Kurzfassung zum Endbericht

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1 Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei Im Forschungsverbund Berlin e.v. Kurzfassung zum Endbericht zur "Entwicklung und Erprobung eines Konzeptes für ein Bewertungssystem zum Merkmalskomplex Phytoplankton in Berliner und Brandenburger Fließgewässern im Auftrag der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin Auftragnehmer: Forschungsverbund Berlin e.v. Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei Leiter des Vorhabens: Dr. H. Behrendt Wissenschaftliche Mitarbeiterin: Dr. U. Mischke Berlin, März 22

2 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern Entwicklung und Erprobung eines Konzeptes für ein Bewertungssystem zum Merkmalskomplex Phytoplankton in Berliner und Brandenburger Fließgewässern - Kurzfassung des Endberichtes - Zielstellung und Zusammenfassung Die europäische Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) fordert eine biologische Bewertung der Fließgewässer anhand der Qualitätskomponente Phytoplankton. Der sehr gute Zustand (Fließgewässer) soll nach Anhang V Absatz.2. in der EU-WRRL anhand der taxonomischen Zusammensetzung, der durchschnittlichen Abundanz, der Sichttiefe und der Häufigkeit und Intensität von Planktonblüten beschrieben werden. Die bereits existierenden Verfahren zur Klassifizierung der Trophie (Übersicht in der Literaturstudie NIXDORF u.a. ) von planktondominierten Fließgewässern (BEHRENDT & OPITZ, 996, HAMM, 996, MAUCH u.a. 998, LAWA 22) bieten bereits gute Ansätze für ein Klassifikationsund Bewertungsverfahren anhand der Trophieparameter, sie sind jedoch um die Kernvariable Phytoplanktonbiovolumen und taxonomische Zusammensetzung zu erweitern und müssen gesondert für die verschiedenen Gewässertypen definiert werden. Die vorliegende Studie zweier norddeutscher Gewässertypen dient als regionale Pilotstudie für ein deutschlandweit gültiges Bewertungsverfahren, dass im Rahmen eines weiteren Projektes erarbeitet werden muss. Um die norddeutschen Untersuchungsgewässer vorab zu typisieren, wurden die Vorschläge für eine Typisierung von Fließgewässern von SCHMEDTJE u.a. (2) und von stehenden Gewässern von MATHES u.a. (22) benutzt. Demnach wurden die Flussseen von den Fließgewässern abgegrenzt und zu den stehenden Gewässern gerechnet, wenn ihre mittlere sommerliche Verweilzeit (Mai bis Oktober) mehr als 3 Tage betrug. Fluss-Seen-Systeme stellen ein besonderes und typisches Charakteristikum des regionalen Landschaftsraumes dar. Die durch die EU-WRRL geforderten Bewertungssysteme der Oberflächengewässertypen stehende Gewässer und Fließgewässer finden im Gewässertyp Flusssee einen Verknüpfungspunkt. Unter den 3 betrachteten Untersuchungsgewässern aus Berlin, Brandenburg und Mecklenburg- Vorpommern waren 2 Flussseen und Flussabschnitten des Typs 2. Es wurden Phytoplankton- und Begleitdaten von 563 Untersuchungsterminen aus 97 Jahren von den Landesämtern zur Verfügung gestellt, die eine unterschiedlich genaue taxonomische Differenzierung aufwiesen. Als Außengruppenvergleich dienten 2 ungeschichtete Seen vom Typ mit 4 Untersuchungsjahren, worin auch der Langzeitdatensatz vom Tegeler See enthalten war. Die Typisierung speziell der Berliner Gewässer nach der theoretische Aufenthaltszeit ergab, das es nur wenige echte Fließgewässer gibt. Die gesamte Unterhavel müsste als Flusssee betrachtet werden, da sie zumindest im Vegetationsmittel (Mai-Oktober) lange Aufenthaltszeiten aufweist. Die Havel bei Brandenburg und Töplitz wurde vorläufig als Fluss Typ 2 eingestuft, da zur Zeit keine Angaben über das Wasservolumen in den Abschnitten verfügbar sind. Zu den Flussseen wurde weiterhin der Müggelsee gerechnet, der mit einer theoretischen Aufenthaltszeit von 62,5 Tagen von Mai-Oktober im 3-Jahresmittel zwar oberhalb des von MATHES u.a. (22) bestimmten Grenzwert liegt, und deshalb ein See des Typs wäre, sich aber hinsichtlich seiner Biomasse-Gesamtphosphor-Relation wie andere Flussseen und weniger wie die Seen des Typs verhält. Legt man für die Stadtspree die Abflusswerte bei Sophienwerder (Mai-Oktober) zu-

3 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern grunde, ist sie als ein Fließgewässerabschnitt zu betrachten. Mit einer Aufenthaltszeit von weniger als 3 Tagen wurde auch die Dahme (Berliner Stadtgebiet) und der Dämeritzsee den Flüssen (Typ 2) zugeordnet. Allgemein wird angestrebt, nur die Fließgewässertypen anhand des Phytoplanktons zu bewerten, deren hydrologischen Bedingungen eine planktondominierte Degradationsstufe ermöglichen. Dies sind wahrscheinlich die Typen 4,, 5 und 2 nach SCHMEDTJE u.a. (2). Für diese 4 Gewässertypen wird jedoch eine weitere Unterteilungen anhand hydrologischer Kenngrößen empfohlen, da sich aus den vorliegenden Daten Hinweise ergeben, dass die Wasseraufenthaltszeit sowohl die potentiell gebildete Gesamtbiomasse als auch die Zusammensetzung der Algenklassen deutlich beeinflusst. So ergab eine getrennte Auswertung der Gesamtphosphor(TP)-Chlorophyll_a-Relation für Flussseen und Fließgewässer (Typ 2), die sich definitionsgemäß nur durch ihre sommerliche Aufenthaltszeit voneinander unterscheiden, dass sich in einem Wertebereich größer als µg/l TP in Flussseen höhere Phytoplanktonbiomassen als in den betrachteten Fließgewässern bilden. Dieser Unterschied innerhalb der beiden Gewässertypen, der ursächlich mit höheren Verlusten des Phytoplanktons und der Verdünnung in Fließgewässern zusammenhängt, wurde für den Bewertungsvorschlag nach EU-WRRL durch unterschiedliche Klassengrenzen der Biomasseparameter Chlorophyll_a (Chl_a) und Gesamtbiovolumen genutzt. Hinsichtlich des Einflusses der Hydrologie auf die Zusammensetzung des Phytoplanktons konnte gezeigt werden, dass der Anteil der Diatomeen (Kieselalgen) mit zunehmendem Durchfluss kontinuierlich in den gewählten 4 Durchflussbereichen (-5, >5-, >-35, >35 m 3 /s) steigt. Die Diatomeen waren besonders konkurrenzstark in Fließgewässern mit einem Durchfluss von mehr als 35 m 3 /s. Genau konträr dazu verhielt sich die Verteilung der Cyanobakterien ( Blaualgen ). Ihr prozentualer Anteil an der Gesamtbiomasse nahm bereits bei Durchflussgeschwindigkeiten über 5 m 3 /s deutlich ab und war bei einem Durchfluss von mehr als 35 m 3 /s sehr gering. Die Anwendung einer hier vorgestellten Definition für planktondominierte Fließgewässer auf den Typisierungsentwurf von SCHMEDTJE u.a. (2) legt auf der anderen Seite die Zusammenlegung der meisten Gewässertypen von Bächen und kleinen Flüssen in eine Gruppe nicht planktondominierte Fließgewässertypen nahe, für die eine Bewertung anhand des Phytoplanktons nicht sinnvoll erscheint. Fließgewässerabschnitte mit einem durch Seenausflüsse dominierten Einzugsgebiet sind bisher nicht im Entwurf von SCHMEDTJE u.a. (2) vorgesehen. Sie stellen einen Sondertyp dar (z.b. innerstädtische Dahme) und sollten über das Phytoplankton biozönotisch begründet als Gewässertyp definiert werden. Als Indikator für das Erkennen von (phyto-)planktondominierten Fließgewässertypen wurde im ersten Schritt die Sichttiefe herangezogen. Es wurde die Annahme formuliert, dass ein tiefgreifender Einfluss des Phytoplanktons auf die Biozönose in Flüssen bei einer Phytoplanktonbiomasse zu erwarten ist, die die Sichttiefe unter einen Meter reduziert. Bei Sichttiefen unter einem Meter wird das Wachstum sowohl von Makrophyten als auch des Phytobenthos erheblich gemindert. Zudem kann bei dieser Trübung eine große Menge autochthones Material sedimentieren, welches den Sauerstoffhaushalt durch Zehrung deutlich erhöht (Sekundärbelastung) und damit die Zusammensetzung des Makrozoobenthos beeinflusst. Aus der Beziehung zwischen Sichttiefen und Chl_a-Konzentrationen in Gewässern kann ein Grenzwert abgeleitet werden, ab dem das Phytoplankton die Flussbiozönose bestimmt. Dafür wurde ein Datensatz mit Vegetationsmittelwerten aus 57 Untersuchungsjahren aus 69 Seen aller 2

4 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern Regionen Deutschlands verwendet, deren Lichtklima wenig durch geogenes, suspendiertes Material beeinflusst wird. Abgeleitet aus diesem Datensatz ergibt sich ein planktondominierter Zustand bei einem Chlorophyll_a-Konzentration von 3µg/L und einer durch Algentrübung induzierten Sichttiefe unter m. Für Berliner Gewässer wich dieses Verhältnis durch eine erhöhte Biomasse (Chl a 5µg/L) bei Sichttiefen um m deutlich davon ab, wie es bereits in der Studie von BEHRENDT & OPITZ (996) beobachtet wurde. Die Ursache für die Unterschiede könnte ein systematischer Fehler bei der Chlorophyll-Bestimmung oder eine regional unterschiedliche Algenzusammensetzung sein, was noch geprüft werden muss. Um für die vorliegende Studie eine Aussage zu treffen, wurde der Zusammenhang aus dem deutschlandweiten Datensatz aus Seen und Flussseen herangezogen (planktondominiert >3µg/L Chl_a), da er auf einer größeren Datenbasis beruht. Ob die Einzugsgebietsgröße, die TP-Hintergrundbelastung und die hydraulische Last als begrenzende Faktoren für die Phytoplanktonbiomasse (hier Chl_a) in Flüssen wirken, wurde anhand empirischer Beobachtungen und mit theoretischen Überlegungen analysiert, was für das Lichtklima aufgrund fehlender Daten nicht möglich war. Der Vergleich zwischen der mittleren jährlichen Chl_a-Konzentration und der Größe des Einzugsgebietes ergab für Gewässerabschnitten (n = 435, inklusive aufgestaute Abschnitte und baltische Gewässer, Quelle Behrendt, unveröfftl. Daten) aus den Ökoregionen Norddeutsches Tiefland und Mittelgebirge, dass die potentiell möglichen Chlorophyll_a-Konzentrationen (Maxima) insgesamt mit der Größe des Einzugsgebietes zunahmen. Die Entwicklung von erheblichen Phytoplanktonbiomassen (>3 µg/l Chl a) beschränkte sich auf die Gewässerlängszonierung Großer Fluss und Strom. Über das Auftreten von autochthonen Planktonblüten in Bächen und kleinen Flüssen ist wenig bekannt. Hier besteht ein erheblicher Forschungsbedarf. Aus dem Verhältnis der in einer großen Anzahl von Flussgebieten und Fließgewässerabschnitten gefundenen TP und Chlorophyll_a-Konzentrationen lässt sich empirisch ableiten, dass sich planktondominierte Zustände (ab 3µg/L Chl a) bei TP-Konzentrationen über 4 µg/l und 5µg/L Chl_a bei 8µg/L TP in Fließgewässern und Flussseen entwickeln können. Die Ableitung bezieht sich auf die Obergrenze der potentiell bei einer gegebenen TP-Konzentration gebildeten Phytoplanktonbiomasse, die durch das Modell für Spree und Havel durch BEHRENDT & OPITZ (996) beschrieben wurde. Allerdings waren in der Stichprobe von BEHRENDT & OPITZ (996) keine oligotrophe und sehr wenige mesotrophe Fließgewässer enthalten. Deshalb wurden zur Ableitung von Zusammenhängen im unteren Bereich der TP-Skala Daten von stehenden Gewässern einbezogen. In Fließgewässern wirken jedoch andere Verlustfaktoren als in stehenden Gewässern wie die Retention in Makrophyten, das Grazing durch Muschelbänke und durch andere Invertebraten sowie die Lichthemmung in flachen Flussbetten. Zudem wechseln die physikalischen Bedingungen kurzfristig, sodass bei einer gegebenen TP-Konzentration in den Flussseen und Fließgewässern des Typs 2 eine geringere Biomasse als in Standgewässern (Typ ) beobachtet wurde. Dies bedeutet, dass das Modell von BEHRENDT & OPITZ (996) einer Modifikation hinsichtlich der TP-Chlorophyll_a-Relationen im Konzentrationsbereich unter µg/l TP bedarf. Da die Reaktion des Phytoplanktons auf eine TP-Erhöhung in ungeschichteten Seen weitaus höher als in Flussseen ausfallen kann, muss der untere Begrenzungswert der TP-Konzentration für planktondominierte Gewässer mit geringerer Aufenthaltszeit deutlich höher als für ungeschichtete Seen angenommen werden (>4µg/L TP). Ein weiterer Begrenzungsfaktor stellt die hydraulische Last dar. Man kann aus der Verteilung partikulären und gelösten Stickstofffraktionen im Verhältnis zur hydraulischen Last näherungs- 3

5 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern weise davon ausgehen, dass in einem Flussabschnitt die hydraulische Belastung geringer als 8m/a sein muss, damit die Primärproduktion größer als die Verluste durch Verdünnung werden kann. Errechnet man aus den Vorgaben des Physon-River-Modell von BILLEN (993) die innerhalb der Flussordnungen (nach STRAHLER 957) herrschende hydraulische Last bei unterschiedlichen Abflussspenden, so wird deutlich, dass sich Phytoplankton in Flüssen mit einem geringen Durchfluss bereits ab der 3. Ordnung entwickeln kann. In Flüssen mit hohem Durchfluss ist dies aber erst in Flüssen der 7. oder 8. Ordnung möglich. Aus diesen empirischen Beobachtungen und theoretischen Überlegungen wurde der Einfluss der Längszonierung (Einzugsgebietsgröße), der hydrologischen Bedingungen und der TP-Konzentration auf das Entstehen von planktondominierten Fließgewässern bewertet und daraus eine allgemeine Definition vorgestellt. Phytoplanktondominierte Fließgewässer (>3 µg/l Chl a) sind nach dem bisherigen Kenntnisstand unter folgenden Randbedingungen zu beobachten: Einzugsgebietsgröße > km 2 Hydraulische Last < 8 m/a (für die Fliessgewässer des Einzugsgebietes) Gesamtphosphor > µg/l bei Fließgewässern Typ 2 > 8 µg/l bei Flussseen und rückgestauten Fließgewässern. Voraussetzung für die Gültigkeit dieser Kriterien ist, dass die Trübung überwiegend autochthon verursacht wird und keine Vegetationsbeschattung auftritt. Dies trifft überwiegend für die hier betrachteten Berliner und brandenburgischen Untersuchungsgewässer im Ist-Zustand zu. Im Rahmen der vorliegenden Studie wird ein Konzept vorgestellt, das den bisherigen Klassifikationsansatz von BEHRENDT & OPITZ (996) in ein Bewertungsverfahren für planktondominierte Fließgewässer entsprechend der EU-WRRL umsetzt und vorhandene Kenntnisse über den Referenzzustand (siehe u.a. SCHÖNFELDER, ; BEHRENDT u.a. ) einbezieht. Dabei stellt der TP die elementare Hilfsgröße zur Rekonstruktion von solchen Fließgewässertypen dar, für die keine anthropogen unbeeinflussten Gewässerabschnitte in der Ökoregion und dem Gewässertyp vorhanden sind. Für diese Fließgewässertypen besteht die Möglichkeit zur Rekonstruktion der Phytoplanktongesellschaft hinsichtlich der Metrics Gesamtbiovolumen und taxonomische Zusammensetzung auf der Ebene der Algenklassen anhand der geogenen Hintergrundskonzentration an TP. Bisher ist die als anthropogen unbeeinflusst anzunehmende Gesamtphosphor-Hintergrundbelastung für die Region ungesichert. Für den vorgelegten Bewertungsentwurf wird von einer geogen bedingten TP-Konzentration von unter 55 µg/l ausgegangen. Für das Bewertungssystem sollte in Zukunft unbedingt eine Implementierung der Ergebnisse aus den laufenden paläolimnologischen Projekten (NIXDORF & MISCHKE 22; BMFT 2-23) erfolgen. Zudem sollte die Rekonstruktionsmethode des hydrogeographischen Vergleichs zusätzlich genutzt werden, was eine Datenrecherche von Phytoplanktondaten aus Fließgewässern in Russland und den baltischen Staaten erfordert. Für eine umfassende Rekonstruktion des sehr guten ökologischen Zustandes bleibt die Wirkung der ursprünglichen Gewässermorphologie auf das Verhältnis von Gesamtphosphor zu Chlorophyll_a-Konzentration zu berücksichtigen. Eine Gewässerstruktur mit einem flachen, breiten und baumbestandenen Flussbett (s. POTTGIESSER & EHLERT 22) ermöglichte wahrscheinlich eine geringere Phytoplanktonentwicklung bei gleicher TP-Konzentration, als sie heute aus rezenten Daten abgeleitet werden kann. 4

6 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern Der Bewertungsentwurf für die hier betrachteten Gewässertypen Flussseen und sandgeprägte große Flüsse und Ströme im Tiefland basiert auf dem regionalen Datensatz für den auch Phytoplanktonddaten verfügbar waren. Zur Bewertung sollen die Klassenobergrenzen dienen. Als geogene TP-Hintergrundkonzentration wurde für die Zustandklasse sehr gut ein Bereich unter 55 µg/l TP angenommen. Aus dem Vorschlag von BEHRENDT & OPITZ (996) wurden für die darüber liegenden Degradationsstufen die TP-Wertebereiche der höheren Trophiestufen übernommen. Zur Herleitung der Chlorophyll_a-Obergrenzen im Wertebereich <,9 mg/l TP wurde die Chl_a:TP-Beziehung des Modells von Spree und Havel (BEHRENDT & OPITZ 996) auf die vorliegenden Daten übertragen. Für die Degradationsklassen moderat und unbefriedigend wurden die Chlorophyll a_daten anhand der TP-Obergrenzen vorab in Klassen gruppiert und die Standardabweichung zur Ableitung der Obergrenze der Chlorophyll_a-Konzentration typ- und klassenspezifisch berechnet sowie der Mittelwert in Klammern angegeben. Die Mittelwerte für das Biovolumina wurde durch eine Interpolation aus der linearen Regression aus 87 Vegetationsmittelwerten (Mai Sept.) von Seen und Flussseen der Wertepaare Chlorophyll_a :Gesamtbiovolumen für alle Degradationsklassen bestimmt. Die Obergrenze der Klasse wurde anhand der einfachen Standardabweichung vom Klassenmittel der Biovolumina ermittelt. Eine Degradationsindikation anhand des Gesamtbiovolumens sollte aufgrund der sehr schwachen Korrelation zum Chlorophyll_a durch Wichtungsfaktoren gegenüber anderen Kenngrößen eingegrenzt werden. Die Vegetationsmittelwerte der beiden Parameter korrelierten etwas besser als die Einzelwerte. Die taxonomische Zusammensetzung wurde nur in etwa der Hälfte der angetroffenen Situationen in Flussseen und Fließgewässer durch Cyanobakterien oder Diatomeen dominiert (>75 % Anteil) und bestand überwiegend aus einem diversen Plankton. Allgemein stieg die Wahrscheinlichkeit einer Dominanz an Cyanobakterien mit steigender Chlorophyll_a-Konzentration. Daraus könnte ein erster taxonomischer Index abgeleitet werden. Für Dominanzsituationen sollen zusätzlich Phytoplanktonassoziationen beschrieben werden, die als weitere Indices geeignet sein könnten. Die mit zunehmender Degradation beobachtete Veränderung der dominanten Algengruppen hin zu einer Cyanobakteriendominanz wurde indirekt berücksichtigt, indem eine überproportional hohe Zunahme der Chlorophyll_a-Bereiche für die Degradationsklassen 4 und 5 im Verhältnis zur Regressionsgerade des Gesamtphosphor-Chlorophyll-Relation angenommen wurde, da die Cyanobakterien etwa doppelt so viel Chlorophyll_a pro Biovolumen (µg zu mm 3 ) als die Diatomeen bildeten. Die Datenrecherche für die Gewässertypen Flusssee und Fließgewässer nach Typ 2 (nach SCHMEDTJE u.a. 2) ist mit der vorliegenden Studie bei weitem nicht abgeschlossen. Sie soll in dem für das Jahr 23 geplanten LAWA-Projekt erweitert werden. Mit Hilfe des erweiterten Datensatzes wird die hier vorgestellte Klassifizierung überprüft werden müssen. Unter Anwendung der vorgeschlagenen Klassengrenzen zur Erstbewertung der Degradation wurden die bisher untersuchten Flussseen und Fließgewässer bewertet. Diese vorläufige Einstufung ergab, dass die Gewässer überwiegend stark degradiert sind und Handlungsbedarf besteht. Die Abweichungen der verschiedenen vorgeschlagenen Parameter waren in einigen Fällen erwartungsgemäß erheblich. Zum einen wurde nicht in allen Gewässern die durch die Gesamtphosphorkonzentration potentiell möglich Phytoplanktonbiomasse realisiert und zum anderen ergaben die Biomassebestimmungen durch Chlorophyll_a und Gesamtbiovolumen Abweichungen zueinander.. 5

7 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern Hydrologische und morphologische Daten von Berliner Gewässern zur Gewässertypisierung nach MATHES u.a. (22). Gewässer Gewässertyp Fläche Tiefe Tiefe Volumen theor. Aufent- MW Mai_Okt Geschichtet Vorschlag [ha] max mittlere [m³] haltszeit Q [m 3 /s] >3 Monate Groß-Glienicker See See Typ 3 66,7,25 6, > 7 Jahre* ja Spree (Stadtspree) Fluss Typ 2 75,7 4, ,6*** 2,66*** nein Dämeritzsee Fluss Typ 2 2,89 5,73 2, d / 2h* nein Dahme Fluss Typ 2 26,5 7,8 3, ,8*** 9,43*** nein Unterhavel (4e) Krugh. Flusssee Typ 2 27,59,49 4, ,9h*** 7,89*** nein Zeuthener See Flusssee Typ 2 232,62 4,75 2, d / 3h* nein Langer See (Dahme, BammeleckFlusssee Typ 2 25,8 8,5 4, nein Seddinsee Flusssee Typ 2 28,62 7,46 3, d / h* nein Unterhavel (4a) Flusssee Typ 2 28,78 6,75 3, nein Großer Wannsee Flusssee Typ 2 28,92 9,79 5, d / h* nein Unterhavel (4c) Flusssee Typ 2 33,,74 5, nein Unterhavel (4b) / Grunewaldturm Flusssee Typ 2 344,6 9,33 6, ,*** 7,5*** nein Tegeler See See Typ 395,76 5,93 6, Tage** ja Großer Müggelsee Flusssee Typ 2 766,88 8,92 4, d / 22h*;62,5** 2,94*** nein * Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin VIII E (4-2) ** bei idealer Vermischung. Zufluß über OWA Tegel,2 m³/s (Angaben ohne Einfluß aus Oberhavel) *** 3-Jahresmittel der Q (Mai-Oktober) Berechnung IGB; q-meßpunkte: U-Havel (Grunewald; Krughorn);Spree (Sophienw.); Dahme (Koepenick) SD=.,49 +,257 Chl r 2 =.656 n = 397 (Seen Deutschlands) Sichttiefe [m] SD=.,99 +,65 Chl r 2 =.644 n = 62 (Berliner Gewässer) Chlorophyll a [µg/l] Seen deutschlandweit Deutschland Modell Vertrauensbereich 9% 9%-Niveau Berlin Modell Berliner Gewässer Abhängigkeit der Sichttiefe zu Chlorophyll_a-Konzentration (Vegetationsmittelwerte) in 63 Seen (Daten aus anderen Studien), wovon die Daten der Berliner Gewässer hervorgehoben und zusätzlich separat analysiert wurden (n = 62; keine Fließgewässerabschnitte) doppelt logarithmisch dargestellt. 6

8 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern Kleiner Fluss Großer Fluss Strom Chlorophyll-a [µg/l] Einzugsgebietsgröße [km²] EZG Elbe EZG Oder EZG Rhein EZG Donau baltische Flüsse Vegetationsmittelwerte der Chlorophyll_a Konzentrationen in verschiedenen Gewässerabschnitten (Überschrift: Längszonierung nach Einzugsgebietsgröße nach SCHMEDTJE u.a. 2) der Flusseinzugsgebiete der Elbe, Oder, Donau und des Rheins sowie einiger baltischer Flüsse in Abhängigkeit zur Einzugsgebietsgröße (doppelt logarithmische Darstellung). Die horizontale, gestrichelte Linie kennzeichnet die 3 µg/l Konzentration des Chlorophyll_a s, oberhalb der planktondominierte Zustände auftreten. Chlorophyll-a (Jahresmittel [µg/l]) Elbegebiet Odergebiet Rheingebiet Donaugebiet balitische Flüsse Modell für Spree & Havel Gesamtphosphorgehalt (Jahresmittel [µg/l]) Konzentrationen an Gesamtphosphor (TP) und Chlorophyll_a aus Flusseinzugsgebieten in logarithmischer Darstellung. Das 9 Perzentil für die maximalen Werte ist als durchgezogene Begrenzungslinie dargestellt (Modell Spree und Havel; Behrendt & Opitz 996). Die horizontale Pfeilen kennzeichnen planktondominierte Zustände bei einer Chlorophyll_a-Konzentration von 3 µg/l (deutschlandweit Seen & Flussseen) und bei 5 µg/l (Berlin- Brandenburg, s. Abb. 2b). Vertikale Pfeile markieren den aus dem Modell abgeleiteten TP. 7

9 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern Seen Typ y =,268x,3227 R 2 =,6633 Chlorophyll_a [Mittel Mai-Sept.;µg/L] Ströme y =,8655x,7626 R 2 =,4749 Flussseen y =,927x,79 R 2 =,559 Seen Typ geringe Biomasse y =,8x,5593 R 2 =,649 Gesamtphosphor [Mittel Mai-Sept.;µg/L] Seen Typ Flußseen Ströme Seen T _geringe Biomasse Potenziell (Seen Typ ) Potenziell (Flußseen) Potenziell (Ströme) Potenziell (Seen T _geringe Biomasse) Vegetationsmittelwerten (Mittel Mai-September) der Gesamtphosphor- und Chlorophyll_a-Konzentrationen für Flussseen, für Fließgewässer FG Typ 2 sowie von Seen des Typs ungeschichtet mit einem großem VQ. Aus Typ wurden solche Werte gesondert aufgeführt (s. Ellipse), die eine sehr geringe Chl_a-Konzentration bei gleichzeitig hohem TP-Wert aufweisen (= Seen Typ, geringe Biomasse ). Oben: Lineare Regression. Kästchensymbole vom Müggelsee sind durch blaue Füllung hervorgehoben. 2 8 y = 2,956x + 8,682 R 2 =,6 6 Chlorophyll_a [Mittel Mai-Sept.; µg/l] Biovolumen [Mittel Mai-Sept.; mm 3 /L] Lineare Beziehung zwischen den Vegetationsmittelwerten der Gesamtbiovolumina und dem Chlorophyll_a- Konzentrationen von 57 Untersuchungsjahren aus 67 Seen und Flussseen aus Deutschland. Die gestrichelten Linien dienen zur Visualisierung der Ableitung der Biovolumina-Grenzen entsprechend der Chlorophyll_a-Bereiche für den Bewertungsvorschlag. 8

10 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern Tabelle 2 a, b: Vorschlag für eine Ersteinstufung der Degradationsklassen sehr gut bis unbefriedigend anhand von Klassenobergrenzen und Klassenmittelwerte (Werte in Klammern) auf der Basis von Vegetationsmittelwerte (Mittel Mai-September) des Phytoplanktonbiovolumens und der Begleit-Parameter Chlorophyll_a (Chl_a), Sichttiefe (SD) und Gesamtphosphor (TP) auf Grundlage regionaler Daten aus Berlin-Brandenburg. Gewässertyp: Flussseen Flussseen Algenzusam- Typ 2 mensetzung Biovolumen Begleit-Indices Entwurf Degradations- Biovol CHL-a SD TP klasse [mm 3 /l] [µg/l] [m] [µgp/l] sehr gut 5 5,8 5 Divers 37, 9 (25) Divers 65,8 55 Diatomeen oder (45) Cyanobakterien 5,5 3 (8) Cyanobakterien >5% schlecht > 3 > 5 <,5 3 Cyanobakterien >75% gut 2 (9,4) moderat 8 (3,2) unbefriedigend 3 (2) Gewässertyp: FG Fließgewässer Algenzusam- Typ 2 Typ 2 mensetzung Biovolumen Begleit-Indices Entwurf Degradations- Biovol CHL-a SD TP klasse [mm 3 /l] [µg/l] [m] [µgp/l] sehr gut 5 5 2, 5 gut 4 (8,7) moderat 8 (3,2) unbefriedigend 25 (8) 37 (25) 55 (4) 8 (55),4 9,2 55,5 3 schlecht > 25 >8 <,5 >3 Divers Diatomeen Diatomeen Chloro + Diat Cyanobakterien >5% 9

11 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern schlecht 5 Flussseen (Untere Havel) BV Chl a SD TP unbefried. moderat gut sehr gut WA WA O-Hav O-Hav H-Gru H-Gru H-Pot H-Pot H-Pot H-Pot schlecht unbefried. moderat gut sehr gut Flussseen (o. U-Havel) BV Chl a SD TP SCHW MÜ BÜTZ BA Spree SW SW Spree SW SED LA Tem Tem ZEU TEU BLA BLA schlecht 5 Fließgewässer Typ 2 unbefried. moderat gut sehr gut MS MS DÄ DÄ H-TÖP H-TÖP H-TÖP H-TÖP H-Hav Oder GÜL Ersteinstufung der Degradationsklassen für die untersuchten Flussseen (oben) und die Fließgewässer nach Typ 2 (unten) nach den in Tabelle 5 vorgeschlagenen Klassenwerten für das Gesamtbiovolumen des Phytoplanktons (BV), die Chlorophyll_a-Konzentration (Chl a), die Sichttiefe (SD) und die Gesamtphosphorkonzentration (TP). Gewässerkürzel: Schw = Schwielowsee; MÜ=Müggelsee; BÜTZ=Bützower See; DÄ= Dämeritzsee; WA=Wannsee; SED= Seddiner See; LA= Langer See; Tem=Templiner See; ZEU=Zeuthener See; BLA=Blankensee; MS =Müggelspree; O-Hav=Oberhavel; H-TÖP= Havel bei Alt Töplitz; H-Hav= Havel bei Havelberg; H-Gru = Havel Grunewaldturm; H-Pot= Havel Humboldtbrücke Potsdam; Spree BA = Spree Baumschulenweg; Oder; GÜL = Gülper See (Auslauf in den Rhin)

12 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern 6 Chlorophyll a [µg l - ] Diatomeen >75%-Anteil Cyanobakterien >75%-Anteil Dino >75%-Anteil Cyanobakterien y = 4,6798x R 2 =,6223 Diatomeen y = 2,22x R 2 = -, Biovolumen [mm 3 l - ] Beziehung zwischen dem Gesamtbiovolumen und der Chlorophyll_a-Konzentration in den Flussseen und Flüssen bei einer Dominanz (>75 %-Anteil am Gesamtvolumen) der Diatomeen oder Cyanobakterien oder Dinophyceen (n = 488; 4 Werte eliminiert >3 %-Abweichung).; Regressionsgeraden Y = Steigungsmaß. %-Anteil der Diatomeen am GS-Biovolumen (n=2) Diatomeen >5- (n=7) >-35 (n=8) >35 (n=59) %-Anteil der Cyanobakterien am GS-Biovolumen (n=2) Cyanobakterien >5- (n=7) >-35 (n=8) >35 (n=59) Durchfluss [m 3 /s] Durchfluss [m 3 /s] Prozentualer Anteil von Diatomeen (links) und Cyanobakterien (rechts) am Gesamtbiovolumen mit steigendem Durchfluss, unterteilt in 4 Durchflusskategorien in 48 Einzelwerten. Die Rechtecke sind durch das untere und obere Quartil (25 % bzw. 75 % aller Werte) begrenzt. Die vertikale Linie zeigt den Minimum- und Maximumwert. Die dicken horizontalen Linien geben den Median. Im Endbericht zitierte Literatur BEHRENDT, H. & D. OPITZ (996): Güteklassenbezogene Zielvorgaben zur Nährstoffreduzierung im Berliner Gewässersystem. IGB-Mittl., Heft, BEHRENDT, H. & D. OPITZ (2): Preliminary approaches for the classification of rivers according to the indicator phytoplankton, TemaNord 584:32. BEHRENDT, H., FAIT, M., GELBRECHT, J., HUBER, P., KORNMILCH, M. & R. UEBE (): Geogen bedingte Grundbelastung der Fließgewässer Spree und Schwarze Elster und ihrer Einzugsgebiete. Studien & Tagungsberichte LUA Brandenburg, Bd 23, 32 S. BEHRENDT, H., KORNMILCH, M., OPITZ, D., SCHMOLL, O. & G. SCHOLZ (2): Phosphoreinträge in die Flussgebiete Deutschlands und ihre Veränderung. Münchener Beiträge zur Abwasser-, Fischerei- und Flussbiologie. Band 54. Bayrisches Landesamt für Wasserwirtschaft (Hrsg.), München, S

13 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern BEHRENDT, H., OPITZ, D., PAGENKOPF, W.-G. & O. SCHMOLL (22): Stoffeinträge in die Gewässer des Landes Brandenburg. Fachbeiträge des Landesumweltamtes Brandenburg, Potsdam, 5 S. (in print). BEHRENDT,H. & D. OPITZ (): Retention of nutrients in river systems: Dependence on specific runoff and hydraulic load. Hydrobiologia, 4, -22. BILLEN, G. (993): The RHISON River system: a conceptual model of C, N and P transformations in the aquatic continuum from land to sea, in: "Interactions of C, N, P and S biogeochemical cycles and Global Change.", R. Wollast, F.T. Mackenzie, & L. Chou, eds., Springer Verlag, Berlin BMFT-PROJEKT (22-24): Bewirtschaftungsmöglichkeiten im Einzugsgebiet der Havel (FKZ 332). Teilprojekt : Paläolimnologische Leitbildkonstruktion und biozönotische Bewertungsansätze für Flussseen. BOCK, R., F. FELL, U. KAMP & C. OLBERT (22): Strukturgüte von Fließgewässern Brandenburgs. Studien und Tagungsberichte, Schriftenreihe des Landesumweltamtes Brandenburg Band 37. BORK, H.-R., H. BORK, C. DALCHOW, B. FAUST, H.-P. PIORR, & T. SCHATZ (998), "Landschaftsentwicklung in Mitteleuropa", Klett-Perthes Verlag Gotha GmbH, Gotha. BRETTUM, P. (989): Alger som indikatorer på vannkvalitet i norske innsjøer. Planteplankton.-NIVA, Postbox 33, Blindern, Oslo, deutsche Übersetzung von Bodo Maier. BRIEM, E. (22): Formen und Strukturen der Fließgewässer: Ein Handbuch der morphologischen Gewässerkunde. ATV-DVWK (ed.), Hennef, -35. EHLERT, T., D. HERING, U. KOENZEN, T. POTTGIESSER, H. SCHUHMACHER & G. FRIEDRICH (22): Typology and type specific reference conditions for medium-sized and large rivers in North Rhine-Westphalia: Methodical and biological aspects, Internat.Rev.Hydrobiol. 87:5-63. HAMM, A. (996): Möglichkeiten und Probleme einer durchgehenden Trophiebewertung, DGL Jahrestagung Berlin 995, Erweiterte Zusammenfassungen, -5. HEINONEN, P. (98): Quantity and composition of phytoplankton in Finnish inland waters. Publ. Water Res. Inst. 37, Vesihallitus-National Board of Waters, Finland. HÖRNSTRÖM, E. (98): Trophic characterization of lakes by means of qualitative phytoplankton analysis. Limnologica 3: Brettum, P., 989. Alger som indikatorer på vannkvalitet i norske innsjøer. Planteplankton.-NIVA, Postbox 33, Blindern, Oslo. JÄRNEFELT, H. (952): Plankton als Indikator der Trophiegruppen der Seen. Ann. Acad. Scient. Fenn. A IV, Biol. 8: -29. KARRASCH, B., M. MEHRENS, Y. ROSENLÖCHER & K. PETERS (2): The dynamics of phytoplankton, bacteria and heterotrophic flagellates at two banks near Magdeburg in the river Elbe (Germany). Limnologica 3: KASTEN, J. (): Die Überschwemmungsbedingte Dynamik der Phytoplanktoncoenosen in Altgewässern des Unteren Odertals. In: Dohle, W., R. Bornkamm, & G. Weigmann: Das Untere Odertal. Limnologie Aktuell Bd 9. E. Schweizerbart sche Verlagsbuchhandlung. Stuttgart KÖHLER, J. (22): Auswirkungen von Änderungen um Durchfluss und Morphometrie auf Sauerstoff -haushalt und Phytoplanktondynamik der unteren Spree Modellrechnungen. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL), Tagungsbericht 2 (Kiel), ISBN-Nr , Eigenverlag der DGL, Tutzing: KÖHLER J., M. BAHNWART, & K. OCKENFELD (22a), Growth and loss processes of riverine phytoplankton in relation to water depth, Internat.Rev.Hydrobiol. 87: KÖHLER, J., T. PETZOLDT, A. KÖHLER, U. KRUSPE, H. TÄUSCHER, & U. MISCHKE (22b): Das Phytoplankton im Spreesystem, in: "Die Spree - Zustand, Probleme und Entwicklungs-möglichkeiten", J. Köhler, G. Gelbrecht & M. Pusch, eds., Schweizerbart, Stuttgart KÖHLER, J: (2): Planktondynamik, In: "Ökologisch begründetes Bewirtschaftungskonzept für die Spree unter dem Aspekt der bergbaubedingten Druchflußreduktion", M. Pusch, J. Köhler, S. Wanner, K. Ockenfeld, A. Hoffmann, M. Brunke, U. Grünert, and H.-P. Kozerski, (Hrsg.)., IGB Berlin, Berlin, Friedrichshagen KÖPF, B. & J. SCHAUMBURG (22): Erarbeitung eines ökologischen Bewertungsverfahrens für Fließgewässer und Seen im Teilbereich Makrophyten und Phytobenthos zur Umsetzung der EU-WRRL. - Vortrag beim Gesamttreffen der biologischen Projekte zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie am 27./ in der Badischen Landesbibliothek in Karlsruhe veranstaltet durch das Umweltbundesamt, Dr. Rechenberg. LAWA (LÄNDERARBEITSGEMEINSCHAFT WASSER, 22): Methode zur Klassifizierung der Trophie planktonführender Fließgewässer Ergebnisse der Erprobungsphase bearbeitet vom LAWA- Unterarbeitskreis Planktonführende Fließgewässer Saarbrücken, 22 unter Mitarbeit von Hamm, A., Klose, H., Köhler, A., Link, G., Müller, D., Schilling, P., Schmitt, A. & R. Kohl. MATHES, J., G. PLAMBECK & J. SCHAUMBURG (22): Das Typisierungssystem für stehende Gewässer in Deutschland mit Wasserflächen ab,5 km² zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. In: Nixdorf, B. & R. Deneke (Hrsg.), Ansätze und Probleme bei der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Aktuelle Reihe BTU Cottbus Eigenverlag, AK 5/22:

14 Kurzfassung Behrendt & Mischke (22): Bewertungssystem zum Phytoplankton in Berliner Fließgewässern MAUCH, E., HAMM, A., HEUSS, J. SCHAUMBURG, U., SCHMEDTJE, U. & W.D. SCHMIDT (998): Hinweise zur Kartierung der Trophie von Fließgewässern in Bayern. Anleitung der bayerischen Wasserwirtschaftsverwaltung, München 7 S. MIETZ, O. (996): Allgemeiner hydrogeographisch-limnologischer Überblick über die Seen Brandenburgs und die Entwicklung eines Klassifikationsmodells für die glazialen Seen des Norddeutschen Tieflandes. Studien und Arbeitsberichte. Rangsdorf, Natur & Text. Heft 2: MISCHKE, U., H. BEHRENDT & B. NIXDORF (22b): Was kann das Phytoplankton für die Bewertung von Fließgewässern nach der WRRL leisten. Posterbeitrag auf der Jahrestagung der Deutschen Gesllschaft für Limnologie in Braunschweig, Abstractband s. 82. MISCHKE, U., NIXDORF, B., HOEHN, E. & U. RIEDMÜLLER (22a): Möglichkeiten zur Bewertung von Seen anhand des Phytoplanktons - Aktueller Stand in Deutschland. In: Nixdorf, B. & R. Deneke (Hrsg.), Ansätze und Probleme bei der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Aktuelle Reihe BTU Cottbus, AK 5/22, S MÜLLER, D. & V. KIRCHESCH (99): Algenwachstum in Fließgewässern -Gütemodellaussagen zum Einfluß von Tiefe, Zooplankton und Nährstoffgehalt. DGM 34(3): NIXDORF, B. & U. MISCHKE (22): 2. Projektzwischenbericht: Untersuchungen zu Leitbild-Biozönosen in Gewässern des Landes Brandenburg. Im Auftrag des Ministerium für Landwirtschaft und Raumordnung des Landes Brandenburg: 4. NIXDORF, B., MISCHKE, U., HOEHN, E. & U. RIEDMÜLLER (): Literaturstudie über vorhandene Klassifizierungsund Bewertungsverfahren sowie Ansätze für den Merkmalskomplex Phytoplankton bei Fließgewässern und Seen einschließlich kritischer Wertung bezüglich ihrer Anwendbarkeit entsprechend der Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Teil II Klassifizierungsverfahren für Fließgewässer anhand des Phytoplanktons, Bad Saarow, 6S. OCKENFELD, K. (): Die Bedeutung verminderter Wasserführung für phytoplanktongekoppelte Stoffumsetzungen und den Sauerstoffhaushalt der Krummen Spree. Dissertation. Humboldt-Universität Berlin. POHLMANN, M. & G. FRIEDRICH (2): Bestimmung der Phytoplanktonvolumina Methodik und Ergebnisse am Beispiel Niederrhein. Limnologica 3: POTTGIESSER, T. & T. EHLERT (22): Eine kurvenreiche Zukunft der Flüsse? Typologie und Leitbilder für die Flüsse des Tieflandes in Nordrhein-Westfalen. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL), Tagungsbericht 2 (Kiel), ISBN-Nr , Eigenverlag der DGL, Tutzing: POTTGIESSER, T. U.A. (22): Karte der biozönotisch bedeutsamen Fließgewässertypen Deutschlands Version November 22. Universität Essen. RAWER-JOST, C. & J. BÖHMER (22): Entwicklung eines multimetrischen Index zur ökologischen Bewertung von Fließgewässern im Mittelgebirge. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL), Tagungsbericht 2 (Kiel), ISBN-Nr , Eigenverlag der DGL, Tutzing: REHFELD-KLEIN, M. & H. BEHRENDT (22): Die Eutrophierung - das Hauptproblem für die Gewässergüte der unteren Spree - Analyse und Lösungsansätze, in: "Die Spree - Zustand, Probleme und Entwicklungsmöglichkeiten", J. Köhler, G. Gelbrecht, & M. Pusch, eds., Schweizerbart sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, REYNOLDS, C.S. (988): The concept of ecological succession applied to seasonal periodicity of freshwater phytoplankton. Internationale Vereinigung für Theoretische und Angewandte Lim-nologie, Verhandlungen 23: SCHMEDTJE U., SOMMERHÄUSER M., BRAUKMANN U., BRIEM E., HAASE P. & D. HERING (2): Top down bottom up -Konzept einer biozönotisch begründeten Fliegewässertypologie Deutschlands. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL) Tagungsbericht Magdeburg, Tutzing: SCHMITT, A. (998): Trophiebewertung planktondominierter Fließgewässer Konzept und erste Erfahrungen. Münchner Beiträge zur Abwasser-, Fischerei- und Flussbiologie, 5, SCHÖL, A., V. KIRCHESCH, T. BERGFELD, F. SCHÖLL, J. BORCHERDING, & D. MÜLLER (22): Modelling the Chlorophyll a Content of the River Rhine - Interrelation between Riverine Algal Production and Population Biomass of Grazers, Rotifers and the Zebra Mussel, Dreissena polymorpha, Internat.Rev.Hydrobiol. 87: SCHÖNFELDER, I. (997): Eine Phosphor-Diatomeen-Relation für alkalische Seen und Flüsse Brandenburgs und ihre Anwendung für die paläolimnologische Analyse von Auensedimenten der unteren Havel. Diss. Bot. 283, SOMMERHÄUSER M. (22): Stream typology, reference conditions and stream assessment in Germany. TemaNord 566 :8-22. STRAHLER A.H. (957): Quantitative analysis of watershed geomorphology, Geophys. Union Trans. 38: