Untersuchungen zum Rückgang hoher Algenbiomassen im limnischen Abschnitt der Tideelbe

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Jasper Wetzel
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Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL) Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 28 (Konstanz), Hardegsen 29 Untersuchungen zum Rückgang hoher Algenbiomassen im limnischen Abschnitt der

1 Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL) Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 28 (Konstanz), Hardegsen 29 Untersuchungen zum Rückgang hoher Algenbiomassen im limnischen Abschnitt der Tideelbe Andreas Schöl 1, Werner Blohm 2, Annette Becker 1 & Helmut Fischer 1 1 Bundesanstalt für Gewässerkunde, Am Mainzer Tor 1, 5668 Koblenz, schoel@bafg.de, 2 Institut für Hygiene und Umwelt, Marckmannstraße 129a, 2539 Hamburg, werner.blohm@hu.hamburg.de Keywords: Phytoplankton, Algenpigmente, Zooplankton, Tideelbe Einleitung Der limnische Bereich der Tideelbe ist ein durch die Metropolregion Hamburg mit ihrem Hafen stark genutzter Gewässerabschnitt. In der oberhalb anschließenden Mittelelbe werden seit Mitte der 9ziger Jahre im Sommer hohe Biomassen an Kieselalgen produziert, die in den limnischen Abschnitt der Tideelbe eingetragen werden. Im Bereich des Hamburger Hafens kommt es zu einem deutlichen Rückgang des Phytoplanktons. Der aus der Algenbiomasse freigesetzte organische Kohlenstoff dient den heterotrophen Bakterien als Substrat und verursacht beim Abbau ein starkes Sauerstoffdefizit in der Tideelbe, mit weitreichenden ökologischen Folgen u.a. für ästuartypische Wanderfischarten. Abb. 1: Limnischer Abschnitt der Tideelbe vom Wehr Geesthacht (km 586) flussabwärts bis Stade (km 65)

2 Material und Methoden Untersuchungsgebiet Die Elbe ist ein durchmischtes mesotidales Ästuar mit einem Tidehub von 3,6 m beim Pegel St. Pauli (km 618). Das Ästuar erstreckt sich vom Wehr Geesthacht (km 586) bis zur Mündung in die südliche Nordsee bei Scharhörn (km 74). Der ausgedehnte limnische Abschnitt reicht vom Wehr Geesthacht bis nach Glückstadt (km 65) und umfasst dabei das Stromspaltungsgebiet mit dem Hamburger Hafen (km 61 bis km 63) (Abb. 1). Von der Nordsee bis hierhin reicht auch die Fahrrinne für die Seeschifffahrt, die eine Mindestwassertiefe von ca. 17 m aufweist (Abb. 2) Rotatoria Crustacea Chlorophyll Individuen por Liter Chlorophyll (µg/l) Elbe-km Wassertiefe (m) Abb. 2: Längsprofil des Gesamt-Chlorophylls (Fluoreszenzmessung mit bbe-sonde MOLDAENKE), und Zooplanktondichte (Rotatoria und Crustacea) in der Tideelbe am 25. August 25 sowie Angabe der Wassertiefe der Schifffahrtsfahrrinne. Ergebnisse und Diskussion Die Längsprofilmessungen mittels Chlorophyllfluoreszenz im August 25 zeigten einen starken Rückgang der Phytoplanktonbiomasse im limnischen Abschnitt der Tideelbe zwischen km 6 und km 64 von 9 µg/l auf 5 µg/l (Abb. 2). Die durch die Kieselalgen verursachte Fluoreszenz betrug im Mittel 7 % der Gesamtfluoreszenz. Gleichzeitig traten hohe Dichten an Rotatorien (bis 4 Ind/l) und Crustaceen (2 Ind/l) auf. Dabei wiesen die Rotatorien bereits am Wehr Geesthacht hohe Dichten auf, d.h. sie wurden aus der Mittelelbe in die Tideelbe eingetragen, während die

3 Crustaceen erst im Bereich des Hamburger Hafens und unterhalb davon hohe Abundanzen entwickeln. Die Copepoden waren mit über 97 % Anteil an der Gesamtabundanz die dominierende Gruppe bei den Crustaceen. Der physiologische Zustand der Algen kann mit Hilfe der Bestimmung der Zusammensetzung der Algenpigmente mittels HPLC-Methode erfasst werden (Abb. 3). Im Längsverlauf von der Mittelelbe bei Schmilka (km ) bis zur Tideelbe ab km 586 waren im Mai 26 mit ansteigenden Chlorophyllgehalten auch leicht ansteigende Anteile an Abbauprodukten des Chlorophylls (Chla) von 7 auf 15 % pro mol Chla zu messen. Mit dem Rückgang des Chlorophylls im Hamburger Hafen (km 62) kommt es zu einem deutlichen prozentualen Anstieg der Abbauprodukte ab km 635 auf Werte über 35 % pro mol Chla. Im Jahr 26 traten im Zeitraum Juli bis Oktober bei 3 von 9 Probennahmen Siliziumgehalte unter,1 mg Si/l auf, bezogen auf den Zeitraum Mai bis Oktober betrug der Mittelwert,85 mg Si/l (Abb. 4). Im selben Zeitraum lag der ortho- Phosphatgehalt im Mittel bei 44 µg P/l. Abbauprodukte des Chlorophylls, wie Chlorophyllid und Phaeophorbid, entstehen vermehrt unter ungünstigen Bedingungen, wie Licht- und Nährstoffmangel sowie Fraßdruck. Die in der Elbe dominante Gruppe der Kieselalgen unterliegt im limnischen Abschnitt der Tideelbe einer multifaktoriellen Wachstumslimitierung. Beim Übergang von flusstypischen Wassertiefen von 3-5 m auf Wassertiefen im Hamburger Hafen von ca. 17 m (Abb. 2) kommt es zu einer Lichtlimitierung und Abb. 3: Längsverlauf des Chlorophylls und seiner Abbauprodukte (Summe aus Chlorophyllid, Phaeophorbid und Phaeophytin) in der Mittel- und Tideelbe während einer fließzeitkonformen Beprobungskampagne vom

4 damit zu einem Rückgang der Wachstumsrate. Der Anteil der euphotischen Schicht von 1 m bis 1,5 m an der Gesamttiefe nimmt deutlich ab. Eine im Sommer auftretende Silikatlimitierung der Kieselalgen bewirkt einen zusätzlichen Rückgang der Wachstumsrate. Als Halbsätttigungskonstante wird eine Silikatkonzentration von,7 mg Si/l angegeben (Schöl et al. 22). Externe Verluste an Algenbiomasse durch den zeitweise hohen Fraßdruck durch das Zooplankton führen dann zu einer Abnahme der Algenbiomasse (Kerner et al. 24). Dabei weisen insbesondere die Copepoden und hier die Spezies Eurytemora affinis eine autochthone Populationsentwicklung in der Tideelbe auf (Peitsch et al. 2; Köpcke 24). Als ein weiterer Verlustprozess kann die Sedimentation von Algen in strömungsberuhigten Seitenräumen der Tideelbe zum Rückgang der Biomassen beitragen. Chlorophyll (µg/l) Chl a - Fluoreszenz Silizium Silizium (mg Si/l) Zooplankton (Ind./l) Rotatoria Crustacea Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 26 Abb. 4: Jahresgang 26 des Gesamt-Chlorophyllgehaltes (Fluoreszenzmessung bei Bunthaus, km 69) sowie des Siliziumgehaltes und der Abundanzen der Rotatoria und Crustacea bei Seemannshöft (km 628). Schlussfolgerungen Für den beobachten Rückgang der Algenbiomasse und den gleichzeitigen Anstieg der Abbauprodukte des Chlorophylls im oberen limnischen Abschnitt der Tideelbe sind sowohl interne, das Wachstum der Algen limitierende Prozesse als auch externe Verlustprozesse, wie Wegfraß durch Zooplankton und Sedimentation, verantwortlich. Für eine Quantifizierung der Anteile der einzelnen Prozesse ist eine Modellierung mit Hilfe eine Gewässergütemodells notwendig. Mit diesem Instrument kann zudem der organische Kohlenstoffkreislauf analysiert werden und so die Kopplung von

5 Algenbiomasse zu den in diesem Bereich der Tideelbe auftretenden Sauerstoffdefiziten nachvollzogen werden (Bergemann et al 1996). Literatur Bergemann, M., Blöcher, G., Harms, H., Kerner, M., Nehls, R., Petersen, W., Schröder, F. (1996): Der Sauerstoffhaushalt der Tideelbe. Die Küste 58: Kerner, M., Ertl, S., Spitzy, A. (24): Trophic diversity within the planktonic food web of the Elbe Estuary determined on isolated individual species by 13 C analysis. J. Plankton Res., Vol. 26, No. 9: Köpcke, B. (22): Die Bedeutung der Nebenelben und Flachwasserbereiche für den Populationserhalt von Eurytemora affinis (POPPE, 188) in der Tide-Elbe. Dissertation, Universität Hamburg, 324 S. Peitsch, A., Köpcke, B., Bernat, N. (2):Long-term investigation of the distribution of Eurytemora affinis (Calanoida, Copepoda) in the Elbe estuary. Limnologica 3: Schöl, A., Kirchesch,V., Bergfeld, T., Schöll, F., Borcherding, J., Müller, D. (22): Modelling the Chlorophyll a content of the River Rhine - Interaction between riverine algal production and population biomass of grazers, rotifers and zebra mussel, Dreissena polymorpha. International Review of Hydrobiology, 87,

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