von 45100 μS/cm auf 2450
μS/cm, sowie der Ammonium- und Stickstoff-Konzentration in den Jahren 2013 und 2014. Dieser
Rückgang, ist auf die Schließung des Kohlebergwerks Friedrich Heinrich und die Einstellung der
Grubenwassereinleitung in Kamp-Lintfort zurückzuführen und zeigt die chemischen Auswirkungen
des Steinkohlebergbaus auf die umliegenden Gewässer. Der Anstieg der TOC Werte von 2017 bis
2021 konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht näher geklärt werden. Dies muss in Zukunft
noch näher untersucht werden.
159
Abb. 4: Chemische Gewässerqualitätsparameter (Sauerstoff, Gesamtkohlenstoff (TOC), Ammonium
(NH4+), gebundener Stickstoff und elektrische Leitfähigkeit), Große Goorley am Standort
Stefanswäldchen (Daten LINEG, unveröffentlicht).
Fazit
Im ersten Jahr nach der Renaturierung konnte eine Zunahme der Biodiversität festgestellt werden.
Hier wurde die Nische des renaturierten Gewässers im ersten Jahr hauptsächlich von Dipteren, also
flugfähigen Insekten eingenommen. Im Folgejahr wurden diese von den hauptsächlich im
Referenzabschnitt angesiedelten Organismengruppen Crustacea, Gastropoda und Oligochaeta
verdrängt. Dies führt zur Annahme, dass eine Migration der Makrozoobenthos-Arten über den
Wasserweg vom Flussunterlauf zum Oberlauf stattfindet. Die Migration über das Wasser und
entgegen der Strömung benötigt um ein Vielfaches mehr Zeit als über Flugwege (Elliot, 1971).
Zusätzlich zu den durch die Probenahme gewonnen Daten und daraus abgeleiteten Erkenntnissen,
konnte die Wiederherstellung einiger wichtiger Ökosystemleistungen beobachtet werden. Abgesehen
von einer Verbesserung der Biodiversität des Makrozoobenthos, wurde durch den naturnahen Umbau
des Gewässers die Morphologie des Bachbetts wiederhergestellt. Durch breite Uferrandzonen hat das
Gewässer viel Platz, um sich bei Starkregenereignissen auszubreiten und trägt dabei zum
Hochwasserschutz bei. Zusätzlich dient das Gewässer mit seinen breiten und zum Teil vernässten
Uferrandstreifen einer Vielzahl von Pflanzenarten als Habitat. Die Vielfalt der Flora lockt Insekten
und Kleinstlebewesen an. Sie fungieren als Bestäuber, bilden die Nahrungsgrundlage für Vögel und
andere Tiere und stellen so Ökosystemdienstleistungen wieder her.
Jedoch sind nicht nur die direkten Auswirkungen auf die Ökologie des Baches zu vermerken, sondern
auch verschiedene indirekte Leistungen. Dabei bietet die Renaturierung des Gewässers einen
kulturellen Mehrwert für die Stadt und die in ihr lebenden Menschen. Er bildet die Grundlage der
innerstädtische Naherholung und bietet Kindern wie Erwachsenen die Möglichkeit, Eisvogel (Alcedo
atthis), Fischreiher (Ardeidae), Bisamratte (Ondatra zibethicus), Feldhase (Lepus europaeus), Reh
(Capreolus capreolus) und viele weitere Wildtiere in der Innenstadt zu beobachten. Die Große
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mg/l
Date and location
Oxygen TOC Ammonia (NH4) Nitrogen, bound Conductivity at 25°C
160
Goorley bietet den Stadtbewohnern die Möglichkeit, mit der Natur in Kontakt zu treten und sie
kennenzulernen. Mit Informationstafeln, die am Wandelweg entlang des Baches aufgestellt wurden,
wird Wissen zu verschiedenen Themen vermittelt. Ein weiterer wichtiger und nicht zu
vernachlässigender Effekt ist, dass Stadtnatur nachweislich den Stress der Menschen reduziert und
sich positiv auf das psychische und physische Wohlbefinden auswirkt. Dabei entlastet die Stadtnatur
die Infrastruktur und stärkt den sozialen Zusammenhalt. (Kowarik, Bartz & Brenck, 2016). Die
Renaturierung der Großen Goorley kann als ökologisch orientierte Planung (Schneider & Hack 2021)
verstanden werden, da die Maßnahmen gleichzeitig Vorteile für Mensch und Biodiversität mit sich
bringen können.
Insgesamt ist ein Jahr Beobachtungszeit nicht genug, um die langfristigen Auswirkungen auf den
Ökologischen Zustand eines Gewässers sowie auf den Menschen zu erkennen. Aus diesem Grund
sind weitere Beobachtungen und Einschätzungen im Rahmen von zukünftigen Arbeiten am Gewässer
wünschenswert. Die Arbeit stellt die Basisuntersuchung für weitere Folgeuntersuchungen der
Gewässerentwicklung dar. Sie zeigt erste positive Tendenzen in der ökologischen Entwicklung
bereits nach relativ kurzem Zeitraum seit Umsetzung der Maßnahme auf. Vor allem die hohe Anzahl
invasiver Arten, die durch die Bergbaufolgesituation, aber auch durch Klimawandel-bedingte
Dynamik begünstigt werden, weisen weiteren Forschungsbedarf auf.
Danksagung
Die dargestellten Ergebnisse wurden im Rahmen meiner Bachelorarbeit erarbeitet. Herzlichen Dank
geht dabei an den Fachbereich Biologie der LINEG, die mich als Praktikant aufnahm und mich mit
den notwendigen Werkzeugen und Knowhow ausstattete.
Literatur
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Animal Ecology, 235-252.
Gallas-Lindemann, C., Felgenhauer, N. (2015): Der Wechsel vom Brackwasser zum Süßwasser: Effekte
einer verminderten Salinität auf die aquatische Lebensgemeinschaft von Fossa Eugeniana und
Rheinberger Altrhein – ein Fließgewässersystem im Einzugsgebiet des ehemaligen
linksniederrheinischen Steinkohlebergbaus: Strukturelle Veränderungen und Belastungen von
Gewässern Der Wechsel vom Brackwasser zum Süßwasser, Handbuch Angewandte Limnologie, 32
Erg. Lfg 2/15.
Kowarik, I., Bartz, R., Brenck, M. (Hrsg.) (2016): Ökosystemleistungen in der Stadt: Gesundheit schützen
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Salzkonzentration – zeitliche Koexistenz und Dynamik von Neozoen und indigenen Arten der
Gammariden (Crustacea: Amphipoda) im Rheinberger Altrhein. Posterbeitrag DGL Tagung 2018,
Kamp-Lintfort. www.dgl-ev.de/cms/upload/dokumente/Publikationen/Ergebnisse_Kamp-
Lintfort_2018_web.pdf. Zugriff am 26.10.2021
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
161
Mosquitoes as vectors of emerging pathogens in Germany
Renke Lühken
Mosquitoes (Diptera: Culicidae) are blood-sucking arthropods with immature stages occupying a
wide variety of aquatic environments. Several species are important agents (vectors) for infectious
pathogens worldwide, e. g. for parasites (e. g. malaria, nematodes) or viruses (e. g. dengue virus). In
the past, an essential part of research on mosquitoes in Germany has focused on the Anopheles
maculipennis complex Meigen owing to its role as vectors of malaria parasites. However, with the
disappearance of malaria in the middle of the last century, this field of research has become greatly
neglected in Germany. New epidemics of malaria are not expected in this country, but two parallel
observations over the last decade increased the interest in this field of research for Germany: 1) the
first detection of exotic mosquito species and 2) the first reports of autochthonous (endemic)
transmission mosquito-borne viruses and nematodes. Human cases of Dirofilaria repens, Usutu virus
and West Nile virus, including severe neuroinvasive cases, further highlighted the relevance for
veterinary and public health. Different recent research projects conducted monitoring programs to
update information on the distribution of mosquitoes and associated pathogens. However, there is a
huge lack of knowledge regarding ecology of native and invasive species (e. g. vector competence or
life history parameters), which can help to assess the spatial-temporal risk of virus transmission in
Germany. This is particularly true for the aquatic life stages of mosquitoes, including information on
the breeding habitats of different species or the impact of changes in the aquatic environment.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
162
Kostengünstiger Nachweis von Mikroplastik mittels UV-Lampe in
Fütterungsexperimenten
Jan Maxein¹; Sonja Ehlers²; Jochen Koop²
¹ Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz; ² Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)
Plastikmüll ist weltweit in nahezu allen Ökosystemen zu finden. Nachweise von Mikroplastik
(Plastikpartikel < 5 mm) in marinen, limnischen und terrestrischen Lebensräumen sowie die
Aufnahme von Mikroplastik durch Organismen wurden bereits in zahlreichen Studien erbracht. Die
Eigenschaften der Mikroplastikpartikel (chemische Zusammensetzung, Größe, Morphologie) in der
Umwelt sind sehr verschieden. Zu den häufigsten Formen in der Umwelt gehören Fragmente und
Fasern (sekundäres Mikroplastik). Um die Auswirkungen von Mikroplastik auf Organismen zu
untersuchen, werden diese meist mit teuren fluoreszierenden Microbeads (primäres Mikroplastik)
gefüttert. Im Anschluss werden diese Microbeads unter einem Fluoreszenzmikroskop detektiert.
Viele Labore verfügen nicht über eine solche teure Ausstattung. Daher ist es wichtig, kostengünstige
Methoden für die Mikroplastikforschung zu entwickeln. Wir haben hierzu die europäische
Süßwasserschnecke Radix balthica und die Süßwassermuschel Dreissena rostriformis bugensis mit
Mikroplastikfragmenten (Polystyrol) gefüttert. Mit Hilfe einer UV-Taschenlampe konnten wir das
Mikroplastik im Wasser, im Futter, im Gewebe und in den Fäzes der Tiere sichtbar machen. Die UVLampe
konnten wir dabei sowohl im Versuchsbecken als auch unter einem Digitalmikroskop zur
Sichtbarmachung des Mikroplastiks anwenden. Beide Arten nahmen Mikroplastik auf und schieden
es nur teilweise wieder aus. Trotzdem wurde kein signifikanter Effekt auf den physiologischen
Fitnessparameter Glykogen gemessen. Die aufgezeigte Methode ist nicht nur kostengünstig, sondern
lässt auch Rückschlüsse auf den Verbleib von Mikroplastik in Expositionsversuchen zu.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
163
Metabarcoding für Phytoplankton- und benthische Diatomeenarten
durch das Projekt Eco-AlpsWater – Erfahrungen für bayerische
Gewässer
Ute Mischke1, Rainer Kurmayer2, Nico Salmaso3, Tina Elersek4, Fabio Lepori5, Jochen
Schaumburg1, Frederic Rimet6, Valentin Vasselon7, 6 & Isabelle Domaizon6
1 Bayerisches Landesamt für Umwelt, DS Wielenbach, ute.mischke@lfu.bayern.de, 2 Universität Innsbruck, Mondsee,
rainer.kurmayer@uibk.ac.at, 3 Research and Innovation Centre, Fondazione Edmund Mach, San Michele all’Adige,
nico.salmaso@fmach.it, 4 Department of Genetic Toxicology and Cancer Biology, National Institute of Biology,
Ljubljana, Tina.Elersek@nib.si, 5 University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland (SUPSI), Canobbio,
fabio.lepori@supsi.ch, 6 INRAE, CARRTEL, Pole Ecla, Thonon les bains, isabelle.domaizon@inra.fr, 7 SCIMABIO,
valentin.vasselon@scimabio-interface.fr
Keywords: metabarcoding, genetische Nachweise, Plankton, Phytobenthos, eDNA
Einleitung
In dem Interreg-Projekt Eco-AlpsWater wurden Artenlisten von Gewässerorganismen sowohl mit
einem Metabarcoding-Ansatz als auch durch Lichtmikroskopie ermittelt, um diese miteinander zu
vergleichen und den Mehrwert durch das genetische Verfahren zu evaluieren. Es wurden Planktonund
Phytobenthos-Proben aus mehr als 50 Gewässern im Alpenraum nach einheitlichen Methoden
analysiert. Das Landesamt für Umwelt hat sich als einer von 12 Projektpartnern an der Beprobung
von 6 Seen und dem Fluss Wertach und sowie an der Datenanalyse beteiligt.
Der neuartige Metabarcoding-Ansatz zur Ermittlung von Gewässerorganismen wurde im Projektkonsortium
unter Nutzung der Schnelldurchsatz-Sequenzierung (HTS) für DNA aus Umweltproben
(eDNA) erarbeitet und in Anleitungen dokumentiert (Eco-AlpsWater webpage, 2021). Dies erfolgte
aufbauend auf vorangegangenen Pilotstudien (Kurmeyer et al. 2017, Salmaso et al. 2020, Vasselon
et al. 2017, Rimet et al. 2019). Es wurden Beprobungskits, Markergene, Extraktionskits, PCR- und
Bioformatik-Verfahren ausgewählt und teils getestet, die für die Zielgruppen Phytoplankton,
Phytobenthos sowie Fische geeignet sind. Im vorliegenden Beitrag wird die Taxonomiezuordnung
der ermittelten DNA-Sequenzen mit den Ergebnissen aus den lichtmikroskopischen Analysen
vergleichend beurteilt.
Material und Methoden
Untersuchungsgebiet, Probenumfang und Probenahme
Im Jahr 2019 wurden in Bayern 46 Plankton-Integralproben aus 6 Seen und 60 Phytobenthos-Proben
von Steinen aus 3 Seen und dem Fluss Wertach entnommen, sowie weitere aus 41 Seen und 5 Flüssen
des Alpenraumes. Die eDNA-Beprobung erfolgte aus Teilproben, die gemäß der traditionellen bzw.
WRRL Beprobungsvorschriften in den 6 beteiligten Ländern entnommen wurden. Es wurde mit einer
164
Einwegspritze eine Teilprobe (0,5-1,1 Liter) der planktischen Integralprobe (euphotische Zone) auf
eine steril-verpackte Sterivex-Filterkapsel (Porenweite 0,22μm) gezogen und die Filterkapsel
tiefgefroren, bzw. für Phytobenthos der abgebürstete Biofilm von je 5 Steinen mit sterilem Wasser
abgespült und von dieser Suspension 10ml mittels 40ml unvergälltem, absoluten Ethanol in Falcon-
Tubes fixiert. Die mikroskopische Analyse (LM) erfolgte nach den Vorgaben der nationalen
Methoden PhytoSee (Utermöhl-Methode) und dem Diatomeen-Modul im PHYLIB-Verfahren gemäß
Wasserrahmenrichtlinie.
DNA workflow
Die DNA aus der Probe wurde extrahiert (Kits: PowerWaterSterivex bzw. NucleoSpinSoil M&N),
amplifiziert und mit den Markergenen 16S-rRNA (V3-V4 Region; Primer 341Fmod und 806Rmod)
für Cyanobakterien, 18S-rRNA (V4 Region; Primer V4F-18S_ILL und V4R-18S_ILL) für
Eukaryoten und zusätzlich mit rcbL (Plastidgen 312 bp; Primer Diat_rbcL_708F_1_2_3 und R3_1_2)
für benthische Diatomeen sequenziert. Die mit der Plattform DADA 2 ermittelten Sequencen (ESVs)
wurden mit den Gendatenbanken (Silva 138, Protist Ribosomal Reference database-PR2,
Diat.barcode s. Rimet et al 2019) zur Taxonomiezuordnung abgeglichen. Die Ergebnisse wurden in
Sample-Sequence-Matrix-Tabellen ausgegeben (HTS). Um die 16S Taxonomie zu verbessern,
wurden die BLAST-Methode eingesetzt und damit einige Cyanobakterien-Taxa abweichend zum
ersten HTS-Output zugeordnet. Weiterhin wurden „Chloroplast“-Sequenzen in den 16S-Output
ergänzend genutzt, einige weitere Eukaryoten wie Colacium nachzuweisen. Der gesamte DNA
workflow mit Extraktion, PCR Amplifikation der gewählten Barcodes, die Nasslabormethoden zur
Erstellung der DNA library für das nachgeschaltete MiSeq Sequencing sowie die Taxonomiezuordnung
ist in Anleitungen dokumentiert (s. vorletztes Kapitel) und wurde durch Projektpartner
durchgeführt.
Datenanalyse
Der MS-Access-basierte „EAW taxa analysis tool“ wurde im Projekt entwickelt (Mischke et al. 2021)
und umfasst die DNA-Sequenzen aller ESVs, die HTS-Ergebnis sowie die lichtmikroskopischen
Analyseergebnisse (LM). Das Tool erzeugt automatisiert vergleichende Taxalisten (HTS zu LM und
vice versa) auf Ebene „Art“ sowie „Gattung“ für auswählbare Proben und berücksichtigt die
Synonyme und aggregiert die Mehrfachnennung einer Art im Fall, dass mehrere Genotypen
vorhanden sind. Alle HTS und LM-Artenlisten wurden um einen gemeinsamen Taxacode nach
„Rebecca-Code“ für Phytoplankton bzw. nach „Validcode“ für Diatomeen ergänzt (Schmidt-Kloiber
A. & Hering D, Stand 11.12.2019). Mit dem Tool wurden sowohl die Wiederfindungsraten der durch
LM ermittelten Taxa mittels HTS sowie die Erweiterung der Artenlisten durch HTS extrahiert. Taxa,
die mit mindestens einer Sequenz in einer Probe des gesamten EAW-Datensatzes detektiert wurden,
wurden in der HTS-Taxonomie des Markergens als „detectable by HTS“ im Tool gekennzeichnet.
Ergebnisse
Insgesamt wurden aus dem Probensatz (N=322) des Projektes über 50.000 verschiedene Genotypen
mit über 350.000 Signalen durch die 3 Marker-Gene in den Primerregionen ermittelt (s. Tabelle 1).
Diese enorme genetische Vielfalt wurde zum einem durch die Vielfalt an beprobten Gewässern
(Teiche bis große alpine Seen und Flüsse), zum anderen durch die Erfassung weiterer Gruppen z. B.
heterotrophe Bakterien und Ciliaten aus den beiden Habitaten Plankton und Biofilm gesteigert, wobei
viele Arten im Alpenraum eine hohe genetische Variabilität zeigten. Die Art Ceratium hirundinella
war zum Beispiel mit 59 verschiedene Genotypen (ASVs) im Datensatz vertreten. Ein Großteil der
165
Genotypen konnte jedoch durch den Genbankenvergleich nur einer biologischen Großgruppe oder
Familie zugeordnet werden, und der genaueste Identifikationslevel mittels HTS reichte je nach Primer
unterschiedlich entweder nur bis zur Gattung, oder zur Art (s. Tabelle 1).
Für die vergleichende taxonomische Auswertung diente ein Extrakt von Genotpyen, die der Biokomponente
Phytoplankton bzw. den benthischen Diatomeen angehören und mindestens als Gattung
spezifiziert wurden. Insgesamt ergaben die genetischen Nachweise (HTS Ermittlung) 670 Phytoplanktontaxa
incl. Cyanobakterien und 226 Diatomeentaxa, nachdem die gleichsinnigen Genotypen
auf Art- oder Gattungsniveau zusammengeführt wurden (Tabelle 1). Ermittelt durch die Lichtmikroskopie
stand demgegenüber eine ähnlich hohe Anzahl an Phytoplanktontaxa bzw. eine doppelt höhere
Anzahl bei Diatomeen (Tabelle 1, letzte Zeile).
Tab. 1: Anzahl nachgewiesener Zielarten (N Taxa, Zeile 5) als Extrakt aus der Gesamtheit aller
Genotypen (ASVs, Zeile 4) einer Primerregion (Kopfzeilen) und vergleichend das Ergebnis
der lichtmikroskopischen Analyse (N Taxa, Zeile 6) in allen Proben des Eco-AlpsWater-
Projektes
Biokomponente
für WRRL
Cyanobakterien
Phytoplankton
„Eukaryoten“
Diatomeen
Primerregion 16S rRNA Gen 18S rRNA Gen rbcL
Identifikationslevel
HTS
Gattungen, wenige
Arten
Gattungen, wenige
Arten
Arten, teils Varietäten
und Gattungen
Erfasste weitere
Organismen
Bakterien, Pilze,
Krankheitserreger;
Chloroplast-RNA
Viele Klassen e. g.
Zooplankton, Ciliaten,
höhere Pflanzen etc.
Selten: marine Arten
zugeordnet -
Fehlerquellen
Anzahl
Genotypen
(ASVs)
37.530 20.781 1.602
N Taxa
HTS Ermittlung
88
(Cyanobacteriia)
582
(Phytoplankton)
226
(Diatomeen)
N Taxa
Lichtmikroskop
93
(Cyanobakterien)
417
(Phytoplankton o.
Cyano.)
492
Diatomeen-Taxa
In den Phytobenthos-Proben aus den bayerischen Gewässern wurden 12.017 Genotypen von
Bakterien und Pilzen mittels 16S nachgewiesen, von denen nur ein kleiner Anteil den Cyanobakterien
angehörte (N=788). Der rbcL-Marker wies 757 verschiedene Genotypen an Diatomeen nach. Mittels
des Markers für Eukaryoten (18S) wurden 3062 Genotypen gefunden.
In den Planktonproben aus den bayerischen Seen wurden 3.333 16S-Genotypen von Bakterien und
Pilzen und mittels des Markers für Eukaryoten (18S) 1.976 Genotypen nachgewiesen.
Insgesamt war die genetische Vielfalt im Steinaufwuchs der Seen (Phytobenthos) am höchsten (>300
Genotypen je Probe), gefolgt von denen aus der Wertach und am geringsten in den Planktonproben.
Beim Vergleich der Anzahl an gemeinsam durch HTS und LM nachgewiesenen Arten ergaben sich
große Unterschiede, wie im Folgenden dargestellt.
166
Benthische Diatomeen
In den 13 Phytobenthosproben aus der Wertach wurden im Mittel 50% der LM-Arten auch mit der
HTS-Methode mittels rbcL Gen nachgewiesen (s. Abbildung 1). Weitere 55 Diatomeenarten wurden
durch HTS zusätzlich nachgewiesen, und für 23 lichtmikroskopisch nachgewiesene 23 Taxa fehlte
der genetische Nachweis.
Die Wiederfindungsrate von LM Diatomeen in den Phytobenthosproben aus dem Starnberger See lag
nur bei 25% (Abbildung 2), und dies traf auch auf Steinproben aus den Ammersee (25%) und
Stafffelsee (26%) zu. Im Gegensatz zu den Fließgewässerproben wurden mehr Arten (42)
ausschließlich mit LM gefunden, und 28 Taxa allein durch HTS.
Abb. 1: Anzahl an Diatomeentaxa (Arten oder Gattungen) unterschieden in detektiert durch beide
Methoden (schwarz) oder nur durch Lichtmikroskopie (LM, grau) oder nur mittels Gen-
Marker (HTS, schraffiert) in Phytobenthosproben aus der Wertach
Abb. 2: Anzahl an Diatomeentaxa (Arten oder Gattungen) unterschieden in detektiert durch beide
Methoden (schwarz) oder nur durch Lichtmikroskopie (LM, grau) oder nur mittels Gen-
Marker (HTS, schraffiert) in Phytobenthosproben aus dem Starnberger See
167
Die erheblichen Abweichungen in der Bestimmung der benthischen Diatomeen umfassten insgesamt
mehr als 50 Taxa. Davon wurden 45 Taxa einer überprüfenden Analyse mittels Rasterelektronenmikroskopie
(REM) unterzogen (Goos, 2021) doch aus Kapazitätsgründen nur anhand einer Auswahl
an Proben. Folgende genetischer Nachweise ohne Entsprechung in den LM-Nachweisen wurden
durch den REM-Analysen bestätigt: Achnanthidium delmontii, die als invasive Art eingestuft ist
(Peres et a. 2012), Encyonema cespitosum und E. prostratum, Encyonopsis minuta und E. subminuta
sowie Fistulifera saprophila. 20 Taxa wiederum wurden im REM bestätigt, die in diesen Proben nur
im Lichtmikroskop gefunden wurden. Insgesamt kam es häufig vor, dass bestimmte Diatomeenarten
zwar grundsätzlich mit der HTS-Methode nachweisbar waren („detectable“, s. Methoden), aber deren
Sequenzsignal in Proben fehlte, obwohl ihre prozentuale Schalenhäufigkeit mittels LM über 5% lag.
In manchen Fällen konnten derartige Miss-matches durch eine Datenprüfung unter Hinzuziehung
eines Spezialisten geklärt werden: Gomphonema olivaceum var. olivaceum ((Hornemann) Ehrenberg
1838) häufig in der Wertach mittels LM bestimmt, fehlte im HTS Nachweis, doch es wurden anstelle
dessen häufig das Sequenzsignal für Gomphonella olivacea (Hornemann) Rabenhorst 1853 ausgegeben,
welche der aktuell akzeptierte Name der gleichen Art ist. In diesem Fall war der „EAW taxa
anlysis tool“ nicht korrekt für diese Synonymie vorbereitet.
Phytoplanktontaxa
Die Wiederfindungsraten von lichtmikroskopisch bestimmten Taxa war für Planktonproben auf
Gattungsniveau zwischen 85 und 100%. Dafür wurden die genetischen Nachweise von 18S und 16S
zusammengeführt. Hingegen wurden Arten in den HTS-Listen nur selten innerhalb der Gattungen
unterschieden und deshalb lagen die Wiederfindungsraten auf Artniveau unter 10%. Während die
Dinophyceen (z. B. Asulcocephalium miricentonis, Prorocentrum spec.) und Chrysophyceen
taxonomisch mit vielen Gattungen und einigen neuen Arten durch HTS ausgewiesen wurden,
detektierte das HTS-Verfahren nur sehr wenige Taxa der Grünalgen, Diatomeen, Desmidiaceen,
Crpytophyceen und Euglenophyceen.
Für den genetischen Nachweis der bisher in Europa sehr selten nachgewiesenen Blaualge
Prochlorothrix im Schliersee an Stelle der durch LM bestimmten Limnothrix redeckei steht noch eine
Bestätigung durch eine Pigmentanalyse aus (Chlorophyll b). Die beiden Taxa sind phylogenetisch
und morphologisch sehr ähnlich und eine Aufklärung der Zuordnung ohne eine mono-klonale
Algenkultur ist schwierig. Die Gattung Limnothrix und eine andere Art L. planctonica wurden in
anderen Planktonproben von 2 italienischen Seen genetisch nachgewiesen, diese Genotypen fehlten
jedoch im Schliersee.
Phytobenthos ohne Diatomeen
Durch die Anwendung der 18S und 16S Genmarker auf alle Phytobenthosproben wurde eine hochdiverse
Aufwuchsgemeinschaft detektiert. Es wurden neben einigen Diatomeen alle weiteren
Algenklassen inclusive Cyanokakterien, Schwefel- und weitere Bakterien sowie der Ciliaten erfasst,
die im Detail durch den EAW Taxa Analyis Tool zugänglich sind.
Die genetischen Befunde weisen auf neue Taxa hin, die sonst in einer Probe möglicherweise
übersehen werden. In den Wertachproben finden sich starke Signale für Pleurocapsa sp., und in den
Seen von Cyanobium und Calothrix. Insgesamt wurden in den Proben aus der Wertach im Mittel
weniger Genotypen (ca. 20%) als in den sehr artenreichen Phytobenthos-Proben aus den Seen
gefunden. Der genetische Nachweis der toxischen Blaualge Tychonema (benthischer Genotyp) im
Lech-Stausee Mandichosee bestätigt Befunde von Bauer et al. (2020).
168
Diskussion
Der Zugang zu den komplexen genetischen Ergebnissen, bestehend aus den drei HTS-Matrices für
16S, 18S und rbcL-Makergenen und vergleichend dazu zu den lichtmikroskopischen Zähllisten, war
für Anwender aus der Wasserwirtschaft schwierig. Unter anderem benutzen die Gendatenbanken eine
andere, meist aktuellere Taxonomie und Systematik als die in der lichtmikroskopischen Routine.
Fehlende Bestimmungsschlüssel für erst kürzlich genetisch abgegrenzte Arten konservieren
wiederum die bisherige Benennung in den LM-Zähllisten. Die Schwierigkeit der Zuordnung
gleichsinniger Taxanamen sollte in Zukunft durch Datentools ähnlich wie das „EAW taxa analysis
tool“ gelöst und nomenklatorische Online-Datenbanken genutzt werden, um die aktuellen
Synonymlisten zusammen mit den HTS-Taxonomie-Ausgaben bereitzustellen.
Hinsichtlich der Tiefe der Bestimmung muss beachtet werden, dass das angewendete Metabarcoding-
Verfahren mit den gewählten Primern auf relativ kurzen Sequenzen beruht (312 - 401 Basenpaare)
und die Länge durch den angewendeten Sequenzertyp MiSeq Sequencing limitiert ist. Diese kurzen
DNA-Stücke erlauben nur eine begrenzte Anzahl an Unterscheidungen der Taxa und einige
nahverwandte Taxa sind in dem Primerabschnitt zufällig identisch (Beispiel Planktothrix rubescens
und P. agardhii). Durch neue Sequenzer-Typen, die längere DNA-Abschnitte verarbeiten können
(doch viel kostenintensiver sind), sowie durch die Hinzunahme von weiteren Primern ist nach der
derzeitigen, raschen Innovation auf dem Gebiet des Metabarcoding zu erwarten, dass in Zukunft die
taxonomische Auflösung deutlich verbessert werden kann. Bereits jetzt lässt sich durch den
vergleichenden Ansatz, die LM-Bestimmung für einige schwer bestimmbare Arten des Phytobenthos
besonders außerhalb der Diatomeen genetisch überprüfen und Nachweise deutlich erweitern.
Den Ursachen für den fehlenden genetischen Nachweis von dominanten Taxa laut LM muss im Detail
zum Beispiel mit weiteren Methoden (s. REM-Studie, Goos 2021) nachgegangen werden. Für die
Datenprüfung der genetischen Befunde sind auch in Zukunft auf Taxonomie spezialisierte Bearbeiter
unabdingbar, wie das oben erwähnte Synonymbeispiel Gomphonema olivaceum var. olivaceum (LM)
zu Gomphonella olivacea (HTS) zeigt.
Bezüglich der Praktikabilität der eDNA-Probenahme-Anleitungen gab es bei der Anwendung in
Bayern keine Probleme, doch es fiel relativ viel Verpackungsabfall an, da die Beprobungsmaterialien
steril verpackt sind. Die Probenahme- und die Analysekosten für eDNA-Proben waren nicht oder
etwas geringer als nach den lichtmikroskopischen Methoden. Die Vorteile bestanden darin, dass mit
einer einzigen Probenahme eine Vielzahl weiterer Gewässerorganismen in kurzer Analysezeit erfasst
wurde, und dafür keine taxonomisch geschulten Experten nötigt waren. Dies erhöht die Objektivität
der Taxanachweise und macht die Probenergebnisse aus einer großen Region (hier Alpenraum)
untereinander besser vergleichbar.
Neben einer Dokumentation für die Öffentlichkeit, die das Metabarcoding-Verfahren allgemein
verständlich erklärt (Eco-AlpsWater Broschüre 1, 2021), wurden in einer Zusammenstellung die
Anleitungen für das eDNA-Monitoring in Alpengewässern für Endnutzer veröffentlicht (Eco-
AlpsWater Broschüre 2, 2021), um die zukünftige Anwendung zu fördern.
Zusammenfassung/Schlussfolgerungen
Das EAW-Verfahren mittels HTS und Metabarcoding kann die mikroskopische Auswertung aktuell
nicht ersetzen. Es bestehen deutliche Abweichungen in den ermittelten Arteninventaren zwischen den
bisherigen Methoden und dem HTS Nachweisen. Phytoplanktontaxa werden mit den derzeitigen
HTS-Listen zumeist nur auf Gattungsniveau identifiziert. Der genetische Nachweis von benthischen
169
Diatomeenarten gelingt bereits relativ gut und könnte durch Ergänzung von fehlenden Arten in den
Gen-Referenzdatenbanken verbessert werden. Zweifelhafte Artnachweise sollten durch REM-Analysen
und Anlegen von Kulturen geprüft werden.
Das getestete Metabarcoding-Verfahren wies eine Vielzahl an weiteren Gewässerorganismen nach,
die ein großes Potential für die Biodiversitätsforschung und die Herleitung neuartiger und DNAbasierter
Kenngrößen zur Bewertung von Gewässern bieten.
Danksagung
Für die Unterstützung bei der eDNA-Beprobung der Seen durch Mitarbeiter der Wasserwirtschaftsämter
Weilheim und Rosenheim sowie durch Jutta Reichel wird gedankt. Die Phytobenthos-
Beprobung an der Wertach wurde an Diana Schokrowski beauftragt, die dies exakt dokumentiert hat.
Diese Untersuchung entstand im Rahmen des Projektes Eco-AlpsWater durch den Regionale
Entwicklungsfond gefördert durch die EU und im INTERREG Alpine Transnational Cooperation
Program für den Zeitraum 2014-2020 eingebunden. Die Arbeiten wurden durch das bayerische
Projekt „Qualitätssicherung Phytoplankton - Prüfung neuer Methoden zur Bestimmung von Art und
Biomasse“ (2018-2022; StMUV 78e0100000204JP) gefördert vom Ministerium für Umwelt und
Verbraucherschutz unterstützt.
Liste der im Projekt erstellten Anleitungen (protocols)
Protokolle verfügbar auf protocols.io:
Domaizon I. et al. 2019: Lake plankton sample collection from the field for downstream molecular analysis.
Published in protocols.io: dx.doi.org/10.17504/protocols.io.xn6fmhe
Rimet F. et al. 2021: updated version- Lake biofilms sampling for both downstream DNA analysis and
microscopic counts. Published in protocols.io: dx.doi.org/10.17504/protocols.io.br2xm8fn
Rimet F. et al. 2020: River biofilms sampling for both downstream DNA analysis and microscopic counts
V.1. Published in protocols.io: dx.doi.org/10.17504/protocols.io.ben6jdhe
Vautier M., C. Chardon, C. Capelli, R. Kurmayer, N. Salmaso, I. Domaizon (2021): Plankton DNA
extraction from Sterivex filter units. Published in protocols.io:
dx.doi.org/10.17504/protocols.io.bvgzn3x6
Vautier M., V. Vasselon, C. Chardon, F. Rimet, A. Bouchez, I. Domaizon (2020): DNA extraction from
environmental biofilm using the NucleoSpin® Soil kit (MACHEREY-NAGEL), Published in
protocols.io: dx.doi.org/10.17504/protocols.io.bd52i88e
Chardon C., V. Vasselon, M. Vautier, S. Lacroix, A. Bouchez, F. Rimet, I. Domaizon (2020): Diatom DNA
library preparation for Illumina Miseq Sequencing using the rbcL marker gene. Published in
protocols.io: dx.doi.org/10.17504/protocols.io.bd94i98w
Protokolle verfügbar auf der Projektseite
Pindo M., A. Boscaini, N. Salmaso, G. Riccioni (2020): Illumina library preparation protocol: eDNA
metabarcoding analyses of bacterioplankton communities - Deliverable D.T1.3.1-10 - Interreg Alpine
Space - Eco-AlpsWater project – WP1
Pindo M., A. Boscaini, N. Salmaso, G. Riccioni (2020): Illumina library preparation protocol: eDNA
metabarcoding analyses of eukaryotic microplankton communities - Deliverable D.T1.3.1-11 Interreg
Alpine Space - Eco-AlpsWater project – WP1
Vasselon, V. 2018: Diatom DNA metabarcoding bioinformatics pipeline “Mothur” software, Miseq, rbcL
312 bp - Deliverable D.T1.1.3 Interreg Alpine Space - Eco-AlpsWater project – WP1
170
Protokolle verfügbar auf Zenodo.org:
Salmaso Nico; Giulia Riccioni; Massimo Pindo; Valentin Vasselon; Isabelle Domaizon; Rainer Kurmayer
(2021): Metabarcoding protocol – Analysis of Bacteria (including Cyanobacteria) using the 16S rRNA
gene and a DADA2 pipeline. Published in zenodo: doi.org/10.5281/zenodo.5232772
Salmaso Nico; Giulia Riccioni; Massimo Pindo; Rainer Kurmayer; Valentin Vasselon; Isabelle Domaizon
(2021); Metabarcoding protocol – Analysis of protists using the 18S rRNA gene and a DADA2
pipeline. Published in zenodo: doi.org/10.5281/zenodo.5233527
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
171
Einfluss mikroklimatischer Bedingungen in Bruthabitaten von Culex
pipiens s.l. (Diptera: Culicidae) auf ihre Populationsentwicklung
Johann Musculus¹; Felix Sauer²; Carmen Villacañas de Castro¹; Ellen Kiel¹
¹ Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, IBU, AG Gewässerökologie und Naturschutz; ² Bernhard-Nocht-Institut für
Tropenmedizin
Auch in Deutschland wurden seit 2018 autochthone Übertragungen des West-Nil-Virus auf Mensch
und Tier nachgewiesen. Die beiden Arten des Culex pipiens Komplex, Culex pipiens L. 1758, und
Culex torrentium MARTINI 1925, gehören zu den häufigsten heimischen Stechmückenarten und
gelten als bedeutsamste Überträger (Vektoren) des West-Nil-Virus. In diesem Kontext sind für eine
Prognose der Krankheitsausbreitung nicht nur die Ansprüche des Virus selbst von Interesse, sondern
auch die Ökologie der Stechmücken. Culex pipiens s.l. brütet typischerweise in künstlichen
Kleinstgewässern (Blumenvasen, Regentonnen etc.) und kommt deshalb besonders häufig in der
Nähe des Menschen vor. Die Temperaturbedingungen dieser Bruthabitate spielen vermutlich eine
Schlüsselrolle für die Populationsentwicklung der Stechmücken und damit auch für die
Epidemiologie stechmückenbedingter Infektionskrankheiten. Im Rahmen von Feldstudien wurde der
Einfluss unterschiedlicher mikroklimatischer Bedingungen auf die Larvalentwicklung und die Fitness
der geschlüpften Stechmücken analysiert. Hierfür wurde mittels Sattelitendaten des europäischen
Programms Copernicus zu Baumbedeckung und Versiegelung ein Urbanisierungsindex berechnet. In
drei daraus abgeleiteten Kategorien wurden jeweils drei Standorte entlang eines Gradienten von stark
versiegelten zu dicht bewaldeten Flächen ausgewählt, um Räume zu definieren, welche
unterschiedliche Mikroklimata erwarten lassen. Im Stadtgebiet und unmittelbaren Umfeld der Stadt
Oldenburg i.O. wurden an jedem Standort in jeweils 5 Netzkäfigen Erstlarven aufgezogen. Zusätzlich
wurde eine Kontrollgruppe in einer Klimakammer Extrembedingungen ausgesetzt. Nach Beginn der
Metamorphose wurden alle Käfige täglich nach adulten Mücken kontrolliert.
Zielsetzung war, physiologische Parameter im adulten Stadium zu nutzen, um Carry-Over-Effekte zu
quantifizieren, die durch die Umweltbedingungen während der Larvalentwicklung verursacht
werden. Neben Mortalität und Entwicklungsdauer der Stechmückenlarven wurden Trockengewicht
sowie Flügelform und Flügelgröße der geschlüpften Individuen untersucht. Mithilfe Geometrischer
Morphometrie wurde dazu die Asymmetrie der Flügel als potenzieller Indikator für Umweltstress
erfasst. Die gewonnen Daten bilden die Basis für Modell zur Populationsentwicklung. Sie sollen dazu
beitragen, den Einfluss der mikroklimatischen Bedingungen in den Bruthabitate auf
Stechmückenpopulationen besser zu verstehen.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
172
Manche machen mehr daraus – eine trophische Betrachtung zur
Transformation von Phosphor in Phytoplanktonbiomasse
Brigitte Nixdorf; Jacqueline Rücker
Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Lehrstuhl Gewässerschutz
Für die Trophie von Seen ist die Menge, Verfügbarkeit und Transformation des Phosphors in
Phytoplanktonbiomasse relevant, wenn dieser limitierender Faktor für die Primärproduktion ist. Die
Ausprägung der Trophie hängt dabei von der Effizienz der Bildung von Phytoplanktonbiomasse aus
einer Einheit verfügbaren Phosphors ab. Während in der Mehrzahl der natürlichen Seen dieses
Verhältnis unter 0,5 liegt, steigt es in hocheutrophen Flachseen auf Werte über 1, in sauren
Tagebauseen sogar auf 5. Dieses Verhältnis soll entsprechend der Reynolds‘schen These “What
Vollenweider couldn't tell us” (Reynolds 1992) die Schwankungsbreite in den trophischen
Reaktionen von Gewässern aufzeigen. In diesem Zusammenhang thematisierte Reynolds das
abweichende Verhalten der Trophiezusammenhänge im Prozess der Nährstoffreduktionen durch
Sanierung und Restaurierungen mit z. T. verzögerten Reaktionen im Trophierückgang (Hysterese-
Effekte) und TP-Schwellenwerte für den Rückgang der Phytoplanktonbiomasse und –
zusammensetzung. Schwerpunkt des Beitrages sind folgende Fragen: In welchen Bereichen schwankt
die Transformation von P in Biomasse und damit das Chla/TP-Verhältnis in natürlichen Seen und
Tagebauseen unterschiedlicher Morphometrie? Wovon ist diese Schwankung abhängig? Dazu
werden Daten zu Seston-, Chla- und TP-Konzentrationen und der Zusammensetzung des
Phytoplanktons aus morphometrisch und trophisch unterschiedlichen Seen auf folgende Hypothesen
analysiert:
1. Flache Seen sind wegen der besseren Lichtversorgung effizienter in der Nährstoffausnutzung.
2. Monodominanzen im Phytoplankton sind Ausdruck einer effizienten Nährstoffausnutzung.
Das gilt besonders für Seen mit Cyanobakteriendominanz, aber auch für saure Tagebauseen.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
173
Der Obersee in Berlin-Lichtenberg – ein extrem eutrophierter
Flachsee
Ariane Nowak1, Jens Nowak2 & Heribert Rustige3
1 Limnolabor Nowak GbR, Berlin, info@limnolabor.de, 2, 3 AKUT Umweltschutz Ingenieure Burkard und Partner mbB,
Berlin, mail@akut-umwelt.de
Keywords: Cyanobakterien, Flachsee, Eutrophierung, Algenelimination, Seewasserreinigung,
Mikrosiebanlage, bepflanzter Sandfilter, externe Phosphorelimination
Einleitung
Viele Kleingewässer in Städten sind durch die Einleitung von P-haltigem Niederschlagswasser stark
eutrophiert. Der Obersee in Berlin-Lichtenberg ist ein aus einer eiszeitlich entstandenen Senke
künstlich geschaffenes urbanes Kleingewässer. Mit einer Größe von ca. 3,8 ha dient er als
Auffangbecken für unbehandeltes Regenwasser angrenzender Siedlungs- und Verkehrsflächen (ca.
26 ha) sowie, wie sich herausstellte, von Fehlanschlüssen. Dementsprechend ist die Primärproduktion
extrem hoch. Blaualgen dominieren das Phytoplankton; insbesondere die gallertigen Kolonien der
Blaualge Microcystis wesenbergii bilden im Sommer fast eine Monokultur. Das Bezirksamt
Lichtenberg von Berlin beschloss 2009 Maßnahmen. Es erfolgten eine Teilentschlammung, die
Renaturierung von Uferstrukturen sowie die Planung und der Bau eines Seewasserfilters
(Retentionsbodenfilter vergleichbarer bepflanzter Sandfilter mit reaktivem Filtermaterial) zur
Aufbereitung des Seewassers. Der Seewasserfilter wurde aus Fördermitteln des
Umweltentlastungsprogramm Berlin (UEP II) im Sommer 2015 fertig gestellt. Innovation: der
externe Filter ermöglicht im Gegensatz zum Retentionsbodenfilter eine niederschlagsunabhängige
Aufbereitung!
Monitoring Obersee und Seewasserfilter
Obersee
Die Ausdehnung der Seefläche von West nach Ost beträgt ca. 400 m und die größte Breite von Nord
nach Süd ca. 130 m. Die mittlere Wassertiefe beträgt ca. 1,5 m. Der Zulaufkanal befindet sich an der
Ostseite des Sees; demgegenüber, an der Westseite, der Ablaufkanal.
Von Juli 2015 bis Dezember 2020 erfolgten monatlich Untersuchungen im Obersee an den drei
Messstellen östliche Bucht (Zulaufbereich), Seemitte und westliche Bucht zu den Vor-Ort-
Parametern, Nährstoffen, Chlorophyll-a, BSB5 etc. Aus der Wassersäule 0,5 bis 1m wurden dazu
Wasserproben entnommen sowie die dominierenden Phytoplankter erfasst. Seit 2021 beschränken
sich die Probeentnahmen auf die Messstelle Seemitte.
Im Westteil des Sees wurde eine kontinuierlich messende Sauerstoffsonde installiert.
174
Erfassung der dominierenden Phytoplankter
Es wurden jeweils fünf bis zehn Taxa qualitativ und quantitativ erfasst. Die Erfassung der
vorherrschenden Blaualge Microcystis wesenbergii erfolgte als ganze Kolonie in drei Größenklassen
(ca. 20 μm, 40 μm und 70 μm Durchmesser), da es primär wichtig war, zu erfahren, welche Formen
und Größen an Algen auf den Seewasserfilter treffen. Für diese Art wurde demzufolge kein Zellsondern
ein Kolonie-Volumen berechnet.
Seewasserfilter
Der Seewasserfilter wurde im Juli 2015 in Betrieb genommen. Er besteht aus zwei Filterbecken von
je ca. 600 m2 (Aufbau: 0,25 m Drainschicht aus Kies, 1 m Filtersand, angereichert mit Eisenoxid
(FerroSorp) zur P-Bindung und Kalksteinsplitt zur pH-Pufferung, Schilfbepflanzung), die
wechselseitig beschickt werden können. Die Entnahmestelle im Obersee befindet sich in der östlichen
Bucht. Zum ca. 400 m entfernten Seewasserfilter wird das Wasser gepumpt und gelangt nach Passage
des Filters im freien Gefälle wieder in den See (Abbildung 1). Seit 2019 erfolgt die Behandlung mit
vorgeschalteter Mikrosiebanlage RoDisc der Fa. Huber. Es wurden Wasserproben im Zu- und Ablauf
der Mikrosiebanlage sowie im Ablauf Seewasserfilter analog dem Untersuchungsumfang im Obersee
mindestens monatlich, zeitweise wöchentlich, analysiert.
Die chemischen Laboranalysen wurden bis 2020 durch das akkreditierte Labor AGROLAB Potsdam
GmbH durchgeführt. 2021 wurde der Analysenumfang durch den Auftraggeber reduziert. Die
verbliebenen Parameter Gesamtphosphor, AFS und dominierende Phytoplankter wurden durch das
Ingenieurbüro AKUT bestimmt.
Abbildung 1: Lage Obersee und Seewasserfilter
175
Ergebnisse und Diskussion
Monitoring Obersee
Im Folgenden werden die bisherigen Ergebnisse für die Messstelle Obersee-Mitte vorgestellt.
Die Sauerstoff-Sättigung lag in den Sommermonaten weit über 100 %; ein deutliches Zeichen für
eine hohe Primärproduktion. Entsprechend hoch waren die pH-Werte (Abbildung 2). Die Daten aus
der kontinuierlich messende Sauerstoffsonde ergaben, dass die Tageswerte stark schwankten und
nachts gegen Null gingen.
Charakteristisch für eutrophe Gewässer lagen die Chlorophyll-a-Konzentrationen im Sommer weit
über 100 μg/l mit entsprechend geringen Sichttiefen (Abbildung 3).
Abbildung 2: Vor-Ort-Parameter an der Messstelle Obersee-Mitte
0
50
100
150
200
250
0
5
10
15
20
25
30
26.05.15
03.09.15
12.12.15
21.03.16
29.06.16
07.10.16
15.01.17
25.04.17
03.08.17
11.11.17
19.02.18
30.05.18
07.09.18
16.12.18
26.03.19
04.07.19
12.10.19
20.01.20
29.04.20
07.08.20
15.11.20
23.02.21
03.06.21
11.09.21
Sauerstoffsättigung %
Sauerstoffkonzentration mg/l,
Wassertemperatur °C
Obersee Mitte
Sauerstoffkonzentration mg/l Wassertemperatur °C Sauerstoffsättigung %
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
26.05.15
03.09.15
12.12.15
21.03.16
29.06.16
07.10.16
15.01.17
25.04.17
03.08.17
11.11.17
19.02.18
30.05.18
07.09.18
16.12.18
26.03.19
04.07.19
12.10.19
20.01.20
29.04.20
07.08.20
15.11.20
23.02.21
03.06.21
11.09.21
Leitfähigkeit μS/cm
pH-Wert
Obersee Mitte
pH-Wert Elektrische Leitfähigkeit μS/cm
176
Abbildung 3: Sichttiefe und Chlorophyll-a an der Messstelle Obersee-Mitte
Im Obersee wurden hohe Phosphorkonzentrationen gemessen, wobei der Phosphor fast vollständig
organisch gebunden war (Abbildung 4).
Abbildung 4: Gesamtphosphor und ortho-Phosphat-P an der Messstelle Obersee-Mitte
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0
50
100
150
200
250
26.05.15
03.09.15
12.12.15
21.03.16
29.06.16
07.10.16
15.01.17
25.04.17
03.08.17
11.11.17
19.02.18
30.05.18
07.09.18
16.12.18
26.03.19
04.07.19
12.10.19
20.01.20
29.04.20
07.08.20
15.11.20
23.02.21
03.06.21
11.09.21
Sichttiefe m
Chlorophyll-a μg/l
Obersee Mitte
Sichttiefe m Chlorophyll-a μg/l
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
26.05.15
03.09.15
12.12.15
21.03.16
29.06.16
07.10.16
15.01.17
25.04.17
03.08.17
11.11.17
19.02.18
30.05.18
07.09.18
16.12.18
26.03.19
04.07.19
12.10.19
20.01.20
29.04.20
07.08.20
15.11.20
23.02.21
03.06.21
11.09.21
ortho-Phosphat-P mg/l
Phosphor gesamt mg/l
Obersee Mitte
Phosphor, gesamt mg/l ortho-Phosphat-P mg/l
177
Abbildung 5: Gesamtstickstoff, Ammonium-N, Nitrat-N und Nitrit-N an der Messstelle Obersee-Mitte
Die Spitzen Gesamtstickstoff kamen durch Niederschläge oder Abbauprozesse im See zustande.
NH4-N, NO3-N und NO2-N wurden bis Februar 2019 analysiert. Im Sommer waren deren
Konzentrationen meist äußerst gering (Abbildung 5).
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
26.05.15
03.09.15
12.12.15
21.03.16
29.06.16
07.10.16
15.01.17
25.04.17
03.08.17
11.11.17
19.02.18
30.05.18
07.09.18
16.12.18
26.03.19
04.07.19
12.10.19
20.01.20
29.04.20
07.08.20
15.11.20
Stickstoff gesamt mg/l
Obersee Mitte
Stickstoff, gesamt mg/l
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
15.07.15
15.09.15
15.11.15
15.01.16
15.03.16
15.05.16
15.07.16
15.09.16
15.11.16
15.01.17
15.03.17
15.05.17
15.07.17
15.09.17
15.11.17
15.01.18
15.03.18
15.05.18
15.07.18
15.09.18
15.11.18
15.01.19
mg/l
Obersee Mitte
Nitrat-N mg/l Nitrit-N mg/l Ammonium-N mg/l
178
Abbildung 6: Großgruppen der dominierenden Phytoplankter an der Messstelle Obersee-Mitte
Die höchsten Chlorophyll-a-Konzentrationen wurden in allen Jahren ab Juli gemessen, synchron zu
den hohen Biovolumina der Blaualgen. Neben den Blaualgen kamen Dinoflagellaten (grün) im
Winter bis zum zeitigen Frühjahr, Kieselalgen (orange) mit typischem Frühjahrspeak, die
beweglichen Cryptomonaden (dunkelblau) sowie typisch für nährstoffreiche Kleingewässer diverse
kleine Grünalgenarten ganzjährig vor (Abbildung 6, Abbildung 7).
Anabaena- und Aphanizomenon-Arten traten ab Juni und die vorherrschende Microcystis wesenbergii
ab Juli auf (Abbildung 8). Weitere Cyanobakterien mit geringen Anteilen am Gesamtbiovolumen
waren Planktothrix argadhii, Pseudanbaena limnetica, Snowella lacustris, Woronichia naegeliana
sowie Aphanocapsa spec.
Untersuchungen zum Zooplankton erfolgten 2016. Das Spektrum umfasste zahlreiche Zeiger hoher
Trophie. Die für das Phytoplankton-Grazing wichtigen Crustaceen wiesen nur einen geringen
Größen-Index auf (GIC = mittlere TG pro Individuum), was zu geringer Filtrierleistung führte und
für einen hohen Fischfraßdruck sprach (Arp & Koppelmeyer 2016). Die Ergebnisse zum Zooplankton
passen zu den Fisch-Daten. Nach aktueller Auskunft des DAV Landesverbandes Berlin e.V. und
Anglern vor Ort befindet sich das Gewässer seit 10 Jahren in Eigenreproduktion. Die Raubfischdichte
(Hecht, Barsch) ist gering. An Friedfischen kommen Plötze, Rotfeder und Schlei in hoher Dichte vor.
Der Trophie-Zustand des Obersees wurde nach LAWA (2014, Seengruppe polykl3m) berechnet. Der
Obersee wurde in den Jahren 2016 bis 2020 als polytroph 2 eingestuft.
0
50
100
150
200
250
300
15.07.15
08.09.15
03.02.16
11.04.16
13.06.16
03.08.16
10.10.16
15.12.16
14.03.17
18.05.17
18.07.17
12.09.17
14.11.17
16.01.18
20.03.18
29.05.18
23.07.18
19.09.18
15.01.19
19.03.19
15.05.19
16.07.19
11.09.19
19.11.19
20.01.20
23.03.20
19.05.20
15.07.20
16.09.20
18.11.20
13.01.21
17.03.21
19.05.21
14.07.21
BV mm³/l
Augenflagellaten Dinoflagellaten Goldalgen Grünalgen Kieselalgen Kryptomonaden Zieralgen Blaualgen
179
Abbildung 7: Chlorophyll-a und prozentuale Anteile der dominierenden Phytoplankter an der
Messstelle Obersee-Mitte
Der Quotient Chlorophyll-a / TP war insbesondere in den Sommermonaten durch die Strategie der
Cyanobakterien erhöht und lag zwischen 0,6 und 1,1 (Abbildung 9). Im Artikel von Dokulil und
Teubner (2000) sind die Mechanismen, die zur Dominanz von Cyanobakterien führen, erläutert.
Angewandt auf den Obersee bedeutet dies:1. Der flache Obersee weist hohe Nährstoff-
Konzentrationen durch Zulauf, Abbauprozesse und Rücklösungen aus dem Sediment auf. 2. Die
vorkommenden Nostocales sind potentiell zur Luftstickstofffixierung fähig. 3. Ein niedriger
Lichtenergiebedarf mit höherem Temperaturoptima fördert die Entwicklung von Microcystis
wesenbergii, verbunden mit deren Fähigkeit zur Auftriebsregulierung. Die Art kann sich Nährstoffe
aus der unteren Wassersäule holen. Bei höheren Temperaturen und eingeschränkten
Lichtverhältnissen durch erhöhte Trübung kommt es in der Folge zu den Cyanobakterienblüten.
0
50
100
150
200
250
Chlorophyll-a μg/l
0
10
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40
50
60
70
80
90
100
15.07.15
08.09.15
03.02.16
11.04.16
13.06.16
03.08.16
10.10.16
15.12.16
14.03.17
18.05.17
18.07.17
12.09.17
14.11.17
16.01.18
20.03.18
29.05.18
23.07.18
19.09.18
15.01.19
19.03.19
15.05.19
16.07.19
11.09.19
19.11.19
20.01.20
23.03.20
19.05.20
15.07.20
16.09.20
18.11.20
13.01.21
17.03.21
19.05.21
14.07.21
BV %
Augenflagellaten Dinoflagellaten Goldalgen Grünalgen Kieselalgen Kryptomonaden Zieralgen Blaualgen
180
Abbildung 8: Artenspektrum der Cyanobakterien an der Messstelle Obersee-Mitte
Abbildung 9: Quotient Chlorophyll a zu Gesamtphosphor an der Messstelle Obersee-Mitte
Die Hypothese von Schindler (1977), dass Cyanobakterien dominieren, wenn das Verhältnis TN :
TP unter 5 – 10 liegt, trifft für den Obersee zu (Abbildung 10).
0
50
100
150
200
250
300
15.07.15
08.09.15
03.02.16
11.04.16
13.06.16
03.08.16
10.10.16
15.12.16
14.03.17
18.05.17
18.07.17
12.09.17
14.11.17
16.01.18
20.03.18
29.05.18
23.07.18
19.09.18
15.01.19
19.03.19
15.05.19
16.07.19
11.09.19
19.11.19
20.01.20
23.03.20
19.05.20
15.07.20
16.09.20
18.11.20
13.01.21
17.03.21
19.05.21
14.07.21
BV mm³/l
Obersee Mitte
Anabaena crassa Anabaena sigmoidea Anabaena planctonica
Aphanizomenon gracile/issatschenkoi Microcystis wesenbergii
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
26.05.15
03.09.15
12.12.15
21.03.16
29.06.16
07.10.16
15.01.17
25.04.17
03.08.17
11.11.17
19.02.18
30.05.18
07.09.18
16.12.18
26.03.19
04.07.19
12.10.19
20.01.20
29.04.20
07.08.20
15.11.20
Chlorophyll-a / Pges
Obersee Mitte
Chlorophyll/ Pges
181
Abbildung 10: Quotient Gesamtstickstoff zu Gesamtphosphor an der Messstelle Obersee-Mitte
Seewasserfilter
Nach Inbetriebnahme im Juli 2015 kolmatierten beide Sandfilterbecken nach vier Wochen aufgrund
der hohen Last an Cyanobakterien-Biomasse. Von Herbst 2015 bis Juni 2017 war der Sandfilter außer
Betrieb. In dieser Zeit erfolgten Säulenversuche mit dem Seewasser und anschließend Beschickungen
mit langen Regenerationszeiten. Seit 2019 erfolgt die Behandlung zusätzlich mit einer
vorgeschalteten Mikrosiebanlage RoDisc der Fa. Huber. Derzeit werden 2 Filterscheiben mit je 12
Mikrosiebelementen betrieben. 2019 wurden verschiedene Maschenweiten von 10 μm bis 40 μm
getestet und die Elimination für verschiedene Algenarten ermittelt. Als am besten geeignetes
Mikrosiebmaterial werden seit 2020 ganzjährig Siebscheiben mit der Maschenweite 21 μm getestet.
Damit ließ sich der Sandfilter bisher weitestgehend kolmationsfrei betreiben. Die Probeentnahmen
Zu- und Ablauf Huber-Anlage erfolgten 2019 und 2020 wöchentlich; seit 2021 14tägig.
Die Mikrosiebfilter eliminierten in erster Linie die großen Kolonien der Blaualge Microcystis
wesenbergii (40 bis 70 μm Durchmesser). Das Frühjahrspeak an Kieselalgen passierte zum großen
Teil die Mikrosiebe. Es kommt bei den sehr dünnen Nadeln der Kieselalge Fragilaria ulna var. acus
mit einer Länge von 60 μm bis 120 μm darauf an, in welcher Lage die Zellen auf das Mikrosieb
treffen. In Längsausrichtung können sie leicht das Sieb passieren. Insbesondere die mit Geißeln
versehenen und somit freibeweglichen Kryptomonaden können die Mikrosiebe ungehindert
passieren. Auch kleine Kolonien an Blaualgen mit ca. 20 μm Durchmesser sowie kleine
unbewegliche Grünalgen werden durch die Siebfilter nicht zurückgehalten. Anteilig fanden sich diese
Taxa im Ablauf der Sandfilter wieder (Abbildung 11).
Mit Betrieb der Mikrosiebanlage wurde insgesamt eine höhere prozentuale P-Eliminationsleistung
erreicht (Tabelle 1). Das ist darauf zurückzuführen, dass ein größerer Anteil an Algen vor den
Sandfiltern abgeschieden wurde und mit ihnen der darin enthaltene Phosphoranteil. Damit hatte das
Mikrosieb neben der Aufrechterhaltung der hydraulischen Leistungsfähigkeit der Sandfilter einen
zusätzlichen positiven Effekt für die externe Seewasserbehandlung.
Im Gesamtdurchschnitt wurde die Phosphorkonzentration im behandelten Seewasser um ca. 79 %
reduziert (Abbildung 12). Bisher war kein Nachlassen der Eliminationsleistung zu beobachten.
0
10
20
30
40
50
60
26.05.15
03.09.15
12.12.15
21.03.16
29.06.16
07.10.16
15.01.17
25.04.17
03.08.17
11.11.17
19.02.18
30.05.18
07.09.18
16.12.18
26.03.19
04.07.19
12.10.19
20.01.20
29.04.20
07.08.20
15.11.20
Nges / Pges
Obersee Mitte
Nges/ Pges
182
Abbildung 11: Biovolumina der Algen-Großgruppen im Zu- und Ablauf der Mikrosiebanlage sowie
im Ablauf Seewasserfilter 2020
Tabelle 1: P-Elimination Seewasserfilter mit und ohne Mikrosieb 2015 – 2020
0
50
100
150
200
250
300
01.01.20 01.02.20 01.03.20 01.04.20 01.05.20 01.06.20 01.07.20 01.08.20 01.09.20 01.10.20 01.11.20 01.12.20
BV mm³/l
Zulauf Filteranlage
Gelbgrünalgen Goldalgen Goldbraunalgen Grünalgen Kieselalgen Kryptomonaden Panzerflagellaten Zieralgen Blaualgen
0
50
100
150
200
250
300
01.01.20 01.02.20 01.03.20 01.04.20 01.05.20 01.06.20 01.07.20 01.08.20 01.09.20 01.10.20 01.11.20 01.12.20
BV mm³/l
Ablauf Mikrosieb
Gelbgrünalgen Goldalgen Goldbraunalgen Grünalgen Kieselalgen Kryptomonaden Panzerflagellaten Zieralgen Blaualgen
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
01.01.20 01.02.20 01.03.20 01.04.20 01.05.20 01.06.20 01.07.20 01.08.20 01.09.20 01.10.20 01.11.20 01.12.20
BV mm³/l
Ablauf Sandfilter
Gelbgrünalgen Goldalgen Goldbraunalgen Grünalgen Kieselalgen Kryptomonaden Panzerflagellaten Zieralgen Blaualgen
2015 - 2020 2020 Mai bis
Dezember
mit Mikrosieb
2019 Juni bis
Oktober
mit Mikrosieb
2018 Juni bis
Oktober
arithm. Mittel
Zulauf
0,124 mg P/l 0,127 mg P/l 0,170 mg P/l 0,193 mg P/l
arithm. Mittel
Ablauf
0,032 mg P/l 0,024 mg P/l 0,014 mg P/l 0,060 mg P/l
Elimination 79% 88% 91% 67%
183
Abbildung 12: Mittelwerte TP-Konzentrationen im Zu- und Ablauf Seewasserfilter
2018 konnte alleine mit den Sandfilter das Seewasservolumen (57.000 m³ bei Niedrigwasser) in
einem Jahr 2,5 mal filtriert werden. Nach Vorschaltung des Mikrosiebs konnte die hydraulische
Leistung in 2020 so erhöht werden, dass die jährliche Umwälzrate über die externe
Seewasserbehandlung auf den Faktor 4 gesteigert werden konnte (Tabelle 2).
Tabelle 2: Gegenüberstellung P-Elimination 2018 (ohne Mikrosieb) und 2020 (mit Mikrosieb)
184
Zusammenfassung/Schlussfolgerung
Die Untersuchungsergebnisse weisen den Obersee nach wie vor als polytrophen, blaualgengeprägten
Flachsee mit gestörter Zooplanktongemeinschaft und hohen Zehrungsprozessen aus. Die externe
Phosphorelimination über den Sandfilter mit reaktiven Eisenzusätzen weist einen hohen
Wirkungsgrad auf. Die hydraulische Leistungsfähigkeit ist durch die gegebene Filterfläche und den
Gehalt an abfiltrierbaren Stoffen limitiert. Bei hohen Schwebstoffanteilen ist mit einer größeren
Filterfläche zu rechnen. Durch Vorschaltung eines Mikrosiebes kann alternativ die hydraulische
Leistungsfähigkeit eines Sandfilters bedeutend erhöht werden.
Der Seewasserfilter mit vorgeschalteter Mikrosiebanlage eliminiert gegenwärtig ca. 24 kg Phosphor
pro Jahr. Dennoch wurde bisher keine Verbesserung der Wasserqualität im Obersee sichtbar. Es wird
angenommen, dass derzeit noch mehr Phosphor in den See gelangt bzw. aus dem Sediment
mobilisiert wird, als durch den Seewasserfilter eliminiert werden kann. Dadurch, dass in den letzten
Jahren klimabedingt kein Abfluss über die Überlaufschwelle des Sees in den Kanal erfolgte, wurde
über diesen Weg auch kein Phosphor ausgetragen. Da es bisher nicht gelungen ist, den Zufluss zum
Obersee dauerhaft frei von Fehlanschlüssen zu halten, sollte als vergleichsweise einfache Maßnahme
eine Abwasserweiche in den Zulaufkanal eingebaut werden. Diese sorgt dafür, dass zumindest bei
Trockenwetter das Schmutzwasser nicht in den Obersee gelangt, sondern stattdessen in den
Schmutzwasserkanal abgeleitet würde.
Die hier erprobten externen Maßnahmen stellen einfache (Sandfilter) bis mittlere (Mikrosiebanlage)
Anforderungen an Betrieb und Wartung. Auf den zusätzlichen Einsatz von Fällmitteln mit höheren
Betriebsaufwendungen wurde bewusst verzichtet. Langfristig ist entscheidend, ob mehr Phosphor
entfernt werden kann, als dem See zugeführt wird.
Zur Sicherstellung des langfristigen Erfolgs wäre eine aktuelle Bilanz der zugeführten Nährstofffracht
zum See erforderlich. Gegebenenfalls ließen sich hieraus zusätzliche sinnvolle externe und seeinterne
Maßnahmen ableiten.
Danksagung
Diese Untersuchungen wurden durch das Bezirksamt Lichtenberg zu Berlin veranlasst. Unser
besonderer Dank dort gilt Alicja Berger, Laura Anders und Frank Schwabe.
Literatur
Arp, W., B. Koppelmeyer & K. Wöbbecke (2016): Gutachten zu limnologischen Untersuchungen im
Obersee 2016. Untersuchungen an drei Stellen im Obersee sowie an einer Stelle im Orankesee von
August bis Oktober 2016. 46 S.
Dokulil, M. T. & K. Teubner (2000): Cyanobacterial dominance in lakes. Hydrobiologia (2000) 438: 1-12.
LAWA (2014): Trophieklassifikation von Seen: Richtlinie zur Ermittlung des Trophie-Index nach LAWA
für natürliche Seen, Baggerseen, Talsperren und Speicherseen. Hrsg. LAWA – Bund/Länder-
Arbeitsgemeinschaft Wasser. 34 S.
Nowak, J., H. Rustige, R. Feldmann & A. Nowak (2021): Bericht 2020 Projekt Monitoring Obersee mit
Seewasserfilter. Betrieb einer Mikrosiebanlage. 38 S.
Schindler D.W., 1977. Evolution of phosphorus limitation in lakes. Science 195: 260-262.
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185
Entwicklung eines Verfahrens zur Methangaselimination aus
Stauräumen
Mara Offermann¹; Laura Backes²; Lediane Marcon³; Felix Schreiber²; Andreas Lorke³; Christian
Jokiel¹; Michael Detering²
¹ Technische Hochschule Köln; ² D-Sediment GmbH; ³ Universität Koblenz-Landau, Institut für Umweltwissenschaften
Stauseen weltweit sind eine Quelle von Treibhausgasemissionen. Schätzungen erschiedener Studien
zufolge sind 5 bis 20 % der weltweiten jährlichen Methanemissionen auf Stauseen zurückzuführen
[Deemer et al., 2016; EDGAR, 2016; Janssens-Maenhout et al., 2017]. Methan (CH4) hat ein 34 mal
höheres Treibhauspotential als Kohlenstoffdioxid (CO2) und ist daher in besonderem Maße für den
Klimawandel relevant [IPCC, 2014].
Um die durch den Ausbau von Gewässern entstehenden Methanemissionen zu verringern, kann das
im Sediment entstandene und gespeicherte Gas z. B. im Zuge einer Sedimentverlagerung gezielt
aufgefangen werden. Im Rahmen eines durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
geförderten Forschungsprojektes entwickeln die Projektpartner Technische Hochschule Köln,
Universität Koblenz-Landau und D-Sediment GmbH einen Prototypen, mit dem Methangas gezielt
während einer Sedimentmanagementmaßnahme aus einem Stausee entnommen werden kann. Um
das Emissionsvermeidungspotential einer solchen gezielten Methangasentnahme aus einem Stausee
zu ermitteln, wird ein umfangreiches Untersuchungsprogramm an der Wupper Vorsperre
(Hückeswagen, NRW) durchgeführt. Dieses beinhaltet unter anderem diverse Sedimentanalysen
sowie die Quantifizierung von Methanemissionen über einen Zeitraum von mehreren Monaten. Im
Sommer 2020 wurde im Rahmen des Projektes ein optimierter Prototyp zur gezielten Entnahme des
Gases am Modellgewässer getestet. Dieser Test wird im Sommer 2021 wiederholt. Über die in-situ
erhobenen Langzeitmessdaten und ein abgestimmtes Monitoring während der Maßnahme wird eine
Treibhausgasbilanz erstellt. Mithilfe der Messdaten und der Daten aus den Prototyptests wird
ermittelt, inwieweit eine gezielte Gasentnahme im Zuge einer Sedimentumlagerung zur
Stauraumbewirtschaftung die Methanemissionen aus Stauseen langfristig und nachhaltig verringern
kann. Erste Ergebnisse der Feldversuche und Datenauswertung werden im Beitrag vorgestellt.
Quellen
Deemer, B. R. et al. (2016): Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global
Synthesis. BioScience, 66 (11), S. 949-964.
EDGAR (2016): Emissions Database for Global Atmospheric Research, EU Science Hub.
edgar.jrc.ec.europa.eu/overview.php (zuletzt geprüft am 28.5.2020)
Janssens-Maenhout, G. et al.(2017): Global Atlas of the three major Greenhouse Gas Emissions for the
period 1970-2012, Earth System Science Data.
IPCC (2014): Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Group
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186
A chemical key to biological invasion – A comparative analysis of
antipredator defences induced by fish bile salts in the zooplankton
species Daphnia lumholtzi
Kathrin Otte; Meike Hahn; Johanna Ahlers; Eric von Elert
Universität zu Köln
The zooplankton species Daphnia lumholtzi is notoriously famous for spectacular morphological
structures featuring very long head and tail spines, and for having a strong potential to invade new
habitats. Originating from tropical and subtropical lakes of Africa, Asia, and Australia, D. lumholtzi
successfully invaded lakes in North and South America, and eventually might also be able to invade
european lakes. One important factor for the invasion success of D. lumholtzi is their effective defence
against fish predation based on phenotypically plastic morphological changes. In response to
chemical cues released by fish predators, animals can extend their head and tail spines, which serve
as an effective protection against fish predation.
We report the chemical identity of the fish-derived chemical signal (kairomone) that induces this
defensive response. We used non-targeted bioassay-guided fractionation (LC-MS) of incubation
water of the common roach (Rutilus rutilus) to identify the bile salt 5α-cyprinol sulfate, the most
frequent bile salt in cyprinid fish, as the kairomone. We confirmed this finding by bioassays, in which
D. lumholtzi was exposed to purified 5α-cyprinol sulfate from carp (Cyprinus carpio) bile and showed
that 10 pM 5α-cyprinol sulfate induces significantly elongated helmets and spines.
We used a comparative approach and investigated if D. lumholtzi responds with similar
morphological defences to fish species that do not synthesize 5α-cyprinol sulfate. If D. lumholtzi
would show similar defences, this would point at another, yet unknown kairomone. If D. lumholtzi
would not respond with defensive morphological changes, this would suggest that the invasive
success of D. lumholtzi requires the presence of cyprinid fish.
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187
Identification of distribution components from antibiotic resistance
data - Opportunities and challenges
Thomas Petzoldt¹; David Kneis¹; Thomas Berendonk¹; Stefanie Heß²
¹ TU Dresden, Institut für Hydrobiologie; ² TU Dresden, Institut für Mikrobiologie
During the 20th century, antibacterial agents have made modern medicine possible. However, the
dramatic increase of resistant and multiresistant bacterial pathogens is now widely recognized as a
global challenge for human health.
The mechanisms of antibiotic resistance are diverse and a large number of antibiotic resistance genes
is known today. Big efforts have been made to understand the processes of lateral gene transfer in a
medical context, but there is still lack of understanding how environmental factors influence evolution
and transmission of antibiotic resistances.
Phenotypic antibiotic resistance is generally studied in growth experiments where bacterial isolates
are cultivated under drug exposure. This is done either in liquid trials to identify the minimum
inhibitory concentration (MIC), or as so-called diffusion test on an agar plate, where the diameter of
inhibition (zone diameter, ZD) is recorded. In order to identify the level of antibiotic resistance in a
whole population, the MIC or ZD is recorded for hundreds or thousands of isolates. The obtained
MIC or ZD values for each antibiotic form then a univariate, multi-modal distribution. Environmental
populations can be composed of different geno- and phenotypes:
1. resistant sub-populations composed of strains that still grow on high antibiotic concentrations,
2. intermediate sub-populations whose strains tolerate moderate levels of antibiotics,
3. a so-called "wild type" denoting strains that are antibiotic-sensitive, i.e. not resistant.
It is widely accepted that the sub-populations’ proportions (e. g. resistant and susceptible) are
controlled by selection processes, e. g. a higher proportion of resistant bacteria in the waste
water effluent of hospitals or animal farms. By contrast, it is usually taken for granted that the
statistical characteristics of the wild type are universal world wide. In practice, variations of vwild
type parameters were considered as methodological variation (laboratory effect). However, we
recently analyzed ZD values of sewage and river-borne Escherichia coli isolates and compared them
with each other, and with publicly available data (EUCAST 2018). Our results indicate quantile shifts
of the wild-type component cannot be attributed to laboratory effects alone. We hypothesize that
selection processes in natural samples occur at a sub-acute level.
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188
Regime shifts in shallow aquatic ecosystems induced by multiple
agricultural stressors in the context of climate change
Bastian H. Polst¹; Sabine Hilt²; Gregorio Alejandro López Moreira Mazacotte²; Franz Hölker²;
Herwig Stibor³; Joséphine Leflaive⁴; Elisabeth M. Gross⁵; Mechthild Schmitt-Jansen¹
¹ Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ, Leipzig; ² Leibniz Institut für Gewässerökologie und
Binnenfischerei (IGB Berlin); ³ Ludwig-Maximilians Universität München / Aquatische Ökologie; ⁴ Laboratoire Ecologie
Fonctionnelle et Environnement,
Multiple stressors are a rising concern for freshwater ecosystems, especially in the context of climate
change. Shallow lakes in an agricultural landscape are especially prone to external stressors such as
surface run-off from agriculture. Stress-induced drastic shifts between alternative stable-states,
characterised by either macrophyte or phytoplankton dominance, have been described for these
ecosystems, highlighting their vulnerability towards anthropogenic impacts. Yet barely anything is
known about the combined effects of potentially contrasting agricultural stressors. Filling this gap,
experiments with an artificial agricultural run-off (ARO) mixture, composed of nitrate and pesticides
of different modes of actions were carried out at two different temperatures (Δ+4°C). These
microcosm experiments focused on phototrophic compartments (macro- & microphytes). To
disentangle the complexity of stress responses, a set of experiments was performed: 1) A doseresponse
experiment covering a wide concentration range of the applied ARO-mixture was performed
to identify the tipping points for changes of the system. 2) We tested possible differences of two
pathways of exposure – via the sediment versus water column. 3) Using a multi-factorial doseresponse
design we finally aimed to identify dominant stressors and stressor interaction patterns.
Ultimately, agricultural run-off (pesticides & nitrate) leads to regime shifts from macrophyte to
phytoplankton dominance when exposed via the water column in an experimental setup at
environmentally relevant concentrations. In the presence of pesticides next to nitrate the system was
more vulnerable towards regime shifts and temperature even enhances the observed effects.
Concluding, stronger regime shifts can be expected at lower concentrations of agricultural run-off
due to climate change and can only be mitigated by lowering nutrient and pesticide concentrations in
agricultural surface run-off.
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189
RoBiMo - Robotergestütztes Binnengewässer Monitoring zur
Untergrunderfassung, Wasserparametermessung und
Respirationsmessung
Sebastian Pose¹; Lisa Jarosch²; Otto Dreier³; Gero Licht⁴; Eric Röder⁵; Thomas Grab¹; Tobias
Fieback¹
¹ TU Bergakademie Freiberg, Scientific Diving Center; ² TU Bergakademie Freiberg, Lehrstuhl für Hydrogeologie und
Hydrochemie; ³ TU Bergakademie Freiberg, Institut für Elektronik- und Sensormaterialien; ⁴ TU Bergakademie Freiberg,
Institut für Informatik;
Durch die Schaffung neuer Binnengewässer im Zuge der Flutung stillgelegter Tagebauanlagen ist
eine Weiterentwicklung des Gewässermonitorings mit einer größeren Abdeckung notwendig. Im
Rahmen des RoBiMo-Projekts wird ein kontinuierliches und automatisiertes, tiefenaufgelöstes
Messsystem zur ganzheitlichen, räumlichen Erfassung des Zustands und der Prozesse in
Binnengewässern entwickelt. Dieses System misst tiefen und räumlich aufgelöste Parameter der
Wasserqualität in stehenden Binnengewässern. Dafür wird eine eigens entwickelte
Schwimmplattform der TU Bergakademie Freiberg mit einer selbstentwickelten Messkette aus
Multiparametersensorknoten ausgestattet. Die modulare Plattform misst und analysiert die
Gewässerbathymetrie, gängige Wassergüteparameter (z. B. Temperatur, elektrische Leitfähigkeit,
Trübung, pH-Wert, Sauerstoffgehalt, …) sowie das Treibhausgasaustauschverhalten nacheinander,
unabhängig von einander oder simultan. Die Navigation des Schwimmroboters erfolgt auf Grundlage
einer netzwerkunabhängigen Verbindung autonom von einer Basisstation am Ufer. Zur Auswertung
und Visualisierung der Messergebnisse werden die Methoden der künstlichen Intelligenz und der
virtuellen Realität verwendet. Lokale und saisonale Veränderungen im Gewässer lassen sich so
hochaufgelöst dokumentieren.
Mit wissenschaftlichen Tauchern werden die Messwerte mit tiefenaufgelösten "ground truth"-Daten
durch Wasserproben und In-situ-Messungen validiert. Der Einfluss von Grundwasser auf
Tagebaurestseen soll durch den Schwimmroboter und die Taucher erfasst und untersucht werden.
Darüber hinaus können die wissenschaftlichen Taucher die Sensoren gezielt manipulieren und so die
Funktionalität vor Ort überprüfen. Ein Mikroplastikfilter für den Einsatz unter Wasser wird ebenfalls
entwickelt und im Rahmen des Projektes getestet. Er soll in Kombination mit dem Robotersystem
und ohne verwendet werden können. Bei Problemen mit dem Sensorsystem oder dem Roboter sind
die Taucher vor Ort und begleiten die einzelnen Messkampagnen. Die Ergebnisse der
Wasserparameter sollen verwendet werden, um die Grundlage für eine automatisierte
Wasserüberwachung zu schaffen, Methoden und Ansätze zu entwickeln und zu testen. Die daraus
ableitbaren Ergebnisse werden in den Bereichen Hydro(geo)logie, Maschinenbau, Umwelttechnik
sowie Robotik und Informatik angewendet.
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190
Die Epilimnische Entnahme an der Talsperre Bautzen – ein geeignetes
Instrument zur Begrenzung der Blaualgenentwicklung in einem
hocheutrophen Gewässer
Alice Rau; Elisa Brode
Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen
Die Brauchwassertalsperre Bautzen liegt im Einzugsgebiet der Spree und dient vorwiegend dem
Hochwasserschutz sowie der Niedrigwasseraufhöhung. Aufgrund der Windexposition, der relativ
geringen Wassertiefe und der Wassermengenbewirtschaftung war die Sommerstagnation in der
Vergangenheit durch einen Wechsel von Schichtungszuständen und Durchmischungsereignissen
gekennzeichnet. Damit einher ging die wiederholte Einmischung phosphorreichen Tiefenwassers in
die produktive Schicht. Dies verursachte regelmäßig massive Blaualgenblüten. Das EU-WRRL-Ziel
„gutes ökologisches Potenzial“ wurde deshalb bislang verfehlt. Gleichwohl stellte sich in feuchteren
Jahren eine deutliche Wassergüteverbesserung ein, die auf die höheren Wasserstände und eine
stabilere Temperaturschichtung zurückgeführt wurde. Modellstudien legten nahe, dass die
Implementation einer Epilimnischen Wasserentnahme ähnlich stark schichtungsstabilisierend wirkt
wie die Einhaltung hoher Staupegel. Seit 2018 besteht die Möglichkeit, Oberflächenwasser aus der
TS Bautzen abzugeben. Die Erfahrungswerte aus den ersten drei Jahren deuten trotz extremer
Trockenheit vorwiegend auf einen Erfolg der Maßnahme hin: die Temperaturschichtung bleibt über
den Sommer bestehen, das Oberflächen- und Tiefenwasser sind über Monate hinweg voneinander
entkoppelt und die dadurch unterbundene Nährstoffzufuhr hat zur Folge, dass Blaualgen erst später
im Jahr und in geringerem Umfang auftreten. Negative Begleiterscheinungen wie ein großes
hypolimnisches Sauerstoffdefizit und die Nährstoffrücklösung aus dem Sediment werden sich nicht
verhindern lassen; ihre Auswirkungen auf das Ökosystem können durch geeignete Steuerung jedoch
auf ein erträgliches Ausmaß reduziert werden. Gerade im Jahr 2020 zeigte sich hingegen auch, wie
bedeutsam ein Mindestwasserstand zu Beginn der Vegetationsperiode für den Erfolg der Maßnahme
ist.
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191
Prognosen und adaptive Handlungsoptionen für Deutschlands größte
Trinkwassertalsperre im 21. Jahrhundert
Karsten Rinke; Thomas Shatwell; Chenxi Mi
Helmholtz-Centre for Environmental Research
Der Klimawandel hat erhebliche Auswirkungen auf die Temperatur- und Schichtungsdynamik der
größten Trinkwassertalsperre Deutschlands. Im „Business-as-usual“-Scenario mit weiterhin
beschleunigten Erwärmungsraten (RCP8.5) von rund 6 K bis 2100 verändert sich die
Rappbodetalsperre in ein Gewässer, wie wir es heute nur südlich der Alpen vorfinden. Sie wechselt
vonm dimiktischen in den monomiktischen Zustand und erfährt eine substantielle Erwärmung des
Tiefenwassers in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts. Diese prognostizierten Veränderungen im
Tiefenwasser, aus dem das Rohwasser für die Trinkwassergewinnung entnommen wird, beinhalten
deutlich höhere Sauerstoffzehrungsraten im Hypolimnion und erhöhen die Gefahr von Hypoxie,
Anoxie und der Rücklösung von Eisen, Mangan und Phosphor. Derartige Veränderungen erfordern
zukünftig wahrscheinlich einen erhöhten Aufwand im Gewässermonitoring und der
Trinkwassergewinnung. In den mehr optimistischen Klimaszenarien mit verminderten Freisetzungen
von Treibhausgasen und entsprechend schwächer Erwärmung (RCP6.0 oder RCP2.6) bleibt die
hypolimnische Erwärmung aus.
Die Talsperrenbewirtschaftung eröffnet ein gewisses Anpassungspotenzial durch eine Umstellung
der Unterwasser-/Wildbettabgabe von einer hypolimnischen Wasserentnahme zu einer epilimnischen
Entnahme. Hierdurch kann zusätzliche Wärme entfernt werden und die Erwärmung des
Tiefenwassers im RCP8.5 bis 2100 tatsächlich verhindert werden. Diese Anpassungsstrategie ist aber
gegen Ende des Jahrhunderts ausgeschöpft und weiter voranschreitende Erwärmungen können nicht
mehr bewältigt werden. Weitere Anpassungsoptionen werden diskutiert.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
192
Migrating streambeds – ecological and biogeochemical consequences
of fine sediment transport
Ute Risse-Buhl¹; Shai Arnon²; Edo Bar-Zeev²; Anna Oprei³; Aaron I. Packman⁴; Ignacio Peralta-
Maraver⁵; Anne Robertson⁶; Yoni Teitelbaum²; Michael Mutz³
¹ Helmholtz-Zentrum für Umfeltforschung GmbH - UFZ; ² Ben-Gurion University of the Negev; ³ Brandenburg
University of Technology Cottbus – Senftenberg; ⁴ Northwestern University; ⁵ University of Granada; ⁶ University of
Roehampton
Running water ecosystems are metabolic hotspots contributing significantly to global biogeochemical
fluxes. Streambed morphodynamics is well recognized where sediment grains either move (migrating
phase) or rest (resting phase). The frequency and the duration of these two alternating phases depend
on the flow conditions and sediment grain size. The common perspective in stream ecology is binary
and focuses on stable bed morphology that is infrequently disturbed by streambed migration during
relatively short flood events. However, finer sediment fractions that make up large proportion to
majority of sediment in some stream types migrate more frequently. Here, we extend the overly
simplistic binary view by relating the frequency and duration of alternating resting and migrating
phases to the temporal scale of biological processes. We expect sediment migration to act as a filter
to the community depending on the temporal scale of sediment migration. The proposed concept
enables to further the understanding of ecological and biogeochemical processes in streambeds with
frequently rolling and saltating bedload as well as in sand-bed streams with migrating bedforms. We
expect that worldwide increases in catchment erosion as a result of agricultural intensification and
urban area expansion are substantially changing the spatiotemporal mosaic of migrating and resting
streambed habitats shaping global biogeochemical cycles.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
193
Phosphorausträge aus landwirtschaftlich genutzten Flächen und
Phosphordynamik angeschlossener Grünlandgräben unterschiedlicher
Landschaftsräume Nordwestdeutschlands
Anna-Lena Rotenhagen; Luise Giani
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Bis heute führen Nährstoffüberschüsse in Oberflächengewässern zu einer Eutrophierung und einer
Abnahme des Artenreichtums von Gewässern. Als Ursprung dieser Problematik gilt in hohem Maße
die Landwirtschaft. Obwohl der Zusammenhang zwischen Landwirtschaft und
Nährstoffüberschüssen in angrenzende Oberflächengewässer bekannt ist, liegen keine
parzellenscharfen Kenntnisse vor. Ebenso ist unklar, welche Rolle dabei die jeweilige
bodentypologische Ausstattung und Nutzungs- bzw. Düngungsintensitäten haben.
Um die Einflussfaktoren auf die Nährstoffdynamik von Gräben zu charakterisieren und
quantifizieren, wurden in dieser Studie Wässer von Drainagen, Oberflächenabflüssen (Grüppen) und
deren Mündungsgräben von 49 Moor- Marsch- und Geestgrünlandstandorten unterschiedlich
intensiver Nutzung auf ihre Phosphatdynamik untersucht. Beprobungen und anschließenden
Untersuchungen wurden über das Jahr 2019 monatlich und im Jahr 2020 an ausgewählten
Zeitpunkten durchgeführt.
Die Untersuchungen zeigen, dass die Austrittswässer der Geest mit einem Median von 1,1 mg L-1
Phosphat-P die höchsten Konzentrationen aufwiesen, gefolgt von denen im Moor (Hochmoor) mit
0,51 mg L-1 und denen der Marsch mit 0,1 mg L-1. Bei intensiver Nutzung weisen die
angeschlossenen Gräben im Moor (Hochmoor) Konzentrationen von 0,45 mg L-1, in der Marsch von
0,09 mg L-1, und in der Geest von 0,05 mg L-1 auf. Diese Unterschiede zeigten sich auch in den
Gräben der extensiv genutzten Grünlander, jedoch mit insgesamt geringeren Konzentrationen. Die
Phosphordynamik der angeschlossenen Gräben war saisonal variabel, wobei die unterschiedlichen
Bodenlandschaften spezifische Muster aufwiesen.
Die Studie zeigt, dass die Phosphordynamik der Gräben sowohl durch die bodentypologische
Ausstattung als auch durch die Intensität der Bewirtschaftung der angrenzend entwässernden Flächen
beeinflusst wird. Jedoch zeichnete sich in der Dynamik nicht jede Düngung ab. Dies und die
geringeren Phosphatkonzentrationen in den Gräben im Vergleich zu den Austrittswässern weist auf
die Bedeutung der grabeneigenen Phosphordynamik hin. Erwartungsgemäß zeigten die
moorgeprägten Gräben die höchsten Phosphatkonzentrationen, dennoch waren insgesamt die
bodentypologischen Unterschiede geringer als von deren grundsätzlich bekannten P-Verhalten zu
erwarten gewesen wäre.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
194
Schwamm drüber! Spongilla lacustris in der Seetherapie in Zeiten des
Klimawandels.
Tilman Rott
Fa. terre nouvelle - Büro für angewandte Ökologie
In einem gewerblich genutzten Badesee führte das Phänomen zunehmender Biomasse von Spongilla
lacustris (Porifera) zu einem Paradigmenwechsel in der Seetherapie. Seither ergänzen die Schwämme
trotz massiver klimatischer und anthropogener Störungen Wasser-, Makrophyten- und
Nährstoffmanagement bei der Eindämmung von Microcystis aeruginosa (Cyanoprokaryota). Erfolg
und Grenzen in der Praxis werden anhand von mehrjährigen limnologischen Untersuchungen
dargelegt.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
195
Charakterisierung naturnaher Bruthabitate von Stechmücken
Felix Sauer¹; Tarja Dworrak²; Daniel Döding²; Ellen Kiel²
¹ Bernhard Nocht Institute for Tropical Medicine; ² CvO Universtät Oldenburg
Feuchtgebiete bieten ideale Voraussetzung für viele schützenswerte Arten und sind als Hotspots der
Biodiversität anerkannt. Gleichzeitig sind sie oftmals produktive Brutstätten von Stechmücken, was
für die Bevölkerung zu einer Belästigung bis hin zu einem erhöhten Infektionsrisiko führen kann.
Kenntnisse über die Brutökologie heimischer Stechmückenarten erlauben eine detaillierte zeitlichräumliche
Vorhersage der Populationsentwicklung und ermöglichen es Auswirkungen von
Umweltveränderungen auf Stechmücken besser einzuschätzen.
Um die Brutgewässer heimischer Stechmückenarten zu charakterisieren wurden potentielle Gewässer
in Untersuchungsgebieten in ganz Deutschland beprobt. Der Stechmückenfang erfolgte mit einem
Larvendipper (350 ml), wobei in Abhängigkeit der Gewässergröße 3-10 Dips genommen wurden.
Larven im vierten Stadium wurden noch im Gelände in Ethanol fixiert. Jüngere Stadien und Puppen
wurden zur morphologischen Bestimmung aufgezogen. Die Gewässerstruktur sowie abiotische (pH
und Leitfähigkeit) und biotische (u. a. Vegetation) Parameter der beprobten Wasserkörper wurden
vor Ort aufgenommen. Darüber hinaus wurden satellitengestützte Fernerkundungsdaten (Copernicus,
EEA) zur Landnutzung und Vegetation extrahiert, um das erweiterte Umfeld der Bruthabitate zu
beschreiben. Mittels multivariater Statistik der Präsenz/Absenz je Art und beprobtem Wasserkörper
wurden Artengemeinschaften (Cluster-Analysen, NMDS) und Art-Umwelt-Beziehungen (u. a. db-
RDA) analysiert.
Bislang konnten in 122 beprobten Gewässern 19 Stechmückentaxa nachgewiesen werden. Die Daten
aus 2017 und 2018 ließen Rückschlüsse auf mindestens vier separierte Artengemeinschaften zu,
welche mit unterschiedlichen Bruthabitaten assoziiert waren: Überschwemmungsflächen in Auen
(dominante Art Aedes vexans), Bruchwälder (Aedes annulipes Gruppe), Gräben (Anopheles
maculipennis s.l.), diverse Bruthabitate (u. a. Culex pipiens s.l.). Die Umweltparameter
Wasserführung (permanent vs. temporär), der Zeitraum der Probennahme sowie die Landnutzung
(Wald vs. Offenland als zusammengefasste Corine Land Cover-Information) hatten den höchsten
Anteil an der erklärenden Varianz (db-RDA, zusammen 13% der Gesamtvarianz). Weitere
Untersuchungsgebiete aus 2019 und 2020 sollen in die Auswertungen einfließen und so eine
umfassende Analyse zur Brutökologie heimischer Stechmückenarten ermöglichen.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
196
Spatial and temporal stressor patterns determine the interaction
between multiple stressors
Ralf B. Schäfer¹; Noel Juvigny-Khenafou; Lucas Streib
¹ Universiät Koblenz-Landau
In most ecosystems, multiple stressors co-occur in space and time and their interaction is most
frequently additive or non-additive (antagonistic or synergistic). To date, most multiple stressor
studies focused on effects at the local scale (i.e., patch experiments) and synchronized stressor
occurrence. However, it remains largely unknown how spatio-temporally differing stressors interact
in their effects. Indeed, at larger spatial scales, biotic dynamics within ecological networks complicate
our understanding. In addition, stressors occur with very different temporal profiles ranging from
discrete to continuous with constant, oscillating or changing stress levels.
We simulated a wide range of scenarios of two stressors using a spatially-explicit meta-population
model for a generic, hemimetabolous freshwater insect (Streib et al. 2020 - Ecol. Model. 416).
Stressors were land-use and climatic extreme events, implemented in spatio-temporally different
profiles. Land-use permanently influenced meta-population network connectivity and patch qualities,
whereas climatic extreme events resulted in periodic mortality. We ran over 100,000 simulations and
analysed, which factors drive the overall effect size and stressor interactions. In most scenarios, the
continuous stressor determined the overall effect. Low land-use stress buffered long-term effects of
climatic extreme events at all levels, by supporting recovery dynamics inside the network. We discuss
the relevance of the spatial and temporal dimension when assessing the effects of multiple stressors
and for freshwater management.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
197
Fatty acid accumulation in feeding types of a natural freshwater fish
population
Kristin Scharnweber¹; Fernando Chaguaceda²; Peter Eklöv³
¹ Universität Potsdam; ² Swedish University of Agricultural Sciences (SLU); ³ Uppsala University
Fatty acids are widely used to study trophic interactions in food web assemblages. Generally, it is
assumed that there is a very small modification of fatty acids from one trophic step to another, making
them suitable as trophic biomarkers. However, recent literature provides evidence that many fishes
possess genes encoding enzymes with a role in bioconversion, thus the capability for bioconversion
might be more widespread than previously assumed. Nonetheless, empirical evidence for
biosynthesis occurring in natural populations remains scarce. In this study, we investigated different
feeding types of perch (Perca fluviatilis) that are specialized on specific resources with different
levels of highly unsaturated fatty acids (HUFAs), and analyzed the change between HUFA
proportions in perch muscle tissue compared to their resources. Perch showed matching levels to their
resources for EPA, but ARA and especially DHA were accumulated. Compound-specific stable
isotope analyses helped us to identify the origin of HUFA carbon. Our results suggest that perch
obtain a substantial amount of DHA via bioconversion when feeding on DHA-poor benthic resources.
Thus, our data indicate the capability of bioconversion of HUFAs in a natural freshwater fish
population.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
198
Berliner Biodiversitätsdaten für ein EBV-basiertes
Langzeitmonitoring
Nike Sommerwerk¹; Jörg Freyhof,¹; Sandra Heinze¹; Martina Lutz¹; Katharina Kasper²
¹ Museum für Naturkunde Berlin ; ² Museum für Naturkunde - Leibniz Institute for Evolution and Biodiversity Science
Wie hat sich Biodiversität verändert? Eine simple Frage, die derzeit kaum datenbasiert zu
beantworten ist. Doch das effektive Bewirtschaften und Schützen von Biodiversität erfordern eine
umfassende und solide Datengrundlage. Oft wird Biodiversität nicht in Form einer einzelnen Variable
erhoben. Vielmehr werden Daten zu einzelnen Elementen und Dimensionen von Biodiversität
erhoben, die erst in ihrer Zusammenschau etwas über den Zustand und die Veränderungen von
Biodiversität aussagen können. Noch dazu werden diese Daten von einer Vielzahl von Akteur*innen
aus Administration, Wissenschaft und Zivilgesellschaft gesammelt, weshalb sie heterogene Formate
aufweisen und über verschiedenste Institutionen und Verbände verteilt liegen.
Das Museum für Naturkunde Berlin (MfN) stellt sich der Herausforderung, Biodiversitätswandel
datenbasiert greifbar zu machen mit einem neuen Forschungsschwerpunkt. Hierzu werden
vorhandene Daten und Akteur*innen zusammengebracht, Langzeitdatenreihen entwickelt,
taxonomische und thematische Erfassungslücken geschlossen und spezifische, politisch-relevante
Indices erarbeitet. Dabei orientieren wir uns an den Essentiellen Biodiversitätsvariablen1 (EVBs), die
von genetischer Komposition bis hin zu Ökosystemstrukturen reichen.
Wir stellen erste Ergebnisse und das Potential dieses Vorhabens beispielhaft anhand der WRRL Daten
zu Fischen aus Berlin vor.
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199
Der Nordamerikanische Ochsenfrosch Lithobates catesbeianus (Shaw,
1802) als invasives Neozoon im Raum Karlsruhe – Untersuchungen an
den Larven zur Altersstruktur der Population, zur
Überwinterungsstrategie und Verbreitung sowie zur exakten
Artbestimmung
Jennifer Tersteegen¹; Ralph Schill²; Valentin Gutekunst; Steffen Scholz³; Franz Brümmer⁴
¹ Wissenschaftliche Tauchgruppe Universität Stuttgart (WiTUS); ² aquatil gGmbH; ³ Karlsruher Institut für Technologie
(KIT)/IAI; ⁴ Universität Stuttgart, IBBS
Im Gebiet des nördlichen Oberrheins in der Nähe von Karlsruhe konnte sich eine Population des
Nordamerikanischen Ochsenfroschs Lithobates catesbeianus etablieren. Das Gebiet ist
gekennzeichnet durch eine Vielzahl verschiedenener Gewässer, welche sich in unmittelbarer Nähe
des Rheins befinden. Der Nordamerikanische Ochsenfrosch wird in Europa als invasive Art eingestuft
und wird auf der „Liste invasiver gebietsfremder Arten von unionsweiter Bedeutung“ geführt, Daraus
folgt die Notwendigkeit zur Durchführung eines Monitorings und zur Dokumentation, sowie zur
Bekämpfung der Ochsenfroschpopulation im Raum Karlsruhe. Dies setzt hinreichende und
abgesicherte Kenntnisse zur Biologie beziehungsweise zur Ökologie und zur Ausbreitung voraus.
Verschiedene morphologische Merkmale wurden dahingehend untersucht, ob diese für eine exakte
Artbestimmung der Larven geeignet sind. Dabei lag der Schwerpunkt vor allem auf dem Mundfeld
und insbesondere auf den Zahnreihenverhältnissen, welche bei gefangenen Larven untersucht
wurden. Es wurden die Zahnreihenverhältnisse 1/3 und 2/3 beobachtet. Die Untersuchung des
Mundfelds sowie das Ermitteln der Zahnreihenverhältnisse eignet sich nicht alleine zur exakten
Artbestimmung, da die Angaben in der Literatur variieren. Eine Betrachtung der Gesamtmorphologie
ist zur Artbestimmung zwingend erforderlich.
Das Wander- und Überwinterungsverhalten von Ochsenfroschlarven wurde mit Telemetriesender
untersucht, eine Unterwasserfotodokumentation der Überwinterungsquartiere durchgeführt sowie die
jahreszeitlichen Temperaturänderungen ermittelt, die das Wanderungsverhalten und die
Metamorphose der Larven bestimmen. Während des Überwinterns zeigen die Larven eine geringere
Aktivität und graben sich mehr oder weniger im Sediment ein.
Um zu ermitteln, wie Informationen über die Altersstruktur in der Population erhalten werden
können, wurde bei einer Larve eine skeletochronologische Untersuchung durchgeführt, die einen
Wachstumsring zeigte, welcher auf eine erfolgte Überwinterung hindeutet.
Im Rahmen einer mehrjährigen Citizen Science-Aktion wurden Ochsenfroschlarven von
Taucher*innen während ihrer freizeitlichen Tauchgänge gefangen und anschließend von
Wissenschaftler*innen ausgewertet. Laufende Untersuchungen unter Verwendung von eDNA
(environmental DNA) untersuchen die Dynamik der Besiedelung und Ausbreitung von
Ochsenfröschen, auch als Grundlagenforschung für einen angewandten Naturschutz in Baden-
Württemberg.
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200
ScienceDIVER - Harmonisierung des wissenschaftlichen Tauchens in
Europa
Ralph Schill¹; Kimon Papadimitriou²; Konstantinos Tokmakidis²; Angelos Manglis³; Fabio Bruno⁴;
Rumen Stoyanov⁵; Fabio Figurella⁶; Franz Brümmer⁷
¹ envirocom; ² Aristoteles-Universität Thessaloniki; ³ Atlantis Consulting; ⁴ Universität von Kalabrien; ⁵ Marine Cluster
Bulgaria; ⁶ Divers Alert Network Europe Foundation; ⁷ Universität Stuttgart, IBBS
Wissenschaftliches Tauchen ist eine produktive und kostengünstige Methode für die Meeres- und
Süßwasserforschung unter Wasser. Es ergänzt und unterstützt Fernbeobachtungen, Messungen und
die Sammlung von Daten und Materialien, die unter Wasser mit verschiedenen Instrumenten von
Wissenschaftler*innen gewonnen werden. Die Welt des Wissenschaftlichen Tauchens hat sich in den
vergangenen Jahrzehnten weiterentwickelt. Mit neuen technischen Möglichkeiten, die beispielweise
das Technische Tauchen mit verschiedenen Gasgemischen und Kreislaufgeräten bietet sowie dem
Wissen über tauchspezifische Gefahren, können auch schwierig zugängliche und tiefere Bereiche
unter Wasser wissenschaftlichen untersucht und dokumentiert werden. Dies trifft auch für den
Süßwasserbereich mit Seen, Talsperren und Flüssen zu.
Die Ausbildung von wissenschaftlichen Taucher*innen garantiert inzwischen eine gute
wissenschaftliche Praxis unter Wasser und erlaubt auch die Bearbeitung komplexer
wissenschaftlicher Fragestellungen und den Einsatz auf bestimmte Fragestellungen spezialisierte
Gerätschaften. Die Ausbildung erfolgt derzeit weitgehend nach den internationalen Standards der
American Academy of Underwater Sciences (AAUS), Confédération Mondiale des Activités
Subaquatiques (CMAS), Canadian Association for Underwater Science (CAUS) und dem European
Scientific Diving Panel (ESDP). Aufgrund von unterschiedlichen Regulierungen des Tauchens und
nationalen Gesetzgebungen gibt es jedoch keine einheitliche Anerkennung. Das erschwert besonders
die internationale Zusammenarbeit von Wissenschafter*innen in Europa, aber auch weltweit.
ScienceDIVER ist ein laufendes EU-Projekt, das sich mit den verschiedenen Trainingstandards,
Zertifizierungen und gesetzlichen Regelungen innerhalb der Länder in der europäischen Union
beschäftigt, um eine gegenseitige Anerkennung von Fähigkeiten und der reibungslosen Mobilität
innerhalb aller EU-Länder zu ermöglichen. Es sind sieben Institutionen aus fünf europäischen
Ländern beteiligt. Ein international besetztes Expertengremium unterstützt dieses Projekt.
Das Projekt ScienceDIVER (Projekt-Id 863674, EMFF-Blue Economy-2018), wird vom
Europäischen Meeres- und Fischereifonds der Europäische Union finanziert und von CINEA
(Exekutivagentur für Klima, Infrastruktur und Umwelt) verwaltet.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
201
Interaction of bottom-up and top-down control of structure and
functions of stream biofilm
Alexandra Schlenker; Mario Brauns; Patrick Fink; Markus Weitere
Helmholtz Center for Environmental Research - UFZ
Excess nutrients and light (bottom-up control) in streams often lead to an increase of benthic primary
production, i.e., eutrophication. When the primary consumer community fails to control the biomass
(top-down control), eutrophication often implies a decrease in water quality and biodiversity.
Previous eutrophication research mainly focused on bottom-up regulations. Less is known about the
potential of benthic macroinvertebrates controlling eutrophication from the top-down. In this study,
the interaction of bottom-up and top-down control on stream biofilms was investigated. A biofilm
community was grown in artificial flumes connected to a headwater stream, while light and dissolved
phosphorus were manipulated in a two-factorial design. Top-down control on the biofilm was studied
by addition of grazers. Net oxygen production and incorporation of a 15N-labeled nitrate tracer were
used to quantify primary production and nitrogen uptake into algae and grazers. Both light and
phosphorus addition increased net oxygen production, but the area-specific oxygen production rates
converged over time despite high differences in biofilm biomass. Biomass-specific net oxygen
production and nitrogen uptake into grazer biomass were highest under enriched phosphorus and low
light conditions. This indicates high importance of the effect of light and nutrients on top-down
control of biofilm productivity and nutrient transfer. Furthermore, the behavioural response of the
grazers to high light exposure appeared to mediate the top-down control of biofilms. These results
further support the importance of top-down control via grazers on stream eutrophication and water
quality.
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202
Pegelstandsänderungen im Bodensee und ihre Beziehung zu
Veränderungen in der Makrophytenbesiedlung der Abflüsse des
Bodensee-Ober- und Untersees
Klaus Schmieder¹; Bernd Wahl²; Michael Dienst³; Irene Strang³; Gunnar Franke¹; Martin
Mainberger⁴
¹ Universität Hohenheim; ² Institut für Seenforschung (ISF) der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW);
³ AGBU; ⁴ UWARC
Seit 2008 vergrößerten sich im Bodensee die Pegelunterschiede von Ober- und Untersee zunehmend,
nachdem sie im 20. Jh. deutlich abnahmen. Die Frage nach den Ursachen der Änderung der
Seespiegelverhältnisse führt zu der Annahme, dass die Veränderungen der Wasserpflanzenvegetation
infolge der starken Nährstoffzunahme in den 1960er und 1970er Jahren und des anschließenden, bis
heute andauernden Nährstoffrückgangs eine wesentliche Rolle spielen. Um die Frage zu klären,
wurde die Verbreitung der Wasserpflanzen in den Seeausflüssen kartiert. Vor allem das Schweizer
Laichkraut (Potoamogeton helveticus) nimmt als immergrüne Art der Ablussrinnen hier eine
Schlüsselstellung ein. Tauchuntersuchungen und hydraulische Modellierungen ergänzten die
Untersuchungen.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Schweizer Laichkraut im vergangenen Jahrzehnt tatsächlich stark
zugenommen hat. Die Art besiedelt aktuell die Sohle der Abflussrinnen des Seerheines bis in 6 m
Tiefe mit bis zu 1000 Sprossen pro Quadratmeter und Sprosslängen von bis zu 5 m, während sie in
den Jahrzehnten zuvor lediglich an den Rändern der Abflussrinnen in kleinen Beständen mit
Sprosslängen von unter 1 m vorkam. In den Flachwasserzonen außerhalb der Abflussrinnen haben
sich im vergangenen Jahrzehnt im Seerhein vor allem Armleuchteralgen ausgebreitet. Die
hydraulischen Modellierungen bestätigen die Annahme, dass Wasserpflanzen die Ursache für die
veränderten Seespiegelverhältnisse darstellen.
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203
Regime shifts in freshwater ecosystems exposed to multiple stressors
under climate change - the CLIMSHIFT-project
Mechthild Schmitt-Jansen¹; Joey Allen²; Nora Kipferler³; Bastian Polst¹; Vinita Vijayaraj²; Martin
Laviale²; Gregorio López⁴; Franz Hölker⁴; Joséphine Leflaive⁵; Herwig Stibor³; Sabine Hilt⁴;
Elisabeth. M. Gross²
¹ Helmholtz-Centre for Environmental Research - UFZ, Leipzig; ² Université de Lorraine, LIEC UMR 7360 CNRS, Metz,
France; ³ Ludwig-Maximilians University Munich, Department of Biology, Munich; ⁴ Leibniz-Institute of Freshwater
Ecology and Inland Fisheries,
This presentation will provide an overview on the research questions and first results of the French-
German ANR – DFG - collaborative project CLIMSHIFT.
Shallow aquatic systems in agricultural landscapes are threatened by multiple stressors. Regime shifts
between macrophyte- versus phytoplankton dominance have been described for these systems in
dependence of eutrophication factors like phosphorus, however, shallow lakes are especially
vulnerable to climate warming and agricultural run-off due to their high surface to water ratios.
Therefore, the challenge in understanding multiple stressor effects in shallow lakes derives from the
complexity of different functional groups of benthic and pelagic primary producers and associated
consumers as well as stressor interactions, as stressors may act additive, synergistic or antagonistic
or even reversed.
CLIMSHIFT aims for a mechanistic understanding of stressor interactions in shallow lakes
potentially resulting in alternative stable regimes and to identify multiple stressor effects on related
critical thresholds. Our main hypothesis is that multiple stressors trigger non-linear shifts between
those regimes, with far-reaching effects on crucial ecosystem processes and functions.
To address the above mentioned complexity we performed microcosm studies at laboratory scale and
up-scaled to larger, outdoor mesocosms. Submerged plants, periphyton and phytoplankton as primary
producers were exposed individually and in combination with the second trophic level, consumers,
composed of the snail Lymnaea, consuming periphyton and plants, and benthic and pelagic
phytoplankton filter-feeders, Dreissena and Daphnia. Integrative dynamical model approaches are
used to simulate potential outcomes and critical thresholds, and predict stressor interactions.
First results indicate that combined stressors lead to shifts in community structure in these
experimental systems. Macrophytes were replaced by phytoplankton or benthic algae in a contextdependent
way and shifts were modulated by climate warming. Changes in community structure goes
along with major consequences for important ecosystem functions. The outcome of our project will
support the definition of “safe operating spaces” for a sustainable agriculture and management of
shallow aquatic systems in a changing world.
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204
Von Sauren, Salz- und Soda-Seen zu Lake Magadi Soda - Chemische
Modellexperimente zur Umweltbildung
Wolfgang Schmitz
Pädagogische Hochschule Karlsruhe
Bei sauren Seen denkt man zunächst an die versauerten Seen beispielsweise in Schweden oder an
Braunkohletagebauseen und deren typisches Phänomen der Verockerung [1-3].
Die vier sauersten Gewässer der Erde sind Kraterseen von Vulkanen in Costa Rica und Indonesien.
Aus dem Vulkanschlot eines solchen Kratersees entweicht unter anderem das Gas Schwefeldioxid.
Das Baden im See ist hier strengstens verboten. Der pH-Wert des Kraterwassers beträgt 0,3.
Der Lake Magadi in Kenia ist einer der stark alkalischen Sodaseen im ostafrikanischen Grabenbruch.
Das Wasser dieser und auch anderer Sodaseen hat einen pH-Wert von über 11,5 [4]. Am Lake Magadi
werden die großen Trona-Vorkommen wirtschaftlich abgebaut.
Der Vortrag gibt unterstützt von Experimenten[1-4] einen Einblick in die Entstehung und die Chemie
von sauren-, salinen- und alkalinen Seen sowie über natürliche und synthetische Soda [4]. In diesem
Zusammenhang werden auch kurz das LEBLANC- und das SOLVAY-Verfahren gegenübergestellt.
Ziel der Modellexperimente [1-4] ist es, aktuelle Forschungsergebnisse aus den
Umweltwissenschaften dem Bildungssektor für die Aus-, Fort- und Weiterbildung zur Verfügung zu
stellen. Mit Hilfe solcher Modellexperimente sollen die komplexen Prozesse, die hinter der
Limnochemie stehen und im Falle der Versauerung und Versalzung von Oberflächengewässern eines
der bedeutendsten Umweltproblemen der heutigen Zeit darstellen, einfach, klar und verständlich
veranschaulicht werden.
Referenzen
[1] W. Schmitz, Umweltbildung interdisziplinär - Modellexperimente zur Gewässerversauerung
(Experimentalvortrag), Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL), Erweiterte Zusammenfassungen
der Jahrestagung 2013 (Potsdam-Berlin), Hardegsen 2014, 143 - 149. [2] S. Westermann & W.
Schmitz, Modellexperimente zur Gewässerversauerung, PdN Chemie in der Schule 2014, 4/63, 38 –
45.
[3] S. Westermann & W. Schmitz, Gewässerversauerung – viel mehr als nur ein niedriger pH-Wert.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL), Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 2012
(Koblenz), Hardegsen 2013, 520-524.
[4] W. Schmitz, Lake Magadi Soda, PdN Chemie in der Schule 2015, 7/64, 33-37.
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205
Monitoring von Auentümpeln (Makrozoobenthos, Hydrophyten) im
NSG "Neue Lippe Mündung" im Jahr 2019
Gerhard Schoolmann
Universität zu Köln
Lebewesen in Auentümpeln leben in der Regel im Spannungsfeld zwischen hohem Wasserstand und
Austrocknung. Drei Jahre nach der endgültigen Fertigstellung der neuen Lippe Aue im Jahr 2916,
konnte im Auftrag des Lippe Verbandes im Untersuchungsgebiet an neu angelegten Auentümpeln
ein mehrmaliges Monitoring von Makrozoobenthos und Hydrophyten durchgeführt werden. Auffällig
starke Algenentwicklungen wurden ebenfalls dokumentiert. Von den elf vorgefundenen
Auentümpeln wurden acht ausgewählt und mehrfach beprobt.
Die Tümpel, die mit der Lippe und einem Ausgrabungsgewässer in Verbindung stehen, zeigten eine
Beeinflussung durch beide Lebensräume. Da die Lippe weiterhin eine Salzfracht transportiert, waren
halophile Arten nachweisbar. Der Anteil an vorgefundenen Neobionten war relativ groß. Die
Untersuchung zeigte aber auch, dass diese anthropogen geformten Gewässer bereits nach relativ
kurzer Zeit einer vielfältigen Artengesellschaft Lebensraum bieten. Insbesodere Libellen konnten mit
zwölf Arten nachgewiesen werden. Amphipoden waren in teils ungewöhnlicher
Artenzusammensetzung anzutreffen.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
206
Light or mechanics: What drives phototrophic and heterotrophic
microbial activity in sandy sediments?
José Schreckinger¹; Michael Mutz¹; Insa Franzmann¹; Ute Risse-Buhl²
¹ Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg; ² Helmholtz Centre for Environmental Research – UFZ
Even under low flow, sandy riverbeds hold sediment patches that undergo frequent motion. These
mobile sediments are defined as migrating ripples and can be the dominant patch type in riverbeds.
Even though they are globally distributed, little is known about their role in river's biogeochemical
dynamics. Due to frequent migrating-resting cycles in migrating ripples, single sediment grains are
exposed to light (while migrating) and dark (while resting and buried) conditions during daylight.
The ripples dimension and migration velocity define the time sediment grains are exposed to light.
Here, we tested hypothezise that light effects are more pronounced than sediment migration effects
on phototropic and heterotrophic microbial activity. By implementing a microcosm-based
experiment, we exposed the microbial community of River Spree (North-east Germany) sediment
sampled in May 2021 to three treatments: (i) stationary sediment at constant light regime (14h light
and 10h dark), (ii) migrating sediment with discontinuous light regime (14h light period consisting
of a 3.3 min light and 9.7 min dark cycle), and (iii) stationary sediments with discontinuous light
regime (same as ii). Microcosms were kept at 14°C and run for eight days. Preliminary results
revealed that both light and migration significantly affected sediment's phototropic and heterotrophic
microbial activity. The gross primary production of stationary sediments under constant light was
15times higher than under discontinuous light. Under discontinuous light, gross primary production
of stationary sediments doubled those observed in migrating sediments. Interestingly, reduced light
exposure had a more substantial effect on both sediment-associated community respiration and net
ecosystem production than migration. Phototroph abundance and nutrient dynamics in sediments are
under analysis and results will be presented in the DGL meeting. Our preliminary findings contribute
to a better understanding of migrating sediments for biogeochemical processes and, thus, ecosystem
function in lotic systems, which is essential for proper river management.
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207
Technisches Sicherheitsmanagement (TSM)
Georg Schrenk
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.
Was ist TSM?
Das Technische Sicherheitsmanagement (TSM) ist ein Verfahren zur Selbstüberprüfung von
Unternehmen hinsichtlich der Qualifikation und Organisation des technischen Bereiches. Es ist nach
Sparten gegliedert und wird von den technisch-wissenschaftlichen Vereinigungen getragen. Das TSM
hat sich im Bereich der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung als ein nützliches Instrument zur
Überprüfung der Aufbau- und Ablauforganisation eines Unternehmens bewährt und wurde auf den
Bereich Gewässerunterhaltung und anschließend auch auf den Stauanlagenbereich ausgedehnt. Die
Anforderungen für die jeweilige Sparte werden in verschiedenen Merkblättern definiert. Im Merkblatt
DWA-M 1001 werden die Anforderungen an die Gewässerunterhaltungslastträger hinsichtlich der
Organisation und Qualifikation der beschäftigten Personen sowie die sicherheitstechnischen und
betriebstechnischen Belange für den Betrieb, die Unterhaltung und die Überwachung dargestellt .
Anhand von Leitfäden wird überprüft, ob die Anforderungen der jeweiligen Merkblätter im
Unternehmen erfüllt sind. Die Leitfäden sind modular aufgebaut. Neben einem allgemeinen
organisatorischen Teil, der für alle Sparten gilt, ist für die spezifischen Belange der jeweiligen Sparte
ein weiterer fachspezifischer Teil zu bearbeiten.
Diese Leitfäden bestehen aus konkreten Fragen zu technischen und organisatorischen Sachverhalten
in den Unternehmen und sind zunächst zur Selbstüberprüfung des Betriebs vorgesehen.
TSM Gewässer
Gewässer und die damit im Zusammenhang stehenden wasserwirtschaftlichen Anlagen müssen so
unterhalten bzw. betrieben werden, dass die Anforderungen insbesondere nach bundes- und
landesrechtlichen Regelungen eingehalten werden.
Das TSM einigt die Anforderungen gewässerunterhaltungspflichtiger Institutionen hinsichtlich der
Organisation und der beschäftigten Personen sowie die sicherheitstechnischen und
betriebstechnischen Belange für Planung, Bau und Betrieb wasserwirtschaftlicher Anlagen und
unterstützt die Verantwortlichen dabei, eine sichere, zuverlässige, umweltgerechte und
wirtschaftliche Gewässerunterhaltung zu praktizieren.
Der Nutzen
Das Bürgerliche Gesetzbuch formuliert in § 823 eine weitreichende Schadensersatzpflicht bei
vorsätzlicher oder fahrlässiger Verletzung von Gesundheit, Freiheit, Eigentum oder sonstiger Rechte
Dritter.
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208
Genetisches Monitoring zur Wiederansiedlung des Atlantischen
Lachses (Salmo salar) im Rheingebiet (GeMoLaR)
Anne Schrimpf¹; Christopher Bridges²; Thomas Schmidt¹; Ralf Schulz¹
¹ Universität Koblenz-Landau; ² TunaTech GmbH
Der Lachs (Salmo salar) ist eine charakteristische Fischart in vielen europäischen Flusssystemen. Auf
Grund seines anadromen Wanderverhaltens und seiner hohen Habitatansprüche ist er eine
ausgezeichnete Indikatorart für vitale und ökologisch gut vernetzte Gewässersysteme.
Der Atlantische Lachs war im Rhein und zahlreichen Zuflüsse eine häufige und wirtschaftlich überaus
bedeutende Fischart. Der Rhein galt daher als wichtiger Lachsfluss Europas. Die Bestände waren
jedoch bereits im späten 19. Jahrhundert rückläufig und kollabierten in der ersten Hälfte des 20.
Jahrhunderts. Die wesentlichen Gründe waren Wanderhindernisse, schlechte Wasserqualität und
Überfischung. In den 1950er Jahren galt der Lachs im Rhein als ausgestorben. In den 1980er Jahren
wurden ambitionierte Programme zur Sanierung des Rheins und zum Wiederaufbau von
Lachspopulationen begonnen. Die Gründertiere stammen im Wesentlichen aus Frankreich und
Schweden.
Durch intensive Besatzmaßnahmen seit den 90er Jahren ist der Lachs auch im Rhein wieder eine
heimische Art geworden. Der Lachs hat im Rhein jedoch noch keine selbsterhaltende Population
gebildet. Trotz nachgewiesener Naturreproduktion in einigen Gebieten muss die Art weiterhin in
Zuchten vermehrt und besetzt werden. Sechs Zuchten beteiligen sich am Zuchtprogramm des Lachses
für das deutsche Rheineinzugsgebiet und über 1 Mio. Besatzfische werden jährlich in zahlreichen
Maßnahmen in Nordrhein-Westfalen, Hessen, Rheinland-Pfalz und Baden-Württemberg besetzt.
Das Ziel des Projektes GeMoLaR ist die Evaluierung und Optimierung der Wiederansiedlungsmaßnahmen
des Atlantischen Lachses im gesamten deutschen Rhein-System. Hierzu soll
erstmals ein großflächiges genetisches Monitoring der Wiederansiedlung durchgeführt werden. Das
Projekt wird von 10 Projektpartnern in den vier Bundesländern unterstützt.
Als Methode wird eine Mikrosatellitenanalyse mit 15 Loci nach dem international standardisierten
SALSEA-Merge-Protokoll verwendet. Dadurch sind die aus dem Rheineinzugsgebiet erhobenen
Daten mit den internationalen Referenzdaten der SALSEA-Merge Genetics Database vergleichbar.
Rückkehrenden Lachse können mittels Elternschaftsanalyse und Assignment Tests der Herkunft
zugeordnet werden.
Derzeit sind über 6.000 Proben aus den Zuchten und dem Rheineinzugsgebiet (Rückkehrer und
Besatzexperimente), die zwischen 2012 und 2021 genommen wurden, genetisch analysiert worden.
Die ersten Ergebnisse aus den Zuchten und von rückkehrenden Lachsen werden vorgestellt.
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209
Zweite Restaurierung des Barleber Sees nach 33 Jahren
Martin Schultze¹; Kurt Friese¹; Olaf Mietz²; Karsten Rinke¹
¹ Helmholtz Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ; ² Institut für angewandte Gewässerökologie GmbH
Der Barleber See ist eines der wichtigsten Erholungsgewässer Magdeburgs. Er entstand durch Kiesund
Sandgewinnung Anfang der 1930er Jahre. In den 1970er und 1980 Jahren erfuhr er eine
zunehmende Eutrophierung, einschließlich des Auftretens von Massenentwicklungen von
Cyanobakterien und dadurch verursachten Badeverboten. Im Herbst 1986 wurde der Barleber See
daher mit Aluminiumsulfat behandelt (37 t Al).
Der gelöste, reaktive Phosphor (SRP) wurde um mehr als 98%, der Gesamtphosphor (TP) um 90%
reduziert. Die vor der Restaurierung beobachtete Freisetzung von Phosphor aus dem Sediment wurde
trotz weiterhin vorherrschender Anoxie im Hypolimnion weitgehend unterbunden. Die Sichttiefe
erhöhte sich deutlich und die Besiedlung mit Makrophyten wurde dominant. Massenentwicklungen
von Cyanobakterien traten nicht mehr auf, so dass die Erholungsnutzung für 28 Jahre keine
Beeinträchtigung erfuhr.
2016 traten neuerlich große Freisetzungen von Phosphor aus dem Sediment auf, die
Phosphorkonzentration im Seewasser stieg auf höhere Konzentrationen als vor der Restaurierung von
1986 und wegen Massentwicklungen von Cyanobakterien mussten ab 2017 wiederholt Badeverbote
erlassen werden.
2019/20 fand daher eine zweite Restaurierung statt, für die in zwei Etappen mit Poly-
Aliminiumchlorid (PAC) verwendet wurde. Von Juli bis Oktober 2019 wurden 1000 t PAC-Lösung
(Al-Gehalt der PAC-Lösung: 9%) ausgebracht und weitere 250 t im Frühjahr 2020. Eine Behandlung
im Sommer ist ungewöhnlich und wird in der Regel als weniger effektiv angesehen. Am Barleber
See sollte sie möglichst schnelle Erfolge noch in der Badesaison 2019 bewirken, was auch tatsächlich
gelang. Im August erreichte die TP-Konzentration in den obersten 2,5m der Wassersäule Werte von
10-15μg/L. Tiefere Bereiche des Sees wurde in Kombination aus Phosphorelimination durch
sedimentierende Aluminiumhydroxid-Flocken und fortschreitender Tiefenmischung nach und nach
mit erfasst. Anfang Oktober erreichte diese Wirkung und mit ihr die Sichttiefe (9m) den Seegrund.
Im Laufe des Winters 2019/20 stiegen die Phosphorkonzentrationen im tiefsten Teil des Sees wieder
marginal an.
Die Nachfällung Frühjahr 2020 sollte die Phosphorbindung im Sediment weiter stärken. Die gute
Pufferung des Barleber Sees ließ die großen Einsatzmengen an PAC problemlos zu. Etwa 50% der
Anfang Juli 2019 vorhandenen Pufferkapazität wurden verbraucht. Cyanobakterien spielten im
Sommer 2020 nur noch eine untergeordnete Rolle.
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210
Colonization of salt-affected running waters by non-diatom benthic
algae: A case study from Thuringia (Germany)
Elisabeth Pohlon¹; Claus-Jürgen Schulz²; Antje Gutowski³
¹ Institut für Allgemein Zoologie an der Universität Gießen; ² Thüringer Landesamt für Umwelt, Bergbau und
Naturschutz; ³ AlgaLab
Salinization of running waters has been identified as a severe worldwide ecological problem.
Biological investigations concerning the impacts of elevated salt concentrations on aquatic organisms
often focused on benthic macroinvertebrates and diatoms so far, other groups being less considered.
The following study is about the colonization of both geogenically and anthropogenically saltaffected
running waters by non-diatom benthic algae (PoD).
Datasets of chemical and biological parameters from 4 Thuringian catchments (Wipper, Bode,
Kyffhäuserbach, Solgraben) being characterized by different levels of salinity were analyzed with
respect to the following questions: (i) Which PoD-taxa do occur in these creeks and rivers under
elevated salt concentrations and (ii) in which way does salinization influence the PoD community
composition?
Data were collected from 2008 to 2017 at 12 sampling sites. They are characterized by loads from
potassium mining residuals, geogenic salinization, and also nutrients from agriculture. Among 101
PoD taxa which were correlated with nutrients (NH4+, NO2-, NO3-, Ninorg, TP, o-P) and salts (Na+,
K+, Mg--, Cl-, SO4--, HCO3-), 30 taxa were correlated significantly with nutrients (17 pos., 12 neg.
and 1 pos.+neg.) and 15 taxa with salt ion (6 pos. and 9 neg.). Regarding the salt ions the PoD
responded stronger to Mg++ (2 pos., 8 neg.) and K+ (4 pos., 7 neg.) than to Cl- (4 pos., 2 neg.).
Measurements of conductivity did not reflect the effects of the salt load. Only 6 taxa (3 pos., 3 neg.)
were correlated with conductivity.
Most frequently reported were the species Cladophora glomerata, Pleurocapsa minor and
Gongrosira incrustans as well as species of the genera Vaucheria, Ulva and Oedogonium and
preliminary stages of some red algae (Chantransia). Positively correlated with salt were: Melosira
nummuloides and the species of the genera Lyngbya, Microcoleus and Ulva. Negatively correlated
with salt ions were Chantransia stages, Closterium ehrenbergii, C. moniliferum, C. leibleinii,
Phormidium incrustatum and the taxa of the genera Spirogyra, Mougeotia and Vaucheria.
The results also indicate that often the coverages of some PoD taxa were elevated at sampling
locations of higher salinities and thus may be assumed to be of indicative value for such ecological
conditions.
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211
Ökologische Durchgängigkeit: Auch für Holz relevant
Michael Seidel
Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und Ländliche Räume Schleswig-Holstein
„Wood is good, but it moves“, titelten Hervé Piégay und seine Koautor-Innen auf der dritten
internationalen Konferenz zu Holz in Fließgewässern. Damit fassten sie sehr gut die Mobilität als
eine der wesentlichen Herausforderungen im Management von Holz zusammen. Konsens ist
mittlerweile, dass Holz ein wesentlicher Bestandteil naturnaher Fließgewässer, und von hoher
Bedeutung für den ökologischen Zustand ist. Aber es bewegt sich eben – vor allem das ökologisch
besonders relevante, natürlich eingetragene Holz.
Am Beispiel einer Renaturierungsmaßnahme in einem kiesgeprägten Tieflandbach wird gezeigt, dass
vor allem das natürlich eingetragene Holz eine hohe Bedeutung für die Besiedlung von Organismen
des Makrozoobenthos hat, aber sehr mobil sein kann und einer ständigen Umlagerung unterliegt.
Zwischen zwei Untersuchungsjahren wurden ca. 65 % der kartierten Hölzer verlagert. Über einen
Zeitraum von 10 Jahren waren lediglich 5 % der kartierten Hölzer lagestabil. Mobil war vor allem
das kurze Astholz von unter 1,5 m Länge. Aufgrund dessen hoher Oberfläche im Vergleich zum
Volumen, ist es von hoher Relevanz für die Ausprägung eines leitbildkonformen Deckungsgrades
von Holz auf der Sohle.
Die Entnahme und anschließende Entsorgung von Holz an Wasserkraftanlagen ist vor allem vor dem
Hintergrund der nach wie vor überwiegend holzarmen Fließgewässer problematisch. Der Beitrag
wirft daher zusammenfassend die relevanten Aspekte der Längsdurchgängigkeit von Holz auf,
sowohl anhand eigener Untersuchungen, als auch auf Grundlage einer Literaturrecherche.
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212
Unravelling winter diatom blooms in temperate lakes using high
frequency data and ecological modeling
Tom Shatwell¹; Xiangzhen Kong; Michael Seewald; Tallent Dadi; Kurt Friese; Chenxi Mi; Bertram
Boehrer; Martin Schulze; Karsten Rinke
¹ Helmholtz Cente for Environmental Research - UFZ
In temperate lakes, it is generally assumed that light rather than temperature constrains phytoplankton
growth in winter. Rapid winter warming and increasing observations of winter blooms warrant more
investigation of these controls. We investigated the mechanisms regulating a massive winter diatom
bloom in a temperate lake. High frequency data and process-based lake modeling demonstrated that
phytoplankton growth in winter was dually controlled by light and temperature, rather than by light
alone. Water temperature played a further indirect role in initiating the bloom through ice-thaw, which
increased light exposure. The bloom was ultimately terminated by silicon limitation and
sedimentation. These mechanisms differ from those typically responsible for spring diatom blooms
and contributed to the high peak biomass. Our findings show that phytoplankton growth in winter is
more sensitive to temperature, and consequently to climate change, than previously assumed. This
has implications for nutrient cycling and seasonal succession of lake phytoplankton communities.
The present study exemplifies the strength in integrating data analysis with different temporal
resolutions and lake modeling. The new lake ecological model serves as an effective tool in analyzing
and predicting winter phytoplankton dynamics for temperate lakes.
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213
Interaction of temperature and nutrients and its short-term effects on
metabolic pathways in the hyporheic zone
Tatjana Simčič¹; Monika Poklukar²; Nataša Mori³
¹ National Institute of Biology; ² University of Primorska; ³ National institute of biology
Heterotrophic metabolism within hyporheic zone is one of the key ecosystem processes enabling the
fluxes of energy and matter across surface – groundwater interface. In the climate warming scenario
predicted for this century, water temperature and nutrient concentrations are expected to increase
while their synergistic effects on the stream metabolism are poorly known. In this study, the effects
of water temperature and nutrient concentrations on the hyporheic metabolic pathways were
investigated at reference and agriculturally impacted sites. The experiment was carried out in the
laboratory under controlled conditions but using hyporeic sediments collected in the field. We
measured the total protein content, respiratory terminal electron transport system activity (ETSA) and
substrate utilization using Biolog® Ecoplates in the experimental sediments incubated for one month
at 10ºC and 14ºC and with addition of 0, 5 or 30 mg DOC. We demonstrated significant differences
in hyporheic biofilm response to increased temperatures and nutrients in regard to the sites where
experimental sediments were collected (reference and impacted sites), indicating that climate change
is affecting rivers metabolism differently, depending on the current on-site ecological conditions and
microbial community structure. Moreover, the temporal pattern of changes in metabolic profile
depended mostly on the temperature and less on the nutrient contents.
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214
Homogenization through environmental stressors – Impacts of climate
change and pollution legacy on spring plant communities
Timothy J. Smith
University of Bayreuth
Springs in general but especially helocrenic springs, which can be found in a high spatial density in
the lower mountain ranges of Central Germany are ideal model ecosystems for testing complex
changes in the environment. These springs are representing the interface between aquifers and surface
waters. This interface is characterized by the Physico-chemical conditions of the groundwater, which
is fed in the case of siliceous mountains from the periglacial area mainly by the interflow that is
transported in the Pleistocene solifluction layers. In consequence, hydro-physical and hydro-chemical
parameters are rather constant, but because of their close link with soils and ecosystems, they exhibit
more seasonal variation compared to deeper aquifers.
The renowned ecologist Eugene Odum described springs as “natural constant temperature
laboratories” which “hold a position of importance as study areas that are out of proportion to their
size and number” (Odum 1971). This is partly true in the case of helocrenic springs from forest
catchments. However, we also find repercussions of environmental stressors such as acid rain or
climate change. The plant communities within the seepage area respond to shifts in water quantity
and quality quite rapidly. However, springs are still among the least studied aquatic ecosystems and
almost completely underrepresented in ecological research despite their global importance for
biodiversity.
The investigation area encompasses two main forest areas the Frankenwald and the Fichtelgebirge
within the Thuringian-Franconian Highlands in Germany. 102 sites were sampled over the last three
decades. At all sites discharge, water temperature, conductivity and pH were measured, along with
3x 100ml filtered samples were extracted for further hydro-chemical analysis. The abundance of all
trees, moss, grass and herbaceous plants was collected within the saturated area of all spring sites.
Fine-scale transecting was also performed on a subset of the total sampling sites (n= 57).
The past research focused mainly on the effects of acid rain that occurred in the ’70s to late ’80s, and
its effect on the soils buffering capacity. We found clear patterns of hydrochemistry and species
responses related to acid precipitation. (Beienkuhnlein C et al, 1993, Strohbach M et al 2009,
Schweiger A, 2015) Recently, we achieved very interesting insights into how extreme weather events
cause a re-emergence of acidification within the groundwater and how Road salting can interfere with
acidified forest catchment health. (Schwieger A, 2015)
The current research is aiming to understand the emerging patterns in plant community
homogenization within the saturation zone of the spring sites. Biotic homogenisation is referring to
the increase in floral and faunal similarity amongst communities or decrease in beta-diversity over
time (McKinney et al 1999).
215
The current findings lead us towards these questions:
1. What are the current drivers of Biotic homogenization within spring plant communities?
2. Are changes in spring plant community similarity/dissimilarity permanent or transient?
3. Can past trends in biotic homogenisation within sping plant communities tell us about the likely
future of biodiversity at larger scales?
4. How can this body of knowledge help to shape conservation policy and management decisions?
The main body of literature
Arno, Kleber, et al. "Slope deposits and water paths in a spring catchment, Frankenwald, Bavaria, Germany."
Nutrient Cycling in Agroecosystems 50.1 (1998): 119-126.
Beierkuhnlein, Carl, and Walter Durka. "Assessment of material discharges from immission-polluted forest
ecosystems of northeast Bavaria by means of spring water analyzes." Forstwissenschaftliches
Centralblatt united with Tharandter forstliches Jahrbuch 112.1 (1993): 225-239.
Beierkuhnlein, Carl. "Spatial analysis of material discharges from forest areas by examining forest spring
meadows." The Earth 122 (1991): 291-315.
Jurasinski, Gerald, Vroni Retzer, and Carl Beierkuhnlein. "Inventory, differentiation, and proportional
diversity: a consistent terminology for quantifying species diversity." Oecologia 159.1 (2009): 15-26.
McKinney, Michael L., and Julie L. Lockwood. "Biotic homogenization: a few winners replacing many
losers in the next mass extinction." Trends in ecology & evolution 14.11 (1999): 450-453.
Odum, Eugene Pleasants, and Gary W. Barrett. Fundamentals of ecology. Vol. 3. Philadelphia: Saunders,
1971.
Strohbach, Michael, Volker Audorff, and Carl Beierkuhnlein. "Drivers of plant species composition in
siliceous spring ecosystems: groundwater chemistry, catchment traits or spatial factors?." Journal of
Limnology 68.2 (2009): 375.
Schweiger, Andreas H., and Carl Beierkuhnlein. "Scale dependence of temperature as an abiotic driver of
species' distributions." Global Ecology and Biogeography 25.8 (2016): 1013-1021.
Schweiger, Andreas H., Volker Audorff, and Carl Beierkuhnlein. "The acid taste of climate change: 20thcentury
acidification is re‐emerging during a climatic extreme event." Ecosphere 6.6 (2015): 1-11.
Schweiger, Andreas H., Volker Audorff, and Carl Beierkuhnlein. "Salt in the wound: The interfering effect
of road salt on acidified forest catchments." Science of the Total Environment 532 (2015): 595-604.
Audorff, Volker, Jutta Kapfer, and Carl Beierkuhnlein. "The role of hydrological and spatial factors for the
vegetation of Central European springs." Journal of Limnology 70.Supplement 1 (2011): 9-22.
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216
Does warming promote cold-adapted cyanobacteria in a stratified
lake?
Erik Sperfeld¹; Barbara Bauer¹; Ulrich Sinsch²
¹ Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald; ² Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz
Global warming and other environmental changes such as eutrophication are expected to increase the
occurrence of harmful cyanobacterial blooms. Warming of surface waters can lead to longer
stratification periods in deep stratified lakes that may promote buoyant cyanobacteria. How changes
in stratification may affect cold-adapted cyanobacteria, such as Planktothrix rubescens, via indirect
effects of internal nutrient loading is not well described yet. Here we present data on temperature
regime, stratification length, oxygen and nutrient concentrations, as well as water transparency and
chlorophyll concentrations measured regularly during the last 3 decades in lake Meerfelder Maar.
This stratified lake has been used previously as a standard model of a dimictic eutrophic lake in the
northern temperate zone. We found that autumn surface temperature increased and that the
stratification period was prolonged. Consequence was a profoundly delayed full mixing during the
year, whereas the start of stratification did not occur significantly earlier. We observed prolonged
anoxic conditions at the lake bottom, promoting accumulation of ammonium and resuspension of
phosphorus (P) from the sediment. An increased P availability after mixing in winter and spring may
explain an increasing abundance of P. rubescens that decreased water transparency in spring and
culminated in surface blooms observed in recent years. External nutrient loads may also have
increased recently, exacerbating lake eutrophication and thus the occurrence of harmful
cyanobacterial blooms.
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217
Einfluss von Konnektivität auf Vorkommen und Verbreitung von
Laufkäfern in den Elbauen
Franziska Struller¹; Kathrin Januschke¹; Daniel Hering¹; Peter Horchler²
¹ Universität Duisburg - Essen; ² Bundesanstalt für Gewässerkunde
Laterale Fluss-Aue-Konnektivität setzt sich zusammen aus der strukturellen Konnektivität – die
Morphologie bzw. Architektur der Vernetzung – und der funktionalen Konnektivität – der
ökologischen Wirksamkeit der Vernetzung durch Überflutung und Grundwasseranbindung. Welche
Effekte aus höherer struktureller Konnektivität für Artengruppen der Aue resultieren ist nicht
hinreichend untersucht.
In dem Forschungsprojekt „ElBiota“ werden die Effekte von Konnektivitätsunterschieden in Auen
auf die Verteilung von Bodenschadstoffen, Mollusken, Vegetation und Laufkäfer untersucht. Im
Fokus dieses Beitrags stehen die Laufkäfer unter dem Einfluss von Vegetation und
Bodenbeschaffenheit.
Im Herbst 2020 wurde die Laufkäferfauna in zwei Untersuchungsgebieten entlang der Mittelelbe
beprobt: in einem eingetieften Abschnitt der Elbe bei Bösewig und in einem stärker angebundenen
Abschnitt weiter stromabwärts bei Schönberg. Pro Untersuchungsgebiet wurden 20 Plots
ausgewiesen, die unterschiedliche jährliche Überflutungsdauern sowie die laterale Ausdehnung der
Aue abbilden. Auf jedem Plot wurden fünf Barberfallen für zwei mal zwei Wochen exponiert und
Handaufsammlungen auf einer Fläche von 5,25m2 durchgeführt.
Untersucht wird, ob und welche signifikanten Unterschiede es in der Besiedlung durch Laufkäfer
zwischen den Untersuchungsgebieten gibt und inwieweit diese von unterschiedlicher Fluss-Aue-
Konnektivität bestimmt werden.
Die Analysen basieren auf 8739 Individuen aus 60 Arten. Im Gebiet Bösewig wurden
durchschnittlich mehr Arten pro Plot gefunden als in dem Gebiet mit stärkerer Fluss-Aue-
Konnektivität. Unterschiede in der Individuenanzahl oder beta-Diversität gibt es zwischen den
Gebieten keine. Auch eine höhere Anzahl an Rote-Liste-Arten in der besser angebundenen Aue
wurde nicht festgestellt. Betrachtet man Besiedlungsmuster über beide Gebiete hinweg, hat die
Überflutungsdauer an einem Plot einen deutlich größeren Erklärungsanteil als Gebietszugehörigkeit.
Im Vergleich der Besiedlung zwischen den Gebieten deutet sich jedoch an, dass in der stärker
angebundenen Aue lokale Standortparameter, wie Deckung der Vegetation, einen größeren
Erklärungsanteil haben als in der entkoppelten Aue. Tiefergehende Analysen zu Unterschieden in der
Besiedlung zwischen den Gebieten stehen noch aus.
Die Ergebnisse der Studie tragen zu einem besseren Systemverständnis von Fluss-Aue-Ökosystemen
bei. Sie können dabei helfen, Auen besser zu schützen und Renaturierungsmaßnahmen effektiver zu
gestalten.
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218
Effects of anthropogenic organic micropollutants on population
genetic diversity of freshwater amphipods
Vid Švara¹; Till Luckenbach¹; Stefan Michalski¹; Stephan Geuchen; Martin Krauss¹; Tobias Schulze¹;
Werner Brack¹
¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ
Pollution is one of the main drivers of biodiversity decline in rivers worldwide. In particular,
anthropogenic organic micropollutants, including pesticides and pharmaceuticals, contribute majorly
to negative trends in freshwater species diversity. Of the manifold adverse effects of these pollutants,
some can result in a shift of the population genetic structure in species living in rivers with a pollution
gradient. Here, we present insights into the effects of anthropogenic organic micropollutants on
genetic diversity indices of an amphipod species, Gammarus pulex (Linnaeus, 1758), living in
polluted as well as pristine river sections. Levels of over 500 organic micropollutants and their
potential for adverse effects were determined in G. pulex from 35 sites within six rivers in central
Germany. Applying linear mixed-effects models, the adverse effect potential of pollutants at different
sites was compared to the genetic diversity indices of amphipods, acquired through genotyping 16
microsatellite loci. The results suggested that neonicotinoid insecticides, biocides, and common
pharmaceuticals contributed the most to toxic potential at the analyzed sites. Although G. pulex
genetic structure depended strongly on the river catchment at the regional scale, several population
genetic diversity indices suggested effects of micropollutants on species genetic composition at the
local scale. In fact, wastewater effluents positively contributed to increased allelic richness and
abundance of amphipods at moderate pollution levels. However, amphipods at sites with higher toxic
potential showed reduced genetic diversity and high rates of inbreeding that can lead to an increase
of the vulnerability of amphipods at seasonal pollution peaks.
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219
Elbe- und Havel-Auen und Auengewässer-Besonderheiten - Beispiele
aus dem Elbe-Havel-Winkel und der unteren Havelniederung im
Biosphärenreservat Mittelelbe (Sachsen-Anhalt, Deutschland)
Lothar Täuscher
Petersburger Straße 44, 10249 Berlin, ltaeu@yahoo.com
Keywords: Auengewässer, Elbe, Havel, Langzeit-Untersuchungen, Sachsen-Anhalt
Abstract
Floodplains of the Rivers Elbe and Havel and particularities of floodplain waters - examples from the
River Elbe-River Havel area and from the lower Havel valley in the Middle Elbe-Biosphere Reserve
(Saxony-Anhalt, Germany)
The author has been investigating the waters in the River Elbe-River Havel area and from the lower
Havel valley for 45 years. In environmental education, too, the diversity of aquatic colonization is
recorded on excursions. Factors influencing the growth of planktic microalgae and of submerged and
floating macrophytes in floodplain waters are discussed. Indicator types for an increased salt load are
mentioned. Floodplains and floodplain waters are important for many red list algae, water mosses,
aquatic plants and aquatic animals. European water and natural reserve directives (European Water
Framework Directive: for the River Elbe and Havel; EU Fauna-Flora-Habitat Directive: for the
floodplain waters) play a major role. The relocation of the Wulkau-Havelberg dike („Sandau South“
and „Sandau North“) was carried out between 2014 and 2021. The floodplains must be viewed
holistically.
Einleitung
Seit 45 Jahren untersucht der Verfasser die Gewässer im Elbe-Havel-Winkel und der unteren
Havelniederung in Sachsen-Anhalt (s. Täuscher 1994-2001, 1996, 2001, 2009, 2011, 2018). Auch in
der Umweltbildung werden bei Exkursionen die Vielfalt und die Besonderheiten der aquatischen
Besiedlungen erfasst (Täuscher 2017-2021, Täuscher & Wischer 2015). Deshalb sollen die Elbe- und
Havel-Auen und die Auengewässer-Besonderheiten in diesem Gebiet vorgestellt werden.
Untersuchungsgebiet
Der Elbe-Havel-Winkel und die untere Havelniederung mit Mittlerer Elbe (Elbe-km 395 [Hämerten]
bis 423 [Havelberg]) und Unterer Havel (Untere Havelwasserstraße-km 103 [Rathenow] bis 147
[Havelberg]) gehören zur Elbtalniederung (Urstromtalbereich 24 bis 30 m ü. NN). Während die die
Obere Mittelelbe zwischen Tanger- und Havelmündung ein Gefälle von 17,7 cm/km hat, ist das
220
Gefälle der Unteren Havel zwischen Rathenow und der Mündung in die Elbe mit 6,5 cm/km deutlich
geringer.
Diese ursprünglich einheitliche Talsandfläche ist im Brandenburger Stadium der Weichselvereisung
entstanden. Sie wurde von mehrmaligen Laufänderungen der Elbe, die sowohl in glazialer als auch
postglazialer Zeit bis zur Eindeichung der Elbe im 12. Jahrhundert (Beginn der Eindeichung 1180;
Bau von „Ringdeichen“ um die Ortschaften) stattfanden, zerschnitten. Dies wird auch als die
Ausbildung eines Binnendeltas („Das Elb-Havelland: Ländchen in der Wassersuppe“) (s. Karte in
Küster 2007) bzw. als „Skelettkarte“ der Elbe (Keilhack 1887) beschrieben. Seen des Gebietes sind
in alten Elbläufen (Altwasserflachseen: Kamernscher-Schönfelder See, Klietzer See, Rahnsee mit
Biberburg, Scharlibber See) und in Toteislöchern (Schollener See in der Havelniederung: Pelose-
Gewinnung für die Pharmazie) zu finden. An den Ufern der Elbe und Havel sind Schlammfluren,
Weichholz- und Hartholz-Auenwälder (z. B. Jederitzer Holz in der inaktiven Havelaue, Mühlenholz
bei Havelberg in der inaktiven Elbaue, „das freie Holz” oder Ferneholz südlich Wulkau in der
inaktiven Elbaue) ausgebildet. Künstliche Standgewässer („Gewässer aus zweiter Hand“) sind
Kiesgruben (z. B. Kieslöcher bei Hohengöhren), Tongruben (z. B. Tonabgrabungen Havelberg-
Sandau; zahlreiche Ziegeleien - das Rote Rathaus in Berlin und das Holländer-Viertel in Potsdam
sind aus Havelberger Ziegeln erbaut!), Abgrabungen (z. B. Garzer See mit Biberburg), Torfstiche (z.
B. Torflöcher bei Ferchels), Dorfteiche und Fischteiche bzw. Angelgewässer (z. B. Wulkauer
Fischteiche). Um Hochwässer und Schäden in diesem Gebiet zu reduzieren, wurden als Maßnahmen
hohe Elbdeiche als künstliche Wasserscheide errichtet und der Gnevsdorfer Vorfluter mit der
Wehranlage Quitzöbel als Havellauf-Verlängerung in den dreißiger und Anfang der fünfziger Jahre
des vergangenen Jahrhunderts gebaut (die natürliche Havel-Mündung in die Elbe ist geschlossen!).
Im Jahr 2013 wurden der Elbe-Havel-Winkel und die untere Havel durch das extreme Elbe-
Hochwasser mit dem Deichbruch bei Fischbeck sehr stark beeinflusst. Innerhalb von wenigen Tagen
stiegt der Wasserstand um über 2,60 m an. Erst nach über zwei Monaten wurde der normale
Wasserstand wieder erreicht. Das Hochwasser im Juni 2013 hatte schwerwiegende Auswirkungen.
Hochwässer, die aus ökologischer und naturschutzfachlicher Sicht ein natürliches Ereignis im
Ökosystem der Flussauen darstellen, haben durch den Deichbau (Trennung der aktiven von der
inaktiven Aue) dann solche anthropogen verursachten Folgen. Bei Sonderbeprobungen während des
Hochwassers wurde festgestellt, dass die Wasserproben mit fauligem Geruch und schwarzer Färbung
(sehr starke Schwefelwasserstoff-Bildung) und starker Trübung (Sichttiefe von 7 cm) auf
lebensfeindliche Bedingungen in den Gewässern hin deuteten, die auch durch die weiteren Parameter
(sehr niedrige Sauerstoffsättigung, erhöhter Gehalt an abfiltrierbaren Stoffen, erhöhte Gehalte an
TOC, DOC, NH4-N, NO2-N, o-PO4-P) entsprechend bestätigt wurden (s. Täuscher 2018 und zit. Lit.,
Täuscher & Wischer 2015). Hinter den Deichen entstehen in der inaktiven Elbaue Qualmgewässer
verschiedener Größe und Tiefe (z. B. „der Rüdow“ zwischen Wulkau und Schönfeld). Durch
Deichbrüche entstandene Gewässer werden als „Weele“, „Wehle“, „Wiele“ oder „Wiehle“ (=
„Bracks“: Tümpel, kleiner See) bezeichnet. Zwischen 2014 und 2021 wurden zwischen Wulkau
(Elbe-km 412,5) und Havelberg (Elbe-km 422,0) zwei umfangreiche Deichrückverlegungs-Projekte
als ökologischer Hochwasserschutz realisiert. Es wurde damit eine neue Überflutungsfläche der Elbe
von 180 ha geschaffen. Die Niederungen mit Mooren (vor allem Überflutungs- und
Verlandungsmoore) werden durch verzweigte Grabensysteme („Gewässer aus zweiter Hand“:
Rütschgraben, Trübengraben, Weidengraben als Hauptgräben) zur Havel entwässert. Außerdem
münden der Große Grenzgraben, der Rhin (über den Fließ-Flachsee Gülper See), die Dosse und die
Jäglitz einschließlich des Königsfließes in die Untere Havel. Der Elbe-Havel-Winkel und die untere
Havelniederung sind eine Kulturlandschaft mit einem Mosaik nasser und feuchter und trockener
221
Standorte, die nährstoffreich und z. T. nährstoffarm (Qualmwasser hinter den Deichen, Kiesgruben,
Endmoränenzüge und Sanderflächen) sind.
Einflussfaktoren auf das Wachstum planktischer Mikroalgen und Makrophyten-
Pleuston in Auengewässern
Auengewässer nehmen durch ihre Genese, Morphologie und Hydrologie (Hydrodynamik) eine
Sonderstellung zwischen den typischen natürlichen Fließgewässern (Bach, Fluss, Strom) und
typischen natürlichen Standgewässern (Seen, Flachseen/Weiher, Tümpel/Sölle) ein.
Dabei spielen Altarme, Altwässer (Altwasser-Flachseen, Haken, Wehle = Weele = Wiele = Wiehle
= Bracks), Totarme, Qualmgewässer, Flutrinnen und Tümpel/Kolke in der rezenten/aktiven und
fossilen/inaktiven Flussaue eine große Rolle (Lüderitz et al. 2009, Pottgiesser et al. 2012, Scholten et
al. 2015, 2016). Auf das Wachstum planktischer Mikroalgen wirken sich morphologische
(Gewässertiefe), hydrodynamische (Wasserstand und -führung: permanent/ausdauernd oder
episodisch/temporär), hydrophysikalisch-chemische (z. B. Wasserfärbung durch Huminstoffe:
Dystrophierung) und biologische Besonderheiten (Fraßdruck durch Zooplankton, Biofiltration durch
Schwämme, Konkurrenz um Nährstoffe und Licht mit submersen und natanten Makrophyten,
allelopathische Wechselwirkungen zwischen Makrophyten und Mikroalgen) besonders in
Auengewässern aus. Starker Wasserstandswechsel (bis zur vollständigen Austrocknung von sehr
flachen Gewässern) und eine starke Braunfärbung des Wassers durch Huminstoffe und/oder Detritus
sind ungünstige Bedingungen für ein Phytoplankton-Wachstum, da nur sehr anpassungsfähige Arten
überleben und die Lichtverhältnisse im Freiwasser stark beeinflusst werden. Durch Zooplankton-
Fraßdruck können auch in Auengewässern Klarwasser-Zustände bewirkt werden (Scholten et al.
2015, 2016). Außerdem können Schwämme als Filtrierer die Phytoplankton-Quantität reduzieren. In
nährstoffreichen Flachgewässern spielen pleustische Fadenalgen-Watten (aus Xanthophyceae-,
Ulvophyceae- und/oder Zygnematales-Taxa), die beim Austrocknen das so genannte „Meteorpapier“
bilden (s. Scholten et al. 2015, 2016, Täuscher 2009), und Wasserlinsen-Decken eine große Rolle.
Dieses Makrophyten-Pleuston kann große Bereiche der Wasseroberfläche einnehmen und eine
Lichtabschirmung bewirken, d.h. das Mikroalgen-Wachstum wird dadurch lichtlimitiert. Außerdem
konkurrieren die submersen Makrophyten in eutrophen Klargewässern mit den planktischen
Mikroalgen um die anorganischen Nährstoffe. Von einigen submersen und natanten Makrophyten ist
auch bekannt, dass sie allelopathische Substanzen bilden, die das Wachstum von Mikroalgen hemmen
und/oder unterbinden (z. B. Chara-, Ceratophyllum-, Myriophyllum-Arten, Stratiotes aloides) (s.
Mulderij 2006 und die umfangreich zitierte Literatur).
Auengewässer - „Grauzone“ in den EU- und LAWA-Richtlinien
Die Besonderheiten von Auengewässern wurden bisher in verschiedenen Richtlinien zur
physikalisch-chemischen und biologisch-ökologischen (einschließlich naturschutzfachlichen)
Bewertung und ökologischen Einstufung ungenügend berücksichtigt.
Deshalb müssen diese Richtlinien (FFH-RL 1992, LAWA 1999, WRRL 2000) modifiziert werden
bzw. zur Anwendung der ökologischen Einstufung von Auengewässern angepasst werden.
Gute Beispiele sind die Weiterentwicklung/Anpassung des Halobienindex durch Ziemann (2010) und
die Typisierung potamaler Altgewässer im Land Sachsen-Anhalt durch Pottgiesser et al. (2012). Dazu
machen die Autoren folgende wichtige Aussage: „Die zur Umsetzung der WRRL entwickelte
222
Fließgewässertypologie sowie die Beprobungs- und Bewertungsverfahren für diese
Gewässerkategorie berücksichtigen diese Biotope (potamaler Altgewässer, d. Verf.) allerdings nicht
bzw. sind für diese nicht anwendbar. Standgewässer werden gemäß WRRL erst bei einer Größe > 50
ha berücksichtigt, so dass Typologie, Beprobungs- und Bewertungsverfahren für diese
Gewässerkategorie auch nur bedingt für Altgewässer angewendet werden können. Keine der für diese
beiden Gewässerkategorien zur Umsetzung der WRRL entwickelten Gewässertypologien und
Bewertungsverfahren kann damit 1:1 auf diese Gewässer übertragen werden.“
In der Stromelbe, in der Havel und im Königsfließ kommen auch Indikarorarten für eine erhöhte
Salzbelastungen (anthropogene Salzbeeinflussung zum Großteil durch Abwässer und durch Straßen-
Streusalz) der Gewässer vor. Dies sind die halophile Rotalge Bangia atropurpurea, die halophile
Grünalge Ulva intestinalis, der halophile Schönaugengeißler Euglena hemichromata, die
planktischen und tychoplanktischen Kieselalgen Actinocyclus normanii f. subsalsus, Cyclostephanos
dubius, Diatoma tenuis, die benthische Kieselalgengesellschaft Naviculetum cryptocephalo-venetae
und der neozoische Brackwasserpolyp Cordylophora caspia, die elektrische Leitfähigkeiten größer
als 1000 μS/cm bzw. Chloridgehalte größer als 120 mg/l anzeigen.
Ökologische und naturschutzfachliche Wertigkeit von Auen und Auengewässern
Die erfassten und untersuchten Auengewässer sind Bestandteile der FFH-Gebiete „Elbaue zwischen
Sandau und Schönhausen“, „Havel nördlich Havelberg“, „Jederitzer Holz östlich Havelberg“,
„Kamernscher See und Trübengraben“ und „Untere Havel/Sachsen-Anhalt und Schollener See“.
Auengewässer haben eine hohe ökologische und naturschutzfachliche Wertigkeit, wenn es eutrophe
Klargewässer mit einer mäßigen Entwicklung planktischer Mikroalgen im Freiwasser und einer
artenreichen Entwicklung submerser (z. T. Grundrasen, Tauchblattfluren) und natanter
(Schwimmdecken und -blattfluren) Makrophyten sind (s. Täuscher 1996). In Gebieten großer
Stromauen sind potamale Auengewässer mit einer mäßigen Belastung mit anorganischen Nährstoffen
und Sichttiefen großer als 1 m (= eutrophe Klargewässer) der natürliche/naturnahe Zustand (s.
Lüderitz et al. 2009, Pottgiesser et al. 2012, Täuscher 1996, 2001, 2009, 2011) und gehören damit
nach der FFH-Richtlinie (1992) zu den Lebensraumtypen 3150 „Natürliche eutrophe Seen mit einer
Vegetation des Magnopotamions oder Hydrocharitions“ und 3260 „Flüsse der planaren bis montanen
Stufe mit Vegetation des Ranunculion fluitantis und des Callitrichio-Batrachion“. Charakteristische
Pflanzenarten dieser Lebensraumtypen mit vielen Arten der Roten Listen (s. Schnitter 2020) sind in
den Auengewässern des Elbe-Havel-Winkels und der Unteren Havel Ceratophyllum-Arten (C.
demersum, C. submersem), Hottonia palustris, Hydrocharis morsus-ranae, Lemna-Arten (L. minor,
L. trisulca), Myriophyllum spicatum, Najas marina, Nuphar lutea, Nymphaea alba, Nymphoides
peltata, Persicaria amphibia f. natans, Potamogeton-Arten (P. friesii, P. lucens, P. natans, P.
obtusifolius, P. pectinatus, P. perfoliatus), Ranunculus circinatus, Riccia fluitans, Spirodela
polyrhiza, Stratiotes aloides und Utricularia vulgaris. Nährstoffärmere (mesotrophe)
Qualmgewässer an der Elbe (z. B. das große Qualmwasser „Rüdow“), Auentümpel an der Havel und
Sekundärgewässer (Abgrabungsgewässer: Sand- und Kiesgruben) haben in den untersuchten
Auengebieten eine große Bedeutung sowohl für eine Besiedlung mit Armleuchteralgen (Chara
globularis, Chara vulgaris, Nitella mucronata), mit Wassermoosen (Fontinalis antipyretica,
Leptodictyum riparium) als auch mit der emers und submers wachsenden Nadel-Sumpfsimse
(Eleocharis acicularis) (s. Täuscher 1994-2001, 2012). Die Schlammfluren, Weichholz- und
Hartholz-Auenwälder, die nur klein flächig ausgebildet sind, gehören zu den FFH-Lebensraumtypen
3270 „Flüsse mit Schlammbänken“, 91E0 „Weichholzauenwälder“ und 91F0 „Hartholzauenwälder“.
223
In den Hartholz-Auenwäldern sind Flutrinnen und Kleingewässern wichtige Biotope mit temporärer
Wasserführung. Bemerkenswert sind Funde des Grünen Pantoffeltierchens (Paramecium bursaria:
Symbiose mit den Grünalgen Chlorella variabilis, Chlorella vulgaris, Micractinium conductrix), das
eine sehr hohe organische Belastung indiziert. Außerdem kommt in und an der Stromelbe, der Havel,
den Altwasserflachseen, in den Qualmgewässern und in den Gräben eine tierische Besiedlung mit
vielen Arten der Roten Listen (s. Schnitter 2020) vor. Spongilla lacustris (z. T. mit der
symbiontischen Grünalge Choricystis parasitica) spielt für die Biofiltration eine große Rolle. Bei den
Mollusken sind Ancylus fluviatilis, Anodonta cygnea, Dreissena polymorpha, Pisidium-Arten, Radix
auricularia, Sphaerium corneum, Succinea putris, Unio pictorum, Unio tumidus und Viviparus
contectus zu nennen. Zum Zooplankton und zum Makrozoobenthos gehören die Urzeitkrebse
(Frühjahrsarten: Eubranchipus grubii = Siphonophanes grubei, Lepidurus apus, Sommerarten:
Triops cancriformis, Branchipus schaefferi) und die Krebse (Asselus aquaticus, Astacus astacus,
Bosmina longirostris, Cyclops s.l.-Arten, Daphnia-Arten., Diaphanosoma-Arten, Dikerogammarus
villosus, Eriocheir sinensis, Gammarus fossarum, Gammarus roeseli, Gammarus tigrinus, Jaera
sarsi, Orconectes limosus). Auch 39 Libellen-Arten (z. B. Aeshna viridis, Calopteryx splendens,
Gomphus flavipes, Ophiogomphus cecilia), Wasserwanzen (Gerris-Arten, Nepa cinerea = N. rubra,
Notonecta-Arten, Ranatra linearis) und als besondere Wasserkäfer Dytiscus marginalis und
Hydrophilus piceus wurden dokumentiert. 33 Fisch-Arten (mit den Arten nach Anhang II der FFHRichtlinie:
Aspius aspius, Cobitis taenia, Lampetra fluviatilis, Misgurnus fossilis, Petromyzon
marinus, Rhodeus amarus, Romanogobio belingi, Salmo salar), viele Lurche (Bombina bombina,
Bufo bufo, Bufo viridis, Pelobates fuscus, Rana arvalis, Rana kl. esculenta, Rana lessonae, Rana
temporaria, Triturus cristatus, Triturus vulgaris), von den Reptilien Anguis fragilis und Natrix natrix,
Wasservögel (Alcedo atthis, Chlidonias niger, Ciconia ciconia, Ciconia niger, Haliaeetus albicilla)
und von den Säugetieren Castor fiber albicus und Lutra lutra sind als bemerkenswerte Wirbeltiere
zu beobachten.
Fazit und Ausblick
Große Flüsse und ihre Auen mit der Vielfalt von primären und sekundären Auengewässern müssen
ganzheitlich untersucht und betrachtet werden, um ihre ökologische und naturschutzfachliche
Wertigkeit und ihre anthropogenen Beeinflussungen richtig bewerten zu können (s. auch Lüderitz et
al. 2009). Dies ist wichtig, um naturnahe Bereiche in der Kulturlandschaft zu schützen und um starke
negative menschliche Aktivitäten zu beseitigen. Dabei sind gute ökologische Verhältnisse
(ökologischer Zustand 2 nach WRRL 2000) und gute Erhaltungszustände (Kategorie B nach FFHRL
1992) das erste sehr wichtige Ziel.
Literatur
FFH-RL (Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie) (1992): Richtlinie 92/43/EWG des Rates vom 21. Mai 1992 zur
Erhaltung der natürlichen Lebensräume sowie der wildlebenden Tiere und Pflanzen. – Amtsblatt der
Europäischen Gemeinschaften, Reihe L 206 vom 22. Juli 1992, S. 1-50.
Keilhack K. (1887): Über alte Elbläufe zwischen Magdeburg und Havelberg. - Jahrbuch der königlich
Preußischen geologischen Landesanstalt und Bergakademie zu Berlin für das Jahr 1886: 238-252.
Küster, H. (2007): Die Elbe. Landschaft und Geschichte. - Verlag C. H. Beck oHG, München: 336 S.
LAWA (Länderarbeitsgemeinschaft Wasser) (1999): Gewässerbewertung - stehende Gewässer. Vorläufige
Richtlinie für eine Erstbewertung von natürlich entstandenen Seen nach trophischen Kriterien 1998. -
Berlin.
Lüderitz, V., U. Langheinrich & C. Kunz (eds.) (2009): Flussaltwässer. Ökologie und Sanierung. - Vieweg +
Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden: 232 S.
224
Mulderij, G. (2006): Chemical warfare in freshwater - allelopathic effects of macrophytes on phytoplankton.
- Diss. Univ. Nijmegen, 289 S.
Pottgiesser, T. (in Zusammenarbeit mit T. Ehlert, unter Mitwirkung von S. Guttmann) (2012): Typisierung
potamaler Altgewässer in Sachsen-Anhalt. – Endbericht im Auftrag des Landesbetriebes für
Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt, Umweltbüro Essen Bolle & Partner GbR,
Essen: 45 S. + Anhang; + 3 Steckbriefe für Altgewässer-Typen; + 4 Karten der Altgewässer-Typen.
Schnitter, P. (Bearb.) (2020): Rote Listen Sachsen-Anhalt. - Berichte des Landesamtes für Umweltschutz
Sachsen-Anhalt (Halle), Heft 1/2020: 1-920.
Scholten, M., M. Kleinwächter & L. Täuscher (2015, 2016): Kapitel 2.6: Lebensgemeinschaften in Fluss und
Aue. - In: Kofalk. S., M. Scholten, P. Faulhaber, R. Baufeld, M. Kleinwächter & J. Kühlborn (eds.):
Konzepte für die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft, Bd. 2: Struktur und Dynamik der
Elbe. - Weißensee Verlag, Berlin 2015, Schweizerbart science bublishers, Stuttgart 2016 -
unveränderter Nachdruck der Originalausgabe: 103-140; Literatur - gesamt: 731-779.
Täuscher, L. (1994-2001): Hydrobotanische und ökologische Untersuchungen an und in Gewässern des
nördlichen Elb-Havel-Winkels (Biosphärenreservat „Flusslandschaft Elbe”, Sachsen-Anhalt) I.
Untertrübengraben und Rahnsee (Wulkauer See); II. Garzer See und naturnahes Kleingewässer; III.
Entwässerungsgräben; IV. Die planktische und benthische Algenbesiedlung der unteren Havel (incl.
Gnevsdorfer Vorfluter); V. Die Mikro- und Makrophytenbesiedlung von Teilbereichen der Oberen
Mittelelbe und ihrer Auengewässer (Elbe-km 395 bis 430); VI. Beitrag zur Mikroalgenbesiedlung des
Königsfließes; VII. Die Wasser- und Sumpfpflanzen-Besiedlung von Kleingewässern; VIII. Beitrag
zur Makrophyten-Besiedlung der Torflöcher bei Ferchels; Nachträge (Addenda). - Untere Havel -
Naturkdl. Ber. (Havelberg, Stendal) 3: 4-13; 4: 3-11; 5: 31-37; 6/7: 9-15; 8: 39-51; 9: 31-35; 10: 29-
32; 11: 7-8; 11: 38-39.
Täuscher, L. (1996): Beitrag zur Gewässerökologie des Elbe-Havelwinkels (Sachsen-Anhalt). - Naturschutz
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Täuscher, L. (2001): Die aquatische Mikro- und Makrophyten-Besiedlung der Mittelelbe und ihrer
Auengewässer im Biosphärenreservat „Flusslandschaft Elbe” (Brandenburg, Sachsen-Anhalt). -
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Täuscher, L. (2009): Wasser- und Sumpfpflanzen-Funde im Elbe-Havel-Winkel (Biosphärenreservat
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dem Altwasser-Flachsee Kamernscher-Schönfelder See im Elbe-Havel-Winkel (Sachsen-Anhalt). -
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Täuscher, L. (2012): Die Vorkommen von Armleuchteralgen (Charales) im Norden von Sachsen-Anhalt
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Rostock. Meeresbiolog. Beitr. 24: 111-118.
Täuscher, L. (2017-2021): Gewässerökologie des Elbe-Havel-Winkels und der unteren Havelniederung
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zu Berlin - Lebenswissenschaftliche Fakultät – Institut für Biologie -Fachgebiet Ökologie (Prof. Dr.
rer. nat. habil. Liliane Rueß), 39 S.
Täuscher, L. (2018): Über 60jähriges Langzeit-Monitoring der aquatischen Makrophyten-Besiedlung im
Kamernschen-Schönfelder See im Elbe-Havel-Winkel (Sachsen-Anhalt). - Untere Havel - Naturkdl.
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Täuscher, L. & S. Wischer (2015): „Spurensuche“ - ein Schülerkurs „Auenökologie / Hochwasserschutz“ im
„Grünen Haus“ im Elbe-Havel-Winkel (Sachsen-Anhalt) als Beitrag zur Umweltbildung. - Deutsche
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vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im
Bereich der Wasserpolitik – kurz: Europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL). - Amtsblatt der
Europäischen Gemeinschaften L 327 vom 22.12.2000, S. 1-72.
Ziemann, H. (2010): Der Halobienindex und seine Weiterentwicklung. - Lauterbornia 70: 111-131.
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225
Loss of functional traits in freshwater ecosystems: what are the
impacts on phytoplankton-zooplankton dynamics?
Jessica Titocci¹; Patrick Fink; Maria Stockenreiter; Herwig Stibor
¹ Helmholtz Centre for Environmental Research GmbH - UFZ
Freshwater ecosystems are under pressure from climatic shifts and anthropogenic alterations. This is
creating profound modification on ecosystem function and processes.
Freshwater biodiversity is in crisis and we generally know too little about it. Thus, it becomes crucial
to understand the effects of diversity loss and community responses in a changing world. Here, we
investigate how a loss of functional traits impacts on the complex phytoplankton-zooplankton
interactions and feedback dynamics in natural freshwater ecosystems using a complementary
approach with controlled laboratory scale and field mesocosm experiments. By manipulating natural
phytoplankton trait diversity we hypothesize to get shifts in zooplankton community and possible
feedback responses to the phytoplankton community again. We assume that differences in terms of
phytoplankton community composition and structure (i.e. changes in pigments composition, size
distribution, essential fatty acids production and nutrient uptake rates) due to changes in
nutrient availability, resource use, recycling patterns and feeding behaviors of altered zooplankton
communities will occur. Overall, this will help us to assess how loss of specific traits could impact
on plankton communities and to infer how the altered dynamics in turn could influence the
maintenance of biodiversity itself.
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226
Integrating freshwater fish biodiversity into spatial prioritization in
Colombia
Thomas Tomiczek¹; Jaime Garcia Marquez²; Sami Domisch²
¹ Humboldt University Berlin; ² Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries
Colombia forms one of the global freshwater biodiversity hotspots, home to 1494 freshwater fish
species. This exceptional fish fauna has, however, rarely been taken into account when selecting areas
for biodiversity conservation. This study integrates freshwater fish distributions into a spatial
prioritization exercise to assess to which extent (i) freshwater biodiversity, using fish as a proxy, is
currently represented within the existing protected areas, and (ii) if alternative protected area schemes
may have the potential to increase the number of fish species under protection.
We first collated a database of over 112,535 fish geographic occurrences of 1224 freshwater fishes
across Colombia for which data was available, harmonized the nomenclature and revised the georeferenced
coordinates. Using the GMTED-digital elevation model at 1 km2 resolution, we delineated
a stream network with a minimum catchment size of 90 km2, and
extracted the corresponding 33612 sub-catchments that served as spatial units within the analyses.
We then aggregated fish occurrence data and environmental variables (climate, topography, land
cover) across the sub-catchments and employed an ensemble of machine learning algorithms to
project single fish distributions across the study area.
We finally used the integer linear programming to delineate a hypothetical protected area network
that fulfills the minimum requirements for each fish species, i.e. maximizing species complementarity
and connectivity among river catchments, while minimizing the cost in terms of human footprint
index and required area for protection. Comparing the resulting portfolio of potential protected area
networks to the existing one, it allows us to highlight possible gaps in the current freshwater fish
representativeness across Colombia.
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Nitrogen (nitrate and ammonium) as driver of phosphorus use
efficiency in phytoplankton?
Gabriele Trommer¹; Patrick Lorenz²; Patrick Fink³; Monika Poxleitner²; Herwig Stibor²
¹ Wasserwirtschaftsamt Ansbach; ² Ludwig-Maximilians Universität München / Aquatische Ökologie; ³ Helmholtz-
Zentrum für Umweltforschung - UFZ
It is known that the nitrogen forms nitrate (NO3) and ammonium (NH4) are used differentially by
phytoplankton. One reason is for example that NH4 can be taken up directly by species, whereas the
utilization of NO3 requires costly enzyme activity by especially equipped phytoplankton species. To
investigate effects of increasing NO3:NH4 load and different ratios under low phosphorus conditions,
we performed mesocosm experiments in an oligotrophic lake in southern Germany. We fertilized
mesocosms over several months with different molar NO3:NH4 ratios. We found that increasing
nitrogen load under 4:1 NO3:NH4 fertilization led to a reduction of polyunsaturated fatty acids in the
phytoplankton community and not to large changes in phytoplankton biomass. However, we observed
greater phytoplankton biomass in mesocosm treatments with a relatively higher ammonium supply
(NO3:NH4 fertilization 1:4), and independent of total nitrogen load. Ammonium significantly
increased the total chlorophyll a concentrations, and the resource use efficiency of available
phosphorus. This effect was mainly driven by the growth of small phytoplankton species. The results
show that spring phytoplankton is able to respond to variations in nitrogen forms under low
phosphorus conditions not even by adjusting their biochemical and community composition but also
with biomass changes. Such changes at the base of the food web may certainly affect higher trophic
levels and should also be investigated in higher trophic lakes.
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Entwicklung eines Biomonitoring-Verfahrens in Grünlandgräben
Lisa Tunder¹; Anna-Lena Rotenhagen²; Luise Giani²; Ellen Kiel¹
¹ Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, IBU, AG Gewässerökologie und Naturschutz; ² Carl von Ossietzky
Universität Oldenburg, IBU, AG Bodenkunde
Gräben bilden im Tiefland ein dichtes Netz aquatischer Systeme. Ursprünglich als Element des
Wassermanagements angelegt, zeigt sich heute die regional hohe Bedeutung von Gräben als
Ersatzlebensraum für eine Vielzahl von Tier- und Pflanzenarten. Diese ‚Lebensadern‘ der
Agrarlandschaft sind meist vielfältigen Belastungsfaktoren ausgesetzt. Kommt es durch Boden- und
Nährstoffeinträge aus angrenzenden Nutzflächen zur Eutrophierung der Gräben, kann die verstärkte
pflanzliche Biomasseproduktion schnell zur Verlandung des Systems führen. Die intensivere
Gewässerunterhaltung zur Sicherung der optimierten Landbewirtschaftung steht den aktuellen
Bestrebungen zur Belastungsminimierung von Gräben entgegen.
Anders als bei Fließgewässern fehlt für Gräben die Möglichkeit, ökologische Effekte
unterschiedlicher (Nährstoff-)Einflüsse systematisch zu bewerten und von
bewirtschaftungsunabhängigen Faktoren zu differenzieren. Um effiziente Empfehlungen an die
landwirtschaftlichen Akteure zu richten, ist diese Differenzierung jedoch essenziell.
Ziel dieser Studie ist (1) die ökologische Charakterisierung der Effekte unterschiedlicher Düngung
auf die Gemeinschaft der grabenlebenden Makroinvertebraten, (2) die Entwicklung eines Konzeptes
zur Bewertung der gewässerökologisch relevanten Düngeeffekte und (3) die Entwicklung eines
Methodenstandards, der eine Erfolgskontrolle der (veränderten) Nährstoffsituation erlaubt.
Ausgangspunkt bildet die Annahme, dass nährstoffbedingte Unterschiede der Grabenvegetation ‒ als
wesentliches Besiedlungssubstrat ‒ systematische Unterschiede der Makroinvertebratenfauna
bedingen.
Im Rahmen dieser Studie werden 47 Grünlandgräben im Einzugsbereich der Jade
(Nordwestdeutsches Tiefland, Niedersachsen) untersucht. Mit Marsch-, Moor- und
grundwasserbeeinflussten Mineralböden sind im Projektgebiet die wesentlichen Bodentypen der
niedersächsischen Küstenregionen vertreten. In allen Gräben wird die Besiedlung durch
Makroinvertebraten systematisch erfasst. Die regelmäßige Erfassung der Parameter Stickstoff und
Phosphor ermöglicht die Charakterisierung der Nährstoffsituation. Dieser Vortrag beinhaltet neben
konzeptionellen und methodischen Grundlagen zur Realisierung des Vorhabens erste Ergebnisse zur
Besiedlung der Gräben durch Makroinvertebraten.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
229
Vorhabens- und Sanierungspläne als Lösungsansatz zur Erreichung
der Bewirtschaftungsziele von Oberflächenwasserkörpern in Sachsen
Kai-Uwe Ulrich1, Adrian Horn1, Johannes Kranich2, Frank Herbst2 & Christine Stevens2
1 BGD ECOSAX GmbH, Tiergartenstr. 48, 01219 Dresden, k.ulrich@bgd-ecosax.de; 2 Sächsisches Landesamt für
Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG), Zur Wetterwarte 11, 01109 Dresden,
johannes.kranich@smekul.sachsen.de
Keywords: Gewässerbewirtschaftung, Zielerreichung, Cadmium, Hintergrundkonzentration,
Nährstoffeintrag, Wasserüberleitung
Einleitung
Die Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL 2000) zur Erreichung des guten
ökologischen Zustands bzw. Potenzials und des guten chemischen Zustands von Fließgewässern
schreitet auch in Sachsen nur langsam voran. Zwar hat sich der Anteil der Oberflächenwasserkörper
(OWK) im guten Zustand/ Potenzial vom 1. Bewirtschaftungszyklus (2009–2015) zum Ende des
2. Bewirtschaftungszyklus (2016–2021) auf etwa 6 % verdoppelt. Das Ziel, alle OWK bis zum Ende
des 3. Bewirtschaftungszyklus im Jahr 2027 in einen guten Zustand/ Potenzial zu bekommen, ist aus
heutiger Sicht jedoch nicht zu erreichen, was zu einem Vertragsverletzungsverfahren der EU führen
kann. Deshalb müssen erhebliche Anstrengungen zu einer besseren Umsetzung der WRRL ergriffen
werden. Das LfULG Sachsen hat als einen Konzeptansatz sog. Vorhabens- und Sanierungspläne
(VoSa) initiiert, um die relevanten Belastungsfaktoren näher zu spezifizieren, die Quellen, Quellpfade
und -stärken zu identifizieren und geeignete, kosteneffiziente Maßnahmen zur Belastungsminderung
abzuleiten. Eine problembezogene Tiefenprüfung soll die Fokussierung auf relevante Belastungen
und Maßnahmen ermöglichen. Ausschnittsweise werden Ergebnisse der VoSa für die OWK Triebel
(Vogtland) und Eula-4 (mitteldeutsches Braunkohlenrevier) vorgestellt.
Material und Methoden
Untersuchungsgebiet
Der Triebelbach ist ein 15,5 km langer grobmaterialreicher silikatischer Mittelgebirgsbach (LAWA
Gewässertyp 5) im Oberlauf der Weißen Elster (Vogtland) mit 39,4 km² Einzugsgebiet. Gemäß
2. Bewirtschaftungsplan (2016–2021) befand sich der natürliche Wasserkörper Triebel
(DESN_566138) in einem als „mäßig“ eingestuften ökologischen Zustand (Ursachen:
Makrophyten/Phytobenthos, Fischfauna). Er wurde wegen Reliktvorkommen der Flussperlmuschel
(Margaritifera margaritifera) als Zielerreichungsgewässer deklariert. Für den „nicht guten“
chemischen Zustand waren Belastungen durch Cadmium (nicht ubiquitäre Stoffe) sowie Quecksilber
und PAK (ubiquitäre Stoffe) verantwortlich. Im Einzugsgebiet (EZG) gibt es einen aktiven Diabas-
Steinbruch und Einflüsse durch früheren Erz- und Flussspat-Bergbau. Ein Abflusspegel existiert
nicht, jedoch mehrere Gütemessstellen. Die Landnutzung im EZG ist geprägt durch 57 % Nadelwald,
230
25 % Ackerland und 15 % Grünland (LfULG 2017). Rund 3 % entfallen auf Siedlung, Infrastruktur
und Sonstiges. Die gewässernahen Flächen außerhalb der Ortslagen werden überwiegend als
Grünland bewirtschaftet und als Weiden genutzt. Ein naturnaher Gewässerrandstreifen fehlt, lediglich
eine Reihe älterer Bäume säumt die Bachufer.
Der erheblich veränderte Wasserkörper Eula-4 (DESN_566688-4) ist ein 11,6 km langer Sand- und
Lehm-geprägter Tieflandfluss (LAWA Gewässertyp 15) im von Braunkohlebergbau geprägten
Südraum Leipzigs mit 35,8 km² Einzugsgebiet. Er wies im 2. Bewirtschaftungsplan ein
unbefriedigendes ökologisches Potenzial (Makrophyten/Phytobenthos) auf. Die Morphologie war
sehr stark verändert und die Orientierungswerte der allgemeinen physikalisch-chemischen Parameter
(ACP) Sauerstoff (Minimalkonzentration), Gesamt-P, Nitrit, Ammonium und Sulfat nicht
eingehalten. Für den „nicht guten“ chemischen Zustand waren Belastungen durch Nickel und DDT
(nicht ubiquitäre Stoffe) sowie Quecksilber und PAK (ubiquitäre Stoffe) verantwortlich. Wegen der
Überleitung von Muldewasser zur Brauchwasserbereitstellung für das Kraftwerk Lippendorf und
einen Chemiestandort (realisiert über den Wasserspeicher Witznitz) ist der Abfluss des OWK Eula-4
(Menge und Dynamik) anthropogen stark überprägt. Die Überleitung wirkt sich auf das ökologische
Potenzial und den chemischen Zustand aus.
Inhalte eines Vorhabens- und Sanierungsplans in Sachsen
Nach der gängigen Mustergliederung enthält das Planungsinstrument zehn Hauptbestandteile:
1. Gebietsübersicht: OWK mit Einzugsgebiet, Leitbild und Referenzzustand, relevante Planungen
2. Zustands-/Defizitanalyse: Antwort auf die Frage: Was ist nicht gut?
3. Kausalitätsanalyse: DPSIR1-Ansatz zur Frage: Was sind maßgebliche Belastungen?
4. Verursacheranalyse: Antwort auf die Frage: Was sind die Ursachen / Quellen der Belastungen?
5. Handlungsanalyse: Antwort auf die Frage: Was ist grundsätzlich zu tun?
6. Restriktionsanalyse: Analyse der Hindernisse (z. B. Zielkonflikte, Eigentumsverhältnisse)
7. Maßnahmenableitung: Prinzipiell geeignete Maßnahmen, um Belastungen zu reduzieren
8. Maßnahmenbewertung & Priorisierung nach Wirksamkeit, Synergien, Umsetzbarkeit, Kosten
9. Maßnahmenkonzept: Konzeptionelle Darstellung der priorisierten Maßnahmen
10. Zielerreichbarkeit: Prognose, ob Ziele erreichbar sind; ggf. Fristverlängerung oder Begründung
weniger strenger Bewirtschaftungsziele gemäß § 30 WHG (2009)
Die Erstellung der beiden VoSa erforderte mehrere Gewässerbegehungen. Die Erstbegehung
bezweckte u. a., potenzielle Belastungsquellen aufzuspüren, Ufer- und Flächenerosion,
Querbauwerke und Strukturdefizite zu erfassen und Messstellen unter- und oberhalb von Zuflüssen
und Einleitungen sowie in diesen selbst festzulegen. Bei späteren Kampagnen wurden die Abflüsse
mit piezoelektrischem Sensor (OTT-Gerät) gemessen und Wasserproben genommen. Zudem wurden
einmalig Seston- bzw. Sedimentproben gewonnen. Die Analysen erfolgten in akkreditierten
Laboratorien, u.a. bei der Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft des Freistaates
Sachsen.
1 D: drivers (antreibende Faktoren), P: pressures (konkrete Belastungen), S: state (Gewässerzustand), I: impact
(Auswirkungen auf Biozönosen), R: responses (abgeleitete Maßnahmen)
231
Ergebnisse
OWK Triebel: Verursacheranalyse
Bei der Erstbegehung von der Mündung zur Quelle wurden mehrere mutmaßliche diffuse und
punktuelle Belastungsquellen festgestellt, die im Zuge von drei Kampagnen bei unterschiedlichem
Abfluss untersucht wurden. Die erste Messung im Nov. 2018 fand bei Niedrigwasser < MNQ statt,
der Triebel-Oberlauf war ausgetrocknet. Bei der zweiten Messung im März 2019 herrschte leichtes
Hochwasser, bedingt durch Schneeschmelze und Niederschlag. Der Abfluss an der Mündung war 9-
fach höher, lag aber nur leicht über dem regionalisierten MQ-Wert (Abb. 1). Der Vergleich der im
Triebelbach gemessenen Abflüsse mit der kumulierten Abflusssumme der gemessenen Zuflüsse
zeigt, dass bis zum Unterlauf etwa ein Drittel aus diffusem Wasserzutritt (Hangwasser, Interflow)
stammte. Bei der dritten Stichtagsmessung Ende Mai 2019 lag der Abfluss unter dem regionalisierten
MQ mit Tendenz zu MNQ. Diesmal resultierte etwa die Hälfte des Abflusses im Triebelbach aus
diffusem Wasserzutritt. Bei den Kampagnen wurden bis zu 38 Wasserproben genommen und
analysiert.
Abb. 1: Gemessener und geschätzter Durchfluss im Triebelbach entlang der Fließstrecke im Vergleich
mit regionalisierten MNQ- und MQ-Werten aus dem Wasserhaushaltsportal Sachsen (2018).
Für die Messung im März 2019 sind die Zuflüsse zum Triebelbach kumulativ aufgetragen.
Um mögliche Belastungsquellen zu erkennen, wurden die Stofffrachten (Produkt aus Konzentration
und Abfluss) als Funktion der Fließstrecke visualisiert. Die Abb. 2 demonstriert dies am Beispiel von
Nitrat, Gesamtphosphor und Cadmium. Die Tagesfrachten von NO3-N korrelierten positiv mit dem
Abflussregime und nahmen in Fließrichtung des Triebelbachs stetig zu. Während im Oberlauf die
Frachtsumme der Zuflüsse mit der NO3-N-Fracht im Triebelbach nahezu übereinstimmte,
divergierten beide Frachtgrößen zunehmend stromabwärts von Fluss-km 10. Dies zeigt, dass diffuse
Nitrateinträge über Sickerwasser aus ufernahen Flächen die Nitratfracht entlang der Fließstrecke
steigern.
232
Abb. 2: Frachten von Gesamtphosphor bei MNQ im Nov. 2018 (oben), gelöstem Cadmium bei >MQ
im März 2019 (Mitte) und Nitrat-Stickstoff bei ca. 2-fach MNQ im Mai 2019 (unten) im
Triebelbach entlang der Fließstrecke (blaue Kreise) und in teilweise bezeichneten Zuflüssen
(rote Rauten) sowie kumulativ für alle beprobten Zuflüsse (rote Linie).
233
Die P-ges Fracht war erwartungsgemäß bei hohem Abfluss (>MQ) mit bis zu 400 g/d am höchsten,
bei MNQ (Herbst 2018) betrug sie lediglich ein Viertel (Abb. 2). Haupteintragsquellen waren der
Stöhrenbach und der Bösenbrunner Dorfbach, wobei erhöhte Einträge von Ammonium, Nitrit, BSB
und TOC den Verdacht auf Siedlungsabwasser lenken. Im Mai 2019 kam noch ein deutlicher
Frachtanstieg bei P-ges unterhalb von Fluss-km 4,5 hinzu. In diesem Bereich weideten Rinder entlang
des Flussufers. Der zwischen den Ortslagen Triebel und Bösenbrunn sowie flussabwärts bis zur
Mündung erkennbare Rückgang der P-ges Fracht auf ein Drittel bis Viertel (Abb. 2) beruht auf
Sedimentation, was auch zur Akkumulation abgelagerter Schwebstoffe beiträgt.
Auch die Tagesfrachten des gelösten Cadmiums korrelierten mit dem Abflussregime. So stieg bei
hohem Abfluss (>MQ) die Cd-Fracht in Fließrichtung von 1 g/d auf über 5 g/d an, wobei der
Hauptanstieg im Ober- und Mittellauf erfolgte (Abb. 2). An der guten Übereinstimmung des
Frachtverlaufs im Triebelbach und der Summenfracht der Zuflüsse zeigt sich die Herkunft des
Cadmiums aus Seitenbächen, insbesondere bei der Schneeschmelze. Die niedrigste Cd-Fracht wurde
unter MNQ-Bedingungen festgestellt (bis 0,11 g/d). Der namenlose Zufluss bei der Triebelmühle
wies überraschend hohe Konzentrationen, aber geringe Frachten auf. Der Brüder-Einigkeit-
Erbstollen stellte keine Eintragsquelle dar.
OWK Triebel: Ableitung von Maßnahmen
Da keine lokalen anthropogenen Belastungsquellen für Cadmium im Einzugsgebiet identifiziert
werden konnten, wurde nach der Methodik der LAWA (2015) eine Hintergrundkonzentration als
regionale Jahresdurchschnitt-Umweltqualitätsnorm (JD-UQN) erarbeitet. Für die amtlichen
Gütemessstellen ohne anthropogenen Einfluss im Oberlauf wurden die langjährigen Datenreihen
(Zeitraum 2001−2017) gepoolt ausgewertet:
N = 95, Median 0,27 μg/l Cd, 90-Perz. 0,50 μg/l Cd, Max 1,2 μg/l Cd
Das 90-Perzentil von 0,5 μg/l Cd wurde als Hintergrundkonzentration und JD-UQN statt 0,09 μg/l
Cd nach OGewV (2016) vorgeschlagen und mittlerweile in der Zustandsbewertung für den
3. Bewirtschaftungsplan herangezogen. Außerdem existiert bereits für den Grundwasserkörper im
Einzugsgebiet ein geogen erhöhter Schwellenwert von 0,7 μg/l Cd statt 0,5 μg/l Cd [9]. Für die ZHKUQN
von 0,6 μg/l Cd (OGewV 2016) besteht kein fachlicher Grund für eine regionale Anpassung.
Die Tabelle 1 nennt acht Maßnahmen zur Minderung bzw. Beseitigung punktueller Belastungen,
wovon vier in den Verantwortungsbereich des Steinbruchbetreibers und je zwei in den der Unteren
Wasserbehörde und des zuständigen Landwirtschaftsbetriebs fallen.
Zur Minderung diffuser Belastungen dienen folgende Maßnahmen des LAWA-Katalogs:
• 14 Pufferstreifen entlang erosionsgefährdeter Steillagen (≥130 t ha-1 a-1) mit Längen von 115–565
m als extensive Sukzessionsflächen (Flächenbedarf 4,5 ha);
• Minderung von Erosion am Gewässer und des Stoffeintrags durch Weidetiere (zurückgesetzter
Weidezaun, Mahd im Gewässerrandstreifen, Trinkwagen entfernt vom Gewässer, keine
Düngung);
• Minderung des Nitrataustrags, Senkung des Nährstoffeintrags auf Grünland und Ackerflächen,
ausgewogene Nährstoffbilanz, gewässerschonende Gülleausbringung;
• Landwirtschaftliche Beratung insbesondere zu Erosionsminderung, Minderung des Nitrataustrags
und Besonderheiten der gewässernahen Weidenutzung.
• Hydrologie: Entnahmeverbote bei Niedrigwasser.
• Durchgängigkeit: Rückbau von acht Querverbauungen (ca. 32 T€ Baukosten).
234
Tab. 1: Maßnahmen am Triebelbach zur Minderung punktueller Belastungen
Flussmeter Maßnahme Präzisierung
630
Maßnahmen zur Reduzierung der direkten
Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft
(Zugang Weidetiere unterbinden)
Unterbindung des Zugangs von
Weidetieren zum Bach,
"Durchsetzung gute fachliche
Praxis"
1450
Sonstige Maßnahme zur Reduzierung
anderer hydromorphologischer
Belastungen
Untersagung der
Gewässerdurchfahrt ohne befestigte
Furt oder Überfahrt
3420
Maßnahmen zur Reduzierung punktueller
Stoffeinträge aus dem Bergbau
(Haldensickerwassereinleitung)
Unterbindung der Einleitung von
unbehandeltem Haldensickerwasser
4910, 9850
Vertiefende Untersuchungen und
Kontrollen (Kleinkläranlagen)
Kontrollen der Funktion von
Kleinkläranlagen mit Entwässerung
in den Dorfbach Bösenbrunn /
Stöhrenbach
5500, 5550,
5650
Vertiefende Untersuchungen und
Kontrollen (Rückhalt partikuläre Stoffe,
Ausfällung)
Ablauf Diabasbruch,
Partikelrückhalt, Prüfung
Ausfällungspotenzial
Gewässer-/Habitatstruktur: Sechs Maßnahmen in der Ortslage Triebel (Initialpflanzungen von
standorttypischen Gehölzen, Dynamisieren von Profil und Uferlinie (Uferbermen, Dreiecksbuhnen
als Strömungslenker, Belebungssteine zur Strömungsvitalisierung, optimierte Böschungsmahd) als
Aufwertungsstrahlweg mit Trittsteinen (Kostenschätzung 92 €/m). Zusätzlich sollte die
Flussperlmuschel durch wechselseitigen Gehölzbestand und gehölzfreie Abschnitte entlang des
Triebelbachs gefördert werden.
Die abgeleiteten Maßnahmen wurden bezüglich ihrer Umsetzbarkeit, Kosten und Wirksamkeit
eingestuft. Eine Nutzwertanalyse diente der Priorisierung. Die Nutzfaktoren zur Ökologie wurden
insgesamt mit 50 % gewichtet mit stärkerem Fokus auf Makrozoobenthos und
Makrophyten/Phytobenthos, da hier die Hauptdefizite laut der Bewertung von 2015 liegen. Die
Kosten wurden mit 30 % und die Umsetzbarkeit mit 20 % gewichtet. Die Nutzwerte errechnen sich
aus den Produktsummen.
Im Ergebnis der Nutzwertanalyse erhielten fünf Maßnahmen eine sehr hohe Priorität (< 1,5), 17
Maßnahmen eine mittlere Priorität (< 2) und sieben Maßnahmen eine geringere Priorität (< 2,5). Die
höchsten Nutzwerte zeigen Maßnahmen zur Verhinderung des Eintrags von Haldensickerwasser, der
Rückbau von Stauanlagen sowie landwirtschaftliche Maßnahmen gegen Erosion auf der Fläche.
Deshalb folgert die Studie, diese Maßnahmen zügig zur Stabilisierung des derzeit zwischen „mäßig“
und „gut“ pendelnden Zustands umzusetzen. Dagegen sind die Strukturmaßnahmen in der Ortslage
Triebel aufgrund der Kosten und der nur mittleren Priorität nachrangig.
OWK Eula-4: Verursacheranalyse
Ausschlaggebend für das „unbefriedigende“ ökologische Potenzial war im 1.
Bewirtschaftungszeitraum die biologische Qualitätskomponente Makrophyten/Phytobenthos. Als
Referenzzustand karbonatisch und basenreich organisch geprägter potamaler Fließgewässer des
235
Norddt. Tieflandes werden Makrophyten vom Typ TNk, Phytobenthos vom Typ PB 10 und
benthische Diatomeen vom Typ D 12.2 erwartet. Demgegenüber ergab die Untersuchung der
morphologisch verschieden strukturierten OWK-Abschnitte im Jahr 2020 ein sehr heterogenes Bild
u.a. mit flutenden Makrophyten und rhithralen Zeigerarten. Aus den jeweiligen Indices für
Diatomeen, Makrophyten, Phytobenthos, Halobien und Trophie errechnete sich die Ökologische
Zustandsklasse 4. Als Hauptbelastungsfaktoren, die sich besonders negativ auf die Bewertung
auswirken, wurden abgeleitet: Nährstoffe (N, P), erhöhte Strömung (Q, v) und die sehr stark
veränderte Hydromorphologie. Für die letzten beiden Belastungsfaktoren liegt die Ursache eindeutig
in der bedarfsgesteuerten Muldewasserüberleitung (Abb. 3) und dem begradigten Gewässerausbau.
Als Nährstoffquellen wurden die Vorbelastung im Oberlieger-OKW Eula-3 und im Muldewasser
sowie alle Zuflüsse außer dem Saubach erkannt. Dadurch schwankt die P-ges Konzentration
unabhängig von der Überleitung (Abb. 4). Im Gegensatz dazu zeigt die Sulfatkonzentration eine
deutliche Abhängigkeit, wobei ohne Überleitung der Orientierungswert der OGewV (2016) von
200 mg/L für das „gute“ ökologische Potenzial merklich überschritten ist.
Als Quelle für die Nickelbelastung wurden der Saubach (bis zu 100 μg/L in 2019), der Heinersdorfer
Bach und die Vorbelastung im OWK Eula-3 identifiziert.
Abb. 3: Abflussschwankung im OWK Eula-4 (Pegel Kesselshain 1) im Kalenderjahr 2016. Die hohen
Werte resultieren aus der Überleitung von Muldewasser (rechtes Foto: Horn, 06.06.2018), die
niedrigeren repräsentieren den natürlichen Gebietsabfluss (linkes Foto: Herbst, 12.09.2018).
OWK Eula-4: Ableitung von Maßnahmen
Die Muldewasserüberleitung ist eine bis 2045 genehmigte Restriktion, die sich nicht beseitigen lässt.
Zur Abschwächung der erhöhten Strömung wurden lokale Aufweitungen des Profils und die
Schaffung strömungsberuhigter Bereiche vorgeschlagen. Dadurch soll auch morphologische
236
Strukturvielfalt geschaffen werden. Zur Durchgängigkeit der für Fische nicht passierbaren Wehre
wurden bereits Maßnahmen umgesetzt. Maßnahmen zur Minderung der Nährstoffeinträge betreffen
die Hofentwässerung eines Milchviehbetriebs, Düngeoptimierung im landwirtschaftlich genutzten
EZG, den Ausbau von Gewässerrandstreifen und von kommunalen Kläranlagen.
Als Fazit des VoSa wurde aufgrund der bestehenden Restriktionen ein weniger strenges
Bewirtschaftungsziel für den OWK Eula-4 für den Zielerreichungshorizont 2027 formuliert, nämlich
ein „mäßiges“ ökologisches Potenzial. Damit wäre die konsequente Umsetzung der erarbeiteten
Maßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Potenzials um eine (statt um zwei) Zustandsklassen
geboten. Weniger strenge Bewirtschaftungsziele bedürfen einer regelmäßigen Prüfung. Eine
Fortschreibung für weitere Bewirtschaftungszyklen nach 2027 ist möglich, soweit alle
verhältnismäßigen Maßnahmen zur Erreichung des bestmöglichen Zustandes ergriffen werden.
Abb. 4: Konzentration von Sulfat (oben) und P-ges (unten) an Stichtagen mit maximaler bzw.
teilweiser Wasserüberleitung und ohne Überleitung. Die Strichlinien zeigen die
Orientierungswerte von Anl. 7 OGewV (2016) für das „gute“ ökologische Potenzial.
237
Schlussfolgerungen
Um die Zielerreichung gemäß WRRL (2000) für Oberflächenwasserkörper passgenau zu
beschleunigen, hat der Freistaat Sachsen das Planungsinstrument VoSa für Oberflächenwasserkörper
mit komplexen Belastungssituationen geschaffen. Zwei Beispiele aus der Praxis haben demonstriert,
wie es bei vielschichtigen Gewässerbelastungen gelingt, die Ursachen der Zielverfehlung
ganzheitlich zu ergründen, Maßnahmen zielkonkret abzuleiten und anhand von Nutzwerten zu
priorisieren, vorhandene Restriktionen einzubeziehen und im Bedarfsfall Ausnahmetatbestände (z.
B. weniger strenge Bewirtschaftungsziele) stichhaltig zu begründen. Das Planungsinstrument erweist
sich als ein geeignetes Werkzeug, die dringend erforderlichen Maßnahmen wirkungsvoll zu planen.
Zum Erfolg der geforderten Zielerreichung nach WRRL bedarf es einer konsequenten und stark
beschleunigten Realisierung solcher Maßnahmen.
Danksagung
Die Arbeit entstand im Rahmen von zwei vom LfULG beauftragten Projekten zur Vorhaben- und
Sanierungsplanung. Wir bedanken uns für die konstruktive Zusammenarbeit und Unterstützung.
Literatur
LAWA (2015): Berücksichtigung von natürlichen Hintergrundkonzentrationen bei der Beurteilung von
Überschreitungen der Umweltqualitätsnormen nichtsynthetischer Schadstoffe. LAWA-AO,
Technische Anleitung zur Oberflächengewässerverordnung, Arbeitspapier 1, 2.7.2015.
LfULG (2017): Steckbrief Oberflächenwasserkörper Triebel (DESN_566138). Bewertungszeitraum 2009-
2015, Stand 24.5.2017.
OGewV (2016): Oberflächengewässerverordnung (OGewV) - Verordnung zum Schutz der Oberflächengewässer
vom 20.06.2016, zuletzt geändert am 09.12.2020.
Wasserhaushaltsportal Sachsen, URL: www.wasser.sachsen.de/wasserhaushaltsportal-11071.html
(Stand 11/2018).
WHG (2009): Wasserhaushaltsgesetz (WHG) - Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts vom 31.07.2009,
zuletzt geändert am 18.07.2017.
WRRL (2000): Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000
zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik
- Wasserrahmen-Richtlinie (WRRL), zuletzt geändert durch die Richtlinie 2014/101/EU vom
30.10.2014.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
238
Biochemically stimulated sludge degradation with a new method - first
experiences from feasibility studies
Kai-Uwe Ulrich 1, A. Rau 2 & T. Willuweit 3
1 BGD ECOSAX GmbH, Tiergartenstraße 48, 01219 Dresden, k.ulrich@bgd-ecosax.de; 2 Landestalsperrenverwaltung
Sachsen, Betrieb Oberes Elbtal, 01744 Dippoldiswalde; 3 SÖLL GmbH, Fuhrmannstr. 6, 95028 Hof,
willuweit@soelltec.de
Keywords: lake, phosphorus, sediment treatment, calcium peroxide, organic matter, decomposition
Introduction
Accelerated eutrophication of lakes and rivers, coupled with high sediment accumulation, nearbottom
oxygen deficiency, insufficient phosphate (PO4) burial, and dominance by cyanobacteria,
remains a major water quality and health issue worldwide (Morris 1999; Rabalais et al. 2010; Ansari
et al. 2011). Especially prone are shallow lakes, the most common freshwater bodies in the world
(Wetzel 2001; Downing et al. 2006). They are widespread elements of the landscape and contribute
to the microclimate, biodiversity, local recreation and, managed as fish pond, also to food production.
Due to their low water depth (<5 m) they are usually polymictic, sometimes short-term stratified
depending on the weather (DGL 2014).
In contrast to deep lakes, nutrients in shallow lakes are recycled faster and more frequently, giving
them a higher degree of trophy (Kumar & Sekaran 2014). At medium trophic level, major primary
producers and transient nutrient pools are macrophytes and floating leaf plants, supporting transparent
lake water. With increasing nutrient input, the dominance of macrophytes can rapidly shift to
phytoplankton, while water turbidity increases (Qin et al. 2013). Cyanobacteria and accelerated
sedimentation are undesirable for lake usage. Because lowering of the trophic state due to the wellknown
hysteresis can take a long time even after reducing nutrient inputs, supportive or faster
effective water treatment measures are desirable. This may direct the focus on the pond sediment.
Restoration methods directed to the sediment include traditional sediment dredging, which causes
severe disturbance of established habitats and usually high costs and requires deposition of the
dredged matter, which is frequently loaded with substances above regulated threshold values. In-situ
measures are combating excessive oxygen deficits and/or nutrient release from the sediments. An
established technology is supply of nitrate as an electron acceptor to increase the redox potential near
the sediment–water interface and stimulate mineralization, in combination with calcium or iron to
precipitate phosphate (RIPLOX method, Ripl 1976). Although a water-soluble nutrient is introduced
by this technique which may temporarily enhance eutrophication, the phosphorus binding capacity of
the sediment may increase (Schauser et al. 2003).
The present study tested the feasibility of a new approach based on a nutrient-free substance mixture
that contains aerobic microbes and liberates molecular oxygen as electron acceptor for microbial
decomposition of organic matter (OM) and potential oxidation of reduced ions. Here we report and
discuss effect monitoring results from applications at three test sites, two ponds and one shallow lake
located in Germany and China.
239
Material, Procedure and Methods
The tested products (SchlixX+® and SeDox®, Söll 2015) contain up to 3 components:
- Calcium peroxide (CaO2), active ingredient (15–75 %)
- Bentonite (for approval), CaCO3 (for buffering), CaCl2, Ca(OH)2 (side-products of manufacturing)
- Cultivated aerobic bacteria (up to 8 different species, freeze-dried).
Calcium peroxide is a water insoluble powder that in non-acidic water slowly decomposes over 8–10
weeks by releasing molecular oxygen (Eq. 1; Ma et al. 2007). The substance has been used as an
oxygen realizing compound (ORC) for contaminant degradation in soil (Cassidy & Irvine 1999), in
shrimp farm sediment (Hanh et al. 2005), in treatment walls (Chevalier & McCann 2008) or to control
P-concentration in water and sediments (Willuweit et al. 1999).
2 CaO2 + 2 H2O → 2 Ca(OH)2 + O2 (Eq. 1)
The substance was introduced to the sediment surface by boat equipped with a suspension and dosing
system and GPS tracking, or injected ~0.5 m deep into the sediment by using a lance.
To derive the chemical reaction potential, we calculated the SchlixX+ dose per m² needed to reduce
loss on ignition by 1 % unit. Assuming “average biomass” according to Eq. 2 (Uhlmann & Horn
2001), 1.56 g O2/g OM are needed. Thus 15.6 g O2/kg DR (dry residue) is needed to decompose
10 g OM/kg DR. For the 0–1 cm sediment layer with dry residue content of 0.045 g DR/cm³ WS
(original wet sediment), 450 g DR/m² require 7.0 g O2/m².
C106H180O45N16P + 118.5 O2 → 106 CO2 + 66 H2O + 16 NH3 + PO4
3- + Energy (Eq. 2)
Because 1 kg of SchlixX+® will release 33.3 g O2 over 8–10 weeks, the demand would be 210 g/m².
However, O2 may also oxidize inorganic reductants in the sediment, e. g. Fe(II) (Eq. 3):
Fe2+ + 0.25 O2 + 2.5 H2O → Fe(OH)3 + 2 H+ (Eq. 3)
A conceptual sketch of interacting processes and reactions across the water-sediment interface is
shown in Fig. 1.
Study sites
The Mühlenteich pond (52° 12.027' N, 8° 6.265' E) is located in the village Georgsmarienhütte near
Kloster Oesede, Lower Saxony, Germany. The surface area is roughly 10,700 m2 (excluding a fully
silted area), the water depth ranged from less than 0.5 m to 1.1 m (2014). The lake is fed by
precipitation and groundwater as it has no connection to a nearby river. The total sediment volume
prior to the first application of ORC was estimated to roughly 10,700 m3 (Boenert & Lansing 2014).
SchlixX+® was applied four times by supplying doses of 47 (9/2012), 280 (7/2013), 140 (6/2014) and
62 g/m² (8/2018). Between August 2012 and June 2019, the sediment thickness was repeatedly
determined at fixed poles indicating sampling points P1 to P17 (initially P1 to P5) relative to actual
and initial water table. Sediment samples were collected in coring tubes, homogenized and analyzed
for weight percentage of dry residue (DR) and OM according to DIN EN 12880 and DIN EN 15935.
DR density was calculated from DR content assuming an average solid density of 2.5 g/cm³. Diffusive
P release from the sediment was measured in 10 sediment cores after 48 h incubation at in-situ
temperature and daylight simulation. Lake water quality, phytoplankton, zooplankton and
macrophyte communities were monitored.
240
Fig. 1: Conceptual sketch of biochemical reactions in lake sediments and near the sediment-water
interface
For a six months feasibility study in a China-German cooperation project, a dammed fish pond
connected to the Caohai basin of Dian Lake (24°48’-25°28’N, 102°29’-103°01’E) was selected. This
old-age shallow eutrophic lake is located at an elevation of 1,887 m above sea level near Kunming
City in Yunnan Province, southwestern China. Near the center of a ~10,000 m² test pond, two
enclosures formed by acrylic glass tubes of 1 m diameter and 2 m length were installed prior to the
sediment treatment with ORC. Each enclosure covered a sediment area of 0.8 m² down to ~0.8 m
sediment depth, and a water volume of roughly 0.8 m³, depending on water level fluctuation. In the
experimental enclosure and the test pond, SeDox® suspension with a CaO2 dose of roughly 0.2 g/kg
sediment was injected 0.5 m deep into the mud, while the second enclosure remained untreated as a
reference.
Prior to the sediment treatment and after six months, sediment samples were collected to determine
key properties like bulk water content and density of residue, organic content as loss on ignition, Pcontent
and P-fractions by sequential extraction according to Psenner et al. (1984, 1988) modified by
Hupfer (1995). The monitoring of sediment thickness was performed by measuring the water depth
in relation to a fixed label on the enclosure outer wall in weekly intervals. The School of Life Science,
Yunnan University, carried out biological monitoring covering phytoplankton, submerged plants and
benthic animals. The phytoplankton monitoring was carried out along two sample strips. The aquatic
biology was monitored prior to the project start as well as three and six months after SeDox®
application.
In the shallow lake Kleiner Rußweiher located near Eschenbach i.d.Opf. (Bavaria, Germany), 16.9 of
27 ha of the sediment surface were treated in April 2019 with 7.5 t of SchlixX+® at a dose of 44 g/m².
The boat lanes were tracked by GPS, as is visible in Fig. 2. Monitoring included lake water, pore
water and sediment composition including sequential P extraction as well as communities of
phytoplankton, zooplankton, macrozoobenthos and macrophytes.
241
Fig. 2: Aerial view of western part of Lake Kleiner Rußweiher, yellow line indicates the boat lane of
SchlixX+® application above the sediment surface
Results and Discussion
In the Mühlenteich pond, the initial sediment thickness was 99.8 ± 32.5 cm (N=5). The first low-dose
supply of ORC (47 g/m²) in 2012 led to a sediment thickness decrease of 12 % on average. In June
2013, prior to the second (major) ORC supply, an average sediment thickness of 91.4 ± 32.5 cm
(N=5) has been measured at P1 to P5, due to ongoing settling of seston. Sediment property data
showed high variability that could be reduced by dividing the five initial monitoring points into two
groups: Group 1 (P1, P3, P4) and Group 2 (P2, P5). Three months after the second ORC application,
the sediment decrease was even more pronounced (Fig. 3). Based on the initial DR content, a
maximum loss of 220 kg/m² or 25 % decrease of sediment thickness was found.
After the third ORC application the sediment thickness further decreased to 59.8 ± 16.8 cm (N=17).
This decrease of sediment thickness by another 20 % was close to the maximum average loss of OM
(234 ± 128 kg/m²) or 22 % decrease of sediment volume based on the sediment property data
measured in October 2013 (N=15). However, due to ongoing settling of OM containing seston, the
sediment samples contain some residual OM after each ORC application. When accumulating the
treatment effect over the whole monitoring period from August 2012 to October 2014, an average
sediment thickness reduction of 45 ± 11 % (N=5) has been calculated. Between October 2018 and
June 2019 after the forth ORC application the sediment volume and the OM content both diminished
by 18 % on average.
242
The P release rates determined prior to SchlixX+® application were higher (13.7 ± 8.1 mg P m-2 d-1)
than a few months after this measure (3.9 ± 9.8 mg P m-2 d-1), where 3 of 10 sediment samples even
showed P-uptake (Fig. 4). Variability and patchiness were strong, and seasonal effects with higher P
release in early summer than in early spring cannot be excluded.
Fig. 3: Time course of sediment thickness (left ordinate), dry residue and organic matter content
(right ordinate) affected by SchlixX+® dosage (dashed lines) in Mühlenteich pond.
The ecological monitoring of pond Mühlenteich did not reveal any negative effects neither on zooand
phytoplankton species composition and abundance nor on the submersible macrophyte vegetation
(Boenert & Lansing 2014, 2019). Because some species propagated during the autumn and effectively
incorporated phosphate, the observed slight decrease of phosphate concentration in the lake water
could not solely be attributed to the ORC application. Further investigation on the effects of ORC on
P cycling is needed.
In the untreated Reference Enclosure of the Caohai test pond, the sediment surface fluctuated around
±3 cm compared to the initial surface level. In the experimental enclosure, this level diminished up
to 12 cm (or by 24 % of the treated layer) after SeDox® application (Fig. 5). A temporary increase
of the sediment surface level in June can be attributed to the massive growth of submerged and benthic
water plants that occurred likewise in the Reference Enclosure and in the test pond area. The massive
growth of benthic water plants impeded correct depth measurements. A declining trend of the
sediment surface level was also measured at several piercings distributed across the test pond area in
comparison to an untreated reference site (data not shown).
243
Fig. 4: P release rates measured in 10 sediment cores collected from Mühlenteich pond before
(28.06.18) and several months after dosage of SchlixX+®.
Fig. 5: Change of upper sediment thickness in Experimental Enclosure (0.5 m treated with Sedox) in
comparison to the untreated reference enclosure in the Caohai test pond of Dian lake, China
244
Nine weeks after SchlixX+® supply to the lake Kleiner Rußweiher, the OM content of the sediment
diminished by 3–6 % units at the sampling point of the treated section as compared to 2.5–4 % in the
untreated section (N=4). However, there were obvious signs showing wind driven drifting of
substance from the treated to the untreated lake section. The DR content also showed slight decrease
rather than increase expected from the addition of solid by-products. After nine weeks, the sediment
decomposition yielded 2.7 ± 1.5 cm in the treated section (N=115, including measured gross
sedimentation rate). Another measurement after five months showed a total volume decrease of
11,700 m³ sediment on a measured area of 70,000 m², equivalent to an average decrease of sediment
thickness of 17 cm. Taking into account the measured settling rate of dry matter, the average sediment
decline was 22 ± 2 cm. Hence, most part of the sediment decomposition happened later than nine
weeks after SchlixX+® application, indicating delayed adaptation of microbial activity.
The analyses of P binding to the sediment using a standard sequential extraction protocol (Psenner et
al. 1984, 1988; Hupfer 1995) revealed substantial shifts of P fractions, in particular an increase of the
soluble reducible P-fraction (BD-SRP) and the soluble P-fraction extractable with 1 M NaOH base
(NaOH-SRP) (Fig. 6). These phosphate pools coincided with extracted iron, suggesting that Fe(II)
oxidation had increased the P sorbing pool of Fe(III)-hydroxides. Thus, SchlixX+® application may
support increased P-sequestration as long as oxic conditions are maintained near the sediment surface.
This sequestration effect was more pronounced in the treated enclosure sediment of Caohai than in
the sediment of Kleiner Rußweiher, most likely due to the higher SchlixX+® dosage.
Fig. 6: Change of TP content and P fractions in the upper sediment of Experimental Enclosure and
Caohai test pond of Dian lake, China (0.5 m treated with SeDox) in comparison to the
untreated Reference Enclosure
245
Conclusions
The independent feasibility studies showed considerable decrease of sediment depth and organic
matter content after ORC supply even exceeding the pre-estimated magnitude. Likewise effects were
lacking in the untreated reference enclosure. Hence, the data support the proposed mechanism of
stimulated organic matter decomposition through the release of oxygen from CaO2. This process
obviously improved the transfer of electron acceptors (oxidants) from the lake water across the
interface and enhanced microbial mineralization activity in the sediment. Adverse effects of the tested
ORC on the lake ecosystems have not been observed. Seasonal changes of plankton communities and
nutrient concentrations in the lake water (data not shown) occurred during the monitoring period, but
cannot be attributed to the sediment treatment with ORC. The CaO2 containing products appear
suitable as effective, environmentally friendly, low-cost alternatives to conventionally applied
remediation measures such as aeration or sediment dredging. Further research is needed on the
potentials to prevent P-release from sediment and promote P sequestration.
Acknowledgements
Special thanks are owed to the cities of Georgsmarienhütte and Eschenbach, Germany, and to the
environmental officer Andreas Möllenkamp and Christian Meyer, for supporting the investigation.
We thank Andreas Boenert of AgL Company for providing supportive information on the project.
Juliana Valle of SÖLL Company assisted with improving an earlier draft of this paper.
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Beitrag der Jahrestagung 2019 in Münster.
Parts of this study have been published in German unter (Ulrich et al. 2020). Beitrag verfügbar unter
www.springerprofessional.de/link/18039046
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
247
Omnipräsentes Auftreten von Herbizid-Transformationsprodukten in
allen Wasserkörpertypen eines landwirtschaftlich geprägten
Einzugsgebietes
Uta Ulrich¹; Matthias Pfannerstill²; Guido Ostendorp³; Nicola Fohrer¹
¹ Christian-Albrechts-Universität Kiel; ² Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und Ländliche Räume Schleswig-
Holstein; ³ Landesamt für soziale Dienste Schleswig-Holstein
Die Erforschung des Umweltverhaltens von Pestiziden hat gezeigt, dass die ausgebrachten
Verbindungen (Muttersubstanz) im Laufe der Zeit in ihrer molekularen Struktur verändert werden
und sich in der Umwelt verteilen. Eine solide Risikoabschätzung dieser Transformationsprodukte
(TP) ist bislang nicht möglich, da sie nicht systematisch in den verschiedenen Wasserkörpertypen
eines Einzugsgebietes erfasst wurden. 2015/16 wurden in einem 50 km² Einzugsgebiet die vier
Wasserkörpertypen Drainagewasser, Flusswasser, oberflächennahes Grundwasser und Trinkwasser
aus Privatbrunnen beprobt und auf die Herbizide Metazachlor und Flufenacet sowie auf ihre TP
-sulfonsäure und -oxalsäure untersucht. Die TP waren in jedem Gewässertyp präsent, häufiger und in
bis zu 10-fach höheren Konzentrationen als ihre Muttersubstanz vorhanden. Insbesondere
Metazachlorsulfonsäure, -oxalsäure und Flufenacetoxalsäure wurden in fast allen Drainage- und
Flussproben nachgewiesen. Der Transformationsprozess führt zu mobileren und persistenteren
Molekülen, wodurch die höheren Nachweishäufigkeiten und Konzentrationen erklärt werden können.
Diese Befunde können sogar noch ein Jahr oder länger nach der Anwendung der Muttersubstanz
auftreten. Auch die Gefährdung von oberflächennahem Grundwasser und privaten
Trinkwasserbrunnen wird durch zahlreiche positive Befunde von Metazachlor-TP mit maximalen
Konzentrationen von 0,7 μg L-1 (Trinkwasser) und 20 μg L-1 (oberflächennahes Grundwasser) von
Metazachlorsulfonsäure belegt. Niederschlagsereignisse während des Anwendungszeitraums führen
zu einem hohen Austrag der Muttersubstanz und einer geringeren Freisetzung von TP. Spätere
Niederschlagsereignisse führen zu einer hohen Verlagerung von TP. Für eine integrierte
Risikobewertung von Gewässern muss das Umweltverhalten von Pestizid-TP in die regelmäßige
Überwachung der Wasserqualität einbezogen werden.
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248
Long-term research on springs and headwaters in the Engiadina Val
Müstair UNESCO biosphere reserve
Stefanie von Fumetti
Forschungsgruppe Geoökologie/Universität Basel
Springs and headwaters worldwide face severe environmental changes caused by Global Climate
Change. These changes will be more drastic in alpine regions. Rising water temperatures and a
shifting discharge regime will impact springs and spring-fed headwaters as well as glacier-fed
headwaters. It is, however, still unknown what the consequences will be for species composition and
ecosystem functioning. Overall, biodiversity loss and a homogenization of species assemblages are
expected. For venturing future predictions on how species composition in springs could change two
prerequisites are necessary: We need to know the status quo and we need to conduct a sophisticated
long-term monitoring. In 2019 a long-term research project started in the Engiadina Val Müstair
UNESCO biosphere reserve including the Swiss National Park on 40 selected springs and headwaters.
The goal is to understand how these aquatic systems will react to predicted hydrogeological changes
caused by climatic changes. First results from 2019 and 2020 show relatively stable hydrogeological
conditions and slight annual variation of water temperature and ion concentrations. Species
assemblages are dominated by Limnephilid-species, Protonemura lateralis and Chironomids. Species
richness is highest within Hydrachnidia, Plecoptera and Trichoptera. Significant differences between
springs and their brooks were not found, but slight changes in species composition are obvious. After
a third field campaign in 2021 and a thorough data analysis 15-20 springs and headwaters will be
selected for long-term research in the following decades.
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249
Auswirkungen des Klimawandels auf Überleben und Wachstum der
Flussperlmuschel (Margaritifera margaritifera L.)
Annekatrin Wagner¹; Felix Grunicke²; Thomas Schiller³; Daniel Linke; Thomas U. Berendonk¹
¹ TU Dresden; ² TU Dresden / Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ; ³ Sächsisches Staatsministerium für
Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft, Dresden
Die Bestände der Flussperlmuschel (FPM) sind weltweit und in besonders starkem Maße auch im
Sächsischen Vogtland dramatisch zurückgegangen. Einer der Faktoren, die zu diesem Rückgang
beitragen, ist die Klimaerwärmung und die damit verbundene Veränderung der Habitatqualität bis
hin zur partiellen Austrocknung der Gewässer. Derzeit bestehen aber noch große Wissenslücken, wie
sich der Klimawandel im Detail auf die Ökosysteme und damit auch auf die FPM auswirkt. Im
Rahmen des Verbundprojektes ArKoNaVera wurde Überleben und Wachstum von juvenilen bis
semiadulten FPM in den Jahren 2016 bis 2020 in fünf Bächen im Vogtland analysiert. Ergänzt werden
die Untersuchungen durch Wachstumsexperimente in einem Temperaturgradienten zwischen 12 bis
26°C in Klimaschränken.
Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl bei juvenilen als auch semiadulten FPM das Wachstum
insbesondere bei Wassertemperaturen < 15°C von der Temperatur limitiert wird, während bei
Wassertemperaturen > 22°C die Mortalität stark ansteigt. Die Untersuchungen belegen, dass selbst
im Mittelgebirge in den Oberläufen der Gewässer die Wassertemperaturen in Hitzeperioden in nicht
beschatteten Bereichen auf bis zu 26°C ansteigen können. Daneben hat das Temperaturregime
Auswirkungen auf das Timing von Trächtigkeit und Glochidienausstoß sowie die Habitatwahl des
Wirtsfisch (Bachforelle). Indirekte Auswirkungen steigender Wassertemperaturen auf die FPM
resultieren auch aus der abnehmenden Löslichkeit des Sauerstoffs im Wasser, dem niedrigen Abfluss
und Veränderungen der Wasserchemie.
Für die Definition von Szenarien in Bezug auf Temperatur, Niederschlag und Grundwasserstand
wurden langfristige Trends (1950-2020) abgeleitet. Demnach sind gute Überlebensraten für die
juvenilen FPM (und damit starke FPM-Jahrgänge) nur dann zu erwarten, wenn in 3-4
aufeinanderfolgenden Jahren im Sommer an mindestens 11 Tagen pro Monat moderater Niederschlag
auftritt. Als besonders kritisch für die FPM erweist sich das Absinken des Grundwasserstandes auf >
120 cm (=Trockenheitsindikator). Ein Zustand, der im vogtländischen Projektgebiet seit 2000 mit
zunehmender Häufigkeit während des Sommers zu beobachten ist. Ziel ist es die komplexen
Auswirkungen der Klimaerwärmung auf das Gewässerökosystem zu verstehen und diese
Erkenntnisse bei der Auswilderung der FPM aus dem Sächsischen Nachzuchtprogramm zu
berücksichtigen, um mittelfristig wieder selbstreproduzierende Flussperlmuschelbestände in den
Bächen im Vogtland etablieren zu können.
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250
Die Leitwirkung eines horizontal schräg angeströmten
Fischschutzrechens an einer Wasserkraftanlage und deren Bedeutung
für den Fischschutz am Standort
Falko Wagner¹; Peter Warth²; Wolfgang Schmalz³
¹ Institut für Gewässerökologie und Fischereibiologie Jena; ² Institut für Gewässerökologie und Fischereibiologie Jena /
Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart; ³ Fischökologische & Limnologische UntersuchungsStelle Südthüringen
Wasserkraftanlagen schränken die stromauf- und stromabwärts gerichteten Wanderungen der Fische
ein. Aus der Passage von Gefahrenbereichen, insbesondere der Turbinen, kann ein erhebliches
Schädigungsrisiko für absteigende Fische resultieren. Fischschutzsysteme sollen verhindern, dass
Fische bei der Turbinenpassage zu Schaden kommen. Gleichzeitig muss ihnen eine sicheren
Abstiegsalternative angeboten werden. Nach dem derzeitigen Stand des Wissens gebaute
Fischschutzsysteme müssen aktuell dringend auf ihre Wirksamkeit hin überprüft werden. Daten von
Freilanduntersuchungen sind rar. Vergleiche der Effizienz verschiedener Fischschutz- und
Abstiegskonzepte sind aufgrund uneinheitlicher Untersuchungsansätze schwierig.
Die „Arbeitshilfe zur standörtlichen Evaluierung des Fischschutzes und Fischabstieges“ (Schmalz et
al. 2015) enthält Vorschläge für eine Standardisierung der methodischen Ansätze. An der
Wasserkraftanlage (WKA) Rappenberghalde bei Tübingen wurde die Arbeitshilfe einem Praxistest
unterzogen. In einer mehrjährigen Untersuchung im Auftrag des Umweltbundesamtes kamen
verschiedenste Techniken zum Einsatz, um den Fischschutz am Standort zu evaluieren. Es wurden
dabei alle im Gewässer vorkommenden Arten entsprechend dem Artenspektrum der
fischfaunistischen Referenz des Epipotamals des Neckars bei Tübingen berücksichtigt.
Ein Fischschutzsystem muss zwingend drei Funktionen erfüllen: Blockieren, Leiten und Ableiten. Da
hierbei Fischschutzrechen und Bypässe eine funktionelle Einheit bilden, wurden beide Komponenten
intensiv untersucht. Ein Hauptaspekt war die Leitwirkung des horizontal schräg angeströmten
Leitrechens mit 15 mm lichtem Stababstand für das gesamte Größenspektrum der Fischfauna.
Außerdem stand die Auffindbarkeit des als Fischschleuse konzipierten Bypasses und dessen Nutzung
durch die absteigenden Fische im Mittelpunkt. Zur differenzierten Bewertung der Funktionsfähigkeit
des Fischschutzsystems erfolgten neben Hamenfängen Verhaltensuntersuchungen der Fische im
Oberwasser sowie vor und im Bypass mittels Radiotelemetrie, RFID-Telemetrie, Imaging Sonar und
Videokameras.
Die Ergebnisse zeigen die große Bedeutung der Abstimmung von Fischschutzrechen und
Bypasssystem für den Fischschutz. Hohe Schutzraten (efficiency) und Schutzsystemableitraten
(guidance efficiency) entsprechend der Parameterdefinitionen von Schmalz et al. 2015 sind nur
erreichbar, wenn alle Komponenten des Fischschutzsystems optimal funktionieren.
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251
Non-linear dynamics drive single-cell populations
Johannes Werner¹; Tobias Romankiewicz¹; Frank Hilker²; Hartmut Arndt¹
¹ Universität zu Köln, Institut für Zoologie, Allgemeine Ökologie; ² Osnabrück University, Institute of Environmental
Systems Research, School of Mathematics/Computer Science
The importance and distribution of oscillations and deterministic chaos in natural systems have been
discussed since the 1970s. Already at that time, a simple model of population growth showed that
chaos can be explained in single-species systems and started a debate on the importance of chaos in
natural systems. In the meantime, a few chaotic discrete-time models have been developed, but
continuous-time systems are still missing. Also, experimental evidence of oscillations and non-linear
interactions in controlled systems is still difficult to show. Chemostat growth experiments with the
freshwater flagellate genus Ochromonas (Chrysophyceae) and a continuous-time mathematical
model for explaining non-linear interactions in single-species systems were investigated.
Ochromonas showed in all chemostat experiments non-linear dynamics due to a high measuring
resolution. For the first time, a continuous-time model, simulating the cell cycle for the explanation
of chaotic dynamics, in single-species chemostat systems will be provided. The presence of nonlinear
interactions and dynamics showed the non-linearity in intra-specific processes. The results
demonstrated the importance of non-linear dynamics in natural systems. In addition, the results
confirmed that chaos might be a widespread phenomenon occurring at least for specific parameter
sets in most population dynamics.
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252
Quantitative Abschätzung der Plankton-Elimination durch den
Biofilm im Rhein
Jennifer Werner¹; Vera Kersten¹; Leandra Hamann²; Anja Scherwaß¹; Hartmut Arndt¹
¹ Universität zu Köln, Institut für Zoologie, Allgemeine Ökologie; ² Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn,
Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie
Biofilme sind ein wesentlicher Bestandteil in aquatischen Ökosystemen und spielen aufgrund ihrer
dreidimensionalen Struktur eine wichtige Rolle als Lebensraum. Bakterien, Algen, Ciliaten,
Flagellaten und verschiedene Metazoen sind auf Biofilmen in Flusssystemen zu finden. Die immer
wärmeren und niederschlagsärmeren Sommer können die Filterfähigkeit und Abundanzen von
Muscheln in Flüssen negativ beeinflussen. Verschiedene Organismen auf den Biofilmen können
höhere Temperaturen besser bewältigen und Organismen weiterhin aus dem Pelagial filtern. In dieser
Studie zeigen wir, dass die Biofilme im Jahresmittel etwa 47 % der umgebenden planktischen
Bakterien und etwa 30 % der Algen und 26 % der Flagellaten eliminierten. Die Clearance-Rate betrug
bis zu 2,2 Liter pro cm² pro Tag. Vor allem peritriche und heterotriche Ciliaten waren die
Hauptkonsumenten. Weiterhin könnte die dreidimensionale Struktur, die durch extrazelluläre
polymere Substanzen und Algen, insbesondere verschiedene Kieselalgen, gebildet werden, eine
Senke für planktonische Bakterien darstellen. Nach diesen Erkenntnissen sollten neben den Bakterien
auch im Flusswasser vorkommende Mikroplastikpartikel von Protozoen konsumiert oder in der
Biofilmstruktur eingebettet werden.
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253
Influences of pesticides, nutrients, and local environmental variables
on phytoplankton communities in lentic small water bodies in a
German lowland agricultural area
Lishani Wijewardene¹; Naicheng Wu¹; Yueming Qu¹; Kun Guo²; Beata Messyasz³; Stefan Lorenz⁴;
Tenna Riis²; Uta Ulrich¹; Nicola Fohrer¹
¹ Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Natur- und Ressourcenschutz; ² Aarhus University; ³ Adam Mickiewicz
University in Poznan - Institute of Environmental Biology; ⁴ Julius Kuehn-Institute
Agrochemicals such as pesticides and nutrients are concurrent chemical stressors in freshwater
aquatic ecosystems surrounded by agricultural areas. Lentic small water bodies (LSWB) are
ecologically significant habitats especially for maintaining biodiversity but highly understudied.
Phytoplankton are ideal indicator species for stress responses. Functional features of the
phytoplankton are important in revealing the processes that determine the structure of the
communities. In this study, we investigated the effects of pesticides, nutrients, and local
environmental variables on the species composition and functional features of phytoplankton
communities in LSWB. We studied pesticide toxicity of ninety-four pesticides, three nutrients (NH4-
N, NO3-N and PO4-P) and local environment variables (precipitation, water level change,
temperature, dissolved oxygen concentration, electrical conductivity, pH) in five LSWB over twelve
weeks during the spring pesticide application period. We explored respective changes in species
composition and functional features of phytoplankton community. Redundancy analysis and variance
partitioning analysis were applied to correlate phytoplankton community compositions with the
pesticide toxicity (as maximum toxicity in toxic units), nutrients and local environment variables. We
used multiple linear regression models to identify the main environmental variables driving the
functional features of phytoplankton communities. Pesticide toxicity, nutrients and local
environmental variables significantly (p < 0.001) contributed to shaping phytoplankton community
composition individually. Local environment variables showed the highest pure contribution for
driving phytoplankton composition (12%), followed by nutrients (8%) and pesticide toxicity (2%).
Functional features of the phytoplankton community were significantly affected by pesticide toxicity
and nutrient concentrations. The functional richness and evenness were negatively affected by PO4-
P concentrations. Pesticide toxicity was positively correlated with functional redundancy indices. Our
findings emphasized the relative importance of concurrent multiple stressors (e. g., pesticides and
nutrients) on phytoplankton community structure, directing potential effects on metacommunity
structures in aquatic ecosystems subjected to agricultural runoff.
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254
Functional diversity alters the effects of a nutrient pulse on the
dynamics of tritrophic plankton food webs
Laurie A. M. Wojcik; Ruben Ceulemans; Ursula Gaedke
University of Potsdam/Institute of Biochemistry and Biology
Biodiversity decline causes a loss of functional diversity, which threatens ecosystems through a
dangerous feedback loop: this loss may hamper ecosystems' ability to buffer environmental changes,
leading to further biodiversity losses. Previous studies investigating how functional diversity
influences the response of food webs to disturbances have mainly considered systems with at most
two diverse trophic levels. We investigate the effects of a nutrient pulse on the resistance, resilience
and elasticity of a tritrophic plankton food web model with low or high functional diversity at each
trophic level. The species fitness differences are balanced through costs of trait adjustments (tradeoffs)
between defense/growth rate for prey and selectivity/half-saturation constant for predators. This
implies that a prey can get more defended under high predation pressure at the cost of a slower growth
rate and a predator can get less selective if defended prey dominates at the cost of a higher saturation
constant, i.e being less efficient at exploiting low prey densities. We show that the robustness of our
system decreases with stronger perturbations and depends on the system’s state when the perturbation
occurs. Importantly, we find that a more diverse food web is generally more resistant, resilient, and
elastic. Functional diversity also dampens the probability of a regime shift towards a non-desirable
alternative state. The interaction between phytoplankton and herbivorous zooplankton, which is
regulated by the diversity present and the carnivorous zooplankton or fish, determines the robustness
against a nutrient pulse. Overall, this study confirms the destructive potential of the positive feedback
loop between biodiversity loss and robustness to disturbances by uncovering mechanisms leading to
a decrease in resistance, resilience and elasticity as functional diversity declines.
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255
Bewertung der Mortalität von Fischen an Wasserkraftanlagen
Christian Wolter¹; Dirk Bernotat; Jörn Gessner; Anika Brüning; Jan Lackemann; Johannes Radinger
¹ Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei Berlin
Die Bewertung anthropogen induzierter Mortalität von Fischen ist in Planungs- und
Genehmigungsverfahren immer wieder Gegenstand kontroverser Diskussionen. Neben der
fachlichen Herausforderung, die Mortalität von Fischen an Wasserkraftanlagen zu prognostizieren,
gibt es bislang keinen allgemein akzeptierten Ansatz zur artspezifischen Bewertung dieser
zusätzlichen Mortalität.
In der vorliegenden Arbeit wurden die allgemeine Empfindlichkeit von Fischen gegenüber
anthropogener Mortalität (MGI) und ihre vorhabenbedingte Mortalitätsgefährdung an
Wasserkraftanlagen (vMGI) abgeleitet. Hierfür wurden: i) die maßgeblichen populationsbiologischen
und naturschutzfachlichen Parameter zum Mortalitäts-Gefährdungs-Index (MGI) zusammengeführt,
der die Empfindlichkeit einer Art gegenüber anthropogener Mortalität widerspiegelt; ii) das
vorhabentypspezifische Tötungsrisiko von Fischarten an Wasserkraftanlagen 5-stufig bewertet und
iii) mit der allgemeinen Mortalitätsgefährdung (MGI) der Art zu einer vorhabentypspezifischen
Mortalitätsgefährdung (vMGI) der Art an Wasserkraftanlagen aggregiert sowie iv) methodische
Ansätze zu planerischen Bewertung der Mortalitätsgefährdung von WKA basierend auf
vorhabentypspezifischer Mortalitätsgefährdung der Arten und konstellationsspezifischem Risiko des
Vorhabens im Hinblick auf verschiedene Rechtsnormen entwickelt.
Mit Hilfe von Muster-Bewertungstabellen sowie anhand von Beispielen wird die Anwendung des
Bewertungsverfahrens und das methodische Vorgehen zur Einstufung des konstellationsspezifischen
Risikos einerseits mit Hilfe eines artspezifischen Ansatzes (im Rahmen der FFH-VP und der
speziellen artenschutzrechtlichen Prüfung) sowie mit Hilfe eines zönosenspezifischen Ansatzes (im
Hinblick auf das Verschlechterungsverbot sowie das Verbesserungsgebot nach WRRL) demonstriert.
Mit dem Vorhaben wurden konkrete Hinweise erarbeitet, wie Individuenverluste bei Fischen bzw.
Tötungsrisiken vorhabentypspezifisch zu bewerten und wie im Einzelfall die
konstellationsspezifischen Risiken zu beurteilen sind. Die vorliegende Arbeitshilfe zur Bewertung
der Konfliktintensität von Wasserkraftanlagen stellt eine differenzierte und handhabbare Methodik
zur fachlichen und rechtlichen Bewertung von Wasserkraftanlagen dar. Damit kann und muss jede
Anlage und jede Konstellation standortbezogen betrachtet werden, um die massiven Eingriffe dieses
Vorhabentyps auf die Gewässermorphologie und die Fischzönosen ausreichend differenziert und
valide zu bewerten.
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256
POSTER
POSTER
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Bewertung zweier urbaner Standgewässer in Köln
Eileen Hannah Becker¹; Anja Scherwaß¹; Hartmut Arndt
¹ Universität zu Köln, Institut für Zoologie, Allgemeine Ökologie
Städtische Standgewässer sind gerade in Zeiten des Klimawandels eine Möglichkeit, die steigenden
Temperaturen zu puffern. Darüber hinaus dienen sie als Naherholungsort und beherbergen oft eine
hohe Diversität in Flora und Fauna. Allerdings sind urbane Gewässer häufig zahlreichen
Nährstoffbelastungsquellen ausgesetzt und leiden stark unter daraus resultierenden
Eutrophierungsprozessen.
Seit einiger Zeit gibt es von der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) einen Leitfaden, der bei
der gewässerspezifischen Einstufung hilft. Auf dem Poster wird die Bewertung zweier Standgewässer
im Kölner Stadtgebiet dargestellt, wobei die Bewertung auch im Rahmen der Grundausbildung der
Biologie-Studierenden an der Universität zu Köln erfolgen soll.
Für die beiden analysierten Gewässer (Aachener Weiher & Volksgartenweiher) gelten die
Grenzwerte für polymiktische Standgewässer mit einer Tiefe von < 3m. In Kombination mit den
älteren Trophieeinordnungen von Naumann (1932) und Vollenweider (1968) bilden diese
Klassifizierungen die Grundlage für einen praktischen Kurs mit den Studierenden der Universität zu
Köln. Ein weiterer wichtiger Anteil soll dabei die Analyse der Organismen durch die Studierenden
sein sowie die darauf aufbauende Bewertung der Nährstoffbelastung nach den o.a.
Bewertungsinstrumenten. Darüber hinaus soll es auch um potentielle Schutzmaßnahmen gehen, wie
sie von Dokulil (2001) vorgeschlagen werden.
Insgesamt werden auf dem Poster die Hintergründe für einen Grundstudiumskurs dargestellt, bei dem
die Bewertung von (städtischen) Standgewässern Eingang in die (Grund-)ausbildung von Biologie-
Studierenden finden kann. Darüber hinaus soll ein kurzer Einblick in die praktische Umsetzung
gegeben werden.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
258
Der Leipziger Limnologen-Stammtisch: Interdisziplinärer Austausch
von limnologisch relevanten Fachinformationen über den Tellerrand
hinaus
Leipziger Limnologenstammtisch
Ingrid Carmienke, auentuerkis@posteo.de; Christian Wilhelm, SenProf für Algenbiotechnologie, Universität Leipzig,
Permoserstr. 15, 04315 Leipzig, E-Mail: cwilhelm@rz.uni
Keywords: Fachstammtisch Limnologie – Leipzig – interdisziplinärer Austausch - Vorträge
Einleitung
Die hydrobiologischen Traditionen reichen in Leipzig bis in das vorletzte Jahrhundert zurück, als
Prof. Carl Chun vom Zoologischen Institut der Universität 1897/98 die erste deutsche Tiefsee-
Expedition leitete. Die Limnologie ist allerdings leider nicht (mehr) vertreten, obwohl der
Hochschulstandort Leipzig sonst vieles zu bieten hat.
Einen fachlichen Austausch zu limnologischen Fragen gibt es in Leipzig dennoch: Vor zehn Jahren
entstand spontan der „Leipziger Limnologen-Stammtisch“, an dem etwa 30 Kolleginnen und
Kollegen aus unterschiedlichen Berufsfeldern beteiligt sind. Wir sind in Forschungseinrichtungen,
Fachbüros, Laboren, Behörden oder an Schulen im Raum Leipzig, Dresden, Zwickau, Chemnitz,
Halle, Bad Düben und Görlitz tätig. Wir treffen uns in der Regel im Frühjahr und im Herbst, um in
lockerer Runde Erfahrungen und aktuelle Entwicklungen rund um die Limnologie in Praxis und
angewandter Forschung zu diskutieren.
Themenübersicht
Die angesprochenen Themen decken ein breites Spektrum ab:
(1) Berichte zur Wasserqualität regionaler Fließgewässer und den umliegenden Tagebauseen,
(2) methodische Probleme der Qualitätssicherung chemischer und biologischer Gewässeranalysen,
(3) Möglichkeiten und Grenzen der Gewässergütemodellierung,
(4) Berichte um spezielle Organismengruppen wie Egel oder Steinfliegen,
(5) Berichte zur Wassersituation im Sudan, Tansania oder Amazonien,
(6) Ergebnisse der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie in Europa
oder auch innovative Methoden in der Limnologie wie die bildgebende Zytometrie oder die
Bedeutung von physiologischen Schlüsselmerkmalen bei Planktonalgen. Details können Tabelle 1)
entnommen werden.
259
Es sind die Breite der Themen und die unterschiedlichen beruflichen Blickwinkel darauf, die den
Stammtisch für die Mitglieder als Weiterbildungsveranstaltung so wertvoll machen. Durch die
persönlichen Kontakte ist auch ein Kompetenznetzwerk entstanden, auf das jeder zurückgreifen kann,
das mit einem Rat bei der eigenen Arbeit unterstützen kann. Solche Netzwerke können wir aus
unserer Erfahrung generell für alle Tätigen in der limnologischen Praxis und Forschung
weiterempfehlen.
Tab.1: Übersicht Vorträge und Vor-Ort-Aktivitäten 2011 – Juli 2021
Nr. Datum Referent/in Vortragstitel
1 06.10.2011 Im alten Rathaus /„Lotter & Widemann“; ohne Vorträge
2 26.04.2012 Erstmalig im „Zunftkeller“; ohne Vorträge
3 22.10.2012 S. Dunker Phytoplanktondynamik unter hypertrophen
Bedingungen
4 12.03.2013 D. Böhme Wasserwirtschaft im Sudan - neue Projekte und
alte Probleme
5 15.10.2013 C. Orendt
S. Schmidt
Krautung Floßgraben (Leipziger Auwald) 2011
Neues von den Leipziger Tagebauseen
6 08.04.2014 C. Grosser
H. Milke
Ausgewählte Egelarten Deutschlands
Hybride Modellierung im Wasserbau
7 23.09.2014 H. Dienemann,
M. Oberländer,
M. Scala
Cospudener See/Pier 1: Demonstration von
Probenahmetechnik für Standgewässer
8 14.04.2015 C. Wilhelm
D. Böhme
Test physiologischer Schlüsselmerkmale von
Phytoplankton-Algen und die Konsequenzen für
Wassergütemodelle wie z. B. Qsim
Gewässergütemodellierung in der Praxis
9 27.10.2015 M. Hammer
A. Kruspe
Genehmigung / Bau / Funktionskontrolle von
Fischauf- und -abstiegsanlagen sowie
Fischschutz im Bereich Leipzig, Erfahrungen
zum Vollzug und der fachlichen Umsetzung aus
Sicht der UWB Stadt Leipzig
Ingenieurbiologische Maßnahmen zur
Aufwertung der Uferstrukturen am Karl-Heine-
Kanal
10 12.04.2016 S. Bernhard
R.Küttner
Ursachenforschung zu Bestandsveränderungen
von Makrophyten im Kulkwitzer See
Flusssteinfliegen in Sachsen (Vortrag und Film)
11 25.10.2016 M. Oberländer,
M. Scala,
H. Dienemann
I. Hildebrandt
U. Biermann
N. Grosser
Standgewässeruntersuchungen und deren
Qualitätsabsicherung – Schwerpunkt
Probenahme
Einige Aspekte zur Qualitätssicherung für
chemische Untersuchungen an
Oberflächengewässern
Anforderungen an die Qualitätssicherung eines
akkreditierten Labors im Hinblick auf biologische
Parameter
Demonstration lebender Blutegel (ohne Vortrag)
260
Nr. Datum Referent/in Vortragstitel
12 08.12.2016 H. Milke Besichtigung Modell TS Lehnmühle / HTWK
13 04.04.2017 F.-W. Junge
C. Wendt, N. Hinz
Der geologische Untergrund der Stadt Leipzig –
Spiegelbild der natürlichen Klima- und
Landschaftsentwicklung seit 50 Millionen Jahren
Grundwasserverhältnisse in Leipzig –
Entwicklung über die letzten Jahrzehnte,
Bewertung nach EU-WRRL
14 17.10.2017 J. Mählmann
N. Schippel
Limnologische Einsatzmöglichkeiten technischer
Textilien
Wasserwirtschaftliche Planungen im
Ingenieurbüro – Projektbeispiele aus den
Arbeitsfeldern Hochwasserschutz an
Fließgewässern und urbane Sturzfluten
15 17.04.2018 S. Dunker
E. Arndt
Bild-basierte Zytometrie als neue Methode zur
automatisierten Erfassung von
Phytoplanktonorganismen
Auswirkungen von Niedrigwasserphasen auf
benthische Lebensgemeinschaften
16 23.10.2018 H. Milke Wasser im globalen Blick – von Tansania bis
zum Amazonas
17 16.04.2019 U. Schmedtje Zustand der Gewässer Europas 2018 -
Ergebnisse zur Umsetzung der EUWasserrahmenrichtlinie
18 08.10.2019 D. Böhme Auf den Spuren von Alfred Russel Wallace im
Malayischen Archipel
19 30.03.2021 J. Mählmann DGL-Tauchexkursion im Geiseltalsee
(Videokonferenz)
20 06.07.2021 C. Wilhelm Integrierte Ökobiotechnologie – was ist das? Ein
Konzept klimafreundlicher Wertschöpfung in der
Lausitz (Videokonferenz)
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
261
Diversity within phytoplankton species isolated from a subalpine lake
Domiziani Christini, Lutz Becks
Research Training Group R3, Aquatic Ecology and Evolution, Department of Biology, University of Konstanz, 78464,
Konstanz, Germany
The aim of this study is to investigate eco-evolutionary dynamics of phytoplankton communities in a
central European, subalpine lake (Lake Constance, Germany). Seasonal phytoplankton dynamics are
well described in the highly cited PEG (Plankton Ecology Group) model, but relevant aspects, such
as species eco-evolutionary dynamics, are under explored. Following the Spring bloom in Lake
Constance, these aspects has been investigated, and phytoplankton functional traits measured. Recent
studies have shown that ecologically relevant traits can evolve rapidly, affecting ecological dynamics
of populations. So far most of the experiments have been conducted either in chemostats or
mesocosms with algae obtained from algal culture collections. Here we present both biotic/abiotic
factors (temperature, nutrient concentration, phytoplankton and zooplankton biomasses) of lake
Constance and trait data of the phytoplankton species isolated directly from the lake. Diatom isolates
were used since diatoms represent the most abundant taxonomic group during spring in the lake.
Growth trajectories and traits (like morphology and sinking rate) within the isolated species were
measured. From the preliminary results, we saw that during the Spring Bloom 2021, phytoplankton
biomass fluctuated quite much over the season, probably due to the frequent re-circulation of surficial
water that did not allow for thermal stratification until end of April-beginning of May. The nutrient
concentrations showed different trends: nitrate (NO3) stayed quite high for the whole period of
investigation (~4 mg/L), phosphate (PO4-P) was present for the entire spring at very low
concentration (~ 1μg/L) and silica (SiO2-Si) decreased abruptly during March and at the beginning
of June. The biomass of the dominant crustaceans increased from the beginning to the end of spring,
except for two taxa (Eudiaptomus gracilis and cyclopoids). Regarding the phytoplankton isolates, the
first assays on growth and sinking rate suggested that samples isolated in different weeks do show
intra-specific variation. These and further data will be used to quantify the rate and direction of
evolution in natural communities.
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262
Emergent patterns of water and matter fluxes in a coupled catchmentlake
model: a case study
Maria Determann¹; Andreas Musolff¹; Karsten Rinke¹; Marieke Frassl²; Tom Shatwell¹
¹ Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ; ² German Federal Institute of Hydrology (BfG)
Solute concentrations (C) that are discharged (Q) out of catchments are represented in C-Qrelationships.
The discharge reaching streams and lakes can alternate between phases of dilution and
phases of increased concentration at seasonal and event scales. Standing waters are common in
cultural landscapes and tend to retain nutrients. Accordingly, the role that lakes and reservoirs play
in the modulation of C-Q-relationships of outgoing solute matter fluxes is poorly understood.
Here I seek to determine how lakes modify the emergent nutrient pattern and to classify patterns of
nutrient retention for a catchment-lake-system. I want to find out the contribution of standing waters
to catchment nutrient retention and release, and gain insight into the impact of variations at seasonal
scales.
For this study a catchment model (Musolff et al., 2017) was coupled with the 1d-lake model GOTMFABM-
PCLake (Hu et al., 2016) to examine the nutrient retention characteristics of lakes by
comparing import and export regimes of N and P.
Ten years of observation data from the Rappbode pre-dam (Harz region, Central German Lowland)
were used to analyse the system and validate model results. Stochastic meteorological forcing within
the catchment model generated C-Q-relationships, which in turn were fed as inputs into the lake
model. The lake model was used to simulate biogeochemical cycling and conversion, and thus to
determine how the lake modifies the outflow nutrient retention. The model described the observed
dynamics of temperature and mixing, oxygen, chlorophyll, as well as nitrogen and phosphorus in the
lake well, with generally low root mean square error, and high model efficiency.
When stratified, the modelled lake retained more nutrients because deep water was isolated, allowing
only surface water solutes to leave the lake via outflow. In addition to stratification and mixing,
residence time had a strong influence on nutrient retention, with differing effects on N and P.
These modeling results warrant a closer look at how seasonal timing and magnitude of hydrological
events affect a lake’s retention capacity. Better characterising these dynamics will help to improve
water security by developing parsimonious modelling approaches to predict lake nutrient release.
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263
Einfluss von Mikroplastik auf physiologische Kenngrößen von
Daphnia magna
Lisa Ellenberger; Bettina Zeis
Westfälische Wilhelms-Universität Münster Institut für Zoophysiologie
Die zunehmende Verschmutzung von Gewässern durch Mikroplastikpartikel (< 5 mm) stellt eine
Gefahr für aquatische Organismen, einschließlich Zooplankton, dar. Sowohl kugelförmige,
industriell hergestellte Kunststoffpartikel (primäres Mikroplastik, PMP) als auch unregelmäßige
Kunststoffpartikel, die durch mechanische Abbauprozesse entstehen (sekundäres Mikroplastik,
SMP), können negative Auswirkungen auf Organismen haben. Eine verminderte Nahrungsaufnahme
bei filtrierenden Wirbellosen durch die Aufnahme von Mikroplastik kann Fitnessparameter negativ
beeinflussen. In dieser Studie wurde mit dem Modellorganismus Daphnia magna (Cladocera) der
Einfluss von Mikroplastikpartikeln auf Verdauung, Proteinregulation und Reproduktion untersucht.
Ein genereller Einfluss von PMP (1 μm Durchmesser, Konzentration: 2 μg/ml) auf die
Verdauungsenzyme Trypsin und Chymotrypsin sowie die Gesamtproteaseaktivität konnte nicht
nachgewiesen werden. Auch ein Proteinabbau, bedingt durch eine Mikroplastik-induzierte Hungersituation,
konnte nicht bestätigt werden. Dennoch wurden einige regulatorische Prozesse im Bereich
von zellulären Vorgängen, der Signaltransduktion, Informationsspeicherung und -verarbeitung unter
dem Einfluss von PMP (1 μm Durchmesser, Konzentration: 2 μg/ml) nachgewiesen. Ein Einfluss von
PMP (1 - 50 μm Durchmesser, Konzentration: 2 μg/ml) und SMP (0,5 - 62 μm Durchmesser,
Konzentration: 2 μg/ml) auf die Reproduktionsleistung konnte nicht beobachtet werden.
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264
Determination of surface water characteristics using Raman
Spectroscopy
Jieping Xu 1, Kaiyi Zhao 1, Thomas Johann Tewes2 & Ute Hansen 1
1 Rhein-Waal-University of Applied Sciences, Faculty of Communication and Environment,
Friedrich-Heinrich-Allee 25, 47475 Kamp-Lintfort, Germany, correspondence to: ute.hansen@hsrw.eu
2 Rhein-Waal-University of Applied Sciences, Faculty of Life Sciences, Marie-Curie-Straße 1, 47533 Kleve, Germany,
thomasjohann.tewes@hsrw.eu
Keywords: surface water, Raman spectroscopy, water quality
Introduction
Characteristics of surface water show a very high variability with time and space. Methods based on
a fast in-situ detection of water characteristics and thus suitable for continuous surveillance would be
an advantage. Raman signatures were detected on water samples taken from a suburban river and a
nearby lake in order to investigate whether spectral characteristics differ between sampling sites.
Material and Methods
On the 27th of January 2021 water samples were taken from a suburban river at several sites and a
nearby lake (Figure 1). They were transported to the lab where Raman spectra were detected using
quartz cuvettes and a Raman Reader (Ocean Optics, λexc=785 nm, 70mW). Before a hierarchical
cluster analysis (HCA) with average linkage clustering and the Euclidean distance was performed in
MATLAB R2021b the spectra were pretreated. Data treatment included baseline correction and
smoothing via low pass filter as well as normalization (z-score) as given in Tewes (2019).
Figure 1: The river water drains a coal mine slag heap and leaves after treatment the remediated
black coal mining site. Sites 1, 2 and 3 are located in a suburban area. Between sites 3 and 4
the water characteristics are influenced by the discharge of wastewater treatment plant
effluent. A further sample was taken from a nearby lake (site 5).
265
Results
The investigated surface water types showed specific Raman signatures (Figures 2 and 3), but it was
not yet possible to assign all specific patterns of the Raman spectra to certain water constituents or
organisms.
The Raman spectra of water samples taken from sites 1, 2 and 3 showed a peak at 980 cm-1. This peak
was not present in spectra recorded with tap water, water of the lake (site 5) and water taken at site 4.
The 980 cm-1 peak can be assigned to sulfate ions in the water originating from the mining waste as
the river water drains the slag heap of the former coal mine. According to the data the lake water has
a lower sulfate concentration. In the Raman spectra gained with water of site 4 downstream the
effluent of a wastewater treatment plant the sulfate peak seems to be masked by signatures of other
compounds.
Figure 2: Normalized raw Raman Spectra of water samples taken at the sites described in Figure 1.
The peak at 980 cm-1 can be assigned to sulfate originating from the coal mine slag heap
and/or the remediated mining site.
The HCA analysis results show that Raman signatures of sites 1 to 3 and the tap water blank (T) were
similar, whereas the spectra of the sample taken downstream of the wastewater treatment plant
effluent discharge point and the lake sample deviated markedly (Figures 2 and 3).
266
Figure 3: Similarity of spectral characteristics of surface water samples taken at sites 1 to 5 (see Figure
1), the cuvette blank and the tap water blank. From each subsample (A to C) three spectra (1
to 3) were recorded. The spectra were baseline subtracted, smoothed and normalized before
the HCA was performed.
Discussion
The fact that a fast optical method revealed spectral differences between the investigated samples
shows that it might be possible to develop a continuously working device based on Raman
spectroscopy suitable for frequent or continuous monitoring and surveillance of river water
characteristics.
According to Figure 3, differences between Raman signatures of the river water samples taken
upstream and downstream of the location where wastewater treatment plant effluent was discharged
to the river were sufficient to allow automated classification. In a similar way lake water was
classified as having other characteristics than the river water and being more similar to the upstream
water than to the water sample taken at site 4.
The water composition of the suburban river shows a strong short-term variability (Zhao et al., this
volume). Raman spectroscopy might be suitable for a fast screening of surface water characteristics.
References
Tewes, T (2019) Entwicklung einer Methode zur Identifizierung von Mikroorganismen über Raman-
Spektroskopie, Master thesis, Hochschule Rhein-Waal. opus4.kobv.de/opus4-rheinwaal/
frontdoor/index/index/searchtype/authorsearch/author/%22Tewes%2C+Thomas%22/docId/321/s
tart/0/rows/10
Zhao, K., Xu, J., Wenda, A., Tijsse-Klasen, E., Hansen, U. (2022) Levels of coliform bacteria, enterococci
and NPOC detected in a suburban river over six weeks in November and December 20201. Deutsche
Gesellschaft für Limnologie, Tagungsbericht 2021 (Leipzig), Weißensee Verlag, in this volume.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
267
Levels of coliform bacteria, enterococci and NPOC detected in a
suburban river over six weeks in November and December 2020
Kaiyi Zhao1, Jieping Xu1, André Wenda1, Ellen Tijsse-Klasen1 & Ute Hansen1
1 Hochschule Rhein-Waal, Fakultät Kommunikation und Umwelt, Friedrich-Heinrich-Allee 25, 47475 Kamp-Lintfort,
Germany, ute.hansen@hsrw.eu
Keywords: coliform bacteria, Escherichia coli, enterococci, environmental monitoring
Introduction
Coliform bacteria and enterococci are present at high amounts in feces of warm blooded animals and
their presence in freshwater indicates fecal contamination which can be due to diverse sources such
as birds and dogs feces and both, untreated and treated wastewater. The study presented here has been
carried out in order to investigate the day-to-day and week-to-week variability of microbiological
contamination and to find out whether there was evidence for an influence of rain events, air
temperature specifics and wastewater treatment plant effluent on the concentration of the investigated
types of bacteria.
Material and Methods
Concentrations of coliform bacteria, Escherichia coli and enterococci were followed over 6 weeks
(2nd November to 8th December 2020) in water of a small river in a suburban environment using the
membrane filtration method (ISO 9308-1:2014). Semi-quantitative most probable number
determination of concentrations of coliforms (ISO 9308-2:2012) and analysis of total organic carbon
as non-purgeable organic carbon (NPOC, using a TOC-L Shimadzu device) was performed with the
samples as well. Data on precipitation and air temperature were available from an external source
(https://meteostat.net/en/place/DE-X997). During weeks 4 to 6 further samples were taken at site 2
located ca. 1.4 km downstream of site 1 where river water was mixed with effluent of a wastewater
treatment plant.
Results and Discussion
The abundance of coliform bacteria (Figure 1), Escherichia coli and enterococci (Table 1) showed a
high day-to-day and week-to-week variability reflected by both, data gained with the most probable
number method (MPN, blue symbols) and those gained with the filtration method (black symbols).
The data show that sample dilution tended to reveal higher levels of coliform bacteria. Furthermore,
high concentrations were found on the first day of week 6, the only day with rain during sampling
(Figure 1 and Table 1). In order to find out whether the variability of the abundance of coliform
bacteria in the river can be explained by the variation of the amount of precipitation during the 24 h
268
period preceding sampling the bacteria concentration was related to the respective precipitation data
(Figure 2A).
Figure 1 Concentration of coliform bacteria in samples taken from a small suburban river over six
weeks in November and December 2020 and air temperature given as average over the 24
hours prior to sampling (red symbols ●). Bacteria concentrations were determined using the
most probable number method (blue symbols) with no (●), 1:10 (■) and 1:100 (♦) dilution of
the sample and with the filtration method (black symbols) with 1:20 (●) and 1:200 (▲)
dilution. Plates with counts <12 were disregarded. Relationships with 24 h precipitation and
temperature data are given in Figure 2. Only on the 7th of December, the first day of week 6,
rain was falling during sampling.
No clear relationship with rain events was found if the precipitation was expressed as sum over the
24 h prior to sampling (Figure 2). The high levels of coliform bacteria present on the day on which it
was raining during sampling (Figure 1) suggest that such contaminations are short-term events.
Over the six weeks of investigation the air temperature decreased markedly (Figure 1, red symbols).
The data show a tendency towards a positive linear relationship (see Figure 2, r²=0.45) between the
concentration of coliform bacteria and the 24 h average of air temperature which can be explained by
a higher survival rate of the mesophilic coliforms at higher temperatures. The shallow water of the
little river can be assumed to have, in general, a water temperature close to the average air
temperature.
269
Table 1: Concentration of Escherichia coli bacteria and enterococci in cfu/100 ml determined using the
filtration method over the six weeks of investigation, for details see Figure 1, means of 2 to 4
plates).
1 2 3 4 5 6
Escherichia coli 122 514 62 34 185 4229
Enterococci 120 350 120 0 110 3150
Figure 2 Concentration of coliform bacteria in water of a sub-urban stream related to the
precipitation (A) and air temperature (B) during the 24 h prior to sampling. The data set
gained with a sample taken when it was raining was excluded. Coliforms data are given as
mean of all data sets of the respective day shown in Figure 1.
Concentrations of coliform bacteria, E. coli and enterococci showed a similar time course (Figure 1
and Table 1) and were highly correlated (Table 2) suggesting their origin from the same source of
contamination.
270
The effluent of a wastewater treatment plant increased the concentration of coliform bacteria in the
receiving river by 7600, 2020 and 4000 cfu/100 ml in weeks four, five and six, respectively. The
extent of this increase was closely related to the organic carbon concentration determined as
non-purgeable organic carbon (NPOC) of the water sampled at this site (Figure 3).
Table 2: Coefficients of linear correlation (r²) of concentrations of coliform bacteria, Escherichia coli
and enterococci determined with the filtration method, in parentheses under exclusion of the
high values detected in week 6 (see Figure 1).
Escherichia coli Enterococci
Coliform bacteria 0.9969 (0.7307) 0.9989 (0.8990)
Escherichia coli 0.9980 (0.8112)
Figure 3 Increase in the concentration of coliform bacteria due to the discharge of effluent of a
wastewater treatment plant related to the NPOC concentration of the sample taken at this
site. Relatively low NPOC values were found at site 1 (0.05 to 0.78 mg/l) showing a tendency
towards a positive correlation with levels of coliforms.
The question arises how the strong variability of microbiological quality of surface water can be taken
into account in monitoring programs aiming at characterizing the microbiological quality of surface
water. The high variability with time is reflected, for example, by the fact that the highest abundance
of indicators for fecal contamination was detected on the 7th of December 2020 whereas lowest most
probable numbers of coliform bacteria abundance were found on the following day. The impact of
effluent of a wastewater treatment plant on the microbiological quality of the river water represents
an example for the high spatial variability due to multiple sources of such contamination. Anyway,
there is no risk of a threshold exceedance as respective quality standards are in place only for surface
water bodies used as bathing water (DIRECTIVE 2006).
271
Conclusions
The data show a very high variability of microbiological contamination with time. A monitoring
system suitable for continuous surveillance would be required for a sound evaluation of
microbiological water quality.
Acknowledgement
The authors thank their University for providing the materials used for experimental work performed
as a part of the B.Sc. thesis in the study course Environment and Energy taught at the Rhine-Waal
University of Applied Sciences.
References
ISO 9308-1:2014 Water quality — Enumeration of Escherichia coli and coliform bacteria — Part 1:
Membrane filtration method for waters with low bacterial background flora
ISO 9308-2:2012, Water quality -- Enumeration of Escherichia coli and coliform bacteria
DIRECTIVE 2006/7/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 15 February
2006 concerning the management of bathing water quality and repealing Directive 76/160/EEC
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
272
Vier Jahrzehnte Langzeitmonitoring an der Talsperre Saidenbach -
Wasserbeschaffenheitsentwicklung im gesellschaftlichen und
klimatischen Wandel
Tilo Hegewald; Dirk Geissler; Peter Reichelt; Karin Freier
Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen
Seit Mitte der 1970er-Jahre wurden bis 2013 im Rahmen von Langzeitprojekten, die an der
Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig und der TU Dresden angesiedelt waren, mit
hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung kontinuierlich abiotische und biotische Kennwerte in der
Talsperre Saidenbach und ihren für die Entwicklung der Wasserbeschaffenheit bedeutsamen
Teileinzugsgebieten ermittelt.
Die Gewinnung des Datensatzes war maßgeblich an den Bedürfnissen der wasserwirtschaftlichen
Praxis orientiert und hatte u. a. die Entwicklung ökotechnologischer Maßnahmen und Verfahren zur
Stabilisierung und Verbesserung der Wassergüte zum Ziel. Einen zweiten Schwerpunkt bildete die
Analyse der Auswirkungen der Klimaerwärmung auf Gewässerökosysteme.
Seit 2016 wird das Langzeitmonitoring der Talsperre Saidenbach in Anlehnung an das ehemalige
wissenschaftliche Untersuchungsprogramm durch die Landestalsperrenverwaltung des Freistaates
Sachsen fortgeführt.
Das Poster zeigt die Wassergütesituation der Talsperre Saidenbach während der langanhaltenden
Trockenwetterperiode 2014 bis 2020 im Kontext ihrer langfristigen Beschaffenheitsentwicklung.
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273
DNA-basierte Gewässerüberwachung in der behördlichen Praxis
Sascha Krenek; Julia Kleinteich; Demetrio Mora; Saskia Schmidt; Andreas Schöl; Franz Schöll;
Helmut Fischer
Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)
Die Bewertung des ökologischen Gewässerzustands auf Grundlage morphotaxonomischer Daten
sowie der Nachweis bestimmter Organismen im Gewässer wird zunehmend durch DNA-basierte
Methoden ergänzt. Für eine Reihe wichtiger biologischer Qualitätselemente (BQEs) wie Fische,
Makrozoobenthos, Phytobenthos und Phytoplankton konnte das große Potential der DNAMetabarcoding
Methode bereits in wissenschaftlichen Studien dargelegt werden. Für das behördliche
Monitoring und die ökologische Zustandsbewertung von Fließgewässern gemäß EUWasserrahmenrichtlinie
(WRRL) bedarf es allerdings einer Standardisierung, Evaluierung und
Validierung der molekularbiologischen Verfahren als alternative Methode. Wir stellen hier sowohl
den Bedarf auf Seite der Anwendergruppen dar als auch die Möglichkeiten und Limitationen, welche
die neuen Methoden aktuell bieten.
Mit der Etablierung eines Labors für molekulare Taxonomie und Ökologie an der BfG sollen die
DNA-basierten Verfahren zukünftig auch in die praktische Anwendung für die
Biodiversitätserfassung und dem Monitoring von großen Flüssen überführt werden. Hierfür werden
zunächst DNA-basierte und klassische Methoden parallel genutzt, um die molekularbiologischen
Verfahren als ergänzende Methode zur Bewertung von Fließgewässern im regulatorischen Kontext
zu evaluieren und validieren. Diese Ergebnisse sollen u. a. für die Ableitung neuer Ansätze zur
Integration DNA-basierter Daten in das bestehende Gewässerbewertungssystem genutzt werden mit
dem Ziel, dass die molekularbiologischen Verfahren zukünftig für einige BQEs in die
Biomonitoringverfahren der wasserwirtschaftlichen Praxis integriert werden können.
Weitere relevante Anwendungsgebiete der molekularbiologischen Verfahren in der
Gewässerüberwachung großer Flüsse sind z. B.
1) die gezielte Erfassung gebietsfremder Arten (Neobiota) sowie seltener Taxa, die
naturschutzfachlich von Bedeutung sind,
2) die Artdiagnose bewertungsrelevanter, aber schwer bestimmbarer Taxa und
3) die Untersuchung der Auswirkung von Gewässerbelastungen sowie wasserbaulicher und
Biodiversitätsschutzmaßnahmen auf die Artenvielfalt und genetische Diversität. Erste Ergebnisse zu
Untersuchungen des Zooplanktons im Ästuar der Elbe dienen als exemplarische
Diskussionsgrundlage.
Wir freuen uns über Kooperationsanfragen von Forschungseinrichtungen und Akteuren aus der
wasserwirtschaftlichen Praxis und auf neue Ideen der Zusammenarbeit!
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
274
Diversity in trade-off strategies among resurrected alga
Richard Lambrecht¹; T. Réveillon²; Lutz Becks³
¹ Limnologisches Institut der Universität Konstanz; ² University of Konstanz; ³ Universität Konstanz
Eco-evolutionary feedbacks can be central for ecological and evolutionary processes driving
population dynamics and ecosystem functioning in freshwaters. Importantly, these feedbacks have
been suggested to allow natural systems to buffer environmental perturbations. One key element in
that context is trait variation, which is often found as a result of a trade-off. Predator-prey systems
represent ideal settings for eco-evolutionary dynamics and are determinants for the transfer of matter
and energy through food webs. Moreover, predator-prey interactions usually involve trade-offs
between prey traits, such as protection against grazing (defense) and competitiveness (growth), and
these traits can be switched due to strong selective pressures. Here, we focused on a predator-prey
system composed of a rotifer predator (Brachionus calyciflorus) and a green alga prey
(Chlamydomonas sp.). We resurrected multiple prey genotypes from lake Constance sediments that
were associated with different environmental conditions (eutrophication and re-oligotrophication),
providing prey with different evolutionary backgrounds. We investigated the diversity in defensecompetitiveness
trade-off strategies among prey genotypes and between periods by measuring the
ingestion rate of the predator (i.e. defense) and the growth rate of the prey (i.e. competitiveness). In
addition, we characterized the morphologies of prey genotypes to explore the link between structural
and functional traits involved in this trade-off. We found that genotypes from the eutrophic period
were displaying a larger spectrum of morphological traits and strategies (i.e. very defended and/or
very competitive) than genotypes from the re-oligotrophic period. Overall, we show different
compositions in prey traits, which may have direct consequences on predator-prey interactions and
ultimately on the functioning of freshwater ecosystems.
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275
Projektvorstellung: Analyse und Bewertung der ökologischen
Belastungen von Seen durch Fahrgast- und Freizeitschifffahrt im
Spannungsfeld von Gewässerschutzzielen und Nutzungsansprüchen:
Mitigationsstrategien für eine dauerhaft umweltverträgliche Lenkung
Frank Peeters¹; Ralf Köhler²; Ole Lessmann³; Wolfgang Ostendorp¹
¹ Limnologisches Institut der Universität Konstanz; ² Landesamt für Umwelt Brandenburg; ³ Limnologisches Institut
Universität Konstanz
Die Arbeitsgruppe Umweltphysik am Limnologischen Institut der Universität Konstanz und das
Landesamt für Umwelt Brandenburg (LfU), Referat W26 (Gewässerentwicklung) führen gemeinsam
ein von der Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördertes Projekt durch, in dem die
ökosystemare Auswirkungen der stark zunehmenden Fahrgast- und Freizeitschifffahrt auf Seen
analysiert werden, um Szenarien unter Einbeziehung der Belastungsgrenzen zu entwickeln und
Handlungsempfehlungen abzuleiten.
Im Rahmen des dreijährigen Projektes werden
(1) der rechtliche Rahmen sowie die Anbieter- und Verbandsstrukturen einschließlich ihrer
institutionellen Beziehungen zu Fachbehörden der Länder und des Bundes und zur interessierten
Öffentlichkeit analysiert,
(2) die bisherige Faktenlage im Hinblick auf die Umweltbelastungen synoptisch neu bewertet,
(3) eine Analyse der ökosystemaren Folgen der Fahrgast- und Freizeitschifffahrt, insbesondere der
Wellenbelastungen und des wasser- und landseitigen Flächenbedarfs durchgeführt und
(4) die Auswirkung von anthropogenen Uferstrukturen, u. a. solche für die Schifffahrt auf die seeuferrelevanten
biotischen Qualitätskomponenten der EG-Wasserrahmenrichtlinie analysiert.
Aus diesen Ergebnissen sollen
(5) Wirkpfade abgeleitet und Perspektiven eines nachhaltigen Entwicklungspotenzials und der
Entwicklungsgrenzen entwickelt werden, die die langfristige Sicherung der Ökosystemleistungen
erlauben,
(6) Best Practice-Beispiele identifiziert, analysiert und ökologisch bewertet werden,
(7) Managementempfehlungen bzw. für eine dauerhaft umweltverträgliche Steuerung und Lenkung
der Fahrgast- und Freizeitschifffahrt auf den Seen entwickelt werden („sustainable use“) und
(8) Handlungsempfehlungen zusammengestellt werden, die sich an alle beteiligten Stakeholder
wenden.
Die Ergebnisse dieses Verbundprojekts sollen dazu beitragen, die voraussichtlich fortdauernden
Kontroversen unterschiedlicher Akteure zu versachlichen und eine faktenbasierte Dialogbereitschaft
zu fördern. Die Basis für Entscheidungsfindungen der zuständigen Behörden soll verbessert werden,
so dass zukünftig Umweltschutzgesichtspunkte stärkeres Gewicht erhalten können.
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276
Classification of lichenized and free-living forms of Prasiola with
simple machine learning algorithms
Mitchell Kennedy1, Claire Kowalewski1, Paul Näthe2, Daniela Lud1
1 Hochschule Rhein-Waal, Faculty of Communication and Environment, Friedrich-Heinrich-Allee 25, Kamp-Lintfort,
Germany, 2JB Hyperspectral Devices GmbH, Am Botanischen Garten 33, Düsseldorf, Germany
Keywords: Prasiola, Mastodia, Machine learning, Python, Species classification
Introduction
The symbiotic relationship between some species of the genus Prasiola and a fungus is remarkable
as the photobiont of the lichen is a foliose macroalga. One of the proposed benefits of lichenization
for these algal species seems to be enhanced tolerance to low, subzero temperatures, which is useful
in the habitat of these algal species in polar regions (Fernández-Marín et al. 2019). Changing
temperatures due to climate change might have an effect on the symbiotic relationship of the species.
Lud et al (2001) and Fernández-Marín et al. (2019) have previously discussed the uncertainty of
intermediate forms of Prasiola and so it is important that the continuation of species identification
occurs. As with any research, data analysis and species identification can be a very time-consuming
task.
Machine learning has quickly become a helpful tool for scientists to accurately classify flora species.
The aim of this study was to use machine learning to classify lichen species data attained after the
morphological analysis of herbarium samples of Mastodia tessellata and Prasiola crispa. With this
data, along with Python, Keras API and Tensorflow machine learning platform, it was possible to
accurately classify the data into two distinct species, indicating the great potential for machine
learning for Prasiola free-living and lichenized species classification.
Materials and Method
Morphological Analysis of Samples
The samples of M. tessellata and P. crispa were obtained from various locations in Antarctica by D.
Lud. In total 84 of the samples collected featured either M. Tessellata (Fig. 1A), P. Crispa (Fig. 1B)
or both. During the morphological analysis a dissecting and light microscope were used to record the
sample measurements for growth size (mm2), number of reproductive organs and average RGB
values. Red peak and far red peak values (wet and dry samples) were measured using a ROX
reflectance box develpoped by JB Hyperspectral.
277
Fig. 1: (A) Collected sample of the lichenized form (Mastodia tessellata) used during the morphological
analysis. (B) Collected sample of free-living form (Prasiola crispa).
Machine learning model
The machine learning model was built in Python following the tutorial created by Brownlee (2019)
with adjustments made as needed. Fig. 2 shows the layers of the model and gives an overview of the
layer types used with inputs and outputs.
Fig.2: A diagram of the machine learning model showing the layers input and output
A B
278
The value on the right shows the number of input nodes (top) and output nodes (bottom) for each
layer. ‘Dense’ defines that fully connected layers are being used. Through trial and error the number
of epochs required by the model was 150 and a batch size of 1 due to the small size of samples. A
training set of 0.8 and vaidation set of 0.2 was decided for the classification predictions. The model
was run five times with both accuracy (%) and loss recorded. Multiple runs are needed as the model
learns differently on each run giving different levels of accuracy ±5%. With mulitple runs an average
accuracy can be determined.
Results and Discussion
The model achieved convincing results with all five runs achieving a high species classification
accuracy as seen in Table 1. With adjustments to the number of epochs and batch size it was possible
to maintain a consistent accuracy of 90 percent or above. As expected, the model suffered very low
accuracy in the first 10-20 epochs. After the model further analysed the data and adjusted, the
accuracy reached a consistent average of above 80 percent by the 20th epoch. The accuracy was not
influenced by an increase of epochs showing the learning capacity of the model for this particular
data set.
The loss of the model was high in the first several epochs since the model was learning the data. This
was quickly reduced with increasing epochs at approximately epoch 20, similar to the accuracy,
where the loss has significantly reduced indicating successful learning. As the loss value does not
begin to increase again during the final epochs it shows that the model has not begun to overlearn and
no adjustments are needed.
Fernández-Marín et al. (2019) discussed the potential intermediate forms of Prasiola. The results
from this model show that it is possible to clearly classify the lichenized and free-living Prasiola into
two distinct forms. This may mean that there are few intermediate forms within the specimens
although more research is needed. Since the number of samples was limited it may be that no
intermediate forms were collected or did not occur in the locations used for collection. A more indepth
study with a higher number of samples in more locations may give a clear indication of
intermediate forms. Secondly, as only a basic machine learning model was used, the results
potentially could be not a true indication of the presence of intermediate forms. A custom model
developed with the intent of lichen classification could give different results as precise parameters
can be developed, adjusted and used.
Tab. 1: Results of the model after five runs with accuracy (%) and loss shown.
Run Number Classification Accuracy (%) Loss
1 95 0.0954
2 100 0.0152
3 98.81 0.0342
4 96.52 0.0531
5 92.78 0.1256
Average 96.62 0.0647
279
References
Brownlee, J (2019), Your First Deep Learning Project in Python with Keras Step-By-Step, Machine
Learning Mastery, Available from machinelearningmastery.com/tutorial-first-neural-networkpython-
keras/, Accessed 22.06.21.
Fernandez-Marin, B., López-Pozo, M., Perera-Castro, A., Arzac, M,. Sáenz-Ceniceros, A., Colesie, C., de los
Ríos, A., Sancho, L., Pintado, A., Laza, J., Pérez-Ortega, S., García-Plazaola, J. (2019) Symbiosis at
its limits: ecophysiological consequences of lichenisation in the genus Prasiola in Antarctica, Annals
of Botany 124(7), pp.1211-1226
Lud, D., Huiskes, A.H.L. and Ott, S., 2001. Morphological Evidence for the Symbiotic Character of
Turgidosculum complicatulum Kohlm. & Kohlm. (= Mastodia tesselata Hook. f, &
Harvey). Symbiosis.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
280
Controlling metalimnetic blooms of Planktothrix rubescens with a
novel water withdrawal strategy: a modelling study
Mi Chenxi ¹; David P. Hamilton; Marieke A. Frassl; Tom Shatwell; Xiangzhen Kong; Bertram
Boehrer; Yiping Li; Karsten Rinke
¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung UFZ
Aggregations of cyanobacteria in lakes and reservoirs are commonly associated with surface blooms,
but may also occur in the metalimnion as subsurface or deep chlorophyll maxima. Metalimnetic
cyanobacteria blooms are of great concern when potentially toxic species, such as Planktothrix
rubescens, are involved. Metalimnetic blooms of P. rubescens have apparently increased in frequency
and severity in recent years so there is a strong need to establish the external factors controlling its
growth. We hypothesized that P. rubescens blooms in reservoirs can be managed by modifying the
water withdrawal strategy and altering the light climate experienced by this species. We tested our
hypothesis in Rappbode Reservoir by establishing a series of withdrawal and light scenarios based
on a calibrated water quality model (CE-QUAL-W2). Our scenarios demonstrated that metalimnetic
water withdrawal reduced P. rubescens biomass in the reservoir. According to the simulation results
we defined an optimal withdrawal volume to control P. rubescens blooms in the reservoir as
approximately 10 million m3 (10% of the reservoir volume) during its bloom phase. The simulations
also indicated that P. rubescens growth can be most effectively suppressed if the metalimnetic
withdrawal is applied in the early stage of its rapid growth (i.e., before the occurrence of blooms).
Additionally, the results showed that P. rubescens biomass gradually decreased with increasing light
extinction and nearly disappeared when the extinction coefficient exceeded 0.55 m-1. Our results
indicate that close linkages among in situ measurements, model simulations, empirical growth rate
and flushing rate calculations can usefully inform management strategies to minimise the harmful
impacts of P. rubescens in water supplies. Such a strategy could be used in reservoir operation as an
adaptive response to offset the rise in P. rubescens populations.
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281
Wissenschaft macht Schule – Eine Wanderausstellung zu
(Mikro)plastik
Antje Nieber¹; Per-Olaf Walter²; Friederike Gabel²; Katrin Wendt-Potthoff¹
¹ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ Magdeburg; ² Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Plastik ist in Gewässern mittlerweile allgegenwärtig. Die Verbreitung von Mikroplastik lässt sich
nicht nur im Meer, sondern auch in vielen Binnengewässern nachweisen. Diese Umweltbelastung ist
ein wichtiges ökologisches Thema, das zunehmend großes mediales Interesse hervorbringt. Da die
Verschmutzung mit (Mikro-)Plastik u. a. aufgrund der Langlebigkeit und steter Degradation noch
sehr lange bestehen wird, ist es wichtig auch jüngere Generationen für dieses Thema zu sensibilisieren
und profunde zu informieren. Aus diesem Grund ist im Forschungsprojekt MikroPlaTaS
(Mikroplastik in Talsperren und Staubereichen) eine Wanderausstellung zum Thema Mikroplastik
entstanden, die von Schulen und weiteren Akteuren der Umweltbildung ausgeliehen werden kann.
Das Projekt untersucht die genannten strömungsberuhigten Fließgewässerbereiche hinsichtlich des
Verhaltens und Vorkommens von Mikroplastik, der Bildung von Biofilmen auf Plastik und der
Sedimentation dieser bewachsenen Partikel sowie Wirkungen auf Organismen.
Bei der inhaltlichen Konzeption der Wanderausstellung standen zudem Aspekte der Bildung für
nachhaltigen Entwicklung (BNE) im Vordergrund. Insbesondere Schülerinnen und Schüler sollen
daher befähigt werden, globale Zusammenhänge zu verstehen und auf eigenes
verantwortungsbewusstes Handeln im Sinne einer lebenswerten Zukunft für alle zu übertragen.
Die Wanderausstellung besteht aus insgesamt acht sogenannten Roll-Ups, hochformatigen,
transportablen Postern. Die ersten vier Poster beleuchten das Thema Mikroplastik in der Umwelt und
gehen überblicksartig auf die Entstehung von Mikroplastik, Verbreitungswege und die Verteilung in
der Umwelt sowie im Nahrungsnetz ein.
Der zweite Teil erklärt die Arbeit der Forscher:innen im MikroPlaTaS-Verbundprojekt näher und gibt
einen Einblick in deren Arbeit. Anhand der durchgeführten Untersuchungen wird der Prozess des
wissenschaftlichen Arbeitens erläutert und erste Ergebnisse vorgestellt.
Während die Informationen in der ersten Hälfte der Ausstellung allgemein verständlich aufbereitet
sind und die interessierte Öffentlichkeit ansprechen, richtet sich der spezifischere zweite Teil
vorrangig an Oberstufenschüler:innen der Biologie-/Geographie und Chemie-Leistungskurse
(Sekundarstufe II). Darüber hinaus liegt der Wanderausstellung zum Einsatz im Unterricht ein
Lehrbegleitheft mit vorbereiteten Unterrichtsstunden bei.
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282
Vergleich von Prognose- und Monitoringdaten nach Umsetzung der
Maßnahme am Mortelbach in Waldheim (Sachsen)
Sandra Niebergall¹; Ulrike Haase²; Rima Alshomaree¹; Luise Richter²; Thomas Berendonk²
¹ Technische Universität Dresden; ² Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie
Für die Zielerreichung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) sind
Revitalisierungsmaßnahmen notwendig, um strukturelle Defizite in anthropogen veränderten
Gewässern zu verbessern. Nur durch die Etablierung gewässertypischer Lebensgemeinschaften kann
das Ziel des „guten“ ökologischen Zustands für die Qualitätskomponente Makrozoobenthos erreicht
werden. Die Habitateignungsmodellierung verknüpft die biologischen Ansprüche der Organismen
(Präferenzen) mit den hydrodynamischen Prozessen an der Gewässersohle (FST-Halbkugelwerte)
und kann als unterstützende Planungs- und Bewertungsmethode eingesetzt werden.
Der Mortelbach wurde mit ingenieurbiologischen Maßnahmen auf einem 220m langen
Streckenabschnitt im Siedlungsbereich revitalisiert. Statt durch die ehemalige Niedrigwasserrinne aus
Beton fließt das Gewässer nun durch eine Riegel-Becken-Sequenz und durch zwei mit Lochblechen
umgestaltete Durchlässe. Der ökologische Zustand benthischer Invertebrate wurde vor der
Maßnahme überwiegend als „mäßig“ und „schlecht“ eingestuft und die Gewässerstruktur als
„vollständig verändert“ bewertet.
Die Habitateignungsmodellierung (CASiMiR-Fish2D) basierend auf einem mehrdimensionalen
hydronumerischen Modell wurde für die ökofunktionalen Gruppen (Strömungstyp) des
Makrozoobenthos durchgeführt. Das Habitatmodell wurde anhand der Monitoringdaten des
Kartierverfahrens „Typology of Riverbed Structures and Habitats (TRiSHa)“ validiert und mit dem
naturnahen Referenzabschnitt verglichen. Die Habitateignung der Einzelflächen („suitability index“)
und die Integralwerte der gesamten Modellfläche („hydraulic-habitat-index“, „weighted usable area“)
wurden für vier relevante Abflüsse, sowohl für Niedrigwasser- als auch Hochwassersituationen,
prognostiziert.
In einem natürlichen Mittelgebirgsbach (Typ 5) dominieren die rheophilen Arten in der
Strömungstypenverteilung mit ca. 60%. Für den revitalisierten Abschnitt ist bei mittlerem
Niedrigwasserabfluss und mittlerem Abfluss die Dominanz jedoch zu den limnophilen Arten hin
verschoben. Auch die Kartierungen zeigen, dass nur mit steigenden Abflüssen ausreichend geeignete
Habitate für rheophile Arten zur Verfügung stehen.
Angesichts vermehrt auftretender Niedrigwasserabflüsse aufgrund zunehmender Dürreperioden ist
jedoch die Gewährleistung von geeigneten Habitaten für gewässertypspezifische Arten unabdingbar
für den guten ökologischen Zustand.
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283
Bewertung des ökologischen Zustandes der Münsteraner
Schlossgräfte
Mariya Poryazova; Melisa Gündogan; Elisabeth I. Meyer; Bettina Zeis
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Die Münsteraner Schlossgräfte ist ein ca. 700 m langes künstliches Stillgewässer mit einer mittleren
Breite von 25 m, einer Wasserfläche von ca. 3 ha und einer Wassertiefe von bis zu 1,8 m. Die Gräfte
steht unter Denkmalschutz und umschließt den Schlossgarten in Münster sternförmig. Es ist ein
Gewässer mit sehr steilen Ufern. Der hohe Falllaubeintrag hat zur Bildung einer bis zu 90 cm
mächtigen Faulschlammschicht geführt. Die Gräfte dient als Regenrückhalte- und Klärbecken bei
Starkregenereignissen. Im Rahmen einer Projektarbeit, die vom Juni bis Oktober 2020 durchgeführt
wurde, wurde der ökologische Ist-Zustand des Gewässers ermittelt. Außer physiko-chemischen
Parametern wurden noch die Chlorophyll a-Konzentration, die Zusammensetzung des Zooplanktons,
des Makroozobenthos und des Fischbestands ausgewertet. Die im Sommer beobachteten
Sauerstoffmangelsituationen begünstigen eine Rücklösung von Phosphat. Hohe Chlorophyll a-
Konzentrationen als Indikator einer hohen Phytoplankton-Abundanz kennzeichneten das
nährstoffreiche Gewässer. Die Cyanobakterien spielten dabei nur eine untergeordnete Rolle. Das
Zooplankton war durch eine hohe Abundanz von Bosmina longirostris im Mai gekennzeichnet. Die
unterschiedlichen Gruppen des Zooplanktons wiesen zeitlich verschiedene Größenmaxima auf, hier
könnten sich Effekte des Fraßdrucks durch planktivore Fische und die Demographie der Populationen
überlagern. Beim Makrozoobenthos dominierten Anneliden und Arthropoden, v.a. Dipterenlarven.
Die durchschnittliche Abundanz von Makrozoobenthos war mit der Sauerstoffkonzentration im
Wasser korreliert. Bei der Elektrobefischung wurde deutlich, dass wenigen Raubfischen ein hoher
Anteil an Friedfischen gegenüberstand. Die Münsteraner Schlossgräfte zeigte erhebliche ökologische
Defizite, welche vor allem durch die am Gewässergrund liegende Faulschlammschicht begründet
sind. Eine zukünftige Sanierung und Entschlammung des Gewässers kann zur Verbesserung der
Gewässerökologie beitragen.
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284
Untersuchung der Fließgewässerqualität unter Einbeziehung einer
Bestimmungs-App
Judith Rosenbach; Anja Scherwaß; Hartmut Arndt
Universität zu Köln
Jedes Fließgewässer lässt anhand der dort lebenden Organismen Rückschlüsse auf seine
Wasserqualität ziehen.
Üblicherweise bestimmt man zum Zwecke der mittelfristigen Gewässeruntersuchung den
Saprobienindex. Die Makrofauna des Gewässers „of interest“ wird gesammelt und den Funden je
einen Saprobiewert, einen Abundanzwert und ein Indikationsgewicht zugeordnet, aus denen man
dann den Saprobienindex errechnet.
Auf dem Poster wird exemplarisch dargestellt, wie in einem Universitätskurs (Grundstudium) die
Qualitätsbestimmung unterschiedlicher Gewässer in und um Deutschland erlernt wird. Zusätzlich zu
den herkömmlichen Bestimmungsschlüsseln, die üblicherweise für die Bestimmung des
Saprobienindexes verwendet werden, kommt hierbei auch eine App zur Bestimmung von Lebewesen
zum Einsatz. In dieser können die Beobachtung nicht nur digital gesammelt, festgehalten und
selbständig bestimmt werden, sondern auch von anderen Nutzern eingesehen und ggf. nachbestimmt
werden.
Es soll gezeigt werden, dass die unbegleitete Bestimmung von Organismen seitens Studierender
dadurch vereinfacht und besser betreut werden kann.
Erste Ergebnisse zeigen, dass in einem ersten Durchgang dieser Art der Kursdurchführung um die 80
verschiedene Standorte untersucht und bei knapp 170 Personen mehr als 2.350 Beobachtungen
gemacht wurden. Entsprechend der Erwartungen blieb die unmittelbare selbständige Bestimmung der
Organismen oft auf Gattungsebene. Aufgrund der Speichermöglichkeit der Beobachtungen wurde
aber eine genauere Artbestimmung z. T. in Folgetagen der eigentlichen Beobachtung selbständig oder
durch Spezialisten vorgenommen, so dass final in vielen Fällen die Bestimmung des
Saprobienindexes gut möglich war.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
285
Herausforderungen der TP-Bestimmung in pH-neutralen
Tagebauseen
Jacqueline Rücker¹; Gudrun Lippert¹; Yvonne Kreutziger²; Ina Hildebrandt³; Björn Grüneberg⁴
¹ BTU Cottbus-Senftenberg; ² Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann; ³ BGD ECOSAX GmbH; ⁴ Landeslabor Berlin-
Brandenburg
Im Rahmen eines von der DBU geförderten Projekts werden empirische Phosphor-Retentionsmodelle
für pH-neutrale Tagebauseen (TBS) entwickelt, mit denen eine Abschätzung der tolerierbaren PBelastung
möglich ist. TBS zeichnen sich v.a. auf Grund bergbaulich bedingter Einträge von Eisen
durch ein höheres P-Retentionsvermögen im Vergleich zu natürlichen Seen aus. Daher sind
empirische Modelle vom Vollenweider-Typ für TBS nicht anwendbar, weil sie deren Resilienz
gegenüber Nährstoffeinträgen unterschätzen und falsche (zu hohe) seeinterne
Nährstoffkonzentrationen prognostizieren.
Dieser Beitrag widmet sich der Bestimmung der seeinternen P-Konzentrationen (PSee) als wichtige
Eingangsgröße für die Modellentwicklung (zu Projekt- und Modellansatz siehe Vortrag Grüneberg
et al.). Im Rahmen einer Metadatenanalyse wurden 39 TBS aus dem Lausitzer und Mitteldeutschen
Braunkohlerevier ermittelt, die für die Modellanpassung in die engere Wahl kommen. Die Analyse
von Langzeitmonitoringdaten verschiedener Quellen für den Zeitraum 2010 – 2020 ergab, dass der
langjährige Mittelwert von PSee nur in 25 % der ausgewählten Gewässer über 10 μg L-1
Gesamtphosphor (TP) liegt. Was zunächst für eine sehr gute Wasserqualität der TBS spricht, erweist
sich für die Modellentwicklung als große Herausforderung, da diese eine möglichst große Spannbreite
von TP-Konzentrationen, also auch in ihrer Entwicklung fortgeschrittene TBS mit höherer Trophie
benötigt. Darüber hinaus liegt die analytische Bestimmungsgrenze (BG) für TP der meisten Labore
bei < 10 oder < 5 μg L-1. Das hat zur Folge, dass der Anteil von TP-Werten unter der BG in den
Monitoringdaten in 16 der ausgewählten 39 TBS über 50 % und in 9 TBS sogar über 75 % beträgt.
Für die PSee-Berechnung sind Datensätze mit hohem Anteil von Werten < BG ungeeignet. Daher
wurden 2019/20 Messkampagnen mit hohem analytischen Aufwand durchgeführt, um für
ausgewählte Seen reale TP-Werte im Bereich der BG zu ermitteln. Die TP-Analysen erfolgten
manuell als Autoklavenaufschluss mit Peroxidisulfat und anschließender photometrischer
Bestimmung nach der Molybdänblau-Methode. Durch äußerst große Sorgfalt bei der Reinigung von
Probegefäßen, Laborgeräten und beim Handling sowie Mehrfachbestimmungen konnte eine BG um
3 μg L-1 erreicht werden. In diesem Beitrag werden Probleme der TP-Analytik in niedrigen
Konzentrationsbereichen thematisiert sowie Empfehlungen für die Analytik, aber auch die
Probenahme, Probenkonservierung und –lagerung gegeben.
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Analysing the diversity of fauna in the River Rhine and nearby
aquatic systems – Comparison of morphological and metabarcoding
techniques
Dominik Scepanski¹; Alexandra Schoenle²; Ann-Marie Waldvogel³; Hartmut Arndt¹
¹ University of Cologne, Zoological Institute, General Ecology; ² University of Cologne, Zoological Institute, General
Ecology/Ecological Genomics; ³ University of Cologne, Zoological Institute, Ecological Genomics
Human activities have altered aquatic habitats, influencing the complete diversity of fauna all over
the lower Rhine region. Hence, while the continuous loss of biodiversity becomes more and more
prominent, studies on the whole diversity incl. most taxa are urgently needed. However, traditional
methods are time-consuming and often lack the comprehensive assessment of the total biodiversity.
Therefore, metabarcoding approaches might be a valuable addition to morphological studies to detect
a close to complete proportion of the diversity in a given environmental sample.
We investigate the zoobenthos diversity of the River Rhine and associated aquatic systems including
nano-, micro-, meio-, macro and possible megafauna. With this study, we aim at comparing the
community structure in different habitats using morphological and metabarcoding approaches.
Therefore, two riprap river sections (Cologne and Grietherbusch), two cut-off meanders as well as
four lakes in the flood plain around Grietherbusch are included in this study. Differences in the
obtained diversity measures, resulting from the different methods and habitats will be discussed as
well as the benefits of each technique. This study should reveal a brief snapshot of each habitats
specific composition of fauna while providing valuable information for future biodiversity studies
and the potential implementation of metabarcoding techniques.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
287
Bundestaxaliste der Gewässerorganismen Deutschlands (BTL):
Taxaliste für Monitoring und Naturschutz - Herausforderungen am
Beispiel der Kieselalgen
Petra Schilling1, Gabriele Hofmann2 & Wolf-Henning Kusber3
1 Umweltbundesamt, Qualitätssicherungsstelle des BLMP, FG II 2.5, Schichauweg 58, 12307 Berlin,
e-mail: petra.schilling@uba.de
2 Hirtenstraße 19, 61479 Glashütten, e-mail: GM.Hofmann@t-online.de
3 Freie Universität Berlin, ZE Botanischer Garten und Botanisches Museum, Königin-Luise-Str. 6-8, 14195 Berlin, email:
w.h.kusber@bo.berlin
Keywords: Arteninventar; Diatomeen; Gewässerbewertung; Indikatortaxa; marines Monitoring; Taxaliste;
Wasserrahmenrichtline
Einleitung
Eine eindeutige Benennung und Kodierung der in Deutschland vorkommenden Gewässerorganismen
ist Grundlage für den nationalen und internationalen Austausch von Biodiversitätsdaten und somit
eine wichtige Voraussetzung für die Qualitätssicherung biologischer Gewässeruntersuchungen, die
auf eine lange Tradition zurückblicken kann.
Die Anfänge reichen bis in die 1970er Jahre zurück (siehe Tab. 1). Im Jahr 2003 wurde erstmalig eine
„Taxaliste der Gewässerorganismen Deutschlands“ durch das Bayerische Landesamt für
Wasserwirtschaft (Mauch et al. 2003) veröffentlicht. Danach erfolgten in unregelmäßigen Abständen
unter Federführung des Bayerischen Landesamts für Umwelt (LfU Bayern) mehrfache
Überarbeitungen und Aktualisierungen. Die letzte Gesamtausgabe durch das LfU Bayern wurde im
März 2017 herausgegeben. Seit diesem Zeitpunkt wird die Pflege und Betreuung durch das
Umweltbundesamt (UBA) wahrgenommen.
Die Bundestaxaliste (BTL) als bundesweit einheitliche taxonomische Liste der Gewässerorganismen
Deutschlands ist Grundlage für die Bewertung des Gewässerzustandes gemäß den gesetzlichen
Vorgaben der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) und der EG-Meeresstrategierahmenrichtlinie
(EG-MSRL). Sie ist ein Service der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) und
des Bundes, um taxonbezogene Arbeiten im Bereich der Gewässeruntersuchung sowie die damit
verbundene Forschung zu unterstützen. Die aktuelle Ausgabe vom Mai 2020 ist über
www.gewaesser-bewertung.de/index.php im Internet abrufbar
(siehe Abb. 1).
288
Tab. 1: Kurzüberblick zur Entstehung und Entwicklung der Bundestaxaliste
Jahr Inhaltlicher Stand Taxazahl
1979
Interne Arbeitsunterlagen für den Dienstgebrauch des
Bayerischen Landesamts für Umwelt (LfU Bayern)
ca. 500
1985 „Biologische Gewässeranalyse in Bayern“ (1/85) ca. 3.000
1990 2. Auflage (4/90) ca. 4.300
2003
LfU-Informationsbericht „Taxaliste der
Gewässerorganismen Deutschlands“ (Mauch et al.
2003)
9.714
2011 Aktualisierung im Internet 12.701
2017
Letzte Aktualisierung durch das LfU Bayern im
Internet
12.893
2020
Erste Aktualisierung durch das UBA – Schwerpunkt
Phytoplankton
13.366
2021 Bearbeitung der Diatomeen
ca. 890 neue &
ca. 3120 zu prüfende Taxa
2022
Nächste geplante Aktualisierung der BTL -
Schwerpunkt marine Taxa und Diatomeen
Abb. 1 Zugang zur BTL über die Homepage www.gewaesser-bewertung.de
289
Die Betreuung der BTL, die inzwischen über 13.350 Taxa verschiedenster Gruppen der in limnischen
und marinen Gewässern Deutschlands vorkommenden Organismen umfasst, ist eine bundesländerübergreifende
Daueraufgabe. Zur Verbesserung des Austausches und zur Fortentwicklung der
BTL wurde im Juni 2021 in Zusammenarbeit mit den Expertenkreisen Fließgewässer und Seen der
LAWA und Vertretern des Bund/Länder-Messprogramms für die Meeresumwelt von Nord- und Ostsee
(BLMP) ein Beirat aus Bund- und Ländervertretern gegründet, der die anstehenden Arbeiten
begleitet und koordiniert. Da die inhaltlichen Arbeiten nur mit Hilfe umfangreicher externer wissenschaftlicher
Expertise zu bewältigen sind, werden diese durch fachliche Begleitgruppen und externe
Experten unterstützt.
Durch einheitliche an die biologische Systematik angelehnte Klassifikation und Schlüsselnummern
wird der Datenaustausch und die Anwendung vorhandener und in Entwicklung befindlicher Auswertungsprogramme
wesentlich erleichtert. Die Bereitstellung von eindeutigen Identifiern (DVNummern)
ermöglicht langfristig und dauerhaft die eindeutige Identifizierung taxonomischer
Objekte und somit eine effektive Nutzung, Beschreibung und Archivierung biologischer Daten, wie
z. B. ökologische Attribute (Trophie, Halobie, Saprobie usw.). Damit wird die Rückverfolgbarkeit
von taxonomischen Entwicklungen und deren Auswirkung auf die Bewertung des ökologischen
Zustands deutscher Gewässer gewährleistet.
Für die praktische Arbeit werden in der BTL über die Auflistung von Taxa hinausgehend auch nicht
rein taxonomisch begründete Taxa-Gruppen bzw. -Komplexe (zum Beispiel Art- oder Gattungskomplexe)
für die Erfassung und Auswertung morphologisch nicht oder nur schwer unterscheidbarer Taxa
geführt. Somit wird durch die vereinheitlichte Benennung und Kodierung eine bessere Vergleichbarkeit
der Monitoringergebnisse gewährleistet.
Funde neuer Taxa sowie aktuelle taxonomische und autökologische Erkenntnisse erfordern eine
regelmäßige Überprüfung und Aktualisierung der BTL. Aus diesem Grund wird gegenwärtig die
Gruppe der Kieselalgen im Rahmen eines von der LAWA finanzierten Projektes (O 3.20) überarbeitet.
In diesem Projekt erfolgt neben der Überprüfung des bestehenden Datenbestandes der überwiegend
limnischen Taxa auch die Neuaufnahme der Diatomeen aus den deutschen Meeresgebieten, die
im Rahmen des Bund/Länder-Messprogramms für die Meeresumwelt von Nord- und Ostsee erfasst
wurden.
Herausforderungen
Aufgrund der Publikation der neuen Roten Liste und Gesamtliste der Diatomeen Deutschlands
(Hofmann et al. 2018) sowie durch zahlreiche Neu- oder Nachmeldungen von Kieselalgenvorkommen
aus dem Monitoring der Bundesländer besteht ein erheblicher Aktualisierungsbedarf der
BTL. Qualität und Plausibilität der Neumeldungen sind sehr uneinheitlich und umfassen neue Namen
für bekannte Taxa, alte und jüngere Synonyme, vereinzelt Fehlbestimmungen sowie neu beschriebene
Taxa, die schon kurz nach der Veröffentlichung auch in Deutschland nachgewiesen wurden.
Eine allgemeinverbindliche Quelle für alle limnischen und marinen Taxa fehlt sowohl national als
auch international für Diatomeen und alle anderen Algengruppen. Die Rote Liste limnischer
Diatomeen (Hofmann et al. 2018) wurde unabhängig von der BTL überarbeitet. Lehnte sich die
1996er Rote Liste noch sehr an die Süßwasserflora mit konservativen Gattungsumschreibungen an,
sind Gattungs- und Artkonzepte in der Liste 2018 deutlich aktueller und die Zahl gelisteter Taxa stieg
von 1435 auf 2103. Vielfach konnten inzwischen Sippenkomplexe in einzelne Arten aufgelöst
290
werden, was einen sehr genauen und transparenten Abgleich der Synonymien und Konzeptsynonymien
erfordert.
Unterschiedliche Aktualisierungsstrategien verschiedener internationaler Datenbanken (Algaebase,
WoRMS, DiatomBase) stellen ein Problem dar, da oft taxonomische und nomenklatorische
Änderungen umgehend aufgenommen werden ohne immer ausreichende Angaben zur Historie mitzuführen.
AlgaeBase (Guiry & Guiry 2021) übernimmt die neuesten taxonomischen Entwicklungen
sehr schnell aber teils unkritisch, was zu einer aktuellen, jedoch instabilen Datenlage führt.
DiatomBase (Kociolek et al. 2021), auch Datenlieferant für das World Register of Marine Species,
WoRMS, enthält viele noch nicht evaluierte Taxa.
Widersprüche in den Datenbanken, aber auch in den verschiedenen Auflagen einschlägiger Bestimmungsliteratur
machen Einzelentscheidungen notwendig. Hauptherausforderung ist es, eine stabile
BTL zu erstellen, deren Einträge durch moderne Bestimmungsliteratur dokumentiert sind, die aber
auch rückwärts- und vorwärtskompatibel sind. Letzteres ist wichtig, um modernere Namen für die
Gewässerbewertung nutzbar zu machen. Daneben ist es ein wichtiges Ziel, möglichst vollständige
(Klassifikation, Autoren, Jahre etc.) und widerspruchsfreie Datensätze zur Verfügung zu stellen. Im
Zweifelsfall sind einzelne Entscheidungen im BTL-Beirat abzustimmen, um den Anforderungen aus
der Praxis gerecht zu werden.
Vorgehensweise
Die Entwicklung des Datenbestands der BTL ist in Tab. 1 wiedergegeben. In Mauch et al. (2003)
wurde für Kieselalgen (Diatomeen) im Wesentlichen der Stand der Roten Liste Deutschlands nach
Lange-Bertalot (1996) abgebildet. Wesentliche Ergänzungen ergaben sich bis zur Version vom Mai
2020 (Schilling 2020) durch die Einarbeitung von Vorversionen der aktuellen Roten Liste (Hofmann
et al. 2018) sowie Evaluierungen im Rahmen der Überarbeitung der Phytoplanktonliste für die
WRRL-Bewertungsverfahren der Biokomponente Phytoplankton (Mischke et al. 2018).
Die aktuellen Taxa der Roten Liste und Gesamtartenliste der limnischen Kieselalgen Deutschlands
(Hofmann et al. 2018) werden mit dem Datenbestand der Bundestaxaliste vom Mai 2020 sowie mit
den Fundmeldungen von Diatomeentaxa aus dem deutschen Monitoring limnischer und mariner
Standorte, die dem UBA bis Oktober 2021 vorlagen, abgeglichen.
Die Prüfung des Datenbestands und der Neuaufnahmeanträge beinhaltet die nachfolgend
aufgelisteten Bereiche:
• Nomenklatur:
Prüfung der Gültigkeit und Legitimität des Namens (Turland et al. 2018), Richtigkeit von
Orthographie, Autoren und Referenz nach Originalquellen und Datenbanken (Index Nominum
Algarum 2021, PhycoBank 2021).
• Taxonomie:
Prüfung des akzeptierten Namens anhand aktueller sowie im deutschen Monitoring verwendeter
Bestimmungsliteratur, ausgehend von der in Mauch et al. (2003) angegebenen Liste, ergänzt um
relevante Titel der Reihen „Diatoms of Europe“ (Lange-Bertalot 2000-2020), sowie aktuellerer
Veröffentlichungen von Hofmann et al. (2013) und Lange-Bertalot et al. (2017) und
Einzelpublikationen (z. B. Reichardt 2018). Abgleich der akzeptierten Taxa mit AlgaeBase
(Guiry & Guiry 2021) sowie DiatomBase als Datenlieferant für das World Register of Marine
Species, WoRMS (Kociolek et al. 2021).
291
• Klassifikation:
Abgleich der in der BTL verwendeten Klassifikation mit einem aktuellen und versionierten
System der Diatomeen (Cox 2015).
• Vorkommen der Taxa:
Soweit aus der Literatur bzw. den Meldungen bekannt, Hinterlegung von Referenzstandorten und
Angaben zu Referenzpräparaten für Bestandstaxa und neu aufzunehmende Taxa.
• Bestimmbarkeit:
Aufbauend auf den Projektergebnissen aus Mischke et al. (2018) wird eine
Referenzbestimmungsliteratur mit Seitenzahl und Abbildung an die neu aufzunehmenden Taxa
angehängt.
• Ökologische Attributierung:
Herstellung des Bezugs bewertungsrelevanter ökologischer Attribute zu den Einträgen der
Bundestaxaliste, die sich aus der aktuellen Überarbeitung des Phylib‐Bewertungsverfahrens
(Länderfinanzierungsprogramm "Wasser, Boden und Abfall", 2020) ergeben.
Ergebnisse
Ca. 890 überwiegend marine Taxa für die die Aufnahme in die BTL beantragt wurde, sind zu prüfen,
da darunter auch eine Reihe von Doppelmeldungen oder Meldungen älterer oder neuerer Namen sind,
die objektiv auf vorhandene Namen der Bundestaxaliste bezogen werden oder als taxonomische
Synonyme zugeordnet werden können. Da auch Inkonsistenzen von Altdaten und Differenzen der
Bundestaxaliste zu aktuellen Identifikationsquellen sowie Referenzdatenbanken gemeldet wurden,
ergab sich darüber hinaus ein Prüfungsbedarf für die ca. 3120 überwiegend limnischen Diatomeen-
Taxa des Datenbestands der BTL 2020 (siehe Tab. 1).
Abb. 2: Gomphonella tegelensis aus dem Tegeler See (Berlin). Rasterelektronenmikroskopische
Aufnahme der Schaleninnenseite. Maßstab: 10 μm. Foto: Forschungsgruppe Diatomeen am
BGBM.
Im Folgenden ist beispielhaft dargestellt, welche Aspekte bei der Datenrecherche für die
Bundestaxaliste berücksichtigt werden müssen. Das Taxon Gomphonema transylvanica Pant. 1892
wurde aus fossilem Material beschrieben (Kociolek et al. 2021), später mit ähnlichen rezenten Funden
aus dem östlichen Europa vereint und als Gomphoneis transsilvanica (Pant.) Krammer 1985
umkombiniert sowie in Krammer & Lange-Bertalot (1996) dokumentiert. Entsprechend dieser
Bestimmungsliteratur wurden Funde für Deutschland gemeldet (Hofmann et al. 2018). Aufgrund der
Nomenklaturregeln (Turland et al. 2018) ist die korrekte Schreibweise Gomphoneis transsylvanica
(Pant.) Krammer 1985. Taxonomische morphologische Vergleiche des fossilen Materials mit dem
Neophyten aus Berliner Material ergaben, dass es sich um unterschiedliche Arten handelt. Daher
292
wurde das rezente Taxon als Gomphoneis tegelensis R. Jahn & N. Abarca 2018 neu beschrieben
(Skibbe et al. 2018). Nach eingehenden molekularen Analysen wird der Neophyt in der Forschung
als Gomphonella tegelensis (R. Jahn & N. Abarca) R. Jahn & N. Abarca 2019 (siehe Abb. 2) zu der
wieder eingesetzten Gattung Gomphonella Rabenh. 1853 gestellt. Die Referenzdatenbanken
verfahren unterschiedlich: DiatomBase (Kociolek et al. 2021) akzeptiert Gomphoneis, AlgaeBase
(Guiry & Guiry 2021) dagegen Gomphonella.
Relevant für die Überarbeitung der Bundestaxaliste ist, dass aufeinander bezogene Namen und
Taxonkonzepte verknüpft werden und eine geeignete und möglichst gut verfügbare
Bestimmungsquelle angegeben wird. Bei der Gattungszuordnung werden solche Gattungen
bevorzugt, die bereits in gängige Bestimmungswerke eingegangen sind. Beispiele für die Übernahme
aktueller taxonomischer Forschungsstände sind Halamphora (Hofmann et al. 2013, 2018, Kusber et
al. 2021) und Tryblionella, letztere noch nicht in Hofmann et al. (2013, 2018), aber bereits in Lange-
Bertalot et al. (2018) gelistet. In den Fällen, in denen die taxonomische Forschung im Fluss ist, und
noch nicht umfassend in der Bestimmungsliteratur repräsentiert ist, wird vorläufig auf neue
Gattungszuordnungen verzichtet, wie bei der Neubewertung der Gattungen Cymatopleura, Surirella
und Iconella.
Zusammenfassung
Zunehmend sind unterschiedliche Aktualisierungsstrategien verschiedener Datenbanken (Algaebase,
WoRMS, DiatomBase) ein Problem, da vielfach taxonomische und nomenklatorische Änderungen
umgehend und häufig unkritisch aufgenommen werden ohne immer ausreichende Angaben zur
Historie mitzuführen, was der Notwendigkeit einer stabilen Liste und der Rückverfolgbarkeit für das
Monitoring zuwiderläuft. Hier setzt die Bundestaxaliste an, in dem sie die Gesamtbiodiversität
deutscher Gewässer abbildet und stabile Identifier (DV-Nr.) für das Gewässermonitoring in
Deutschland zentral zur Verfügung stellt.
Die Überarbeitung und Aktualisierung der Kieselalgen innerhalb der Bundestaxaliste zielt auf eine
Zusammenführung verschiedener Listen ab. Dabei soll sowohl eine größere Datentransparenz als
auch eine bessere Kommunizierbarkeit von Monitoring-Ergebnissen im nationalen, EU- und
internationalen Kontext erreicht werden.
Danksagung
Die Bearbeitung der Diatomeen durch G. Hofmann und W.-H. Kusber wird im Rahmen des LAWAProjektes
Nr. O3.20 – 2020/2022 „Überarbeitung der limnischen und marinen Diatomeen auf Basis
von Datenbank- und Literaturrecherchen“ gefördert.
Literatur
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Kodierung biologischer Befunde (Stand März 2017): www.gewaesserbewertung.
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293
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Skibbe, O.; Zimmermann, J.; Kusber, W.-H.; Abarca, N.; Buczkó, K. & Jahn, R. (2018): Gomphoneis
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
294
Vergleich genetischer und morphologischer Art-Identifikation des
Makrozoobenthos in den Bundeswasserstraßen
Saskia Schmidt; Franz Schöll
Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)
Gesetzliche Vorgaben, Richtlinien und Verordnungen erfordern die Erfassung aquatischer
Lebensgemeinschaften an Bundeswasserstraßen, z. B. bei der naturschutzfachlichen Einschätzung
von wasserbaulichen Maßnahmen, der Erfassung der Biodiversität, der Früherkennung von invasiven
Arten sowie der Bewertung des ökologischen Zustandes des Wasserkörpers im Rahmen der
Umsetzung der WRRL. Neben den Fischen, Phytoplankton, Phytobenthos und Makrophyten spielt
das Makrozoobenthos hierbei eine wichtige Rolle. Seit 1986 erhebt die Bundesanstalt für
Gewässerkunde deshalb die bodenbewohnende Kleintierfauna zwischen Basel und Emmerich an
repräsentativen Untersuchungsbereichen in regelmäßigen Intervallen.
Die Art-Identifikation wird derzeit standardmäßig anhand morphologischer Merkmale ermittelt.
Diese Methode ist zum einen kostspielig und zeitaufwendig, zum anderen erfordert sie durch
jahrelange Erfahrung erworbene Spezialkenntnisse, die in Deutschland und anderen europäischen
Staaten immer weniger vorhanden sind, da die Taxonomie von den Lehrplänen der Universitäten
zunehmend verschwindet.
Eine Alternative zur morphologischen Bestimmung ist eine DNA-basierte Art- Identifikation, die in
der letzten Dekade etabliert wurde. Hierbei wird die DNA eines zu identifizierenden Organismus mit
Referenz-DNA-Sequenzen aus Datenbanken abgeglichen und Arten zugeordnet. DNA und Umwelt-
DNA (eDNA) basierte Methoden sind vielversprechende Alternativen um die Probleme der
morphologisch basierten Art-Identifikation zu umgehen. Die entscheidende Frage ist, inwieweit die
Ergebnisse der morphologischen Artdiagnose und der genetischen Taxonomie hinsichtlich des
Arteninventars aber auch bei der Berechnung von Indices vergleichbar sind.
Dazu stellen wir die ersten Ergebnisse eines Methodenvergleichs zwischen der morphologischen und
der genetischen Art-Identifikation vor. 45 Makrozoobenthos-Proben wurden im Rahmen des 2-
jährlichen Langzeit-Monitorings im August 2020 an 9 Stellen längs des Rheins von Basel bis Koblenz
an repräsentativen Bereichen im Querprofil genommen. Diese Proben wurden zunächst
morphologisch und im Anschluss genetisch bestimmt und hinsichtlich Artenvielfalt und
Artenidentität ausgewertet. Die Eingabe der Artenlisten in das Perlodes Online Tool zur Bewertung
des ökologischen Zustandes nach WRRL soll zeigen, ob eine Gewässerbewertung über etablierte,
standardisierte Indices mit genetischer Taxonomie zu ähnlichen Ergebnissen führt wie mit der
klassischen morphologischen Artdiagnose.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
295
Ein Habitateignungsmodell für die Finte im Weser- und Elbeästuar
Michael Schönung¹; Joost Vanoverbeke²; Nele Wendländer¹; Jens Wyrwa¹; Carsten Viergutz¹;
Andreas Schöl¹
¹ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG); ² Instituut Natuur- en Bosonderzoek
Das Vorkommen der Finte (Alosa fallax) und ihrer Larven in den Ästuaren ist von besonderer Bedeutuung
für die Bewertung von Flussökosystemen aufgrund ihres Schutzes durch die FFHRichtlinien.
Dementsprechend werden die Ei- und Larvenbestände in den Ästuaren von Elbe und
Weser seit mehreren Jahren überwacht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Eignung der Ästua-re
als Laich- und Larvenwachstumsgebiet mittels Habitatmodellierung zu quantifizieren.
Insgesamt wurden die Jahre 2011 – 2018 modelliert, wobei Expertenwissen in ein Regelwerk eingearbeitet
wurde, das die ökologischen Anforderungen der Finte an ihren Lebensraum beschreibt. Diese
Regeln wurden in einem fuzzy-logic-System kombiniert und auf modellierte Umweltbedin-gungen
angewandt, was die Bewertungen des Habitats als Laich- und Larvenwachstumsgebiet er-möglicht.
Die Umweltbedingungen wurden mit dem Gewässergütemodell QSim berechnet und enthielten
räumliche und zeitliche Verteilungen biotischer und abiotischer Variablen (Temperatur, Sauerstoff,
verfügbare Beute und weitere Faktoren) in beiden Ästuaren.
Die modellierten Eignungswerte zeigen intra- und interannuelle Variationen entlang räumlicher
Gradienten und zeigen, dass die geeignetsten Gebiete im Frühjahr und Sommer innerhalb von km
580-660 (Elbe) und km 0-50 (Weser) zu finden sind. Diese Gebiete stimmen mit den in Monitoringkampagnen
beobachteten tatsächlichen Laichgebieten der Finte überein. Modell- und Beobachtungsdaten
werden miteinander verbunden, um die Match-Mismatch-Hypothese für Fintenlarven zu
untersuchen.
Zusätzlich wurde eine interaktive Web-App programmiert, um die Modellergebnisse visualisieren
und weitergehend analysieren zu können. Sie stellt ein wertvolles Werkzeug dar, um mögliche Ursachen
für abnehmende Fintenbestände zu identifizieren und könnte Gewässermanagement- oder
Renaturierungsstrategien unterstützen.
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Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
296
Hybride Atlantischer Lachse (Salmo salar) im deutschen
Rheineinzugsgebiet?
Stefan Theobald¹; Christopher Bridges²; Thomas Schmidt¹; Ralf Schulz¹; Anne Schrimpf¹
¹ Universität Koblenz-Landau; ² TunaTech GmbH
Im Rahmen des Projektes „Genetisches Monitoring zur Wiederansiedlung des Atlantischen Lachses
(Salmo salar) im Rheingebiet“ (GeMoLaR) wurden bisher über 6.000 Lachsproben aus Lachszuchten
und dem deutschen Rheineinzugsgebiet mittels Mikrosatellitenanalyse an 15 Loci nach dem
international standartisierten SALSEA-Merge-Protokoll analysiert. Das Hauptziel des Projektes
GeMoLaR ist die Evaluierung und Optimierung der Wiederansiedlungsmaßnahmen des Atlantischen
Lachses im gesamten deutschen Rheinsystem.
Sowohl in den Zuchten als auch im Freiland gab es Beobachtungen zu möglichen Hybriden von
Lachsen und anderen Fischarten, die anhand äußerer Merkmale jedoch nicht eindeutig als solche
identifiziert werden können. Aus diesem Grund wurde der gesamte Datensatz mittels eines
diagnostischen Mikrosattelitenmarkers auf Hybride gescreent. Einzelne Proben wurden zusätzlich an
einem Abschnitt maternal vererbter mitochondrialer DNA sequenziert, um […]. Besonderes
Augenmerk lag dabei auf den phänotypisch auffälligen Proben. Lachse hybridisieren mit anderen
Fischarten wie z. B. der Forelle (Salmo trutta). Hier werden erste Ergebnisse der Analysen vorgestellt
und mögliche Implikationen für das Wiederansiedlungsprogramm diskutiert. Welche Auswirkungen
Hybridisierungen zwischen Lachsen und anderen Fischarten auf das gesamte Besatzprojekt im
Rheinsystem hat, ist noch unklar und muss weiter untersucht werden.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
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Digitale Wissenschaftskommunikation: Die Lebenswelt des Fischotters
als interaktives Storyboard - Virtuelle Geländeübung in der Online-
Lehre.
Antje Stöckmann1 & Matthias Holzgreve2
1, 2 Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde, Fachbereich Landschaftsnutzung und Naturschutz, Schicklerstr.
5, 16225 Eberswalde
Keywords: Fischotter, Fließgewässer, Naturschutz, Wissenschaftskommunikation, Virtuelle Tour
Einleitung
Im dritten Online-Semester infolge der Corona-bedingten Einschränkungen waren 2021 Geländeübungen
und Exkursionen an den Hochschulen kaum noch möglich. Nachdem im Sommersemester
2020 im Rahmen der Online-Lehre ein erster Ersatz mittels Virtueller Exkursionen im seminaristischen
Unterricht durchgeführt wurde, wurde im Sommersemester 2021 an der Hochschule für
Nachhaltige Entwicklung Eberswalde im Rahmen einer Lehrveranstaltung eine Virtuelle Geländeübung
mit dem Titel „Auf den Spuren des Fischotters. Auf welche Weise interagiert die Schlüsselart
Fischotter mit dem untersuchten Teilabschnitt der Ragöse und wie lässt sich dies exemplarisch virtuell
darstellen?“ als digitales Lehr- und Lernmodul erarbeitet.
In diesem Beitrag wird das Storyboard unter Verwendung von Auszügen aus dem während der
Jahrestagung gezeigtem Poster (Stöckmann & Holzgreve 2021) vorgestellt.
Vorgehensweise
Am Beispiel eines Fließgewässerabschnittes wurde eine digitale Darstellung komplexer ökologischer
Zusammenhänge anhand der Interaktion des Fischotters mit seinem Habitat entwickelt (Braun et a.
2021a). Dazu wurde ein interaktives Storyboard u. a. unter Einsatz von 360° Aufnahmetechnik
erstellt. An dem betrachteten Gewässerabschnitt wurden acht Stationen mit unterschiedlichen Fließgewässeraspekten
festgelegt (s. Abbildungen 1, 2). Jede Station wird durch jeweils eine 360°-Aufnahme
dargestellt. Diese 360°-Aufnahmen werden als virtuelle vernetzte Räume genutzt. Diese
Räume wurden dazu mit verschiedenen, über Schaltflächen aufrufbaren Interaktionsmöglichkeiten
wie Bildern, Videos, Tonaufnahmen, kleinen Aufgaben etc. versehen. Die einzelnen Stationen
wurden untereinander durch Pfeile verbunden, die zum nächsten Standort oder zur nächsten Information
führen. An der HNEE bestehende Ansätze und Erfahrungen mit diesen Formaten (Virtuelle
Waldtouren, BioEcoN) wurden aufgegriffen und weiterentwickelt.
Gemäß der Prozeßmethode des Forschenden Lernens (Mieg & Lehmann 2017) sollte es den Studenten
ermöglicht werden, unter realen Bedingungen einen Einblick in die Forschungspraxis zu erhalten.
Die Studierenden entwickelten konsensual eine eigenen Forschungsfrage und ein dazu passendes
298
Untersuchungsdesign, welches sie mit dem Feedback der Modulverantwortlichen stetig weiterentwickelten.
Aus den Ergebnissen der Felderhebungen erarbeiteten die Studenten eine virtuelle
Wanderung am Untersuchungsgewässer (Braun et a. 2021b), welche zusammen mit einem erläuternden
Poster auf der DGL-Tagung vorgestellt wurde.
Das Storyboard
Abb. 1: Startbild Standort 1
Standort 1- Einführung in das Gebiet und Portrait des Fischotters (Lutra lutra) (Abb. 1)
Zu Beginn wird ein Drohnenflug eingespielt, der zum Anfangspunkt der Tour führt. Die erste Aufnahme
der virtuellen 360°-Tour (Abb. 1) soll dem Betrachter einen ersten Eindruck von dem Untersuchungsgebiet
und dem Fischotter als Art geben. Hauptthema dieser Station ist der Fischotter und
wie er in Interaktion mit seinem Lebensraum steht. Die Aufnahme zeigt einen Abschnitt eines sandgeprägten
Tieflandbaches, welcher von einem Bach-Erlen-Eschenwald (Carici- remotae-Fraxinetum)
umgeben ist. Durch einen Erzähler (Audiospur) wird der Betrachter in die Thematik der Tour eingeführt.
Durch das Anklicken eines „Buttons“ auf der 360°-Aufnahme erscheint ein kurzer und prägnanter
Informationstext zum Fischotter. Hinzu kommt eine Kartenübersicht über die gefundenen
Nachweise des Fischotters zur Orientierung in der Tour und im Gelände sowie Bilder und Grafiken
zu den Fischotterspuren. Durch eine weitere Audioaufnahme der örtlichen Geräuschkulisse soll die
ruhige, frühsommerliche Stimmung der ersten Szene weiter unterstützt werden. Die eingesetzten
Mittel sollen ein einfaches „Eintauchen“ in die Thematik und in das Umfeld ermöglichen.
Standort 2 - Die Gemeine Keiljungfer (Gomphus vulgatissimus) (Abb. 2)
Die zweite Station beschäftigt sich mit der Gemeinen Keiljungfer. Innerhalb des Untersuchungszeitraums
konnte die Libellen während eines Massenschlupfes entlang des Gewässers beobachtet
werden. Die 360°Aufnahme zeigt ein gerade geschlüpftes Exemplar, welches noch neben der leeren
Hülle der Larve die Flügel trocknet. Auch werden dem Betrachter an dieser Station durch das Anklicken
von Schaltflächen auf der Aufnahme Informationstexte und weiteres Bildmaterial über die
Gemeine Keiljungfer gezeigt. Durch eine Drohne soll an dieser Stelle der Flug einer Libelle simuliert
werden. Die außergewöhnliche Perspektive der Drohne soll dem Betrachter die Sichtweise einer
Libelle vermitteln. Ein weiteres Element dieser Station ist die erste von insgesamt vier Fotoserien,
die einen bestimmten Standort am Bachlauf über einen Zeitraum von etwa eineinhalb Monaten im
Frühjahr darstellt. Diese Serien sollen die fortlaufende Veränderung des Habitats und der einwirkenden
Umweltfaktoren im Jahreszyklus verdeutlichen.
299
Standort 3 - Der Bach-Erlen-Eschenwald (Carici-remotae-Fraxinetum)
Ein großer Anteil des Untersuchungsgebiets ist von einem Bach-Erlen-Eschenwald bewachsen.
Dieser ist Hauptthema des dritten Standortes. Es werden Informationen über diese Pflanzengesellschaft
über einen Informationstext mitgeteilt, der beim Anklicken einer Schaltfläche auf der 360°-
Aufnahme erscheint. Dieses Thema wurde ausgewählt, um auf die Besonderheiten und die Gefährdung
dieses Habitats, besonders als Lebensraum für den Fischotter, aufmerksam zu machen. Des
Weiteren ist an dieser Station die zweite Fotoserie platziert. Sie zeigt den Veränderungsprozess des
Bach-Erlen-Eschenwaldes während der Monate April und Mai am nächsten Standort.
Standort 4 - Die Sumpfschwertlilie (Iris pseudacorus)
Der Standort vier widmet sich der Sumpfschwertlilie. Als typische Art von Ufer- und Verlandungszonen
an stehenden und fließenden Gewässern kommt sie auch in dem Untersuchungsgebiet häufig
vor. Durch einen Informationstext und eine kleine Fotoserie kann der Betrachter mehr über die
Pflanze erfahren. Ebenfalls wird die Wissensvermittlung zum Thema Fischotter mit einem Quiz und
einer Informationsbox weitergeführt.
Standort 5 - Ein weiterer Bewohner der Flussaue, der Europäische Biber (Castor fiber)
Am Standort fünf wird der Biber als weiterer Bewohner der Flussaue und des Untersuchungsgebiets
vorgestellt. Die 360°-Aufnahme zeigt einen Baumstamm, welcher gut erkennbare Bissspuren des
Bibers aufweist. An dieser Stelle ist auch eine Schaltfläche eingefügt, die beim Betätigen Informationen
über den Biber zeigt. Ein weiteres Element dieser Station ist die dritte Fotoserie. Auch sie zeigt
den Veränderungsprozess des Standortes über die Monate April und Mai. Dieser Standort weist andere
wesentliche Charakteristika als die bisherigen fotografierten Standorte auf. Der Bachlauf fließt
entlang eines steileren Hangs und aus dem Bach-Erlen-Eschenwald ist ein Buchenwald geworden.
Ziel dieser Station ist es, die Aufmerksamkeit des Betrachters auf direkt benachbarte und vom Biber
beeinflusste Biotope zu lenken.
Standort 6 - Was passiert, wenn wir mal nicht vor Ort waren?
Wie der Titel schon beschreibt, ist das Hauptthema dieses Standorts die Aktivität der Bewohner des
Untersuchungsraums zu Zeiten, an denen keine menschliche Aktivität vor Ort stattfand. Da viele
Lebewesen dämmerungs- oder nachtaktiv sind, wurden zu Beginn der Untersuchung mehrere Wildkameras
angebracht. Die 360°-Aufnahme zeigt eine Wildtierkamera, die über den Untersuchungszeitraum
den Standort aufgezeichnet hat. An der Wildkamera wurde eine Schaltfläche eingefügt, die
beim Betätigen diverse Aufnahme zeigt, die im Beobachtungzeitraum von Wildtieren aufgenommen
werden konnten. Über diese Aufnahmen wird die große Artenvielfalt vermittelt, die dieser Lebensraum
beherbergt. Unter anderem konnten Schwarzstorch, Kranich, Fuchs, Waschbär, Reh und der
Biber fotographiert und damit nachgewiesen werden.
Standort 7 – Gibt‘s hier eigentlich auch was zu essen?
Hauptthema dieses Standortes ist das Nahrungsangebot, welches der Fischotter im Untersuchungsgebiet
vorfinden kann. Zur Beantwortung der Frage, inwiefern der Fischotter Mollusken als Nahrung
im Untersuchungsgebiet nutzen könnte, wurden zwei Mollusken-Kartierungen durchgeführt. Die
360°-Aufnahme zeigt die Studierenden bei der Kartierung im Gewässer. Es ist eine Schaltfläche in
der Weißschale platziert, in der Informationen, Erkenntnisse und Fotos von den Kartierungen hinterlegt
sind. Ziel des Standortes ist es, die Frage aufzuwerfen, inwiefern der Fischotter Mollusken als
Nahrung im Untersuchungsgebiet nutzen könnte.
300
Standort 8 - Ich komm hier nicht durch, dann muss ich wohl drüber!
Eine Besonderheit des Untersuchungsgebiets ist, daß das Gewässer unter einem schiffbaren Kanal
hindurchgeleitet wird. Die ausgewählte 360°-Aufnahme zeigt diese Unterführung. Sie ist für viele
Lebewesen ein Hindernis, so auch für den Fischotter. Das Hauptthema der achten und letzten Station
beschreibt gerade dieses Gefahrenpotential, welches Unterführungen und Brücken ohne Querungshilfen
für den Fischotter bedeuten. Hier sind im Hintergrund der Aufnahmen die Unterführung und
der sich erhebende Damm zu erkennen. Neben Informationen zu dieser Problematik wird an dieser
Station auch die letzte Fotoserie über die Entwicklung der Vegetation gezeigt. Um die Tour abzuschließen,
werden die Teilnehmer durch einen integrierten Drohnenflug, der sich vom letzten Standort
entfernt, aus dem Gebiet herausgeleitet.
Abb. 2: Startbild Standort 2
Ausblick
Ziel des vorgestellten Formates ist der Einsatz in der Naturschutzbildung für ein Laienpublikum.
Darüber hinaus ist es in der Hochschullehre und der allgemeinen Wissenschaftskommunikation zu
verwenden. Exkursionen und Geländeübungen sind ein Kernelement der anwendungsorientierten
Hochschuldidaktik, welches gerade in den naturschutzfachlichen und ökologischen Fächern als
kontextsensitives Format zwischen Wissenstransfer und kognitiver Erfahrung steht. Neben der Förderung
individueller Lernaktivitäten könnten auch unzugängliche Orte in der Ökosphäre wie z. B.
Gewässersohle, Auen oder auch Naturschutzgebiete mit strengem Schutzstatus virtuell besuchbar und
damit erfahrbar werden.
Danksagung
Die Virtuelle Tour entstand im Rahmen des Moduls „Fließgewässer- und Feuchtgebietsmanagement“
im Masterstudiengang „Regionalentwicklung und Naturschutz“ (seit WS 21/22: „Nachhaltige Regionalentwicklung:
Bildung. Management. Naturschutz“). Beteiligt waren Paula Braun, Christian
Ulrich Fuß, Klara Isermann, Bettina Lebuser, Findus Reinkober, Lena Schlünß, Lydia Vogler. Technische
Unterstützung leistete Reinhard Kückes. Die Medien-Plattform wurde durch VR-EASY
GmbH, Eberswalde, zur Verfügung gestellt.
301
Literatur
BioEcoN (2021): Virtuelle Waldtouren. Europäisch-vietnamesisches Hochschulnetzwerk für nachhaltige
Forst- und Bioökonomie BioEcoN, Projekt-Nr. 586183-EPP-1-2017-1-DE-EPPKA2-CBHE-JP,
Erasmus+, bioecon.eu/virtual-forest-tours/
Braun, Paula; Fuß, Christian Ulrich; Isermann, Klara; Lebuser, Bettina; Reinkober, Findus; Schlünß, Lena;
Vogler, Lydia (2021a): Projektbericht zum Modul Fließgewässer- und Feuchtgebietsmanagement,
Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (Leitung Prof. Dr. rer. nat. Antje Stöckmann)
Braun, Paula; Fuß, Christian Ulrich; Isermann, Klara; Lebuser, Bettina; Reinkober, Findus; Schlünß, Lena;
Vogler, Lydia (2021b): Auf den Spuren des Fischotters. Virtuelle Tour, Modul Fließgewässer- und
Feuchtgebietsmanagement, Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (Leitung Prof. Dr.
rer. nat. Antje Stöckmann). vr-easy.com/tour/transea/210622-
aufdenspurendesfischotters/#pano=2
Harald Mieg, Judith Lehmann (Hrsg.) (2017): Forschendes Lernen: Wie die Lehre in Universität und
Fachhochschule erneuert werden kann. Campus Verlag, Frankfurt/Main, 449 S.
Stöckmann, A., Holzgreve, M. (2021): Digitale Wissenschaftskommunikation - Die Lebenswelt des
Fischotters als interaktives Storyboard, Poster bei der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für
Limnologie, Leipzig 2021
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
302
Ist die Beeinträchtigung von Daphnia magna durch Cyanobakterien
temperaturabhängig?
Simon Tulatz; Bettina Zeis
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Das weit verbreitete Krebstier Daphnia magna ist ein nicht-selektiver Filtrierer, der planktisch in
Seen, Teichen und langsam fließenden Gewässern vorkommt. Aufgrund steigender Temperaturen
und einem erhöhten Nährstoffeintrag in Gewässer sind Daphnien neben starken Temperaturschwankungen
auch den immer häufiger auftretenden Cyanobakterienblüten ausgesetzt. Von
verschiedenen Gattungen der Cyanobakterien ist bekannt, dass sie Sekundärmetabolite mit toxischem
Potential produzieren. So ist zum Beispiel die Art Microcystis aeruginosa ein gut untersuchter
Produzent von Proteasehemmern.
Da sowohl Daphnien als auch Cyanobakterien von Temperaturänderungen beeinflusst werden, wurde
die Auswirkung von verschiedenen Stämmen von M. aeruginosa als Nahrungsquelle auf die
Physiologie von D. magna bei verschiedenen Temperaturen untersucht. Methanolische Extrakte aus
M. aeruginosa schränkten die beiden wichtigsten Proteasen Trypsin und Chymotrypsin stark in ihrer
Aktivität ein. Dabei wurden kalt-akklimierte Tiere weniger von Cyanobakterien beeinträchtigt. Eine
Inkubation mit einem Chymotrypsin-hemmenden Stamm von M. aeruginosa resultierte in einer stark
verminderten Chymotrypsinaktivität, jedoch auch in einer Aktivitätssteigerung von Trypsin.
Außerdem wurde der Energiestatus der Tiere anhand der Proteinkonzentration nach einer Fütterung
mit Cyanobakterien mit den Auswirkungen einer Hungersituation verglichen. Eine Abnahme der
Proteinreserven durch zweitägige Fütterung mit M. aeruginosa konnte nur bei hohen Temperaturen
(30°C) beobachtet werden. Die Ergebnisse weisen insgesamt darauf hin, dass die Wasserflöhe durch
Cyanobakterien bei erhöhter Temperatur in stärkerem Ausmaß beeinträchtigt werden.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
303
Phytoplankton communities and their response to environmental
modifications
Phuong-Anh Vu; Lutz Becks; Mark van Kleunen
Universität Konstanz
Increasing water temperatures due to climate change as well as changes in nutrient availability due to
anthropogenic pressures are severe processes that aquatic ecosystems are currently facing. Climate
change and changes in nutrient availability can alter competition between species and thus community
composition with consequences for the stability and resilience of the communities. Some of the
environmental conditions can be reverted but some remain for longer periods. To better understand
the resilience of phytoplankton communities when exposed to changing environmental conditions,
we investigated the abundances and frequencies of different microalgal species within phytoplankton
communities after being exposed to a temperature shift or altered nutrient concentrations. According
to our expectations, some species benefited from the novel environmental condition, while others
decreased in their population sizes over time leading to shifts in the community composition.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
304
Das Zooplankton im Elbästuar und dessen Bedeutung als Nahrung für
die Larven der Finte (Alosa fallax)
Nele Wendländer¹; Michael Schönung; Carsten Viergutz; Jens Wyrwa; Andreas Schoel
¹ Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)
Das Zooplankton spielt eine Schlüsselrolle in Nahrungsnetzen von Ästuaren. Es gilt als Hauptnahrungsquelle
für Fischlarven, wie der anadromen Art Finte (Alosa fallax), dessen Larven im limnischen
Ästuarbereich der Elbe unterhalb des Hamburger Hafens schlüpfen und aufwachsen.
In den Jahren 2010 - 2019 wurden im Elbästuar drei verschiedene Zooplanktonbeprobungskampagnen
durchgeführt. Der erste Datensatz umfasst Proben von Längsprofilen von der Nordsee bis
zum Ende des limnischen Abschnitts der Tideelbe beim Wehr Geesthacht. Diese wurden zweimal pro
Jahr durchgeführt, wobei ca. alle 4 km Zooplanktonproben genommen wurden. Parallel wurde der
Salzgehalt gemessen und das Zooplankton entsprechend der Abundanz und Biomasse bezogen auf
die Salzgehaltszonen polyhalin, mesohalin, oligohalin und limnisch ausgewertet. Der zweite
Datensatz erfasst im Hamburger Hafen bei Flusskilometer 628 den saisonalen Verlauf des
Zooplanktons von März bis November durch wöchentliche bis monatliche Beprobungen. Der dritte
Datensatz umfasst parallel zum Monitoring von Finteneiern und Larven von Mitte April bis Mitte
Juni bei Flusskilometer 643 erhobene wöchentliche Zooplanktonproben. So kann die Abundanz der
Fischlarven direkt im Zusammenhang mit der ermittelten Zooplanktonbiomasse und weiteren abiotischen
Faktoren analysiert werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Zooplanktonbiomasse in der Tideelbe von Crustaceen dominiert
wird, obwohl Rotifera im limnischen Abschnitt höhere Abundanzanteile aufweisen. Bei den Crustaceen
dominieren in allen Salinitätszonen die Nauplius-Larven von Copepoden, sowohl die Biomasse
als auch die Abundanzen. Saisonal betrachtet treten bei Flusskilometer 628 im Sommer die höchsten
Zooplanktonabundanzen und -biomassen auf, während im Fintenaufwuchsgebiet (km 643) von
April bis Juni abnehmende Abundanzen und Biomassen zu beobachten sind.
Allgemein zeigen die Ergebnisse intra- und interannuelle Variationen der Zooplanktonbiomasse, die
durch biotische Faktoren, wie die Interaktion zwischen Beute und Räuber, sowie durch abiotische
Faktoren wie Temperatur oder Abflussbedingungen erklärt werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse
sind essentiell für das Verständnis des Rekrutierungserfolges der Fintenlarven.
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305
Entwicklung eines satellitenbasierten Monitorings von Seen in Baden-
Württemberg – das Projekt SAMOSEE-BW
Thomas Wolf¹; Kristina Popp¹; Hendrik Bernert²
¹ Institut für Seenforschung (ISF) der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW); ² Earth Observation &
Environmental Services EOMAP GmbH & Co KG
Das Land Baden-Württemberg verfügt über eine große Anzahl von natürlichen Seen, Weihern und
künstlichen stehenden Gewässern. Es gibt 28 Wasserkörper mit einer Fläche größer als 50 Hektar,
etwa 260 Seen größer als 10 Hektar und rund 1300 Seen größer als 1 Hektar. Diese Seen und deren
Gewässerqualität mit herkömmlichen in situ Messprogrammen zu überwachen ist logistisch
unmöglich. Satellitenbasierte Fernerkundungsverfahren bieten auf dem Gebiet des Umweltschutzes
und der Gewässerüberwachung neue Möglichkeiten, um für eine Vielzahl dieser stehenden Gewässer
Informationen zur Gewässerqualität abzuleiten.
Das Institut für Seenforschung (ISF) der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW)
arbeitet aktuell im Rahmen des Projektes SAMOSEE-BW „Satellitenbasiertes Monitoring von Seen
in Baden-Württemberg“ an der Entwicklung eines solchen satellitenbasierten Gewässermonitorings
für stehende Gewässer. Das Projekt wird im Rahmen der Digitalisierungsstrategie digital@bw des
Landes Baden-Württemberg gefördert (www.digital-bw.de/digitalisierungsstrategie, BWL 2017).
Mit den modernen und langfristig als Plattform betriebenen Satellitendaten und –diensten des
europäischen Copernicus-Programmes und den Pendants des USGS stehen satellitenbasierte
Informationen für ein Gewässermonitoring zur Verfügung, das sowohl größere Gewässer mit
Satelliten mit gröberer räumlichen Auflösung (z. B.: Sentinel 3, dx= 300 m) und einer hohen
Abtastrate als auch kleinere Gewässer mit Satelliten mit höherer räumlicher Auflösung (z. B.:
Sentinel 2 A/B dx = 10 - 60 m) erfassen kann.
Die LUBW hat ein hybrides Modell für die Entwicklung eines satellitenbasierten Seenmonitorings
gewählt. Dabei werden die Satellitenrohdaten vom Serviceprovider EOMAP (www.eomap.com) zu
Gewässerparametern auf Level-3 prozessiert. In weiteren Schritten werden diese Daten am Institut
für Seenforschung der LUBW mit MATLAB-Scripten bearbeitet und anwenderorientierte
Informationsprodukte abgeleitet.
Die satellitenbasierten Gewässerinformationen, z. B.: Chlorophyll-a-Konzentrationen, Wassertemperatur
und Secchi-Tiefe, werden für folgende wesentliche Ziele verwendet:
• Ergänzung und Erweiterung bestehender in situ Routinemonitoringprogramme.
• Indikatives Gewässermonitoring - für eine Vielzahl kleiner Seen können satellitenbasierte
Fernerkundungsdaten häufig erstmalig einen Satz von limnologische Basisinformationen
liefern, die eine erste Beurteilung und Bewertung des Gewässerzustandes gestatten.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
306
Entwicklung des Zooplanktons nach einer ausgeprägten Hypoxie-
Situation in einem eutrophen Flachsee (Aasee, Münster)
Ramona Winkens; Victoria-Sophia Scheuerer; Elisabeth Meyer; Bettina Zeis
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Eutrophe Seen sind aufgrund ihres hohen Nährstoffgehaltes durch eine hohe Primärproduktion
gekennzeichnet. Das gilt besonders für flache Seen, die sich im Sommer stark erwärmen. Durch die
auch in den nachfolgenden Trophie-Ebenen vergrößerte Biomasse der Konsumenten kommt es auch
zu vermehrtem Absterben von Organismen und verstärkten sauerstoffzehrenden Abbauprozessen.
Sauerstoffmangel kann dann im gesamten Wasserkörper mit ausgeprägten tagesperiodischen
Schwankungen auftreten.
Im Aasee in Münster, einem aufgestauten Wasserkörper mit einer Oberfläche von ca. 40 ha und einer
maximalen Tiefe < 2 m, wurde im August 2018 nach einer langen warmen Trockenperiode eine
ausgeprägte Hypoxie-Situation erreicht. Als Folge verendete ein großer Teil des Fischbestands (ca.
22 t). Gegenstand der vorgestellten Untersuchungen ist die Auswirkung dieses Zusammenbruchs der
Fischpopulation auf die Zusammensetzung und Abundanz des Zooplanktons. In den nachfolgenden
Jahren wurden die Rotifera, Copepoda und Cladocera qualitativ und quantitativ erfasst. Weiterhin
wurde der Einfluss des nachlassenden Fraßdrucks auf die Größenstruktur dieser Tiergruppen
analysiert. Obwohl die relativen Beiträge der untersuchten Tiergruppen und ihre Körpergrößen im
saisonalen Verlauf variieren, kann eine hohe Zooplankton-Abundanz als wichtiger Faktor für die topdown-
Kontrolle der Primärproduzenten angesehen werden und zur Vermeidung einer erneuten
Massenentwicklung von Algen und Cyanobakterien beitragen.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
307
German Barcode of Life 2 (GBOL2) — Kieselalgen DNA-Barcoding
und eDNA Metabarcoding im Kontext von Biodiversitätsforschung,
Taxonomie und EU Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EC)
Jonas Zimmermann1,4, Nélida Abarca1, Jana Bansemer1, Juliane Bettig1, Gabi Droege1, Wolf-
Henning Kusber1, Katja Luther1, Heba Mohamad1, Demetrio Mora1,2, Sebastian Proft1, Katherina
Schimani1, Oliver Skibbe1, Anh Tu Van1,3 & Regine Jahn1
1 Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin, Freie Universität Berlin, Königin-Luise-Str. 6-8, 14195 Berlin
2 Referat U2-Mikrobielle Ökologie, Bundesanstalt für Gewässerkunde, Am Mainzer Tor 1, 56068 Koblenz
3 Universität Rostock, Angewandte Ökologie & Phykologie, Albert-Einstein-Str. 3, 18059 Rostock
4 Kontakt: j.zimmermann@bo.berlin
Keywords: Datenmanagement, Diatomeen, Metabarcoding, Methodik, Reference Library
Einleitung
Das Verbundprojekt German Barcode of Life (GBOL, www.bolgermany.de) des
Bundesministeriums für Bildung und Forschung, BMBF) hat Aufgabe und Ziel, die Kenntnis der
Biodiversität deutscher Organismen durch Erstellung von DNA-Barcodes zu erweitern. Innerhalb der
zweiten Projektphase (GBOL2) lag einer der Schwerpunkte darin, molekulare Informationen von
Gewässerorganismen für das Gewässermonitoring nutzbar zu machen.
Diatomeen
Kieselalgen (Diatomeen, Abb. 1) sind eine der wichtigsten Indikatorgruppen für die
Gewässergüteanalyse. Traditionell wurden meist lichtmikroskopisch sichtbare Merkmale für die
Identifikation der Taxa herangezogen. Im Rahmen des GBOL2-Diatomeen-Projektes wurde eine
Referenzbibliothek für Diatomeen-DNA-Barcodes (18SV4, rbcL) aufgebaut, die das verwendbare
Merkmalsspektrum zur Artidentifikation deutlich erweitert (Zimmermann et al. 2014). Die
taxonomische Validierung der Barcodes wurde durch licht- und rasterelektronenmikroskopisch
dokumentierte und identifizierte Klonkulturen, die eigens aus Gewässerstandorten unterschiedlicher
Trophie und Morphometrie isoliert wurden, erreicht.
Morphologische Diatomeenanalysen im Monitoring
Aktuell ist die Diatomeenanalyse im Gewässermonitoring nach morphologischen mikroskopischen
Befunden etabliert (Tab. 1). Taxalisten und semiquantitative Zählungen gehen in die Analyse ein.
Gute Ergebnisse werden durch erfahrene Diatomolog:innen nach aktueller Bestimmungsliteratur
erstellt. Aufgrund der taxonomischen Forschung konnten viele Artenkomplexe inzwischen aufgelöst
werden. Probleme ergeben sich dort, wo die Ökowerte für neu beschriebene Taxa nicht zeitnah
nachgeführt werden und die Synonymie für Anwender:innen ohne fachliche Unterstützung kaum
nachvollziehbar ist (zur Synonymie siehe Schilling et al. 2022).
308
Abb. 1: Einige Diatomeen-Taxa aus Berlin-Brandenburger Gewässern, die im Rahmen des GBOL2
Projektes kultiviert, dokumentiert und sequenziert wurden (Zusammenstellung,
Forschungsgruppe Diatomeen, BGBM).
DNA Barcoding Reference Library für Diatomeen
Die Idee hinter Monitoring-Verfahren, die mit molekularen Merkmalen arbeiten, ist eine verbesserte
Standardisierung des Verfahrens und die Verarbeitung größerer Probenmengen in geringerer Zeit bei
einer größeren Identifikationstiefe. Die Präzision des Verfahrens ist abhängig von sehr gut
dokumentierten Referenzsequenzen, die mit Sequenzdaten von der Umwelt-DNA abgeglichen
werden. Die DNA Barcoding Reference Library enthält daher nicht nur Sequenzdaten und
wissenschaftliche Namen, sondern auch die gesamte Dokumentation, die möglichst eine volle
Kompatibilität molekularer und morphologischer Analysen gewährleistet. Letztere ermöglichen
Aussagen über Bohrkerne, in denen nur noch Schalen vorhanden sind. In rezenten Proben kann die
biologische Bedeutung von DNA-Nachweisen etwa durch den morphologischen Nachweis von
Lebenszyklusstadien, Teratologien etc. erschlossen werden.
Kernstück des GBOL2 Projektes war daher der Aufbau einer Reference Library. Durch Hinterlegung
von Belegexemplaren im Herbarium Berolinense (B), in der DNA-Bank des BGBM und durch die
komplette Dokumentierung aller Daten in öffentlich zugänglichen Datenbanken (INSDC, GGBN,
AlgaTerra, Sammlungsdatenbank am BGBM) wurde eine nachhaltige Forschungsinfrastruktur
geschaffen. Sie eignet sich gleichermaßen zur Biodiversitätserfassung und Beantwortung
taxonomischer Fragestellungen (u.a. Abarca et al. 2020, Jahn et al. 2017, 2019, Mora et al. 2019,
Skibbe et al. 2018) wie auch zum Auffinden von Diatomeenarten in der Umwelt. Für die Analyse von
Diatomeenartengemeinschaften in Umweltproben mittels eDNA-Metabarcoding zur
Gewässergüteeinschätzung steht eine eigens entwickelte automatisierte modulare eDNA309
Datenanalyse-Pipeline (Proft et al. 2017) bereit. Exemplarisch wurden über 400 Indikatorarten aus
mehr als 80 Gattungen mit Hilfe von über 1.300 klonalen Kulturen komplett dokumentiert.
Tab. 1: Erstellung von Taxonlisten nach lichtmikroskopischen und nach Befunden aus dem High-
Throughput-Sequencing (HTS) im Vergleich.
Phytobenthos Morphologische Analyse Molekulare Analyse
Probennahme Nach Vorschrift Nach Vorschrift
Probenfixierung,
Probenkonservierung
Nach Vorschrift
Möglichst keine Fixierung
sondern Konservierung durch
umgehendes Einfrieren (Mora
et al. 2022)
Präparation
Oxidation des Materials,
Dauerpräparate erstellen
eDNA-Extraktion für PCR
Amplifikation, Sequenzierung
der DNA-Barcodes
Datenanalyse
Lichtmikroskopische Analyse,
Identifikation nach dem
lichtmikroskopischen Präparat
HTS-Sequenzierung, in einer
bioinformatischen Pipeline
Abgleich der eSequenzen mit
der Reference Library (Bailet
et al. 2020)
Quantifizierung
Semiquantitative Auszählung
von Schalenpräparaten
Zurzeit nicht möglich,
Evaluation von
Quantifizierungsverfahren
laufend
Auswertung
EU WRRL lizensierten
Software, für DE PHYLIB
EU WRRL lizensierten
Software, für DE PHYLIB
Best-Practice-Anwendungsbeispiel und weitere Schritte
Mit dem GBOL2-Diatomeen-Projekt wurde ein Best-Practice-Anwendungsbeispiel für die
Dokumentation und Verfügbarmachung von Barcode-Referenzbibliotheken geschaffen (Tab. 2), das
wertvolle Ergebnisse für die Weiterentwicklung von Methoden und Standards liefert (Rimet et al.
2021). Die Analyse von Diatomeengemeinschaften in Umweltproben mittels eDNA-Metabarcoding
ermöglicht bei der Gewässergüte-Einschätzung höchstmögliche Auflösung und Reproduzierbarkeit.
Vergleichende Analysen nach eDNA-Metabarcoding und PHYLIB entsprechend der WRRL wurden
durchgeführt.
Ergänzt werden die GBOL2 Daten durch weitere Kulturen (ca. 500 aus Europa, ca. 600 aus Mexiko,
ca. 750 überwiegend aus beiden Koreas, Vietnam und Kanada). Aktuell wird die Referenzbibliothek
im Rahmen von Dissertationen um Diatomeen-Taxa aus dem Irak und der Antarktis erweitert, um
neben der taxonomischen Grundlagenforschung die Eignung dieser Floren für Zwecke des
Biomonitorings in diesen Regionen zu prüfen. Für beide Regionen gab es bisher nur lückenhafte
Biodiversitätserfassungen nach vorwiegend lichtmikroskopischen Befunden.
310
Tab. 2: Obligatorische (O) und empfohlene (E) Metadaten, die mit Diatomeenkulturen welche als
Referenz für das Morphologie- sowie DNA-basierte Gewässermonitoring dienen, assoziiert
sind.
Metadaten
Obligatorisch/
Empfohlen
Klonkultur Isolierende Person E
Isolations-Datum E
Datum der Ernte E
Kulturmedium E
Kulturbedingungen E
Kultur-Id (Stammnummer) O
Foto-Dokumentation Lebendfoto E
Lichtmikroskopisches Schalenpräparat O
Rasterelektronenmikroskopie E (O*)
Text-Dokumentation Morphologische Beschreibung E
Morphometrische Daten E
Sammlungsdokumentation O
Physische
Dokumentation
Öffentlich zugängliche Sammlung
(Herbarium)
O
Hinterlegung der Umweltprobe (Id) O
Hinterlegung der Präparation / des
Präparats (Id)
O
Hinterlegung der DNA in DNA-Bank (Id) O
Taxon und Identifikation Identifizierende Person O
Identifikationsdatum E
Bestimmungsliteratur mit Seite/Abbildung O
Publikation Wissenschaftliche Publikation, Referenz E (O*)
Kuratierte Datenbank (Id) O
DNA-Sequenz INSDC (Id) O
Dokumentation der
Referenzsequenz
Name des Markers O
Pherogramm O
Primer O
DNA-Extraktionsmethode O
Sequenzierungstyp (z. B. Sanger) O
*bei Neubeschreibungen von Taxa, die neu für die Wissenschaft sind
311
Literatur
Abarca, N., Zimmermann, J., Kusber, W.-H., Mora, D., Van, A. T., Skibbe, O., Jahn, R. (2020): Defining the
core group of the genus Gomphonema Ehrenberg with molecular and morphological methods. Botany
Letters 167: 114-159.
Bailet, B., Apothéloz-Perret-Gentil, L., Baričević, A., Chonova, T., Franc, A., Frigerio, J.-M., Kelly, M.,
Mora, D., Pfannkuchen, M., Proft, S., Ramon, M., Vasselon, V., Zimmermann, J., Kahlert, M. (2020):
Diatom DNA metabarcoding for ecological assessment: comparison among bioinformatics pipelines
used in six European countries reveals the need for standardization. Science of the Total Environment
745: 140948.
Jahn, R., Kusber, W.-H., Skibbe, O., Zimmermann, J., Van, A.T., Buczkó, K., Abarca, N. (2019):
Gomphonella olivacea (Bacillariophyceae) – a new phylogenetic position for a well-known taxon, its
typification, new species and combinations. Plant Ecology and Evolution 152(2): 219-247.
Jahn, R., Abarca, N., Gemeinholzer, B., Mora, D., Skibbe, O., Kulikovskiy, M., Gusev, E., Kusber, W.-H.,
Zimmermann, J. (2017): Planothidium lanceolatum and Planothidium frequentissimum reinvestigated
with molecular methods and morphology: four new species and the taxonomic importance of the sinus
and cavum. Diatom Research 32(1): 75-107.
Mora, D., Abarca, N., Proft, S., Grau, J.H., Enke, N., Carmona, J., Skibbe, O., Jahn, R., Zimmermann, J.
(2019): Morphology and metabarcoding: a test with stream diatoms from Mexico highlights the
complementarity of identification methods. Freshwater Science 38(3): 448-464.
Mora, D., Kleinteich, J., Zimmermann, J., Fischer, H., Krenek, S. (2022): Influence of preservation methods
for phytobenthos samples on the detection of microbial communities through eDNA metabarcoding –
first results. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL) Ergebnisse der Jahrestagung 2021
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Proft, S., Grau, J., Caswara, C., Mazzoni, C., Mora, D., Zimmermann, J. (2017): MetBaN automated pipeline
for metabarcoding data using taxonomical/phylogenetical classification of organisms. Available from:
github.com/sproft/MetBaN/tree/v0.1.0
Rimet, F., Aylagas, E., Borja, A., Bouchez, A., Canino, A., Chauvin, C., Chonova, T., Ciampor, Jr F., Costa,
F.O., Ferrari, B.J.D., Gastineau, R., Goulon, C., Gugger, M., Holzmann, M., Jahn, R., Kahlert, M.,
Kusber, W.-H., Laplace-Treyture, C., Leese, F., Leliaert, F., Mann, D.G., Marchand, F., Méléder, V.,
Pawlowski, J., Rasconi, S., Rivera, S., Rougerie, R., Schweizer, M., Trobajo, R., Vasselon, V., Vivien,
R., Weigand, A., Witkowski, A., Zimmermann, J., Ekrem, T. (2021): Metadata standards and practical
guidelines for specimen and DNA curation when building barcode reference libraries for aquatic life. -
Metabarcoding and Metagenomics 5: e58056.
Schilling, P., Hofmann, G., Kusber, W.-H. (2022): Bundestaxaliste der Gewässerorganismen Deutschlands
(BTL) - Taxaliste für Monitoring und Naturschutz: Herausforderungen am Beispiel der Kieselalgen.
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Skibbe, O., Zimmermann, J., Kusber, W.-H., Abarca, N., Buczkó, K., Jahn, R. (2018): Gomphoneis
tegelensis sp. nov. (Bacillariophyceae): a morphological and molecular investigation based on selected
single cells. Diatom Research 33(2): 251-262.
Zimmermann, J., Abarca, N., Enke, N., Skibbe, O., Kusber, W.-H., Jahn, R. (2014): Taxonomic Reference
Libraries for Environmental Barcoding: a Best Practice Example from Diatom Research. Plos ONE
9(9): e108793. DOI: 10.1371/journal.pone.0108793.
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
312
ARBEITSKREISE
ARBEITSKREISE
ARBEITS
KREISE
Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)
Ergebnisse der Jahrestagung 2021 (Leipzig), Essen 2022
313
Der Geiseltalsee, ein wertvolles kalkhaltiges Gewässer mit
Grundrasen aus Armleuchteralgen
Silke Oldorff1, Jens Mählmann2, Ellen Kiel3, Markus Eßer4, Volker Krautkrämer5, Tom Kirschey6,
Elena Oldorff7
1 Landesamt für Umwelt (LfU) Brandenburg, Seeburger Chaussee 2, 14467 Potsdam OT Groß Glienicke
silke.oldorff@lfu.brandenburg.de;
2 Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., Annaberger Str. 240, 09125 Chemnitz, jens.maehlmann@stfi.de;
3 Carl von Ossietzky Universität 26111 Oldenburg, Fak. V, IBU, ellen.kiel@uni-oldenburg.de
4 Severinstraße 22, 41748 Viersen, forsteri20666@gmail.com;
5 Leinenstr. 1a, 59556 Lippstadt, volker.krautkraemer@web.de;
6 NABU-Bundesgeschäftsstelle, Charitéstraße 3, 10117 Berlin, tom.kirschey@nabu.de;
7 Landestauchsportverband Brandenburg e.V., Hasensprung 14, 14478 Potsdam, umwelt@ltsv-brandenburg.de
Einleitung
Anlässlich der Jahrestagung 2020 trafen sich 7 Mitglieder des DGL-Arbeitskreises „Tauchen in der
Limnologie“ im Oktober 2020 am Geiseltalsee in Sachsen-Anhalt. Die gut dokumentierten
Tauchgänge lieferten Daten, die als „fachkundiger Blick unter die Wasseroberfläche“, für das
Management dieses Bergbaufolgegewässers hilfreich sind. Der fachliche Austausch vor Ort, im
Kontakt zu ortsansässigen Behörden, Tauchsportvereinen und Tauchbasen, ermöglichten einen
Austausch zwischen Wissenschaft und Behörden sowie die Wissensvermittlung auch an Laien. Die
gewonnenen Daten können zukünftig als fachliche Argumente in der Diskussion um den Erhalt bzw.
die Verbesserung der Qualität des Gewässers genutzt werden. Darüber hinaus lieferten die
Tauchgänge hochwertiges Unterwasser-Bildmaterial, das u. a. für die universitäre Lehre zur
Verfügung steht.
Untersuchungsgebiet
Der Geiseltalsee ist mit einer Fläche von 1.854 ha und einer Tiefe von 78 m der größte See Sachsen-
Anhalts und zugleich der größte künstliche See Deutschlands (Abbildung 1). Die Uferlänge des Sees
wird mit 41 km angegeben, die Ost-West-Ausdehnung beträgt 7,3 km, die Nord-Süd-Ausdehnung
mit 3,5 km (MITZ 2021, MVA 2021, DLRG 2009). Der Geiseltalsee ist fast viermal so groß und
28 m tiefer als Sachsen-Anhalts größtes natürliches Stillgewässer der Arendsee (514 ha, 50 m Tiefe).
314
Abbildung 1: Tiefenkarte des Tagebaugewässers Geiseltalsee (OTM, 2021)
Wie die Mehrzahl der künstlichen Seen in dieser Region entstand auch der Geiseltalsee als Folge des
Braunkohletagebaues. Braunkohle entdeckte man dort bereits um 1698 und begann im letzten Drittel
des 19. Jahrhunderts mit deren mechanisierten Abbau. Am 30. Juni 1993 stellte man im Gebiet des
Geiseltalsees den Braunkohleabbau ein und starte 2003 die Flutung des westlichen
Abgrabungsgebietes mit Saale-Wasser und ansteigendem Grundwasser. 2011 wurde der Zustrom bei
einem Wasservolumen von 423 Millionen Kubikmeter und einem Pegelstand von +98,05 m üNN im
April 2011 eingestellt (LMBV 2019).
Ehemalige Halden und Innenkippen bilden eine Halbinsel die ein Nordbecken von einem Südbecken
(Abbildung 1) trennen. Der südliche Bereich zwischen Mücheln und Frankleben umfasst 640 ha
Seefläche. Diese und die dazugehörigen Uferzonen wurden aus dem Bergrecht entlassen und bereits
touristisch erschlossen. Im Ort Braunsbedra entstanden bereits eine Marina und eine Seebrücke. Das
Nordufer und Bereiche Grube, in denen Kippen vorlagen (Innenkippen), unterliegt weiterhin dem
Bergrecht. Hier wurden Räume für den Natur- und Artenschutz und für die naturnahe Erholung
ausgewiesen. Das Naturschutzgebiet (NSG) „Bergbaufolgelandschaft Geiseltalsee“ weist eine Größe
von 1.156 ha (Abbildung 2). Der besondere Schutzzweck des NSG bezieht sich auf die neu
entstandenen Lebensräume und ihre spezielle Tier- und Pflanzenwelt, die durch den
Braunkohletageabbau entstand (Amtsblatt des Landesverwaltungsamts Sachsen-Anhalt 2005). Eine
herausragende Bedeutung kommt dabei dem Bereich der strukturreichen Innenkippen im Bereich der
Abbaugebiete bei Mücheln und Neumark-Nord zu (Abbildung 1 und 4).
315
Abbildung 2: Naturschutzgebiet (NSG; straffiert) „Bergbaufolgelandschaft Geiseltalsee“ (Amtsblatt
des Landesverwaltungsamts Sachsen-Anhalt 2005)
Im Geiseltalsee ist Freizeittauchen gestattet, beschränkt sich allerdings auf das südliche Becken
(Abbildung 3). Das bis -78 m tiefe Nordbecken (NSG) ist für den Wassersport gesperrt. Die
Untersuchungen des DGL-Arbeitskreises beziehen sich deshalb ausschließlich auf den südwestlichen
Teil, der Maximaltiefen von -40 m erreicht und den bis -33 m tiefen südöstlichen Bereich (LMBV
2019).
Das Gewässer ist durch eine breite, makrophytenreiche Litoralzone mit mäßiger Tiefe um die -2 bis
-3 m gekennzeichnet. Häufig schließt sich eine wallartige Erhebung parallel zur Uferlinie an oder die
Uferkante stürzt, typisch für Tagebaugewässer, direkt steil ab (Abbildung 1), sodass schnell Tiefen
von -15 bis -20 m erreicht werden.
Bei pH-Werten um 8,3 (Regionaler Planungsverband Leipzig-Westsachsen 2019) bietet der
Geiseltalsee die abiotischen Voraussetzungen für die Entwicklung von Grundrasen mit
Armleuchteralgen. Aufgrund seiner Größe von mehr als 50 ha unterliegt der Geiseltalsee, zusammen
mit 30 weiteren Stillgewässern Sachsen-Anhalts, gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinie der
Berichtspflicht.
316
Abbildung 3: Tauchplatz „Badestrand“ im touristisch erschlossenen Südteil des Geiseltalsees (Foto: J.
Mählmann)
Abbildung 4: Inseln und Kippen im Nordbecken (Foto: S. Oldorff)
317
Material und Methoden
Neben fotografischer Dokumentation der Tauchgänge kamen etablierte Methoden des Citizen-
Science–Projektes „Naturschutztauchen“ zur Anwendung, um den Erhaltungszustand (EHZ) des
Geiseltalsees zu prüfen.
An den Tauchplätzen „Badestrand“ (B), „FKK-Stand“ (F), „Wetterschutzhütte“ (H), „Beach-Club“
(Nachttauchgang, N) und „Wald“ (W) (Abbildung 5) unternahmen Mitglieder des DGL-AKTauchens
in der Limnologie vom 1. bis 4. Oktober 2020 insgesamt 18 Tauchgänge. Diese zielten
darauf ab, einen ersten Eindruck von der Flora und Fauna des Geiseltalsees zu bekommen und die
Daten gut zu dokumentieren, um sie für zukünftig Bewertungen zugänglich zu machen.
Abbildung 5: Dokumentierte Tauchstrecken (B) „Badestrand“, (F) „FKK-Stand“, (H)
„Wetterschutzhütte“, (C) „Beach-Club“ (Nachttauchgang) und (W) „Wald“ (Kartendaten: ©
OpenStreetMap-Mitwirkende, SRTM | Kartendarstellung: © OpenTopoMap (CC-BY-SA),
OTM 2021)
Makrophyten
Für die Einschätzung des Erhaltungszustandes eines Stillgewässers ist der von Makrophyten
besiedelte Gewässergrund eine wichtige Grundlage. Die Zahl zu betauchender Gewässerabschnitte,
auf Basis derer diese Einschätzung getroffen wird, richtet sich nach der Größe und der Beckengestalt
(Arendt et al. 2011; Oldorff et al. 2014). Im Rahmen dieser Untersuchung konnten im Geiseltalsee
nur fünf Bereiche betaucht werden. Wird die Mindestanzahl von Tauchabschnitten nicht erreicht, die
für eine aggregierte Gesamteinschätzung des jeweiligen Gewässers erforderlich ist, können die
Ergebnisse aber zumindest Hinweise zur Einschätzung des Erhaltungszustandes liefern.
Die Erfassung von Makrophyten im Oktober 2020 erfolgte nach der Methode des
Naturschutztauchens (Arendt et al. 2011). Sie zielt darauf ab, eine Einschätzung des EHZ von
Standgewässern zu ermöglichen, die als Standgewässer-Lebensraumtypen im Anhangs I der EURichtlinie
92/43/EWG verzeichnet sind.
Vergleichend wurden unveröffentlicht Daten herangezogen. Diese Daten wurden im Juni 2019 von
Teilnehmern des Bundesjugendtreffens des Verbandes Deutscher Sporttaucher (VDST e.V.) nach
derselben Methodik (Arndt et al. 2011) und an denselben Tauchplätzen des Geiseltalsees erhoben.
Die vor Ort mit Lupe (20-fach) und Binokular (40-fach) durchgeführte Benennung der
318
Wasserpflanzen wurden von Expertinnen und Experten (Oldorff, Krautkrämer und Kyrschei, 2017)
überprüft und dokumentiert (Belegexemplare).
Folgende, während der Tauchgänge erhobene Parameter gingen in die Bewertung ein:
• Vorhandensein und Vollständigkeit lebensraumtypischer Habitatstrukturen für Makrophyten
• lebensraumtypisches Arteninventar der Makrophyten
• Nährstoffanzeiger
• weitere Makrophytenarten
• Lage der untere Makrophytengrenze (UMG) gemäß Normenausschuss Wasserwesen im DIN
(2007), festgemacht an der Pflanzenbestandsgrenzen
• Deckungsgrade und Tiefenverbreitung je Pflanzenart
• erkennbare Beeinträchtigungen und Störungen
In jeden betauchten Gewässerabschnitt erfolgt die Erfassung und Bewertung dieser Kriterien nach
dem BfN-Bewertungsschema für den FFH-Lebensraumtyp 3140 (BfN und BLAK, 2017).
Fauna
Im Verlauf der insgesamt sechs Tauchgänge wurde die Unterwassersituation von jeweils mindestens
zwei Taucher und Taucherinnen entlang von jeweils drei Tauchstrecken fotografiert. Insgesamt
ergaben sich 18 dokumentierte Tauchgänge. Für die Fotodokumentation kamen eine Canon 5d MK
IV, im Seacam Silver Gehäuse mit dem 2 Seacam 150 D Blitzen. Objektive EF 8-15 mm 1:4 L USM,
EF 100 mm 1:2.8 L IS USM und EF 16-35 1:2.8 L II USM, eine Olympus TG4, im Olympus PT-056
Unterwassergehäuse mit Sea Dragon 1500F Foto und Videolampe SEALIFE; Objektiv 4,5-18,0 mm
1:20-4,9 sowie eine Olympus TG6, im Nauticam NA-TG6 Unterwassergehäuse mit i-Torch Pro 6
Videolampe zum Einsatz. Rd. 394 ausgewerteten (Makro-)Aufnahmen erfassten die Situation auf
diesen Tauchstrecken. Die Bilder dokumentieren die Präsenz von Makroinvertebraten oder Fischen.
Ebenso wurden die Habitate, Makrophyten sowie der Zustand der Unterwasservegetation in der
jeweils vorgefundenen Situation erfasst. Die Determination der Fauna erfolgte anhand der im
Literaturverzeichnis aufgeführten Bestimmungsliteratur bis auf das ohne Präparation fachlich
vertretbare taxonomische Niveau.
Ergebnisse und Diskussion
Makrophyten
Insgesamt wurden 2019 und 2020 im Geiseltalsee 13 Wasserpflanzen gefunden, die für oligotrophe
und kalkreiche natürliche Gewässer typisch sind. Darunter 11 Characeen-Arten (vgl. Tabelle 1).
Aufgrund starker Kalkablagerungen auf den Makrophyten, war es z. T. schwierig, Arten direkt
während des Tauchganges sicher anzusprechen. Deshalb wurden Pflanzenproben aus den
entsprechenden Beständen an Land bestimmt. Diesen Proben zufolge bestanden die großen und
überwiegend geschlossene Grundrasenbestände im Flachwasserbereich aus kräftigen Pflanzen von
Chara aculeolata. Die Tiefengesellschaft (ab etwa 9 m) hingegen dominierte Chara hispida.
Bemerkenswert war 2019 der Fund von Tolypella glomerata (Abbildung 6), eine Frühjahrsart
(Oldorff ez al. 2017), die im Juni 2019, nicht jedoch im September/Oktober 2020 im
Flachwasserbereich neben dem Bootsanleger (Tauchplatz „Wetterschutzhütte“, Abbildung 5, „H“)
einen stabilen Bestand bildete. Die Armleuchteralgen traten im Geiseltalsee bis 12,70 m Tiefe auf.
Dort dominierten bei oligo- bis mesotraphente Arten, wie Chara aculeolata (Abbildung 7) Chara
319
aspera, Chara papilosa, Chara hispida, Nitella opaca und Nitellopsis opaca (AKCD 2016). Sie
wiesen dort eine Gesamtdeckung von weit über 50 % des besiedelbaren Bereiches auf.
Höhere Wasserpflanzen, waren hingegen seltener anzutreffen. Mit hoher Abundanz (Deckungen bis
>25 %) trat das Kamm-Laichkraut (Stuckenia pectinata) auf, Deckungen von 5 - 25 % wiesen das
ährige Tausendblatt (Myriophyllum spicatum) und die Kanadische Wasserpest (Elodea canadensis)
auf. In oligotrophen Gewässern gelten diese Arten als Störanzeiger. Im südwestlichen Bereich beim
Tauchplatz „Badestrand (Abbildung 3) häuften sich die Funde dieser Störanzeiger. Weiterhin wurde
Salz-Teichbinse (Schoenoplectus tabernaemontani) (Abbildung 10) in submerser und emerser Form
gefunden und nicht weiter bestimmte Taxa der Gattung Utricularia (Abbildung 11). Da eine
Unterscheidung der potenziell in Deutschland vorkommenden Arten Utricularia australis und
Utricularia vulgaris nur anhand blühender Exemplare möglich ist, konnten die blütenlosen
Individuen des Wasserschlauches (Urticularia spec.) nicht weiter differenziert werden.
Hervorzuheben sind außerdem die Vorkommen der Salz-Binse (Schoenoplectus tabernaemontani),
einer vergleichsweise salztoleranten Art und das Große Nixkraut (Najas marina). Letztere Art ist
wärmeliebend und keimt erst bei höheren Wassertemperaturen ab Juni auf vegetationsfreien Flächen.
Bewertung auf Basis der Markophyten
Der Geiseltalsee ist ein oligotropher See mit Habitatbedingungen, die dem FFH-Lebensraumtyp 3140
(oligo- bis mesotropher kalkhaltiges Gewässer mit Grundrasen aus Armleuchteralgen) entsprechen.
Gemessen an den Kriterien für diese Einstufung (BfN und BLAK, 2017) wiesen die Tauchstrecken
überwiegend einen hervorragenden Erhaltungszustand (=“A“) auf (Tabelle 2). Beeinträchtigungen
bestanden im südwestlichen Bereich im Bereich des Zuflusses der Stöbnitz (Abbildung 1). Der hohe
Anteil von Störanzeigern und der Rückgang der UMG lässt Nährstoffeinträge aus dem Fließgewässer
vermuten. Auch wurden in diesem Bereich verstärkt Wühlspuren benthivorer Fische entdeckt.
Während der Tauchgänge wurden jedoch keine Karpfen beobachtet.
Neben der Gefäßpflanze Najas marina, die im Geiseltalsee im Oktober 2020 erfasst wurde, zählt auch
die Tiefenform der Grünalge Vaucheria spec. zu den lebensraumtypischen Pflanzen oligotropher
Gewässern (Oldorff et al. 2017), die oft mit Nitella spec. im Bereich der UMG auftritt (Kabus und
Mauersberger 2011).
320
Abbildung 6: 2019 Erstnachweis von Tolypella glomerata im Geiseltalsee (Foto: Elena Oldorff)
Abbildung 7: Die Vielstachlige Armleuchteralge (Chara aculeolata) ist eine Art der oligo-mesotrophen
Gewässer (Foto: S. Oldorff)
321
Tabelle 1: Pflanzenarten, die im Zuge der Tauchgänge von Jugendlichen des VDST 2019 und dem DGLAK
2020 im Geiseltalsee gefunden wurden. Deckungsklassen nach Braun-Blanquet (1964): r: 1
Individuum, vereinzelt, sehr sporadisch < 1 %: + = 2 - 5 Individuen, sporadisch 1 - 5 %; 1 = 6 -
50 Individuen, mit geringer Deckung < 5 %; 2 = sehr reichlich, > 50 Individuen und Deckung <
5 6-25 %; 3 = Individuenzahl beliebig 26-50 %; 4= Individuenzahl beliebig 51-75 %; 5 =
Individuenzahl beliebig >76 %. re=rechts; li=links
Datum 08.06.2019 09.06.2019 02.10.2020 03.10.2020
Bewertung für LRT nach
FFH RL
Badestrand
Stöcknitz
FFK Wetterschutzhütte
Badestrand
Stöcknitz
FKK Wetterschutzhütte
re li re li re li
UMG im Bestand (m) 7,1 7,1 10,6 10,6 12,7 12,7 8,8 9 11,3
UMG max. (m) 10,6 10,6
Lebensraumtypische Arten
Chara acueolata + 1 1 3 3 2 2 3
Chara aspera + + + 2 2 2 2 1
Chara contraria 2 3 2 2 2 2 2 3 2
Chara globularis 1 2 2 2 2 2 + + +
Chara papilosa r + + + 2 2
Chara subspinosa +
Tolypella glomerata +
Chara vulgaris 3 3 3 3 + +
Chara hispida 2 2 2 3 3 + 2 2
Nitella opaca 2
Nitellopsis obtusa r +
Najas marina + + +
Vaucheria spec. + + + + +
Weitere Arten
Potamogeton perfoliatus r r
Potamogeton pusillus + + +
Schoenoplectus
tabernaemontani
+
Utricularia vulgaris r r 2 2 +
Elodea canadensis r r 2 + +
Nährstoffanzeiger
Myriophyllum spicatum + + + r r + + + 1
Potamogeton crispus + r r r r
Stuckneria pectinata 2 1 1 2 2 1 3 3 2
322
Tabelle 2: Bewertung untersuchter Gewässerabschnitte im Geiseltalsee nach BfN und BLAK (2017)
Datum 08.06.2019 09.06.2019 02.10.2020 03.10.2020
Bewertung für LRT
nach FFH RL
Badestrand
Stöcknitz
FFK
Wetterschutzhütte
Badestrand
Stöcknitz
FKK Wetterschutzhütte
rechts links rechts links rechts links
Habitatsstrukturen A A A A A A B A A
Vegetationsstrukturen
(Ufer)
B
künstliches
Ufer
B
künstliches
Ufer
B
künstliches
Ufer
B
künstliches
Ufer
B
künstliches
Ufer
B
künstliches
Ufer
B
künstliches
Ufer
B
künstliches
Ufer
B
künst- liches
Ufer
Characeengrundrasen
>50 % >50 % >50 % >50 % >50 % >50 % 10-
50 %
>50 % >50 %
Arten B B A A A A A A A
Lebensraumtypische
Arten
(Arten gesamt)
3 (8) 4 (7) 7 (10) 5 (11) 7 (9) 8 (15) 8 (12) 6 (10) 8 (13)
Beeinträchtigungen B B A A A A C A B
Störanzeiger 10-
25 %
<10 % <10 % <10 % <10 % <10 % >25 % 10-
25 %
<10 %
Anthropogene
Einflüsse
<10 % <10 % <10 % <10 % <10 % <10 % <10 % <10 % 10-25 %
UMG (m) 7,1 7,1 10,6 10,6 12,7 12,7 8,8 9 11,3
Erhaltungszustand
gesamt
B B A A A A B A A
323
Abbildung 8: Die emerse Form der Salz-Teichbinse (Schoenoplectus tabernaemontani) als Uferpflanze
(Foto: S. Oldorff)
Abbildung 9: Wasserschläuche sind Schweber, sie verwurzeln nicht mit dem Gewässergrund
(Foto: J. Mählmann)
324
Fauna
Auf den Tauchstrecken traten folgende Fische auf: Gasterosteus aculeatus (Dreistacheliger
Stichling), Esox lucius (Hecht), Rutilus rutilus (Plötze), Silurus glanis (Wels).
Mit Hilfe der Makrofotografie wurden 15 Arten oder Taxa höherer Ordnung der Makroinvertebraten
nachgewiesen (Tabelle 3), darunter mit Dreissena polymorpha ein Neozoon. Alle Funde stammen
aus einem Bereich bis -10 m Tiefe und siedelten auf den dort meist dichten Makrophytenbeständen
oder auf mineralischem Substrat im Litoral.
Gastropoda wurden vorwiegend auf Pflanzen bemerkt, ebenso Platycnemis pennipes (Odonata:
Zygoptera) (Abbildung 10), und Macroplea appendiculata (Coleoptera: Chrysomelidae) (Abbildung
11) sowie Trichopteren aus der Familie der Leptoceridae. Nach Bäse & Bernhard (2015) konnte diese
Art in Sachsen-Anhalt zuletzt 1989 nachgewiesen werden. Erst durch taucherische Unternehmungen
konnte 2017 ein Wiederfund im Geiseltalsee bestätigt werden (Bäse 2017). In der kiesreichen
Litoralzone wurde einzelne Individuen der Gattung Molanna (Trichoptera) bemerkt. Dort und auf
Totholz traten Erpobdella octoculata (Hirudinea) und Gammarus sp. (Crustacea, Gammaridae) auf.
Im Freiwasser über den Makrophyten wurden Hydracarina (Acari) und, vor allem während eines
Nachttauchganges, unzählige Larven der Familie Baetidae (Ephemeroptera) entdeckt (Abbildung
12). Am Tag wurde ein einzelnes Exemplar der Gattung Caenis (Ephemeroptera) bestätigt und
Individuen aus der Familie Baetidae entdeckt. Beide Gruppen konnten aufgrund ihrer geringen Größe
und schnellen Bewegung letztlich erst durch die Makrophotographie angesprochen werden. Eine
Übersicht der nachgewiesenen Taxa ist in Tabelle 3 zusammenfassend dargestellt.
Abbildung 10: Platycnemis pennipes (Odonata: Zygoptera)(Foto: J. Mählmann)
325
Tabelle 3: Liste der mit Hilfe von 194 Bildern auf sechs Tauchgängen und 18 Tauchstrecken
nachgewiesenen Taxa der Makroinvertebraten.
Systematische Einordnung Art / Taxon höherer Ordnung
Gastropoda
Hydrobiidae Hydrobiidae Gen. sp.
Lymnaeidae Radix auricularia
Lymnaeidae Radix balthica
Lymnaeidae Lymnaea stagnalis
Lymnaeidae Galba truncatula
Bithyniidae Bithynia sp.
Bivalvia
Dreisseniidae Dreissena polymorpha
Hirudinea
Erpobdellidae Erpobdella octoculata
Acari
Hydracarina Hydracarina Gen. Sp.
Crustacea
Gammaridae Gammarus sp.
Ephemeroptera
Baetidae Baetidae Gen. sp.
Caenidae Caenidae Gen. sp.
Odonata
Zygoptera Platycnemis pennipes
Trichoptera
Leptoceridae Leptoceridae Gen sp.
Molannidae Molanna sp.
Coleoptera
Chrysomelidae Macroplea appendiculata
326
Abbildung 11: Macroplea appendiculata (Coleoptera: Chrysomelidae) (Foto: M. Eßer)
Abbildung 12: Überraschung beim Nachttauchgang: unzählige Larven der Familie Baetidae
(Ephemeroptera) im Freiwasser (Foto: M. Eßer)
327
Diskussion
Bereits mit Beginn der ersten Flutung ab 2003 kam es über verschieden Fließgewässer zu ersten
Eutrophierungserscheinungen (Nixdorf et al. 2000). Die Wasserzufuhr aus Oberflächengewässern
wird aktuell fortgesetzt (Regionaler Planungsverband Leipzig-Westsachsen 2015).
Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Die Daten aus den Untersuchungen des AK Tauchen in der Limnologie der Deutschen Gesellschaft
für Limnologie und der Jugend des Verbandes Deutscher Sporttaucher belegten, dass es sich beim
Geiseltalsee um einen oligotrophen und kalkreichen See handelt. Oligotrophe Gewässer sind in
Deutschland selten. Die abiotischen Bedingungen und die vorherrschenden Makrophytengesellschaften
im Geiseltalsee finden eine Entsprechung im Lebensraumtyp 3140, der in der FFH-Richtlinie
für natürliche Gewässer beschrieben und deutschlandweit in dieser hervorragenden Ausprägung rar
ist.
Wie die Tauchkartierungen der Jahre 2019 und 2020 belegten, ist die Vegetation des Sees derzeit
gekennzeichnet von großen Flächen Armleuchteralgen in einen hervorragenden Erhaltungszustand.
Störanzeiger, die auf Eutrophierungseffekt verweisen, wurden im Rahmen dieser Stichproben nur
lokal im Bereich einmündender Fließgewässer/Badestrand bemerkt.
Die hier ausgewerteten Tauchkartierungen dokumentierten, festgemacht an der Makrophytenvegetation,
einen hohen naturschutzfachlichen Wert des Sees.
Über die botanischen Daten hinaus lieferten die Tauchuntersuchungen im Geiseltalsee Nachweise
einer ganzen Reihe von Makroinvertebraten. Diese Nachweise gelangen vorrangig durch den systematischen
Einsatz von Makrofotografie. Mit Hilfe der Makrofotografie ist in vielen Gruppen der
Makroinvertebraten zwar keine Bestimmung bis auf das Artniveau möglich; Sie bedarf in den meisten
Fällen der Präparation und noch stärkerer Vergrößerung. Allerdings ermöglicht der systematische
Einsatz der Unterwasserfotografie auf – in diesen Studien – zufällig ausgewählten Tauchstrecken,
den Nachweis zahlreicher Taxa höherer Ordnung. Solche Überblickserfassungen, durch die Bilder
gut dokumentiert, können dazu dienen, Probenahmen und Detailstudien effizient zu planen. So
können dann z. B. vom Boot aus oder durch Taucher gezielt Proben genommen, Fangeinrichtungen
exponiert oder Messgeräte installiert werden.
Generell wurde am Geiseltalsee erneut deutlich, dass der Einsatz von Tauchern methodische Lücken
schließt. So werden im Zuge von Tauchgängen häufig punktuelle oder lokale Gegebenheit (ggf. auch
Belastungen) festgestellt, die bei klassischen Beprobungen vom Boot kaum oder höchstens zufällig
entdeckt werden können. Zu diesen lokalen Effekten zählt u. a. auch, dass im Zuge von Tauchgängen
die strukturelle Situation gut dokumentiert werden kann. Im Geiseltalsee wurden beispielsweise lokal
Wühlspuren von Karpfen festgestellt.
Die Tauchstudien begründen auch die Forderung, den Geiseltalsee in ein regelmäßiges Monitoring
einzubinden. Dies wäre aus naturschutzfachlicher Sicht angeraten, um den seltenen und (noch) sehr
guten Erhaltungszustandes der oligotrophen Seesituation und der artenreichen Characeen-
Gesellschaften zu erhalten. Diese sind bei zunehmendem Nutzungsdruck gefährdet. Eine
Eutrophierung führt unter diesen Bedingungen z. B. zu irreversiblen Veränderungen. Deren Effekte
werden ohne Monitoring allerdings oft erst erkannt, wenn irreversible Schäden vorliegen.
328
Danksagung
Unser Dank gilt den Mitgliedern (Heike Kluke, Ralph Kusserow und Ingo Lupfer, Robert Putwill)
des AK-Tauchen in der Limnologie für die Absicherung der Tauchgänge, wertvolle Diskussionen
und Umsichtiges (Mit-)Entdecken von Fotomotiven.
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AKCD [Arbeitskreis Characeen Deutschlands] (ed.) (2016): Armleuchteralgen – Die Characeen
Deutschlands. Springer Spektrum, Berlin, 618 S.
Bäse, W. und Bernahrd, S. (2015): Aktueller Fund von Macroplea appendiculata (PANZER, 1794) in
Sachsen mit Angaben zur Verbreitung der Art in Deutschland (Coleoptera, Chrysomelidae).
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Bäse W. (2017): Wiederfund von Macroplea appendiculata (PANZER, 1794) in Sachsen-Anhalt
(Coleoptera, Chrysomelidae). Entomologische Nachrichten und Berichte, 61, 2017/1 S 77
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