Teilprojekt 1

 

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Paläolimnologische Leitbildkonstruktion und biozönotische Bewertungsansätze für Flussseen

Bearbeiter: J. Schönfelder, LUA Brandenburg

Problemstellung und Kenntnisdefizite

Um den tatsächlichen Einfluss menschlicher Störungen auf die Havel abschätzen zu können, widmet sich das Teilprojekt 1 der Rekonstruktion von Veränderungen biologischer und limnochemischer Merkmale des Flusssystems im Verlauf der letzten 2.000 Jahre. Flussseen sind europaweit eine Besonderheit der Jungmoränenlandschaften. Sie verleihen der Potsdamer Havel ihr besonderes Gepräge. Flussseen besitzen kurze Austauschzeiten und große Einzugsgebiete. Die Niederschlagsarmut des Haveleinzugsgebietes und die großen Anteile verdunstungsintensiver Niederungen bewirken gegenwärtig Abflussspenden von nur 70 bis 120 mm/a. Entsprechend konzentriert ist aktuell das in den Havelseen zusammenlaufende Wasser in Bezug auf Nährstoffe und Salze. Die Havelseen mit ihren ca. 30 m Sedimentmächtigkeiten (Pachur & Röper 1987) fungierten über Jahrtausende als natürliche Stoffsenken des Einzugsgebiets. Sie können auch ohne anthropogenen Einfluss natürlich nährstoffreich (eutroph) oder sehr nährstoffreich (polytroph) gewesen und erst nach den Rodungen des Mittelalters durch höhere Abflussspenden ausgewaschen worden sein, bevor die industielle Eutrophierungsphase einsetzte. Insgesamt ist unbekannt, welches Niveau der Trophieskala für das Freiwasser der Havelseen und welche Biozönosen als potenziell natürlich angenommen werden müssen. Da die Quellseen im Norden des Havel- und Rhineinzugsgebietes noch heute oligotroph und mesotroph sind (Schönfelder 2000a), verläuft offensichtlich ein natürlicher Trophiegradient entlang der Flussseenkaskade, der gegenwärtig durch anthropogene Einflüsse verstärkt wird. Grundsätzliches Ziel des Teilprojektes ist es deshalb, die von Natur aus hohe räumliche Heterogenität der Flora, Fauna und limnochemischen Backgroundbedingungen der durchflossenen Seen des Haveleinzugsgebietes zu beschreiben, dazu qualitative und quantitative Methoden der Paläolimnologie weiterzuentwickeln und auf die Seentypen im Haveleinzugsgebiet und den Tieflandfluss selbst anzuwenden.

Konkrete Zielstellung

Die Ziele des Teilprojektes sind:

  1. Erarbeitung eines Eichdatensatzes von Diatomeenresten aus Profundalproben von ca. 100 Seen im oberen und unteren Einzugsgebiet der Havel.
  2. Kalibration quantitativer Transferfunktionen zwischen Diatomeen und der Gewässerchemie, bezogen auf Mittelwerte, Medianwerte und 90-Perzentile.
  3. Diatomeenanalyse von ca. 9 Sediment-Langkernen aus Havelseen im Ober- und Unterlauf und durchflossenen Seen in größeren Zuflüssen (Krüselinfließ, Döllnfließ, Nuthe/Nieplitz, Rhin).
  4. Ableitung der leitbildkonformen Diatomeenflora des Planktons und des Benthos für die Seen > 50 ha im Haveleinzugsgebiet und für die Havel selbst oberhalb und unterhalb Berlins.
  5. Räumlich differenzierte Definition der Diatomeenflora einer als ökologisch gut einzustufenden Havel im Längsschnitt, von den Quellseen bis zur Mündung, jeweils getrennt für die Indikatorgruppen Aufwuchsdiatomeen und Planktondiatomeen.
  6. Quantitative Rekonstruktion der prähistorischen und der mittelalterlichen Basislinien der Mittelwerte und der 90-Perzentilwerte von Parametern der chemisch-physikalischen Bewertung von Fließgewässern, insbesondere der Konzentrationen von Gesamtphosphor, Orthophosphat-P, Gesamtstickstoff, Nitratstickstoff, Ammoniumstickstoff, Kalium, Natrium, Chlorid und Sulfat.

Die umrissenen Ziele sind für die Wasserwirtschaftsverwaltungen des Haveleinzugsgebietes von größter Praxisrelevanz. Die Umsetzung der WRRL erfordert, den potenziell natürlichen Zustand der Flussseen als Referenzzustand zu beschreiben. Dabei sind nicht nur die physikalischen und chemischen, sondern vor allem auch die biologischen Merkmale des Gewässertyps zu bezeichnen. In einem zweiten Schritt muss genau definiert werden, welche Abweichungen von diesem ökologischen Leitbildzustand noch im Rahmen des guten gewässerökologischen Zustands liegen und welche darüber hinausgehenden Abweichungen der chemischen, physikalischen und vor allem der biologischen Merkmale nicht mehr als Kennzeichen des guten sondern vielmehr des mäßigen oder eines noch schlechteren ökologischen Zustands zu klassifizieren sind. Die ökonomischen Folgen überzogener Güteziele für die Havel unterhalb Berlins können schwerwiegend sein.

Geplante Arbeiten und Methoden

Die quantitative Paläolimnologie hat sich in den letzen 10 Jahren zu einer Wissenschaftsdisziplin entwickelt, mit deren Hilfe es heute z. B. möglich ist, die Basislinie des pH-Wertes versauerter Seen zu rekonstruieren (Birks et al. 1990) oder Klimawechsel anhand von Salinitätsanzeigern in Kesselseen arider Binneneinzugsgebiete im Verlauf des Holozän nachzuzeichnen (Fritz 1996). Mikrofossilien im Gewässersediment bilden die Grundlage, um anhand rezent geeichter Transferfunktionen die entsprechenden Rekonstruktionen des Paläoenvironments vorzunehmen (Smol 1992, Schönfelder 1997, umfassendes Review in Schönfelder 2000b). Damit werden Entscheidungen über das Management aquatischer Ökosyteme auf fachwissenschaftlicher Grundlage unterstützt. Durch zeitlich hochaufgelöste Analysen (Jahrzehntemaßstab) wird der Wechsel der Artenzusammensetzung und der Dominanzverhältnisse innerhalb der betrachteten Indikator-Taxozönosen dargestellt. Heute werden Sanierungsziele für versauerte oder eutrophierte Seen in Nordeuropa (z. B. Anderson et al. 1993, Bennion et al. 1996, Anderson 1997), den Alpen (Wunsam & Schmidt 1995, Bennion et al. 1995, Lotter et al. 1997 und 1998) und Nordamerika (Hall & Smol 1992, Christie & Smol 1993, Dixit & Smol 1994, Reavie et al. 1995) generell durch Diatomeenanalyse der Sedimente aufgestellt.

Der für die Umsetzung der WRRL geforderte biozönotische Leitbildzustand ergibt sich für die untersuchten Gewässer direkt aus der exakten Artbestimmung fossilisierter Organismenreste aus der Zeit vor der anthropogenen Störung, für die Havel aus der Zeit bis 1200 n.Chr. Damit entfallen sowohl Analogieschlüsse aus Referenzgewässern, die es für die Havelseen praktisch in Europa nicht gibt, als auch theoretische Herleitungen der Biozönosen aus Annahmen über die potenziell natürliche Wasserqualität, die unbekannt ist und nur über paläolimnologische Methoden aus den nach WRRL bewertungsrelevanten Organismenresten selbst abgeleitet werden kann. Aus einer multivariaten Diatomeen-Wasserchemie-Transferbeziehung (Kanonische Korrespondenzanalyse, CANOCO 3.12, ter Braak 1987-1992) sind die jeweiligen abiotischen Ursachen der anthropogenen Störung abzuleiten. Diese Transferbeziehung wird anhand eines Eichdatensatzes von Mikrofossilien aus dem jeweils obersten Zentimeter der Profundalsedimente und den für alle Seen > 50 ha im Haveleinzugsgebiet durch das Landesumweltamt Brandenburg (Eigenanteil zum Projekt) gemessenen chemischen Umweltvariablen aufgestellt. Wegen der Heterogenität der ca. 100 Eichgewässer ist dieser Datensatz praktisch für das gesamte Norddeutsche Jungmoränenland repräsentativ und wird vor Projektende für den wasserwirtschaftlichen Gebrauch publiziert (Internet-Lösung mit freiem Zugang).

Etwa 9 Sedimentkerne, 2 - 4 m lang, werden aus größeren Seen innerhalb und beiderseits des Havelverlaufs entnommen und 14-C datiert. Die enthaltenen Mikrofossilien, insbesondere Diatomeen, stellvertretend für die WRRL-relevanten Indikatorgruppen Phytoplankton und Makrophytobenthos, werden in 20-50-Jahresabständen präpariert und ausgezählt. Aus den frühmittelalterlichen Schichten werden die biozönotischen Leitbilder für Diatomeen-Plankton und Aufwuchsdiatomeen abgeleitet. Für den Kalibrationsdatensatz werden aus ca. 100 durchflossenen Seen aller Typen > 50 ha im Haveleinzugsgebiet Oberflächensedimente entnommen, die Mikrofossilien präpariert und ausgezählt. Als Eigenanteil des Landes Brandenburg wird durch das LUA bzw. die haushaltsfinanzierte Messkampagne Seenkataster Brandenburg in 2001 und 2002 ein umfangreiches Messprogramm zur Limnochemie dieser ca. 100 Seen durchgeführt, das auch für die Leitbilderarbeitung für Makrophyten und Phytobenthos (Projekt des Bay. LA f. Wasserwirtschaft im selben BMBF-Förderschwerpunkt) und ein Planktonprojekt der BTU Cottbus (Prof. Nixdorf) die entsprechende Zuarbeit des Landes Brandenburg darstellt. Damit wird eine durchgehende Datenkonsistenz für alle Indikatorgruppen und Arbeitsgruppen des BMBF-Förderschwerpunktes sichergestellt. Aus dem Eichdatensatz werden quantitative Diatomeen-Umwelt-Transferfunktionen abgeleitet und ab dem zweiten Projektjahr auf die Havelsedimente angewendet. Damit wird der Gang aller wesentlichen limnochemischen Variablen für die letzten 2.000 Jahre rekonstruiert, um die Ziele des Gewässerschutzes für ein Maßnahmenprogramm gemäß WRRL wissenschaftlich begründet und regionalspezifisch validiert vorzugeben.

Zeitplan

A = Erarbeitung rezenter Eichdatensatz Diatomeen

B = Messungen Limnochemie in Seen und Fließgewässsern

C = Sedimentbohrungen

D = 14-C Datierungen

E = Zählung Diatomeen in Sedimentkernen

F = Aufstellung Leitbild und guter Zustand

G = Defizitanalyse und Aufstellung Maßnahmenprogramm

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Bei Fragen und Hinweisen wenden Sie sich bitte an W. Lahmer (werner@wernerlahmer.de oder  webmaster@havelmanagement.net)
Stand: 07. Februar 2005

Layout: W. Lahmer