Massives Algenwachstum in der Nister - Ursachenforschung und LösungsmL

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1 Massives Algenwachstum in der Nister - Ursachenforschung und LösungsmL sungsmöglichkeitenglichkeiten Veränderungen der aquatischen Lebensgemeinschaft und potenzielle Wechselwirkungen mit der Gewässerg ssergüte Dr. Jörg J Schneider, BFS Frankfurt am Main Mitarbeit: Dr. Carola Winkelmann, Uni Koblenz; Roman Hugo, ecolo-gis; Dr. Dirk Hübner, H BFS Marburg; Manfred Fetthauer, ARGE Nister e.v.

2 Gliederung Das Ökosystem der Nister Schlüsselarten Fischbestand und Gewässerg ssergüte und Biologische und chemisch-physikalische Veränderungen Mögliche Ursachen Lösungsansätze

3 Ökosystem Nister Länge 64 km, Einzugsgebiet 246 km² Zwischen Nistertal und Mündung Äschenregion (Hypo-Rhithral) Fließgewässertyp: silikatische, fein- bis grobmaterialreiche Mittelgebirgsflüsse Dynamischer Flusstyp, Abfolge von Schnellen und Stillen (flache, schnell strömende und tiefe, ruhiger fließende Abschnitte). Mit seinem vielgestaltigen Lebensraum bietet dieser Gewässertyp die Grundlage für eine artenreiche Wirbellosenbesiedlung und Fischfauna

4 Schlüsselarten Atlantischer Lachs Wiederansiedlungsprojekt Lachs 2020 Im Gewässersystem der Nister werden jährlich j zwischen und junge Lachse an über 50 Lokalitäten ten ausgesetzt. Seit 2001 wird jedes Jahr eine natürliche Reproduktion verzeichnet seit 2009 sind Wildlingdichten jedoch rücklr ckläufig Die Besatz- und Monitoringmaßnahmen nahmen wären w ohne die Mitwirkung der ehrenamtlichen Helfer der ARGE Nister nicht durchführbar hrbar bzw. nicht finanzierbar!

5 Schlüsselarten Ergebnisse der Erfolgskontrollen in Lachs-Besatzstrecken Die Überlebensraten in der ersten Wachstumsperiode liegen bei % - dies sind Werte, die aus Wildpopulationen bei guter Habitatqualität t bekannt sind! Die Wachstumsleistungen in der Nister sind hervorragend Erfolgreiche natürliche Reproduktion wurde an einer Vielzahl an (erreichbaren) Lokalitäten ten nachgewiesen Gefährdung: Wasserqualität t und Verluste in <<< Kleinwasserkraftanlagen

6 Schlüsselarten Flussperlmuschel Bachmuschel Die Flussperlmuschel zählt zu den regionalen Verantwortungsarten in Rheinland-Pfalz Muschelprojekt In 2006 wurde die bisher verschollene und heute weltweit vom Aussterben bedrohte Flussperlmuschel wiederentdeckt. 32 lebende Individuen gefunden - in 2011 noch 24 lebendig Muscheln sind Jahre alt In 2011 erste Nachzuchterfolge Außerdem wurden Bestände der ebenfalls stark gefährdeten Bachmuschel gefunden seit 2010 dramatischer RückgangR Gefährdungen: Wasserqualität t und potenziell Bisam (Bisamrückgang durch Uhu...?)

7 Schlüsselarten Kiemen mit Glochidien Muschelprojekt Flussperlmuschel Die Larven (Glochidien) heften sich in den Kiemen von Forellen und jungen Lachsen fest, wo sie mehrere Monate wachsen. Jungmuscheln fallen ab und leben einige Jahre im Kieslückensystem - hier hoher Sauerstoffbedarf! Danach halb eingegraben im Bachboden - für r weitere Jahre... Der Lachs fungiert in der Äschenregion neben der Bachforelle als Wirtsfisch!

8 Gewässerbelastung Nister Frühjahr 2010: ph 9,6 (relativ sonnig) Frühjahr 2011: ph 10,0 (!) (sehr sonnig) Nister Mai 2010

9 Schema ph Nister Mai 2010: ph-werte bis 9,6

10 Noch 2001 hat hohe Sonneneinstrahlung im Mai, Niedrigwasser und eine vergleichbare Nährstoffbelastung kein extremes Algenwachstum ausgelöst

11 früher Mitte der 1990er Jahre: hohe Artenvielfalt gute Wasserqualität (GK II) ph-werte meist < 8, und 2011: schlechte Wasserqualität ph-werte bis knapp 10 nahe ökologischem Umkippen heute Fragen: Welche Faktoren haben sich gegenüber 1995 so drastisch negativ verändert, dass sie die Eutrophierung erklären? Sind es die üblichen Ursachen wie Nährstoffeinträge aus Landwirtschaft und Kläranlagen? Hat die Nährstofffracht (besonders Phosphor) seit den 1990er Jahren deutlich zugenommen?

12 früher Fulgor Westermann, LUWG Mainz, heute Die anthropogen erhöhten P-Konzentrationen haben sich seit Anfang der 1990er-Jahre nicht nennenswert verändert (ganz schwache Tendenz zur Verminderung). Die Nister weist (neben Daadenbach) die mit Abstand geringsten Nitratkonzentrationen im Vergleich der Gewässer in Westerwald und Taunus auf. Die Konzentrationen an Nitrat-Stickstoff liegen bei geringen 1,1-1,3 mg/l N (2009/10). Zwischen 1991 und 2011 ganz schwach abnehmender Trend der Nitrat-Stickstoffkonzentrationen. Eine Zunahme der Nährstofffracht scheidet folglich als Ursache aus!

13 früher Phosphor-Konzentrationen Nister heute Gesamtphosphor (µg L ) Einzelwerte Jahresmittel Eine Zunahme der Nährstofffracht scheidet folglich als Ursache aus!

14 Pilotprojekt Kormoran an Sieg und Nister 1996/97: erste Kormoraneinflüge nahmen die Bestände großer und mittelgroßer er Fischarten in der Nister um 70-90% ab - die Äsche verschwindet nahezu völligv Nicht-letale Vergrämung (Böller, Schreckschuss) blieb ohne Erfolg Seit Beginn der letalen Vergrämung 2003/2004 Stabilisierung der Bestände auf sehr niedrigem Niveau (außer Äsche: verschollen) Ergebnisse Mageninhaltsuntersuchungen: Nase, Schneider, Barbe, Döbel, D Hasel, Rotauge, Forelle, Lachs, Kleinfische Kormoraneinflug Nister Winter 2005 Beute Nase & Schneider, Nister 2005 Beutefische: Arten und Größen >>

15 Untersuchungen zum Kormoran an der Nister: Bestand, Vergrämungserfolg und Fraßdruck Keine historischen Nachweise des Kormorans in den Mittelgebirgen (inkl. Siegsystem) - obwohl alle anderen sog. Fischschädlinge gut dokumentiert sind Sehr effektiver, intelligenter Jäger => invasionsbiologische Phänomene wie schwere Störungen des Ökosystems oder Verlust von Arten möglich klassische Räuber-Beute-Beziehungen bestehen nicht! 1. Bestandsrückgang 1999 nach Einflug 118 Kormorane Sieg/Nister Winter 1998/1999

16 Entwicklung bis 2009: Starke Bestandseinbrüche größere Arten Extreme Bestandszunahme Kleinfische

17 Funktion < Substrat- Umlagerung Mischkost / Grünalgen in hohen Anteilen > < Algen in geringen Anteilen Mischkost / Algen > < Fast 100% Kieselalgen Mischkost / Grünalgen in hohen Anteilen >

18 Wer's Unkraut läßl äßt t ein Jahr nur stehen, kann sieben Jahre jäten j gehen. Sprichwort 27. Februar 2011

19 Wer's Unkraut läßl äßt t ein Jahr nur stehen, kann sieben Jahre jäten j gehen. Sprichwort

20 Wer's Unkraut läßl äßt t ein Jahr nur stehen, kann sieben Jahre jäten j gehen. Sprichwort

21 Warum kam es in 2011 zu einer extremen Bestandsvermehrung der SüßS üßwasserschwämme?

22 Thesen: Fische sind ein völlig unterschätzter Bestandteil der Selbstreinigungskraft der Gewässer! Die zunehmende Eutrophierung der Nister steht in Zusammenhang mit dem Zusammenbruch algenfressender Fischarten, die ursprünglich in hohen Dichten vorhanden waren. Bei normaler Dichte und normalem Artenspektrum der Vegetarier (Arten, die Aufwuchsalgen konsumieren) wurde in der Vergangenheit auch in den belastungsintensiven Jahren um 1980 das Algenwachstum effektiv durch Abweiden reguliert. Die ansteigende Biomasse der Pflanzen (Produzenten) fixiert Nährstoffe, die ansonsten permanent mit der fließenden Welle aus dem Gewässer ausgespült würden und setzt sie dann innerhalb kurzer Zeit frei, wenn die Algenbestände im Frühjahr bzw. Frühsommer mit steigenden Wassertemperaturen zusammenbrechen. Die Entwicklung entspricht Vorgängen, wie sie aus der Invasionsbiologie bekannt sind, wenn invasive Arten (nicht heimisch, sich ausbreitend) auf ein evolutionär unvorbereitetes Ökosystem treffen...

23 Schema Trophie

24 Lachsbrütling (Kieslückensystem) Algenaufwuchs Fraßspur der Nase Barbe Schwerwiegende negative Folgen: 1.Bachmuschel und Flussperlmuschel drohen in der Nister auszusterben 2.Die Lachswiederansiedlung droht zu scheitern 3.Das Gewässer droht ökologisch umzukippen 1.Die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie ist gefährdet, da durch die Eutrophierung kein ökologisch guter Zustand erreichbar ist

25 Lösungsweg Projektskizze zur Förderung von Forschungsvorhaben zur Umsetzung der Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt (BMBF-Projekt) in Vorbereitung Vorhaben: Biomanipulation in Fließgewässern als neuartiges Verfahren zur Wiederherstellung und Erhaltung von Lachs-, Bachmuschel- und Flussperlmuschelhabitaten Verbundpartner: Universität Koblenz-Landau / Abt. Biologie Dr. Carola Winkelmann Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt / Dr. Dorte Janussen BFS - Bürogemeinschaft für Fisch- und Gewässerökologische Studien / BFS Frankfurt: Dr. Jörg Schneider, BFS Marburg: Dr. Dirk Hübner Arbeitsgemeinschaft für ökologische Studien und GIS-gestützte Datenauswertung - ecolo-gis / Dr. Karl-Otto Nagel, Dipl.-Geogr. Roman Hugo ARGE Nister e.v. / Manfred Fetthauer Erwünscht: Landesamt für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht (LUWG) Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Ernährung, Weinbau und Forsten

26 Lösungsweg Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines neuartigen, kosteneffizienten und nachhaltigen Verfahrens zur Wiederherstellung und Erhaltung der ökologischen Funktionsfähigkeit von Fließgewässern zur Umsetzung der WRRL. Das Verfahren soll eine rasch wirkende Alternative zu einer erst in Jahrzehnten erreichbaren flächendeckenden Reduktion sämtlicher anthropogener Nährstoffe bilden durch Förderung der Selbstreinigungsfunktion. An der Nister soll exemplarisch überprüft werden, ob es möglich ist, mittels einer ökologischen Nahrungsnetzsteuerung (Biomanipulation) die biologische Struktur eines Fließgewässers so zu beeinflussen, dass die gewünschten Ökosystemfunktionen (Selbstreinigung, Habitatfunktion) wiederhergestellt werden können. Hierzu soll näherungsweise der Fischbestand der 1990er Jahre wieder hergestellt werden und der Effekt auf das Algenwachstum erforscht werden. Anwendbarkeit: Nährstoffbelastete Gewässer mit Defiziten in Fischbeständen in Folge von Havarien, Einleitungen, lokaler Ausrottung, Kormoranfraßdruck, Bewirtschaftungsfehlern u.a.

27 Lösungsweg Für dieses Vorhaben bitten wir: a) um Unterstützung des Landes, in dem es als Verbundpartner des Forschungsprojektes auftritt b) die Nister zum Pilotgewässer zu machen c) um Anschubfinanzierung zur Durchführung notwendiger Vorarbeiten Wir bieten: Ein Expertenteam aus Forschungseinrichtungen und unabhängigen Spezialisten sowie lokal handelnden Initiativen Die Entwicklung eines Verfahrens, um kosteneffizient, schnell und nachhaltig über eine Optimierung der Lebensgemeinschaft wichtige Ökosystemdienstleistungen zu unterstützen und bedrohte Arten (u.a. Flussperlmuschel) zu retten Von den Forschungsergebnissen soll vorrangig die Wasserwirtschaft profitieren, in dem sie ein leistungsstarkes, ergänzendes Werkzeug zur Umsetzung der WRRL erhält

28 Die Zeit zur Rettung der Perlmuschel- und Bachmuschelbestände läuft ab! Wir sollten daher den kürzesten Weg einschlagen und umgehend handeln... Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!

29 Schwarzstörche rche

30 früher Fulgor Westermann, LUWG Mainz, Die anthropogen erhöhten P-Konzentrationen haben sich in der Nister seit Anfang der 1990er- Jahre nicht nennenswert (allenfalls eine ganz schwache Tendenz zur Verminderung) verändert. Die Nister weist neben dem Daadenbach die mit Abstand geringsten Nitratkonzentrationen im Jahresmittel und auch bei den Maximalwerten im Vergleich der monatlich beprobten Gewässer in Westerwald und Taunus auf. Die Konzentrationen an Nitrat-Stickstoff liegen bei geringen 1,1-1,3 mg/l N (Talmühle Hirtscheid bzw. Mündung, Medianwerte 2009/10). Zwischen 1991 und 2011 ist ein ganz schwach abnehmender Trend der Nitrat-Stickstoffkonzentrationen in der Nister feststellbar. Der Faktor Nährstoffe scheidet folglich aus! heute

31 früher Klimatische Besonderheiten? heute 2010: Frühlingsmonate März und April sehr sonnenscheinreich, Mai wenig Sonnenstunden. In Rheinland-Pfalz betrug die Durchschnittstemperatur 8,3 C (8,1 C). Die Niederschlagsmenge blieb mit 158 l/m² (181 l/m²) unter dem vieljährigen Soll und die Sonnenscheindauer mit 488 Stunden (446 Stunden) über dem Klimawert war extrem: Rheinland-Pfalz zeigte sich im Frühling 2011 mit 62 l/m² (Klammern die vieljährigen Mittelwerte: 191 l/m²) als sehr trockenes, mit 748 Stunden (453 Stunden) als zweitsonnenscheinreichstes Bundesland. An den meisten Stationen wurden die bisherigen Rekorde beim Sonnenschein übertroffen und beim Niederschlag unterboten. Deutscher Wetterdienst Pressemitteilungen Die Faktoren Sonnenscheindauer und Abfluss erklären das Phänomen nur unzureichend!

32 Lachsbrütling (Kieslückensystem) Algenaufwuchs Fraßspur der Nase Barbe Zusammenhänge: 1.Ausgangslage: Nister produktiv, Wasserqualität gut, viele Arten, hohe Dichten bei Nase, Barbe, Döbel, Hasel u.a., Äsche verbreitet 2. Direkte Veränderung durch Kormoranfraßdruck: a) starker Bestandsrückgang bei größeren Arten (Äsche verschwunden) b) Bestandsexplosion Kleinfische (Groppe, Schmerle, Elritze) 3. Sekundäre Veränderungen: Störungen der Nahrungskette, hohe Primärproduktion Rückgang Pflanzenfresser ( Konsumenten ) sowie Rückgang substratumlagernde Barbe begünstigen Algenwachstum ( Produzenten ) => Eutrophierung wirkt sich deutlich stärker aus, ph-werte extrem hoch, starke Sauerstoffschwankungen (Tag/Nacht), organische Feinsedimente nehmen zu (Absterben der Algen) in Folge massive Vermehrungsdefizite empfindlicher Fischarten (besonders Kieslaicher) & Rückgang Muscheln => weitere Bestandsrückgänge... Rückgang Kleinfisch-Freßfeinde (besonders Barbe, Döbel, Aal, Forelle) begünstigt Bestandsexplosion der Groppe => erhöhter Fraßdruck der Groppe auf Jungfische (speziell Lachs, Forelle) => massive Vermehrungsdefizite => weitere Bestandsrückgänge...

33 Lachsbrütling (Kieslückensystem) Algenaufwuchs Fraßspur der Nase Barbe Zwischenfazit: Der über knapp 15 Jahre währende Fraßdruck durch gebietsfremde (im Mittelgebirge nicht heimische) Kormorane hatte starke Bestandsrückgänge bei größeren Fischarten zur Folge (Äsche verschwunden). Der Rückgang der pflanzenfressenden Fischarten (Nase, Döbel, Hasel, Rotauge) und der wühlenden Barbe (Bioturbation) korreliert zeitlich mit eine erheblichen Zunahme von Algen (Grünalgen, Kieselalgen) - mit dramatischen negativen Folgen für die Biozönose (Lebensgemeinschaft) Muscheln, Fische... Der Rückgang der fischfressenden Fischarten (vorrangig Barbe, aber auch Aal, Döbel) korreliert zeitlich mit einer Bestandsexplosion der Kleinfische (Groppe, Schmerle, Elritze). Die Bestandsexplosion der Groppe und das massive Algenaufkommen gefährden das Jungfischaufkommen bei Lachs, Forelle, Äsche, wahrscheinlich auch Barbe, Nase, u.a. Die Entwicklung entspricht Vorgängen, wie sie aus der Invasionsbiologie bekannt sind, wenn invasive Arten (nicht heimisch, sich ausbreitend) auf ein evolutionär unvorbereitetes Ökosystem treffen... Die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie ist gefährdet, da kein ökologisch guter Zustand erreichbar ist