Einschätzung des ökologischen Zustandes der Seen anhand der Makrophyten

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1 Einschätzung des ökologischen Zustandes der Seen anhand der Makrophyten Ulrike Hamann Makrophyten, wörtlich große Pflanzen übersetzt, bilden die Vegetation des wasserbedeckten Ufers und sind je nach Ufergestalt, -exposition und Trophie des Sees in unterschiedlicher Artenzusammensetzung vorzufinden. In der Pflanzensoziologie wurde die Vegetation der Seen in verschiedenen wissenschaftlichen Arbeiten typisiert und die Seen sowie andere Gewässertypen sind anhand der beschriebenen Vegetation charakterisiert worden (SAUER 1937, SUCCOW & KOPP 1985, POTT & REMY 2000). SAUER (1937) beschrieb erstmalig die Pflanzengesellschaften der ostholsteinischen Seen und gilt als Pionier in diesem Bereich der Vegetationskunde. Sein Werk liefert heute wertvolle Informationen über den Zustand dieser Seen vor der Intensivierung der Landnutzung in den fünfziger Jahren. Von SUCCOW & KOPP (1985) wurden umfassende Untersuchungen an den Seen der ehemaligen DDR durchgeführt. Auf Grundlage der Morphologie typisierten sie die Seen zum Beispiel als Kesselseen oder Rinnenseen. Zahlreiche weitere Standortfaktoren wie die Vegetation, dargestellt als Pflanzengesellschaften, wurden in die Typisierung einbezogen. In dieser umfassenden Arbeit zur Typologie der ostdeutschen Seen wurde der Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Pflanzengesellschaften in den verschiedenen Seen in Beziehung zur Trophie der Seen erarbeitet. Im Seenprogramm und Seen-Kurzprogramm des LANU wurden bislang die Artenvielfalt (Artenreichtum), das Vorkommen seltener und gefährdeter Arten und die Ausdehnung der Vegetation an den Seeufern als Einstufung der Unterwasservegetation in bundes-, landesweite oder regionale Bedeutung verwendet. Seit 2000 wurde anhand der aquatischen Pflanzengesellschaften (Wasservegetation) und der unteren Makrophytengrenze der Trophiegrad des jeweiligen Sees abgeschätzt und die Ausbildung der Unterwasservegetation anhand dieser Kriterien bewertet (STUHR 2001). Die Möglichkeit, bereits bei der ersten Gefährdungsabschätzung für die Berichterstattung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) auch die Makrophyten heranzuziehen, 95

2 bestand durch die guten Kenntnisse über die Ufer- und Unterwasservegetation der zu beurteilenden Seen und in der guten Eignung der Wasserpflanzen als Bioindikatoren für den Zustand der Seen. Die Vorgehensweise für die Bewertung der Makrophyten in der Gefährdungsabschätzung führte die Bewertungsansätze der früheren Untersuchungsprogramme fort, zog aber als Maßstab für die Bewertung der Unterwasservegetation den Trophie-Referenzzustand der Seen nach LAWA (1998) heran. Pflanzengesellschaften, untere Verbreitungsgrenze und Trophiegrad Eine einfache Beziehung zwischen Trophiezustand und Unterwasservegetation kann über die maximale untere Besiedlungsgrenze der Makrophyten hergestellt werden (siehe Abbildung 1). Abbildung 1: Untere Makrophytengrenze (Maximalwerte) von 42 schleswig-holsteinischen Seen, gruppiert nach dem Trophiegrad LAWA. Für 42 schleswig-holsteinische Seen ist in Abbildung 1 die untere Makrophytengrenze und der Trophiegrad LAWA dargestellt. Mit zunehmender Trophie des Sees nimmt die Tiefenausdehnung der Vegetation ab und umso weniger Seeboden im Uferbereich kann von den Höheren Pflanzen besiedelt werden. Von SUCCOW & KOPP (1985) wurden für die ostdeutschen Seen folgende Tiefengrenzen abgeleitet (siehe Tabelle 1): Mesotrophe Seen weisen eine untere Makrophytengrenze zwischen 5 und 8 Meter Wassertiefe auf, eutrophe Seen zwischen 2,5 und 5 Metern. Das bedeutet, dass je nach Uferausbildung der Gürtel der Wasservegetation an eutrophen Seen in der Regel deutlich schmaler ausgebildet sein kann als an mesotrophen Seen. 96

3 Trophiestufe Mittlere Untere sommerliche Makrophyten- Sichttiefe [m] grenze [m] Oligotroph 6 8 Mesotroph 3 - < < 8 Eutroph 1,5 - < 3 2,5 - < 5 Hocheutroph 1 < 1,5 1,5 - < 2,5 Polytroph 0,5 - <1 0,5 - < 1,5 Hochpolytroph 0,2 - <0,5 <0,5 Hypertroph < Tabelle 1: Trophiestufen und Tiefe der Makrophytenvorkommen in der ehemaligen DDR (Succow & Kopp 1985) In Schleswig-Holstein werden am Schöhsee und am Suhrer See aktuell die größten Besiedlungstiefen erreicht. Hier wachsen die Wasserpflanzen bis in 7 m Wassertiefe. Es sind die Sternarmleuchteralge Nitellopsis obtusa (Rote Liste SH gefährdet) und die Biegsame Glanzleuchteralge Nitella flexilis (Rote Liste SH gefährdet) zu finden. SONDER (1890) konnte im Großen Plöner See einzelne Pflanzen der Sternarmleuchteralge noch in Wassertiefen von 28 bis 30 m nachweisen, während bereits SAUER (1937) knapp fünfzig Jahre später Sternarmleuchteralgen-Wälder im Schluensee in 10 m Wassertiefe als Besonderheit beschreibt. Die Tiefengrenzen, die SUCCOW & KOPP (siehe Tabelle 1) an den Seen der ehemaligen DDR ableiten, lassen sich auf die mesotrophen, eutrophen und hocheutrophen Seen Schleswig- Holsteins übertragen, die poly- bis hypertrophen Seen weisen jedoch deutlich größere Tiefenausdehnungen auf als die Angaben nach Tabelle 1 erwarten lassen. Dies kann unter anderem an unterschiedlichen Methoden der Trophiestufenermittlung liegen. Weiterhin zeigt sich, dass es zu weiten Überlappungen der benachbarten Trophiestufen kommt. Deshalb ist für die Einstufung des Trophiegrades anhand der Vegetation (Trophiegrad Vegetation ) neben der maximalen Tiefengrenze der Makrophyten zusätzlich auch das Vorkommen bestimmter Pflanzengesellschaften sowie deren Ausdehnung im See ausschlaggebend. Die typische Abfolge der Pflanzengesellschaften (Zonierung) am Ufer wird in Abbildung 3 zusammenfassend für alle Trophiestufen dargestellt. Der mesotrophe See ist durch das Vorkommen von Grundrasen bestimmter Armleuchteralgen (Characeae) gekennzeichnet, in denen insbesondere die Raue Armleuchteralge Chara aspera häufig vertreten ist. Typischerweise tritt neben diesen Grundrasen auch eine Zone mit seltenen und vom Aussterben bedrohten Laichkräutern auf (KIFL 2002), wie Grasblättriges Laichkraut Potamogeton gramineus und Faden-Laichkraut Potamogeton filiformis. Abbildung 2: Die Raue Armleuchteralge Chara aspera ist insgesamt in Schleswig- Holstein mäßig häufig; sie hat ihren regionalen Schwerpunkt in den vielfach mesotrophen - Seen des östlichen Hügellandes 97

4 Abbildung 3: Vegetationszonierung und Pflanzengesellschaften der alkalischen Seen unterschiedlicher Trophiestufen (verändert nach Succow & Kopp 1985) 98

5 Beim Übergang zum eutrophen Gewässerzustand wird die Ausdehnung dieser mesotraphenten Pflanzengesellschaften immer geringer. Je nach Empfindlichkeit der einzelnen Arten werden sie von anderen unempfindlicheren Arten wie Durchwachsenes Laichkraut Potamogeton perfoliatus verdrängt. Bei weiter zunehmender Trophie (polytroph bis hypertroph) werden die Tauchblattfluren der eutraphenten Arten (Arten, die höhere Ansprüche an die Nährstoffversorgung stellen) immer lückiger und seltener bis hin zum vollständigen Fehlen. Im hypertrophen Zustand tritt dann die völlige Verödung an Makrophyten ein. Aus der Artenzusammensetzung und der Ausdehnung der Unterwasservegetation kann auf diese Weise der Trophiegrad eines Sees abgeschätzt werden. Dieser Trophiegrad, im weiteren als Trophiegrad Vegetation bezeichnet, liefert eine zweite unabhängige Bewertung des Trophiezustandes des Sees. Für einige Seen wurden die Ergebnisse der Trophiestufenermittlung exemplarisch in Tabelle 2 zusammengestellt. Es wird deutlich, dass die Bewertung anhand der Trophie je nach Kriterium zu unterschiedlichen Ergebnissen führen kann. Die Makrophyten als eher summierend wirkender Bioindikator reagieren langsamer oder ausgleichender auf die Änderungen der Nährstoffverfügbarkeit im Seewasser als zum Beispiel das Phytoplankton. Bewertungsansatz und Klassenbildung Die Vorgehensweise für die vorläufige Bewertung erfolgte in zwei Schritten. In einem ersten Schritt wurden der nach SUCCOW ermittelte Trophiegrad Vegetation mit dem Trophiegrad aus der LAWA-Bewertung (Trophiegrad LAWA Istzustand), in dem der Chlorophyll a-gehalt maßgeblich ist, verglichen. Folgende Einstufung wurde vorgenommen: + der Trophiegrad Vegetation ist niedriger als der Trophiegrad LAWA 0 der Trophiegrad Vegetation ist gleich dem Trophiegrad LAWA - der Trophiegrad Vegetation ist höher als der Trophiegrad LAWA Der der Gefährdungsabschätzung zugrunde gelegte Trophie-Istzustand (LAWA 1998) ist typabhängig. Um eine eigene Typisierung basierend auf der Vegetation zu umgehen, wurden in einem zweiten Schritt der Trophiegrad LAWA und die vergleichende Vegetationsbewertung des Schritts 1 zu den beiden Klassen der naturnahen und naturfernen Vegetationsausbildung zusammengefasst. Diese beiden Klassen bilden die Grenze zwischen dem guten ökologischen Zustand und dem mäßigen ökologischen Zustand. Die naturnahe Ausbildung liegt vor, wenn der Trophiegrad LAWA dem guten Zustand (Bewertungsstufe 1 oder 2) entspricht und die Einstufung der Qualitätskomponente Makrophyten bei 0 oder + liegt. LAWA- Bewertung 2 LAWA- Bewertung 3-5 Der Trophiegrad Vegetation ist niedriger als der Trophiegrad LAWA (+) Der Trophiegrad Vegetation ist gleich dem Trophiegrad LAWA (0) Der Trophiegrad Vegetation ist höher als der Trophiegrad LAWA (-) naturnahe Ausbildung + naturferne Ausbildung - Abbildung 4: Vorgehensweise für die Einschätzung des ökologischen Zustandes der Seen anhand der Trophie LAWA und der Trophie Vegetation 99

6 Ergebnis der Bewertung Insgesamt wurden im Rahmen der Gefährdungsabschätzung 39 Seen mit Hilfe der Makrophyten bewertet. Für die verbleibenden Seen lagen keine ausreichenden Daten vor. An vielen Seen erbrachte die Trophie anhand der Vegetation eine von der LAWA abweichende Bewertung. Dies führte dazu, dass von insgesamt 12 Seen mit einer guten Bewertung der Trophie nach LAWA nur drei eine naturnah ausgebildete Wasservegetation aufwiesen. Bei den anderen neun Seen führte die Gefährdungseinschätzung über die Qualitätskomponente Makrophyten zu einer schlechteren Bewertung. Ein Grund dafür, dass die Qualitätskomponente Makrophyten ein anderes Bild vom ökologischen Zustand des Sees liefert, liegt oft in der an Arten verarmten Unterwasservegetation als Folge höherer Nährstoffbelastungen in der Vergangenheit und deren Folgen. Auch nach Verringerung der Nährstoffeinträge und Verbesserung des Unterwasserlichtklimas hat sich eine entsprechende Flora noch nicht wieder eingestellt. Unklar ist, wie abschließend in einem bundesweiten Bewertungsverfahren mit der Artenverarmung der Unterwasservegetation umgegangen wird. Im Rahmen von Maßnahmenplänen werden diese Fragestellungen behandelt und die Möglichkeiten bedacht werden müssen, neben den Maßnahmen zur Seesanierung auch gezielte Artenschutzmaßnahmen zu integrieren. Tabelle 2: Bewertung ausgewählter Seen anhand der Trophie nach LAWA und der Qualitätskomponente Makrophyten (2. und 3. Spalte: m mesotroph; e1, E eutroph; e2, e stark eutroph, p1 schwach polytroph, p2 stark polytroph, h hypertroph; 5. Spalte: + naturnahe Ausbildung; - naturferne Ausbildung; o keine Angabe) Gewässername Trophiestufe Bewertung nach Trophiestufe der Abweichung der Gefährdungsabnach LAWA LAWA Vegetation nach Trophiestufe der schätzung 2003 (Istzustand) Succow Vegetation vom Bewertung Succow Istzustand LAWA Makrophyten Schöhsee m 2 m 0 + Suhrer See m 2 m 0 + Schluensee m 2 m 0 + Trammer See m 2 m-e (-) - Stocksee m 2 m 0 - Großer Segeberger See m 2 E - - Großer Ratzeburger See m 2 e - - Behler See e1 3 E 0 - Stolper See e1 3 E 0 - Großer Plöner See e1 3 E 0 - Ahrensee e1 3 E 0 - Wittensee e1 3 E 0 - Dieksee e1 3 e - - Kellersee e1 3 e - - Kleiner Plöner See e1 3 e - - Großer Küchensee e1 3 e - - Schaalsee e1 3 o Belauer See e2 4 e 0 - Sankelmarker See e2 4 e (-) - Bistensee e2 4 E + - Arenholzer See e2 2 p1 - - Großer Eutiner See p1 4 e + - Lankersee p1 4 e + - Postsee p1 3 e + - Stendorfer See p1 3 e + - Bornhöveder See p1 4 h - - Schmalensee p1 3 p 0 - Sibbersdorfer See p2 5 p + - Südensee p2 5 p

7 Summary Macrophyte species composition depends strongly on the morphological structure and wave exposure of the lake shore as well as on the trophic status of the lake. Macrophytes are appropriate bioindicators for the ecological status of lakes. In Schleswig-Holstein a lot of studies have been carried out in the past to investigate the riparian and macrophyte vegetation of the lakes. Because of this knowledge these data were used for the analysis of pressures and impacts (risk assessment) according to the EC - Water Framework Directive to evaluate the present ecological status of lakes in Schleswig-Holstein. The maximal colonisation depth of the macrophyte communities can be used to evaluate the trophic status of the lake. With increasing nutrient concentrations the maximal colonisation depth decreases due to lower underwater light availability. Additionally, the occurrence and distribution of specific macrophyte communities is a crucial factor for the evaluation of the trophic status of the lake. For the preliminary assessment of the ecological status by macrophytes two criteria were compared: The trophic status of the pelagic zone using chlorophyll a concentration according to LAWA 1998 (a) and the trophic status indicated by the macrophytes (b). It was considered if the underwater vegetation was naturally developed (=good ecological status) or degradated. This assessment approach was conducted on a set of 39 lakes in Schleswig-Holstein. The comparison of the two different assessment criteria (a, b) showed that both results frequently differed. Twelve lakes were rated to be in a good ecological quality according to the LAWA method, however, only three of them had a near-naturally developed macrophyte vegetation. One reason why macrophytes indicate a different (worse) ecological status can be attributed to the low species diversity as an effect of high nutrient input during the past. Literatur KIELER INSTITUT FÜR LANDSCHAFTSÖKOLOGIE (2002): Dieksee-Studie Band I: Grundlagen für eine gemeinsame Umsetzung von Wasser-Rahmenrichtlinie und FFH-Richtlinie: Vegetation der Seen Schleswig-Holsteins; unveröffentlichtes Gutachten im Auftrag des Landesamtes für Natur und Umwelt Schleswig-Holstein. LAWA-Arbeitskreis Gewässerbewertung stehender Gewässer (1998): Vorläufige Richtlinie für eine Erstbewertung von natürlich entstandenen Seen nach trophischen Kriterien.- Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (Hrsg.). 74 S. POTT, R. & D. REMY (2000): Gewässer des Binnenlandes; Ökosysteme Mitteleuropas aus geobotanischer Sicht; Verlag Eugen Ulmer. SAUER, F. (1937): Die Makrophytenvegetation ostholsteinischer Seen und Teiche. Soziologisch-limnologische Untersuchungen - Arch. Hydrobiol. Suppl. Bd. 6: SONDER, C. (1890): Die Characeen der Provinz Schleswig-Holstein und Lauenburg nebst eingeschlossener fremden Gebietsteilen. Inaug. Diss. Univ. Rostock: Kiel. STUHR, J. (2001): Die Vegetation des Bistensees, des Bothkamper Sees, des Langsees, des Mözener Sees, des Pohlsees, des Sankelmarker Sees, des Schwansener Sees, des Schöhsees und des Südensees; unveröffentlichtes Gutachten im Auftrag des Landesamtes für Natur und Umwelt Schleswig-Holstein. SUCCOW, M., D. KOPP (1985): Seen als Naturraumtypen. Petermanns geographische Mitteilungen 129(3): Ulrike Hamann Dezernat 43 - Seen Tel.: / uhamann@lanu.landsh.de 101