Seegraben bei Osterfingen Makrozoobenthos - Lebensgemeinschaft Erfolgskontrolle vom 29. Mai 2009 beauftragt durch
Auftrag und Ziel der Untersuchung Im Auftrag des Kantons Schaffhausen (Amt für Lebensmittelkontrolle und Umweltschutz) wurde die Makrozoobenthos-Lebensgemeinschaft im Fliessgewässer Seegraben (siehe Abbildung 1) an der Stelle Seegraben an Grenze und Seegraben im Boden untersucht. Nachdem im Sommer 2007 die ARA Osterfingen aufgehoben wurde und das Abwasser von Osterfingen in Richtung Wilchingen zur ARA Hallau gepumpt wird, konnte der Seegraben entlastet werden. Die hohe Belastung des Seegrabens hatte in der Vergangenheit zur Folge, dass die seltene Bachmuschel unterhalb der ARA Osterfingen nicht mehr nachweisbar war. Schweiz weit hat der Seegraben, als Bach (einer von fünf Bächen) mit dem grössten Muschel-Bestand, der vorm Aussterben bedrohten und seit 2000 geschützten Art, einen besonderen Wert. Mit der Entlastung vom Seegraben hoffte man u.a., dass die oberhalb vom ARA-Zufluss heimische Bachmuschel (Unio crassus) sich weiter bachabwärts ausbreiten werde. Der Erfolg dieser Massnahme soll an Hand der vorliegenden Makrozoobenthos Bestandsaufnahme und den bestehenden Untersuchungen (Chemie, Kieselalgen, etc.) kontrolliert und dokumentiert werden. Abb. 1: Der Seegraben bei Osterfingen - Habitat der seltenen Bachmuschel (Unio crassus) Die Probennahmestellen Seegraben im Boden und Seegraben Grenze sind mit einem roten Kreis markiert. Beschreibung der Probennahmestellen Der Seegraben im Boden in Abbildung 2 ist ökomorphologisch stark beeinträchtigt. Das Gefälle der Probennahmestelle ist flach, was zu feinsandigen Ablagerungen auf der vereinzelt steinigen Bachsohle führt. Beim Betreten des Bachbettes werden im Sediment kleine Mengen an Faulgasen freigesetzt, jedoch besteht keine Gefahr im Sediment knietief einzusinken. Die Fliessgeschwindigkeit ist mit üblichen Abflusswerten in der Grössenordnung von 10 bis 40 Liter in der Sekunde gering. 1
Abb. 2: Linkes Bild: Probennahmestelle Seegraben im Boden Habitat der Bachmuschel (Unio crassus). Rechtes Bild: Eine Bachmuschel hat sich an den Gewässerrand bewegt. Mit einem Wasserstrahl, der ihre parasitischen Larven (Glochidien) enthält, versucht die Bachmuschel Wirtsfische anzulocken, welche nach der vermeintlichen Beute schnappen. Der Seegraben an der Grenze in Abbildung 3 wurde als ökomorphologisch stark beeinträchtigt beurteilt. Die Probennahmestelle befindet sich in einer Rückstauzone, mit kaum wahrnehmbarer Fliessgeschwindigkeit, welche oft wegen den Windverhältnissen und der daraus resultierenden Wellenbildung schlecht bis gar nicht abschätzbar ist. Der Seegraben an der Grenze besteht aus einem schlammigen Untergrund mit massiver Einsinkgefahr. Das Sediment verfärbt sich nach einigen Zentimetern (3-5 cm) schwarz. Der eisensulfidhaltige schwarze Schlamm (anaerobe Zone), gibt beim Betreten grosse Menge von Methangas frei. Abb. 3: Linkes Bild: Probennahmestelle Seegraben Grenze ( Schweizer Seite ) Bei der vorliegenden Untersuchung konnten keine Bachmuscheln nachgewiesen werden. Rechtes Bild: Probennahmestelle Seegraben Grenze ( Deutsche Seite ) Einige Kilometer bachabwärts auf der deutschen Seite nach Weisweil sind Bachmuschelvorkommen bekannt. 2
Abb. 4: Messung der Nährstoffe im Seegraben vor und nach dem im Sommer 2007 aufgehobenen ARA-Zufluss 3
Beurteilung der Nährstoffparameter Nachdem im Sommer 2007 die Kläranlage Osterfingen aufgehoben wurde, verbesserte sich die Beurteilung der Nährstoffparameter Ammonium und ortho-phosphat rasch. Der Verlauf der Ammonium-, Phosphat, DOC- Gehalte, sowie der Sauerstoffsättigung ist für die letzten fünf Jahre in Abbildung 4 zusammengefasst. Interessanterweise verbesserte sich der Sauerstoffgehalt im Seegraben an der Grenze bereits im Jahre 2006, wobei der Sauerstoffgehalt tendenziell in der zweiten Jahreshälfte im Seegraben an der Grenze tiefer als im Seegraben im Boden ausfällt. Gemäss LAWA-Güteklassifikation entspricht die Konzentration von >6 mg/l [90% Perzentil] im Seegraben an der Grenze der Gewässergüte II (mässig-belastet). Es gilt jedoch zu beachten, dass ein Sauerstoffeintrag im Seegraben abhängig ist von der Temperatur und den Turbulenzen. Des Weiteren verändert sich der Sauerstoffgehalt durch Photosynthese von Algen und Wasserpflanzen im Laufe des Tages. Die Sauerstoffzehrung hängt des Weiteren von der Menge an abbaubaren Material ab und ist in abwasserbelasteten Gewässer besonders hoch. Auch der Abbau von toten Tieren und Pflanzen, wie Laub und Holz, sowie die Atmung von Organismen verbraucht Sauerstoff. Zur Beurteilung der Sauerstoffverhältnisse eines Gewässers ist ein Einzelwert unzureichend und kann zu Fehleinschätzungen führen, da der Sauerstoffgehalt besonders in eutrophierten Gewässern starken Tagesschwankungen unterworfen ist. Wesentlich für eine Bewertung sind die täglichen Extremwerte, die vor allem am späten Nachmittag und am Morgen vor Sonnenaufgang auftreten. Zur Beurteilung einer Einzelmessung sind Angaben über Tageszeit und Pflanzenbewuchs der Probennahmestelle von grosser Bedeutung. Aussagekräftiger ist die Messung von Tagesgängen: Starke Tagesschwankungen (nachts Untersättigung, tagsüber Übersättigung) deuten auf Eutrophierung hin. In unbelastetem Wasser schwankt die Sauerstoffsättigung nur gering und liegt um 100%. Die Untersuchungsreihe in Abbildung 4 wurde gegen 11 Uhr erhoben und zeigt tendenziell eine tiefere Sauerstoffkonzentration für den Seegraben an der Grenze. Der Sauerstoffgehalt während der Makrozoobenthos-Bestimmung vom 29. Mai 2009 wurde am Nachmittag gemessen (siehe Anhang) und war mit 12.9 mg/l am Seegraben an der Grenze grösser als beim Seegraben im Boden, bei dem 8.3 mg/l gemessen wurden. Die Nachmessung vom 12. Juni 2009 zeigt ein ähnliches Resultat (siehe Anhang) und bestätigt die Tendenz, dass am Seegraben an der Grenze grössere Sauerstoffschwankungen auftreten, welche auf beeinträchtigte Wasserqualitäten hinweisen. Abb. 5: Sauerstofftagesgänge: Die Tagesganglinie des Sauerstoffs gibt Auskunft über die Nährstoffbelastung von Fliessgewässern. Eine hohe Amplitude mit Sauerstoffsättigung in den frühen Nachmittgasstunden und Sauerstoffdefiziten in der Nacht sind ein sicheres Zeichen für die Eutrophierung des Gewässers durch hohe Belastung mit Nährstoffen. In unbelasteten Fliessgewässern sind die Tagesamplituden des Sauerstoffs gering. [Abbildung aus: "Ökologische Bewertung von Fliessgewässern"- Band 64 - Schriftenreihe der Vereinigung Deutscher Gewässerschutz 3. Auflage 2004] Bezüglich der DOC-Konzentration unterscheiden sich die beiden Messstellen nicht voneinander. Regelmässig werden Grenzwertüberschreitung von 4 mg/l DOC festgestellt. Auch nachdem die ARA Osterfingen aufgehoben wurde, traten weder signifikante Unterschiede noch messbare Verbesserungen auf, weshalb die Ursache für den DOC-Eintrag hauptsächlich im Oberlauf vom Seegraben zu suchen ist. 4
Kieselalgen-Lebensgemeinschaft In den Jahren 2003 und 2004 wurde für den Seegraben an der Grenze eine Gewässerbeurteilung aufgrund der Kieselalgen-Lebensgemeinschaften durchgeführt. Es zeigte sich, dass der Seegraben durch das ungenügend gereinigte Abwasser (ARA Osterfingen) stark organisch belastet war (DI-CH vom 21.10.2003: 5.0; DI-CH vom Sept. 2004: 6.6). Die Kieselalgen-Lebensgemeinschaft vom 9. Juni 2008, ein Jahr später als die ARA Osterfingen aufgehoben wurde, enthielt im Rahmen der Zählung 21 Taxa. Dies sind etwas weniger Taxa als im Durchschnitt Fliessgewässer der Schweiz (um 25 Taxa) aufweisen. Die Lebensgemeinschaft wird durch drei kleine Kieselalgenarten mit mehr als 10 % prozentualem Anteil geprägt. Es sind dies Amphora pediculus (48.4 % Anteil), Achnanthes minutissima (16.9 %) und Amphora inariensis (10.9 %). Diese drei Taxa erreichten somit zusammen 76.2 % Anteil an der Lebensgemeinschaft, was nicht atypisch ist für die Struktur einer Kieselalgen- Lebensgemeinschaft. Die drei Arten sind typisch für ein Fliessgewässer der Schweiz. Sie tolerieren allerdings Pionier Taxa mit Nährstoffen belastete Gewässer, meiden aber hohe organische Belastungen. Von den restlichen 18 Taxa erreichten nur zwei Taxa über 4 %, nämlich Achnanthes biasolettiana und Navicula cryptotenella. Gegenüber Abwasser tolerante Arten machten zusammen rund 5 % aus. Es waren dies v. a. Navicula minima (1.4 %), Achnanthes lanceolata ssp. frequentissima (3.0 %) und Nitzschia amphibia (0.2 %). Im Vergleich zu den aus den Jahren 2003 und 2004 vorhandenen Kieselalgen-Lebensgemeinschaften sind sehr grosse Unterschiede vorhanden. Auffällig ist, dass das zentrische Taxon Cyclotella meneghiniana im Jahr 2008 nicht mehr vorkam. Im Jahr 2003 erreichte diese Art 42.2 % Anteil und im Jahr 2004 nur noch <0.1 % Anteil. Cyclotella meneghiniana ist bekannt als sehr tolerante Art (D-Wert 7, Gewichtung 1), welche auch erhöhte Salzkonzentrationen erträgt. Offenbar hat sich das Milieu im Seegraben stark geändert, denn es sind im Vergleich zu den früheren Proben, insbesondere 2004, weitere tolerante Arten verschwunden. So fehlen in der aktuellsten Probe vom 9. Juni 2008 z. B. die Arten Navicula seminulum, N. subminuscula, Nitzschia palea und Gomphonema parvulum; alles Arten welche als bekannte Abwassertaxa bezeichnet werden können. Gewässerbeurteilung mit Kieselalgenindex Seegraben im Boden Seegraben Grenze Herbst 2003 keine Untersuchung mässig [5.0] Frühling 2004 unbefriedigend [5.5] keine Untersuchung Herbst 2004 keine Untersuchung ARA Baltersweil aufgehoben schlecht [6.6] Frühling 2005 gut [4.1] Herbst 2007 mässig [4.9] keine Untersuchung unbefriedigend ARA Osterfingen [6.0] 2007 aufgehoben Frühling 2008 gut [4.2] gut [4.1] Tab. 1: Beurteilung mittels Kieselalgenindex (DI-CH): Nachdem im Jahre 2004 die deutsche Kläranlage Baltersweil und im Jahre 2007 die ARA Osterfingen aufgehoben wurde, verbesserte sich die Wasserqualität im Seegraben. Die biologisch indizierte Wasserqualität wird mit dem schweizer Kieselalgenindex (DI-CH) gemäss BAFU Modul Kieselalgen (Stufe F) ermittelt. Während der DI-CH im Jahr 2003 den Wert 5.0 (mässiger Zustand - gelb) und im Jahr 2004 den Wert 6.6 (schlechter Zustand - rot) einnahm, verbesserte er sich im Jahr 2008 auf 4.1 (guter Zustand - grün). Der DI-CH verbesserte sich, wie in Tabelle 1 dargestellt, damit maximal um 2.5 Einheiten, respektive um maximal 3 Zustandsklassen. Damit wurde in den Jahren 2003 und 2004 das ökologische Ziel (Gewässerschutzverordnung Anhang 1) hinsichtlich Kieselalgen nicht erfüllt, während dieses im Jahr 2008 erfüllt wurde. Die Aufhebung der ARA Osterfingen hat somit eine deutliche Verbesserung der Wasserqualität im Seegraben bei der Stelle Seegraben Grenze bewirkt. 5
Makrozoobenthos-Lebensgemeinschaft - Vorläufige Resultate: Die Makrozoobenthos-Lebensgemeinschaft vom 29. Mai 2009 enthielt im Rahmen der Zählung an der Probennahmestelle Seegraben im Boden 18 Taxa und an der Probennahmestelle Seegraben Grenze 19 Taxa (siehe Zusammenstellung im Anhang). Des Weiteren ist die Anzahl der Individuen bei der Probennahmestelle Seegraben im Boden mehr als doppelt so gross als im Seegraben an der Grenze. Das Seegraben im Boden - die Habitat der seltenen Bachmuschel - kann mit einem Saprobien-Index von 2.0 als ein mässig belastetes Gewässer (Klasse II, dunkelgrün) eingestuft werden und entspricht somit dem gesetzlich vorgeschriebenen Qualitätsziel. Ein solches Gewässer zeichnet sich trotz mässiger Verunreinigungen durch eine gute Sauerstoffversorgung, Artenvielfalt einer grossen Individuendichte von Algen, Schnecken, Kleinkrebsen und Insektenlarven aus. Der ökologische Gewässerzustand wird angelehnt an die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) mit gut beurteilt (siehe Anhang) und auf der Fünf-Farbenskala mit grün dargestellt. Das Gewässer im Seegraben an der Grenze muss mit einem Saprobien-Index von 3.2 als ein sehr stark verschmutztes Gewässer (III-IV, orange) eingestuft werden. Diese Beurteilung ist vor allem auf das Vorkommen von grossen Mengen an Schlammröhrenwürmern und Zuckmückenlarven zurückzuführen, welche unbefriedigende Gewässerqualitäten anzeigen und vermehrt an der anaeroben Grenzschicht der ausgedehnten Faulschlamm-Ablagerungen gefunden werden. Zuversichtlich stimmt, dass in der aeroben Oberflächenzone Makrozoobenthos-Arten angetroffen werden, die für gute bis mässige Gewässergüten stehen. Bachmuscheln konnten an dieser Stelle keine nachgewiesen werden. Der ökologische Gewässerzustand wird angelehnt an die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) mit schlecht beurteilt (siehe Anhang) und auf der Fünf- Farbenskala mit rot dargestellt.. Schlussbetrachtung Nachdem die ARA Osterfingen im Sommer 2007 aufgehoben wurde, reduzierte sich die Ammonium- und Phosphat-Fracht im Seegraben. Im Sommer 2008 konnte erstmals mittels Kieselalgen nachgewiesen werden, dass die Wasserqualität im Seegraben an der Grenze sich nachhaltig verbessert hat. Die Makrozoobenthos- Beurteilung vom Mai 2009 ergab für den Seegraben an der Grenze eine unbefriedigende Gewässerqualität. Der Unterschied in der Beurteilung mittels Makrozoobenthos und Kieselalgen im Seegraben an der Grenze kann durch die Art der Probennahme erklärt werden. Um Kieselalgen Proben am Seegraben an der Grenze zu gewinnen, mussten mehre Steine in das verschlammte Gewässer gelegt werden. Die Kieselalgen, welche auf diesen Steinen aufwuchsen, zeigten mit den heutigen Beobachtungen (Sommer 2008) eine gute Wasserqualität an, da sie in der aeroben Gewässerzone mit reduzierten Nährstoff-Bedingungen (Phosphat, Ammonium, Nitrat) lebten. Im Gegensatz dazu wurden in der vorliegenden Studie Makrozoobenthos sowohl in der aeroben Wasserregion als auch im sauerstoffarmen Faulschlamm gefunden. Gelingt es in Zukunft den anaeroben Schlammbereich im Seegraben an der Grenze zu reduzieren, wird die Gewässergüte weiter verbessert und die heimische Bachmuschel (Unio crassus) wird sich bis an die Grenze ausbreiten können. Zuversichtlich stimmt, dass - wie in Abbildung 6 gezeigt - erstmals eine lebende Bachmuschel unterhalb des Mündungsbereichs vom ehemaligen Kläranlagenvorfluter gefunden werden konnte (siehe roter Pfeil in Abbildung 1 resp. unterer Bildrand des Titelbildes der vorliegenden Publikation). 6
Abb. 6: Erster Nachweis einer lebenden juvenilen (ca. 2.5 cm grossen) Bachmuschel ca. 20 m unterhalb des Mündungsbereiches vom ehemaligen Kläranlagenvorfluters (Wiesengraben). Bis im Sommer 2007 war der Seegraben durch Abwasser stark belastet, weshalb keine Bachmuscheln unterhalb der ARA nachgewiesen wurden. Empfehlung für das weitere Vorgehen Um weitere Einflüsse für die Veränderungen im Seegraben zu erhalten, wird zu den bestehenden Untersuchungsprogrammen des Kantonalen Labors, folgendes Vorgehen vorgeschlagen. Regelmässige Beobachtungen der Makrozoobenthos (z.b. 2- Jahres Rhythmus) - Sonderbeprobungen für die Bachmuschel-Population. Messen der Sauerstoffganglinien im Seegraben evtl. mit On-line Messungen (Datenlogger etc.) Mögliche Einträge von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) im Einzugsgebiet vor Seegraben im Boden abklären. Sollte sich der Bachmuschelbestand in den nächsten 10 Jahren nicht weiter Richtung Grenze ausbreiten, soll zusammen mit den zuständigen Behörden (Fischereiaufseher, Planung- und Naturschutzamt) geprüft werden, in wie weit die massiven Faulschlamm-Ablagerungen aus dem Seegraben entfernt werden können. Romanshorn, den 15. Juni 2009 7
ANHANG: Makrozoobenthos Untersuchung (Saprobienindex) vom 29. Mai 2009 Seegraben Grenze im Boden Probennahmestelle Temperatur 20.5 C 19.5 C Temperatur Uhrzeit 13:10 15:37 Uhrzeit Sauerstoffgehalt 12.9-149% mg/l 8.3-95% mg/l Sauerstoffgehalt Leitfähigkeit 383 µs/cm 390 µs/cm Leitfähigkeit ph 8.3 8.2 ph s G Anzahl Arten Anzahl Arten Oligochaeta Wenigborster Tubifex tubifex 3.6 8 45 1 2 1 Schlammröhrenwurm Hirudinea Egel Glossiphonia 2.3 4 1 1 Grosser Schneckenegel complanata Erpobdella octoculata 2.8 8 3 1 Rollegel Gastropoda Schnecken Planorbis planorbis 2.2 4 1 1 Gemeine Tellerschnecke Radix peregra 2.3 4 3 1 2 1 Schlammschnecke Bivalvia Muscheln Unio crassus x x 4 1 Bachmuschel Crustacea Krebstiere Gammarus pulex 2.0 4 1 1 220 1 Bachflohkrebs Ephemeroptera Eintagsfliegen (ETF) Habroleptoides sp. 1.5 4 10 1 Schwimmende ETF-Larve Ephemera danica 2.0 4 1 1 Grabende ETF-Larve Fam. Caenidae 2.5 4 2 1 ETF-Larve Fam. Baetidae 2.1 4 5 1 20 1 Schwimmende ETF-Larve Trichoptera Köcherfliegenlarven Silo spec. 1.5 4 2 1 Blassfüssige Köcherfliege Anabolia sp. 2.0 8 5 1 5 1 Köcherjungfer Megaloptera Schlammfliegenlarven Sialis sp. x x 1 1 Sialis sp. Nematocera Mückenlarven Chironomus sp. 3.2 4 45 2 Zuckmücke Culex sp. x x 1 1 Stechmücke Coleoptera Käfer Orectochilus villosus 2.0 4 5 1 1 1 Bachtaumelkäfer Elmis maugetii 1.0 4 10 1 Klauenkäfer Haliplus fluviatilis 2.0 4 1 1 Wassertreter Heteroptera Wanzen Saldidae x x 6 1 100 1 Uferwanze Nepa rubra x x 1 1 Wasserskorpion Gerris sp. x x 5 1 1 1 Wasserläufer Notonecta x x 1 1 Rückenschwimmer Odonata x x 14 3 3 2 Libellen TOTAL 140 18 387 19 TOTAL Gewichtete Bewertung 3.2 2.0 Gewässergüteklasse Länderarbeitsgemeinschaft Klasse III-IV - orange Klasse II - dunkelgrün gemäss LAWA Wasser (LAWA) Ökologischer Zustand angelehnt an WRRL schlecht - rot gut - grün Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) [S=Saprobiewert, G=Indikatorwerte aus: "Ökologische Bewertung von Fliessgewässern"- Band 64 - Schriftenreihe der Vereinigung Deutscher Gewässerschutz 3. Auflage 2004] Sauerstoffmessung vom 12.06.2009: Grenze (16:57) 12.8 mg/l - 150% - 21 C im Boden (16:44) 8.2 mg/l - 91% - 19 C 8