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Dietmar

FG-Meeresaquaristik Berlin-Brandenburg

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Freitag, 11. Oktober 2013, 19:29

Ein sensibles Ökosystem

Die Ostsee wird in ihrer Fauna und Flora als Arten arm eingeschätzt. Nun liegt das nicht nur in der geringen Salinität begründet sondern auch in der zeitlichen Entwicklungsgeschichte die für eine Artenentwicklung lange Zeitabläufe voraussetzt. Dennoch spielt das für die Individuendichte keine Rolle, denn Artenarmut heißt nicht eingeschränkte Populationsdichte. Bei der Betrachtung der Besiedlung durch Organismen fällt ganz besonders in den Boddengewässern die Zusammensetzung der Arten abhängig von den unterschiedlichen Salzgehalten und Eutrophiestufen auf. Da unsere Heimatgewässer aus aquaristischer Sicht nur wenig bekannt sind und nur von wenigen Spezialisten diese Tiere dauerhaft gepflegt werden, möchte ich mit meinem Beitrag auf diese interessante Tier- und Pflanzenwelt eingehen und die Aufmerksamkeit auf ein empfindliches Biosystem lenken.

Zum Zeitpunkt ihrer Entstehung, vor etwa 10.000 Jahren, war der Bereich der Ostsee ein riesiger Eisstausee. In seiner Entwicklung, abhängig von der Eiszeit, veränderte sich der Charakter von einem Süßwasser in Brack- und Salzwassertyp mehrmals. Das ist durch verschiedene Leitformen der im Sediment gefundenen Muscheln belegt. Die heutige Küstenform entstand dabei vor etwa 5000 Jahren. Seit etwa 1500 Jahren ist der jetzige Zustand der Ostsee unverändert. Es ist einleuchtend, warum in solch einer kurzen Zeitspanne der Entwicklung die Artenvielfalt niedrig ist. Dazu kommen die einerseits begrenzten Möglichkeiten der Verschiebung physiologischer Parameter, andererseits spezielle Bedingungen wie stark schwankender Salzgehalt, Temperaturschwankungen und Lichtintensitäten unserer Breitengrade, die einerseits hohe Anforderungen an die Pflanzen- aber auch an die Tierwelt erfordern. Globale Ereignisse wie Klimaerwärmung und Artenverschleppung durch menschliche Tätigkeiten haben erheblichen Einfluss auf Flora und Fauna. Als Beispiel seien hier die Neozoen wie die Rippenqualle Mnemiopsis leydi, die Garnele Palaemon elegans, der Wurm Marenzelleria viridis genannt oder als ein Beispiel für die Nordsee Penilia avirostris, ein Cladocere.

Was macht eine Besiedlung durch Tiere und Pflanzen so schwierig?

Als ein Kriterium ist hier die Anomalie der Ionenzusammensetzung im Brackwasser zu nennen. Speziell gilt das für Kalzium und Bikarbonat, die erhebliche Abweichungen von marinen Gewässern annehmen. Großen Einfluss haben diese Brackwasserverhältnisse bei Veränderungen der Salinität auf die Artenzusammensetzung besonders in den inneren Ostseegewässern und ganz speziell auf die Boddengewässer. So ist eine Verbreitung der Süsswasserarten auf eine Salinität von max. 3 PSU und die der marinen Arten auf min. 4-7 PSU beschränkt. Die Arten, die ein brackiges Milieu bevorzugen sind in ihrer Artenanzahl gering vertreten. Die Brackwasserarten haben gegenüber Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoffmangelsituationen usw. weite, aber auch unterschiedliche
Toleranzgrenzen. Das ist einer der Gründe warum Brackwasserökosysteme als hoch empfindlich eingestuft werden. Auf Störungen von außen reagieren die Organismen meist irreversibel. Dort, wo hohe Salzgradienten vorherrschen, kommt es zu einem schnellen Absterben der Organismen, Verstärkung der Detritusbildung, Wassertrübung und Sedimentation. Vor allem die Boddengewässer neigen zu einer stärkeren Schlammakkumulation.

Das starken Nährstoffeinträge führen zur Eutrophierung

Das massenhafte Wachstum von Algen wird durch ein Überangebot von Nährstoffen ausgelöst. Die Küstengewässer und ihre Sedimente haben von Natur aus ein hohes Nährstoffrückhaltevermögen. Dazu addieren sich die Einträge, die durch Umwelteinflüsse mehr oder weniger steuerbar sind wie zum Beispiel Nährstoffeinträge durch Aktivitäten der Ladwirtschaft, Klärwerke, Windverdriftung usw. Sie haben auf die Gesamtbilanz der Eutrophierung Einfluss, bei der man verschiedene Eutrophiesstufen unterscheidet. Gemessen wird die Eutrophierung in Gramm/Kohlenstoff pro Zeiteinheit und Fläche bzw. Volumen.
Durch langfristiges Monitoring (was in DDR Zeiten zuweilen als Verschlusssache behandelt wurde) ist man in der Lage für die Deutschen Küstengewässer die Nährstoffzunahme zu belegen. Daten aus den Jahren 1970-1975 geben zum Beispiel für die Ostsee (Arkonasee) einen Gehalt von 80-130 gCm²xa und für den Zeitraum 1980-1985 90-170 gCm²xa an. Diese Ereignisse sind allerdings nicht nur auf die heutige Zeit beschränkt denn bereits 1937 benutzte Gessner in seiner historischen Arbeit über die Brackgewässer von Rügen den Begriff der Eutrophierung. Bei der Betrachtung der Eutrophierung müssen geologische Bedingungen wie Gewässertiefe, Strömungsverhältnisse, Einträge durch Zuflüsse, Austrag durch Abflüsse und die Beziehungen der Einzugsgebietsfaktoren (besonders diffusen Quellen) berücksichtigt werden. Auch die geringe Wassertiefe von z.B. 2 Meter in den Bodengewässern hat bei stärkeren Windintensitäten durch Aufwirbelung von Sedimenten und den damit verbundenen Rücklöseprozessen erheblichen Einfluss auf die verfügbaren Nährstoffe. Die Sedimente haben in den Gewässern sowohl stabilisierenden aber auch destabilisierenden Einfluss. Sie sind in den Flachwasserbereichen ein bestimmender Faktor der Wasserbeschaffenheit. Durch die sehr starke Sedimentation in belasteten Gewässern findet auch eine starke Speicherung von Nährstoffen statt. Letztendlich führt das zu einer Stabilisierung dieser Nährstoffsituation und hat erheblichen Einfluss auf die Entwicklung von Phytoplankton, Zooplankton und somit der Nahrungsgrundlagen der Fische. Dabei treten in der Zusammensetzung des Planktons über das Jahr gesehen gewaltige Schwankungen auf. Das Phytoplankton ist gegenwärtig der wichtigste Primärproduzent in den Boddenketten. Das war aber nicht immer so. Anfang der 30iger Jahre waren erste Ansätze der Eutrophierung erkennbar und sie haben sich dann etwa Anfang der 60iger Jahre dramatisch verstärkt. Heute sind Grünalgen und Cyanobakterien die dominierenden Arten während Flagellaten und Diatomeen eine untergeordnete Rolle spielen. Im Frühjahr und Herbst haben die Grünalgen, im Sommer die Blaualgen das Übergewicht. Wie kommt es nun zu diesen extremen Schwankungen?
Das Vorkommen einzelner Algenarten unterliegt einer charakteristischen Jahresperiodizität. Die Abfolge der einzelnen Arten wird
über die Begrenzung ihres Wachstums durch physikalische, chemische und biologische Faktoren bestimmt. So findet man in den Wintermonaten vor allem bewegliche Arten wie Cryptomonas oder Rhodomonas Arten, die auf Grund ihrer Eigenbeweglichkeit unter Eisbedeckung eine positive Photosynthese betreiben können. Ihnen folgt im Jahresverlauf das Massenauftreten von Diatomeen, bis die Verfügbarkeit von Silizium endet. Anschließend sind Grünalgen vorherrschend, bis schließlich Nitrat soweit reduziert ist, dass diese Algenpopulationen zusammenbrechen und im Hochsommer Cyanobakterien die dominierenden Algen sind. Wenn die Tage kürzer werden und das Gewässer sich abkühlt erscheinen erneut Grünalgen bis schließlich das Licht und niedrige Temperaturen zum limitierenden Faktor werden. Diese Abfolge Diatomeen- Grünalgen- Cyanobakterien und Flaggelaten war bis etwa Anfang der 80iger Jahre typisch. Heute ist das anders und die Grünalgen und Cyanobakterien bilden in den Boddengewässern den Hauptbestandteil des Phytoplanktons. Die Gesamtzahl der produktionsbiologischen bedeutsamen Arten nimmt mit zunehmender Eutrophierung ab. Der ab Anfang der 80iger Jahre abrupt auftretende Verlust der Makrophyten hängt mit der hohen Sedimentbeweglichkeit und dem damit verbundenen Lichtmangel zusammen; eine Erholung hat bisher nicht stattgefunden obwohl die Nährstoffeinträge stark reduziert werden konnten. Durch die erhöhte Trübung wurde das Licht stark reduziert und es kam zu einer Anpassung des Phytoplanktons; es herrschen heute Schwachlichtformen und sehr klein bleibende Arten vor (0,2-20 µm).

Welche Folgen hat das auf Nahrungsnetze?

Durch Untersuchungen im Labor konnte nachgewiesen werden, dass sich diese etablierenden Planktongemeinschaften von außen nahezu nicht beeinflussbar sind. Da es sich um sehr kleine Organismen handelt, sind die Stoffumsatzprozesse sehr stark beschleunigt. Die gut abbaubaren Nährstoffe und organischen Substanzen werden sehr schnell wieder zu CO² und Wasser veratmet und gleichzeitig in sehr starken Maße anorganische Nährstoffe wieder freigesetzt. Nur im Mai/Juni wird durch die starke Entwicklung der Copepoden und Ciliaten dieser Stoffumsatz nennenswert reduziert. Remineralisierter Stickstoff und Phosphor stehen somit ständig zur Verfügung, so dass die Gewässer selbst eutrophierend und diese Verhältnisse stabilisiert sind. Die daraus resultierenden Sichttiefen von max. 50 cm sind durch die Massen an Phytoplankton bedingt und verhindern eine Wiederansiedlung makrophytischer Algen. Da es sich um ein mikrobielles Nahrungsnetz handelt, reagiert es sehr schnell auf innere und äußere Einflüsse und ist hoch stabil.
Sollen diese Verhältnisse verändert werden, muss auf die Ansiedlung von Makrophyten Wert gelegt werden und das erreicht man nicht einfach durch Veränderungen im Gewässer sondern man muss das gesamte Einzugsgebiet dahingehend verändern, die Eintragsquellen von Nährstoffen zu verschließen. Das bedeutet den Bau von Kläranlagen um punktuelle Quellen zu verschließen und diffuse Nährstoffquellen durch Abfluss von Land einzuschränken. Während der erste Punkt erfolgreich umgesetzt wurde (z.B. Stralsund hat 1990 eine neue Kläranlage in Betrieb genommen, Polen hat im Sommer 2008 in Stettin das
Klärwerk in Betrieb genommen), ist der letzte doch nur mit riesigem Aufwand durch Renaturisierungsmaßnahmen und Veränderung von intensiver zu extensiver Nutzung durch Landwirtschaft erreichbar. Wenn sich die Lichtsituation in den Gewässern verbessert und gleichzeitig der Nährstoffeintrag reduziert wird, haben Makrophyten eine reelle Chance sich großflächig wiederanzusiedeln. Damit werden dem Phytoplankton zusätzlich Nährstoffe entzogen und die Dominanz des mikrobiellen Nährstoffgefüges wird gebrochen. In Folge würden sich gute Voraussetzungen für einen nachhaltige Nutzung auch für die Boddengewässer ergeben; Fischerei, Landwirtschaft, Kommunen, Naturschutz und Touristik werden davon profitieren. Solch ein geschaffenes Ökosystem könnte auch ohne größere finanzielle Aufwendungen stabil gehalten werden. Die Zeitdauer bis zur Wiederherstellung einer geringeren Eutrophiestufe wird etwa auf 20 Jahre veranschlagt.

Cyanobakterien und ihre Fähigkeit zur Stickstoff Fixierung

Cyanobakterien sind in Brackwasser ganzjährig und im Gegensatz zu limnischen Gewässern eine der dominierenden Organismen. Es ist noch nicht geklärt worin die Ursachen liegen, man nimmt an dass durch den extremen Lebensraum Brackwasser die Blaualgen ein größeres Spektrum ihrer Anpassung besitzen als gleiche Arten in limnischen Gewässer bzw. dass sie ihren Konkurrenten überlegen sind. Andererseits gibt es endemische Blaualgenarten, die in ihrem Vorkommen auf die Ostsee beschränkt sind. Im offenen Ostseeraum gibt es eine ausgeprägte Rhythmik mit Diatomeen und Dinophyceen, in den Boddengewässern ist das nicht der Fall. Allerdings kommt es im Jahresverlauf zur Dominanz einzelner Cyanobakterien, abhängig vom Verhältnis der Nährstoffe, speziell Stickstoff zu Phosphor. In den Sommermonaten kann durch starke Grünalgenentwicklung Stickstoff limitiert sein und die Vermehrung der Grünalgen zum Stillstand kommen. Dann sind aus der Vielzahl der Cyanobakterien die fädigen Formen die dominanten Arten, da sie höhere Temperaturen und Schwachlichtverhältnisse ertragen. Der Nitratmangel fördert jetzt die besonders den Luftstickstoff bindenden Algenformen, welche die entstandene ökologische Nische besetzen. Leider sind Cyanobakterien durch fressende Tiere kaum nutzbar denn ihre Zellwand ist nur schwer verdaulich.
In den Boddengewässern liegt ein anderes Verhältnis zwischen Phosphat und Nitrat vor als im offenen Ostseegewässer. Hier kann es zu einer gleichzeitigen Limitierung von diesen beiden Elementen in der Vegetationsperiode kommen. Durch Rücklöseprozesse aus dem Sediment führt das zu einem Überangebot von Phosphat und damit zu einer drastischen Verschiebung der Nährstoffverhältnisse. Ist die Temperaturerhöhung über ein bestimmtes Potenzial einige Tage anhaltend, induziert das den Zusammenbruch bestehender Algengemeinschaften. Bei fehlender Wasserdurchmischung und höheren Temperaturen im Sommer kommt es jetzt zu einer Stagnationsperiode. Die Stickstoff fixierenden Cyanobakterien werden stark begünstigt und durch Sauerstoffzehrung bei dem mikrobiellen Abbau der Blaualgenbiomasse wird ein Sauerstoffdefizit in den Gewässern erzielt, welches ein Fischsterben auslöst. Einige Blaualgenarten sind für warmblütige Säugetiere giftig, wobei die Toxinbildung nicht immer erfolgt und von besonderen Umweltbedingungen abhängig ist. Aber auch für kaltblütige Tiere können bestimmte Algen toxisch sein. Die Stickstoff Fixierung durch die Cyanobakterien erfolgt dabei sehr unökonomisch; Stickstoff wird in gelöster Form an das Wasser abgegeben, das heißt diese Blaualgen düngen das Gewässer zusätzlich. Die Stickstoff fixierenden Algen sind somit zu wichtigen Indikatoren der Nährstoffbilanz geworden. Die benthischen Formen der Blaualgen erreichen zwar eine wesentlich höheren Stickstoffeintrag als die planktischen Arten aber auf Grund der geringen Möglichkeiten große Flächen in der Ostsee zu besiedeln, spielen sie in der Nährstoffbilanz keine Rolle. Betrachtet man den Gesamteintrag von Stickstoff in die Gewässer, kommen auf die Stickstoffanteile durch Fixierung maximal 5,7% und sie sind darum vernachlässigbar. Der Eintrag durch Festlandabflüsse, Einträge aus industriellen und kommunalen sowie diffuser und atmosphärische N- Quellen dagegen sind erheblich.

Entwicklungen seit der Wiedervereinigung 1989

Die Einträge an Phosphor aus kommunalen Quellen konnten im Zeitraum der 80-bis Ende der 90iger Jahre um über 80% gesenkt werden. Weiter können die Phosphateinträge durch Neubau von Kläranlagen nicht gesenkt werden; allein hygienische Gründe sind Anlass weitere Klärwerke zu bauen bzw. zu modernisieren. Eine weitere Senkung von Phosphatanteilen muss aus dem Sediment erfolgen, d.h. es muss eine Entnahme des Phosphat reichen Sedimentes erfolgen. Mit der Schlammentnahme können auch Sauerstoff zehrende Organismen und Stickstoff haltiges Material entfernt werden, welches nach Entsalzung als wertvolles Düngemittel zur Verfügung steht. Bereits in den 80iger Jahren wurde dieser Weg der Restaurierung beschritten. Man legt also künstliche Sedimentationsflächen an (ausbaggern) und entnimmt regelmäßig die sich dort akkumulierenden Sedimente. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen konnte inzwischen nachgewiesen werden. Bei der Entnahme von 1m³ Frischschlamm wird der Bodden um 100 kg Trockenmasse, 20 kg organischer Substanz, 40 50 g Phosphat und um 200-300 g Stickstoff entlastet. Allerdings würde eine durchgreifende Verbesserung der Boddengewässer erst mit der Entnahme von 6-7 Mio. Tonnen (m³) Schlamm greifen. Da eine großflächige Schlammentnahme aus ökonomischen und ökologischen Gründen nicht in Frage kommt ist die partielle Entnahme in dazu angelegten Sedimentationsräumen eine echte ökologische Alternative für die Sanierung der Boddengewässer und die angrenzenden Ostseegebiete. Die Stickstoffmenge ist auf das für das Flachwasser zu tolerierende Niveau (das sind 2g N/m²) mit 7,5-9 g/Nm² erheblich überschritten. Der Eintrag setzt sich aus einem Anteil von 270 t N atmosphärischen Eintrag (zum Beispiel Abgase der Autos- Stichwort Stickoxyde) und 1200-1500t Stickstoff durch Eintrag aus dem Einzugsgebiet zusammen. Nur 5% sind an kommunalen Quellen beteiligt, über 82% der Gesamtbelastung stammen aus Grundwasser und Drainage. Demzufolge ist eine drastische Senkung des Stickstoff Import nur durch Veränderungen der Landschaftsnutzung möglich. Das beinhaltet die Senkung der Fließgeschwindigkeiten der Gewässer durch Rückbau von Begradigungen und die Optimierung der Düngewirtschaft. Aus Sicht der Machbarkeit und Kostengründen ist die Phosphat Eliminierung die bevorzugte Methode der Nährstoffreduzierung. Die Maßnahmen des Umweltschutzes sind enorm kostspielig! Bei der Durchsetzung von Sanierungs- und Restaurierungsmaßnahmen spielen bei der Auswahl der Strategien neben ökologischen Erfordernissen die Kosten einer Methode eine Rolle. Die inzwischen vielseitig vorhandenen nationalen und internationalen verbindlichen Regelungen werden
ohne die Fragen nach den Kosten wirksam.
Die Zielstellung des Küstenzonenmanagement der Europäischen Union stellt bis zum Jahr 2030 die Vision der guten ökologischen Wasserqualität einer nachhaltig genutzten Küstenregion in Aussicht.

Welchen Nutzen können wir für die Aquaristik aus den eutrophierten Gewässern ziehen?

Das überreiche Angebot an Plankton macht einen Tierfang- besonders in den Boddengewässern, interessant. Man kann sich hier für eine Zucht von Lebendfutter eine Basis aufbauen, zumal die meisten der Tiere ein hohes Reproduktionsvermögen besitzen und in diesen Gewässern in Massen auftreten. Und für uns vorteilhaft ist ihre Fähigkeit, in hohem Maße Temperatur- und Salzdichteschwankungen zu ertragen. In der Darß-Zingster Boddenkette sind 14 Copepodenarten nachgewiesen. Einige Copepoden sind in manchen Jahren dominant (Eurytemora und Arcatia). Auffällig ist die deutlich ausgeprägte Abfolge an Zooplankton abhängig vom Phytoplankton. Die günstigste Zeit für einen Copepodenfang ist im Monat Mai. Danach ändert sich die Zusammensetzung des Zooplanktons und ab Juni herrschen dann Ciliata, z.B. Tintinnopsis spez, das sind kleinste Strudler und andere Wimperntierchen vor, die nach kurzer Zeit ihrer Entwicklung durch räuberische Rotatorien, z. B. Keratella reduziert werden. Im Herbst ändert sich die Zusammensetzung des Planktons erneut und es erscheinen wieder Copepoden. Allerdings wird die Menge der Tiere nicht die des Frühjahres erreichen, da die kürzeren und kühleren Tageszeiten eine Grünalgenentwicklung immer mehr einschränkt. Ende Oktober vermehrt sich der Polychaet Merenzelleria in nennenswerten Mengen, dessen einige Zeit frei schwimmende Larven ein gutes Futter darstellt. Ganzjährig findet man in einem Planktonfang viele weitere, zeitweise frei schwimmende Tierarten, z.B. Polychaeta, Balanidae, Gastropoda, Bivalva und Dauereier von Evertebraten bevor sie zu einer sessilen Lebensform übergehen. Sie können für die Aquariumtiere eine gute Nahrungsquelle sein. Auch das Sediment ist ein Siedlungsraum kleiner Organismen, die man sich leicht aussieben kann. Aber hier ist durch die Gefahr des Versinkens und starker Sauerstoffgradienten die Artenauswahl stark eingeschränkt und die offenen Küstengewässer der Ostsee sind zum Futtertierfang aus diesem Lebensraum besser geeignet. Insbesondere die Seegraswiesen und die Bereiche mit starkem Makrophytenbewuchs sind durch Tiere viel stärker besiedelt als reine Sand- und Schlickflächen, welche nur besonderen Spezialisten unter den Tieren vorbehalten bleibt. Die stark strukturierten Pflanzen und Hartböden sind ein besonders dicht besiedelter Lebensraum und es lohnt sich diese Bereiche zum Tierfang zu untersuchen. Eine Exkursion zur Ostsee findet in unserer Fachgruppe in der Zeit vom Anfang September statt, wir fahren nach Timmendorf auf die Insel Poel und treffen uns auf dem Zeltplatz am Leuchtturm. Interessenten und Neugierige sind herzlich eingeladen teilzunehmen.

Mit freundlichen Grüßen
Dietmar

Quellen:
Veröffentlichung aus verschiedenen Jahrgängen von Meer und Museum des Deutschen Meeresmuseums Stralsund
Signatur von »Dietmar« FG Meeresaquaristik Berlin-Brandenburg

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