Kieselalgen/Diatomeen als biologische Qualitätskomponente

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1 Kieselalgen/Diatomeen als biologische Qualitätskomponente 18. Symposium Flussgebietsmanagement beim Wupperverband Dr. Eckhard Coring EcoRing Hardegsen

2 Was sind Diatomeen? zumindest für einige Menschen formschön

3 Was sind Diatomeen? sehr alte Organismengruppe, ca. 200 Mio. Jahre alt genaue Taxazahl ist unbekannt, schwankt je nach befragtem Bearbeiter, jedoch > , für Deutschland nach RL circa Größe von 3 µm mehrere cm, Einzelzellen mit Schwankungsbreiten zwischen 3 und 500 µm (etwa Hund und Eifelturm) Kosmopoliten und nahezu in jedem Lebensraum vorhanden planktisch und benthisch, in Fließgewässern primär benthische Kieselalgen relevant in der Regel einzellig oder in Aggregaten einige motil (bewegungsfähig) einige fakultativ heterotroph Mikroorganismen mit kurzen Generationszyklen

4 Was sind Diatomeen? kommen in allen Gewässertypen vor Beispiel Mittelgebirgsbach Stein mit nahezu reinem Diatomeenaufwuchs Phytobenthos im Gewässer meist ungleich verteilt Stein mit Grünalgen (Cladophora)

5 Was sind Diatomeen? Kieselalgen zählen quantitativ zu den wichtigsten Primärproduzenten und nehmen eine zentrale Rolle in den Nahrungsnetzen ein

6 Taxonomische Zusammensetzung und quantitative Entwicklung abhängig von biotischen und abiotischen Faktoren Temperatur, Nährstoffgehalt, Licht Konkurrenz mit anderen Primärproduzenten Grazing durch Konsumenten hydraulische Störungen, z.b. clean up durch Hochwasser

7 sind Diatomeen geeignete Bioindikatoren? Bioindikatoren müssen über das gesamte Gewässersystem verbreitet sein spezifisch auf Änderungen der Wasserqualität bzw. Umweltveränderungen reagieren eindeutig bestimmbar sein vorhandene Unterschiede in Belastungsgradienten und/oder Gewässertypen differenzieren

8 sind Diatomeen geeignete Bioindikatoren? Ordinationsdiagramm auf der Basis einer DCA (Detrended Correspondence Analysis). Dargestellt sind die errechneten Gruppierungen auf der Basis der Ähnlichkeit von Diatomeenproben aus brackigen Gewässern (Stadtgewässer Emden), der karbonatisch geprägten Ilm (Jena), der silikatisch geprägten Volme (Hagen) sowie unterschiedlich stark versauerten Abschnitten der Zinse (Zinse)

9 sind Diatomeen geeignete Bioindikatoren? Diatomeen sind gute Bioindikatoren. reagieren auf -bzw. indizieren- stoffliche (Belastungs)größen besonders gut zeigen eine hohe Abhängigkeit von Mikrohabitaten (Rott 1991) sind in hohem Maße substratabhängig haben kurze Generationszyklen und damit relativ kurze Indikationszeiträume spezifische Anforderungen an Probenahme und Auswertung sind in Normen präzisiert (EN Probenahme, EN Zählung)

10 Mögliche Anwendungsbereiche Diatomeen ermöglichen Aussagen zu. Saprobie Trophie Versalzung Versauerung (Struktur) (Geologie/Pedologie) Nach Literatur, z.b. HÜRLIMANN 1993, DVWK 1999

11 Zusammenhänge zwischen Diatomeengesellschaften und Nährstoffen genereller Zusammenhang zwischen Gesellschaftszusammensetzung, quantitativer Entwicklung und Makronährstoffen signifikanter Zusammenhang zwischen Trophieindex (hier Rott et al. 1999) und TP dargestellt sind gemischte Daten aus Fließgewässern, unterschiedliche Substrate, Probenzeiträume

12 Zusammenhänge zwischen Diatomeengesellschaften und Nährstoffen Korrelationen zum o-po4 häufig schwächer, z.b. wg. Nährstoffstripping durch Makrophytendominanz oder Plankton Korrelationen werden deutlich besser wenn: 1. mehr als eine Probe verwendet wird 2. standardisierte Substrate wie z.b. Steine o.ä. verwendet werden 3. organisch geprägte Substrate und Sedimente unberücksichtigt bleiben

13 Zusammenhänge zwischen Diatomeengesellschaften und Nährstoffen RaKon-Orientierungswerte für Nährstoffe differenzieren nicht zwischen Bächen, Flüssen und Strömen die genannten Konzentrationen ermöglichen hocheutrophe bis polytrophe Bedingungen Bäche im Mittelgebirge haben einen oligotrophen (nährstoffarmen) Grundzustand, der auch innerhalb der Bewertungsverfahren als Referenz hinterlegt wurde. Gute Bewertungen unter hocheutrophen Bedingungen sind eher unwahrscheinlich.

14 Diatomeen als Qualitätskomponente im Sinne der WRRL Bestimmungen für den guten ökologischen Zustand von Flüssen, Beispiel Makrophyten & Phytobenthos nach OGewV Die makrophytischen und phytobenthischen Taxa weichen in ihrer Zusammensetzung und Abundanz geringfügig von den typspezifischen Gemeinschaften ab. Diese Abweichungen deuten nicht auf ein beschleunigtes Wachstum von Algen oder höheren Pflanzen hin, das das Gleichgewicht der in dem Gewässer vorhandenen Organismen oder die physikalisch-chemische Qualität des Wassers oder Sediments in unerwünschter Weise stören würde. Die phytobenthische Lebensgemeinschaft wird nicht durch anthropogene Bakterienzotten und anthropogene Bakterienbeläge beeinträchtigt. Definition führt den Begriff Taxa ( bedeutet in etwa Art) ein. In Deutschland werden daher in vielen Verfahren Referenzartengesellschaften definiert bzw. verwendet. Dies ist nicht zwingend in allen europäischen Ansätzen der Fall und wird überdies in verschiedenen aktuellen Publikationen z.b. für urban geprägte Gewässer kritisch diskutiert (z.b. Elias et al. Limnologica 51, 2015)

15 PHYLIB-Verfahren, Teilkomponente Diatomeen PHYLIB-Verfahren für Diatomeen ist als multimetrischer Ansatz konzipiert: Trophieindex (bzw. Saprobienindex) - bewertungsrelevant Referenzartensumme - bewertungsrelevant Teilmodul Versalzung Malussystem, differenziert nicht über den Belastungsgradient Teilmodul Versauerung - Malussystem, differenziert über den Belastungsgradient Anteil planktischer Taxa in Bächen und Flüssen nicht bewertungsrelevant Rote-Liste-Index nicht bewertungsrelevant Autökologische Heterogenität nicht bewertungsrelevant

16 PHYLIB-Verfahren, Teilkomponente Diatomeen Trophieindex und Referenzartensumme sind besonders relevant: Beziehung zwischen Trophieindex und Referenzartensumme ist signifikant beide Größen sind redundant und indizieren insbesondere Trophie redundante Indizes sollten im Rahmen von multimetrischen Verfahren nicht verwendet werden [DIN CEN/TR (2011) DIN SPEC , Technischer Report zur Entwicklung von multimetrischen Indices]

17 PHYLIB-Verfahren, Teilkomponente Diatomeen Ökologische Zustandsklasse auf der Basis der Teilkomponente Diatomeen für den Werraabschnitt zwischen Tiefenort und Dorndorf für die Jahre 2009 bis 2013 nach BayLfU (2006ff) VBD = Vorläufige Bewertung Diatomeen; ÖZK = Endbewertung ökologische Zustandsklasse; HI = Halobienindex; HI Wert > 15 = Abwertung um eine Klasse; 1 = sehr gut; 2 = gut; 3 = mäßig; 4 = unbefriedigend; 5 = schlecht; * = Bewertung beruht auf nur einem oder zwei Taxa *ein Hi Wert >15 führt zu Abstufung um eine Zustandsklasse Zustandsbewertungen auf der Basis der Diatomeen können im Jahresverlauf variieren Vorgaben zum Umgang mit widersprüchlichen Bewertungen innerhalb eines OWK bzw. Untersuchungsjahres fehlen derzeit

18 PHYLIB-Verfahren, Teilkomponente Diatomeen CEN/TC 230/WG2 Biological methods, algae and macrophytes Proposal for a New Work Item on variability and uncertainty associated with diatom based ecological assessment Martyn Kelly et al. CEN/TC230/WG/TG3 (WG23): N168 :.Based on UK experience, precision estimates can be listed (greatest influence to least) as: Spatial/temporal within water body > spatial within site = species identification > sample cross contamination > variation within slides Note species identification is a minor factor only if it is controlled by regular audits and ring-tests. Based on personal experience, I would rank the magnitude of accuracy factors to be similar to that of spatial/temporal variation within water bodies. Therefore, if precision of status class estimates is to be improved, the emphasis should be on replicate sampling within a water body,

19 Anwendungsbeispiel Niedersachsen, kleiner silikatischer Mittelgebirgsbach (Typ 5.1): weitgehend naturnah, MZB- zeigt keinen Gütegradienten WRRL-Bewertung differenziert nicht, PS2-PS4 werden als gut bewertet Diatomeenuntersuchungen indizieren wirksamen Einfluss einer vergessenen, technisch veralteten Kleinkläranlage kein grundsätzlicher Widerspruch, jedoch wären wassergütewirtschaftlich begründete, präzisierte Definitionen des guten ökologischen Zustands wünschenswert Probestelle Datum TDI Rott Trophiestatus PS ,68 ultraoligotroph PS ,62 ultraoligotroph PS ,99 ultraoligotroph PS ,74 mesotroph PS ,34 eutroph PS ,75 eutroph-polytroph PS ,10 meso-eutroph PS ,54 eutroph PS ,85 eutroph-polytroph PS ,81 eutroph-polytroph PS ,68 eutroph PS ,52 eutroph PS ,79 mesotroph Probestelle Datum Anteil Verschmutzungszeiger Hasselbach, PS ,42 Hasselbach, PS ,73 Hasselbach, PS ,97 Hasselbach, PS ,63 Hasselbach, PS ,38 Hasselbach, PS ,55 Hasselbach, PS ,90 Hasselbach, PS ,63 Hasselbach, PS ,51 Hasselbach, PS ,83 Hasselbach, PS ,87

20 Zusammenfassung Diatomeen sind geeignete, kosteneffiziente Bioindikatoren sie können zeitlich und räumlich hochauflösende Informationen zur biozönotischen Wirksamkeit stofflicher Belastungen liefern Monitoringstrategie muss dabei die Abhängigkeit der Bewertungsergebnisse von Mikrohabitaten und kurzen Generationszyklen stärker berücksichtigen die wassergütewirtschaftlich relevante Bedeutung des guten Zustands muss inhaltlich präzisiert werden