welche Anforderungen müssen die Gewässer erfüllen? - GfG

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.

Gliederung
Das Ökosystem der Nister
Schlüsselarten
Fischbestand und Gewässerg
ssergüte 1994 – 1997 und 2009 - 2011
Biologische und chemisch-physikalische Veränderungen
Mögliche Ursachen
Lösungsansätze

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

Schlüsselarten
Atlantischer Lachs
Wiederansiedlungsprojekt
„Lachs 2020“
Im Gewässersystem der Nister werden jährlich j
zwischen 80.000
und 120.000 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!

Schlüsselarten
Ergebnisse der Erfolgskontrollen in
Lachs-Besatzstrecken
Die Überlebensraten in der ersten
Wachstumsperiode liegen bei 25 - 50 % - 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

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 30 - 40 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 ...?)

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 70 - 80
Jahre ...
Der Lachs fungiert in der
Äschenregion neben der
Bachforelle als Wirtsfisch !

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

Schema pH
Nister Mai 2010:
pH-Werte bis 9,6

Noch 2001 hat hohe Sonneneinstrahlung im Mai, Niedrigwasser und
eine vergleichbare Nährstoffbelastung kein extremes Algenwachstum
ausgelöst ...
2.5.2010

früher
Mitte der 1990er Jahre:
hohe Artenvielfalt
gute Wasserqualität (GK II)
pH-Werte meist < 8,5
2010 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?

früher
Fulgor Westermann, LUWG Mainz, 6.12.2011
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 !

früher
Phosphor-Konzentrationen
Nister 1990 - 2011
heute
Gesamtphosphor (µg L )
1000
800
600
400
200
Einzelwerte
Jahresmittel
0
1990
2000 2010
Eine Zunahme der Nährstofffracht scheidet
folglich als Ursache aus !

Pilotprojekt Kormoran
an Sieg und Nister
• 1996/97: erste Kormoraneinflüge
• 1998-2003 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 >>

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

Entwicklung bis 2009:
Starke Bestandseinbrüche größere Arten
Extreme Bestandszunahme Kleinfische

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

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

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

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

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

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 ...

Schema Trophie

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

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

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.

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

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 !

Schwarzstörche
rche

früher
Fulgor Westermann, LUWG Mainz, 6.12.2011
„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

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.
2011 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 !

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 ...

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