Die im Freiwasser von Seen schwebenden Algen werden als Phytoplankton bezeichnet. Die Menge und Zusammensetzung hinsichtlich Arten und Algenklassen ist von der Lichtverfügbarkeit und vor allem dem Gehalt an Nährstoffen wie Phosphor, Stickstoff oder Silizium abhängig. Gemäß der WRRL müssen alle Seen mit einer Wasserfläche von mehr als 0,5 km² mit Phytoplankton bewertet werden. Abb. 1: Die Grünalge Botryococcus braunii kommt in sauberen Seen vor (Foto: Ute Mischke, IGB). Durch den Menschen verursachte Nährstoffbelastungen, wie sie von Kläranlagen oder landwirtschaftlicher Düngung ausgehen können, werden vom Phytoplankton angezeigt. Die Reaktionszeit beträgt dabei oft nur Tage bis wenige Wochen. Die Phytoplanktonentwicklung ist jahreszeitabhängig. Viele Seen bilden im Frühjahr eine "Blüte" aus oder reagieren kurzfristig auf Nährstoffeinträge z. B. durch Hochwasser. Das pflanzliche Phytoplankton kann durch ebenfalls schwebende, tierische Organismen (Zooplankton, insbesondere Kleinkrebse) gefressen werden. Diese kommen abhängig von ihrem Lebenszyklus und der Wassertemperatur erst ab Mai oder Juni zahlreicher vor. Sie bevorzugen als Futter die kleineren Formen unter den Planktonalgen und können eine Phytoplanktonblüte von für sie gut fressbaren Arten stark dezimieren. Das Wasser wird dann besonderes klar und durchsichtig und man bezeichnet dies als Klarwasserstadium. Tiefere Seen besitzen im Sommerhalbjahr eine Temperaturschichtung. Das wärmere Wasser liegt in einer relativ geringmächtigen Schicht an der Oberfläche des Sees. In der Tiefe, unterhalb der sogenannten Sprungschicht, liegt das etwas schwerere, kalte Wasser. In stabil geschichteten Seen wächst das Phytoplankton in der Regel in der oberen, wärmeren Zone, welche sich bis zur Sprungschicht witterungsbedingt (Wind, Regen) immer wieder durchmischen kann. In flachen Seen kann sich eine Temperaturschichtung nicht oder nur für kurze Zeit aufbauen, da der Wasserkörper leichter bis zum Grund durchmischt werden kann. In der Tiefe und nahe des Sediments befindet sich jedoch oft nährstoffreicheres Wasser, welches dann in die gesamte Wassersäule eingemischt wird. Deshalb besitzen flache Seen auch unter naturnahen Bedingungen einen höheren Nährstoffstatus als tiefe Seen. Diese unterschiedlichen Voraussetzungen werden bei der WRRL-Bewertung berücksichtigt und z. B. Flachseen entsprechend milder bewertet. Das Ausmaß der pflanzlichen Primärproduktion wird als Trophie bezeichnet. Je höher der Nährstoffgehalt, desto höher die Trophie und die möglichen Phytoplanktonbiomassen. Die durch den Menschen verursachte Nährstoffanreicherung in Gewässern wird als Eutrophierung bezeichnet. Stark eutrophierte Gewässer können unerwünschte Algenmassenentwicklungen ausbilden. Wenn diese durch Blaualgen gebildet werden (s. Abb. 2), wie es z. B. im Spätsommer der Fall sein kann, können Probleme durch Algengifte (Blaualgentoxine) auftreten. Abb. 2: Algenblüte im Blankensee (Foto: Ute Mischke, IGB). Für die Bewertung von Seen mit Phytoplankton steht das PhytoSee-Verfahren zur Verfügung. Für die Bewertung kann die Desktop Version 7.1 angewendet werden, es empfihelt sich aber eine Bewertung mit dem PhytoSee Online Tool , welches ab der Version 8.0.x verfügbar ist ( Riedmüller et al. 2022 ).
Die Berechnungsroutinen des DeLFI sind durch die unterschiedlichen Metrics, Klassengrenzen und Kombinationen vergleichsweise unübersichtlich. Im Site-Modul werden die Referenzfischgemeinschaften sowie die aktuellen Fischgemeinschaften als modellierte Artenlisten mit semiquanitativen Häufigkeiten eingegeben. Es gibt zwei Bewertungsvorlagen, DeLFI-Site für Seen des Norddeutschen Tieflands und DeLFI-Site für Alpine Seen. Im Type-Modul für norddeutsche Seen mit Flächen zwischen 50 und 1.000 ha werden die Werte der einzelnen Metrics eingegeben. Die Metrics müssen vorher aus den Fanglisten errechnetet werden. Für eine vereinfachte Nutzbarkeit stehen daher folgende drei Excel-Vorlagen zur Verfügung: Vorlage DeLFI-Site für das norddeutsche Tiefland Vorlage DeLFI-Site für Alpine Seen Vorlage DeLFI-Type für das norddeutsche Tiefland Die Excel-Vorlagen geben die Einzelbewertung der Metrics und die Gesamtbewertung des ökologischen Zustands aus. Es besteht die Möglichkeit, Metrics aus der Gesamtbewertung auszuschließen, was dann aber begründet werden sollte. Beispielsweise kommt es vor, dass nicht genug Individuen zur Berechnung von Größenmedianen gefangen werden. Die Excel-Vorlagen sollten mit „Speichern unter“ immer in einer Kopie der Vorlage bearbeitet werden. VORSICHT: Mit jeder Vorlage kann nur ein See bewertet werden. Eine Kopie des Eingabeblattes in der Arbeitsmappe führt zu Rechenfehlern. Das Site-Modul wird bei norddeutschen Seen mit Flächen über 1.000 ha und bei alpinen Seen angewandt. Zunächst wird der zu bewertende Seetyp festgelegt (im Anwendungsbeispiel der Typ TIEF). Darauf basiert eine Rahmenreferenz mit Arten und klassifizierten Häufigkeiten. Diese wird geprüft und ggf. modifiziert. Abb. 1 zeigt ein Beispiel. Im linken Bereich steht die Rahmenreferenz mit den Arten Blei (Häufigkeitsklasse 2), Ukelei (2), Güster (2) usw. In einigen Fällen wurden die Klassen für die Referenzhäufigkeit geändert, z. B. für die Arten Güster und Steinbeißer. Es erscheint ein „Nein“ in der Spalte [Rahmen?], d. h. Arten und/oder Häufigkeitsklassen entsprechen nicht der Rahmenreferenz. Auf der rechten Seite werden in der Spalte [Aktuell] die aktuellen Häufigkeitsklassen eingegeben. Im Beispiel fehlen aktuell Stint und Bitterling, die zur modellierten Referenz gehören. Nachfolgend wird die Anwendung der Excel-Vorlagen schrittweise dargestellt. Abb. 1: Excel-Vorlage für das Site-Modul, Bereich Arten der Rahmenreferenz. In Abhängigkeit vom Seetyp werden Fischarten und Referenzhäufigkeiten vorgegeben (Spalten [Art] und [Referenz]). Die Spalte [Rahmen] zeigt Arten mit „Nein“, für die die Referenz modifiziert wurde. Die aktuelle Häufigkeit wird in der Spalte [Aktuell] eingegeben. In einem zweiten Bereich werden die See-spezifische Arten eingegeben, d.h. die Arten des Sees, die nicht Teil der Rahmenreferenz sind. Abb. 2 zeigt ein Beispiel. Die meisten Arten haben die Referenz-Häufigkeitsklasse 1. Die häufigeren Arten waren in diesem Fall schon Teil der Rahmenreferenz und werden hier nicht erneut aufgeführt. Anhand der Angaben in der Spalte [Aktuell] lässt sich erkennen, dass im Beispiel aktuell einige der Referenzarten fehlen, z.B. Dreistachliger Stichling, Gründling und Hasel. Abb. 2: Excel-Vorlage für das Site -Modul, Bereich See-spezifische Arten. Die Fischarten sind nicht vorgegeben sondern werden in der Spalte [Weitere Arten] ausgewählt. Die Spalten [Referenz] und [Aktuell] beinhalten die jeweiligen Häufigkeitsklassen der Arten, [Kontrolle] zeigt doppelte Angaben. Im Site-Modul gibt es den Modifikator „Reproduktion besetzter Arten“. Hierbei werden Arten, die besetzt werden und nicht selbstständig reproduzieren als aktuell fehlend eingestuft. In diesen Fällen erlaubt der ökologische Zustand des Gewässers keinen natürlichen Bestandsaufbau. Allerdings ist diese Modifikation eher die Ausnahme, da in den meisten Fällen eine gewisse natürliche Reproduktion stattfindet. Auf Grundlage der Eingaben der Fischarten und ggf. der Modifikation erfolgt die Berechnung der Metrics (Abb. 3). Im Beispiel finden sich einige Metrics, die auf Defizite im ökologischen Zustand hinweisen; beispielsweise fehlt aktuell eine Art, die im Referenzzustand häufig war. Im Fallbeispiel wurde die Kleine Maräne als ausschließlich besatzabhängig charakterisiert, sodass ihr Vorkommen als aktuell fehlend bewertet wird. Abb. 3: Auswertung der Excel-Vorlage für das Site -Modul. In der Spalte [Metric] sind die Metrics aufgezeigt. Die Spalte [Referenz] zeigt den Referenzzustand, die Spalte [Aktuell] die aktuelle Ausprägung und die Spalte [Wert] die Einzelbewertung. Auf Grundlage der Einzelbewertung der Metrics wird der EQR-Wert berechnet und die zugeordnete ökologische Zustandsklasse angegeben (Abb. 5). Im fiktiven Fallbeispiel zeigen sich die zahlreichen Abweichungen der aktuellen Fischgemeinschaft von der Referenz in einer unbefriedigenden Bewertung des ökologischen Zustands des Sees. Für Details zu den Klassengrenzen sowie zu den Berechnungsroutinen wird auf die Verfahrensbeschreibung verwiesen. Abb. 4: Beispielhafte Bewertung des ökologischen Zustands in der Excel-Vorlage für das Site -Modul. Ausgegeben werden die Anzahl der insgesamt gewählten Metrics, die Summe der Metric-Bewertungen, ein EQR-Wert und die resultierende Zustandsklasse. Die Metrics des Type-Moduls lassen sich verschiedenen Kategorien zuordnen. Zunächst wird das Vorkommen bestimmter Arten anhand einer Artenliste bewertet. Der Einheitsfang wird als [kg/100m²Netzfläche] berechnet - der gesamte Fang in den benthischen Netzen wird in Bezug zur gesamten Fläche der benthischen Netze gesetzt. Für artspezifische Anteile von Masse oder Anzahl wird der gesamte Fang einer bestimmten Art in Bezug zum gesamten Fang aller Arten gesetzt. Für die Arten Barsch, Blei und Plötze werden die Mediane der Masse aller Individuen oberhalb einer artspezifischen Mindestmasse bewertet. Neben den quantitativen Metrics (Einheitsfänge und artspezifische Anteile) gibt es qualitative Metrics (obligatorische Arten, Vernetzung, Reproduktion besetzter Arten). Hierbei müssen einzelne Arten, Artengruppen oder die Reproduktion bestimmter Arten nachgewiesen werden. Dazu wird geprüft, ob die Metrics anhand der Fänge mit benthischen Netzen ausreichend zu bewerten sind (beispielsweise ob der Nachweis aller obligatorischen Arten gelungen ist). Sollte das nicht der Fall sein, ist das Vorkommen von Arten bzw. ihrer Reproduktion anderweitig zu prüfen (über Ergebnisse von Untersuchungen mit Elektrofischerei, Daten der Berufs- oder Angelfischerei bzw. über den Nachweis von Jungfischen). Die Bewertung des ökologischen Zustands von Seen mit dem Type-Modul wird anhand der Excel-Bewertungsvorlagen an einem fiktiven Beispiel erläutert. Details zu den Klassengrenzen sowie den mathematischen Verrechnungen sind der Verfahrensbeschreibung zu entnehmen und werden hier nicht dargestellt. Im Type-Modul wird der ökologische Zustand anhand von Fischfänge in Netzbeprobungen bewertet, die mit einem typspezifischen Referenzzustand verglichen werden. Daher muss zunächst der Typ des zu bewertenden Sees festgelegt werden (polymiktisch, geschichtet oder geschichtet und tiefer als 30 m). Das geschieht im Kopfbereich der Excel-Vorlage (Abb. 5). Abb. 5: Der Kopfbereich der Excel-Vorlage für das Type -Modul. Im Beispiel wird das Gewässer Testsee bewertet, das dem Seetyp TIEF zugeordnet wurde. Im Anschluss werden Informationen zum Fischbestand eingegeben, die im Wesentlichen auf den Fängen mit benthischen Netzen aus einer Standardbefischung resultieren (Abb. 6). Der Masse-Einheitsfang (EF Masse) berechnet als Gesamtfang in kg pro Gesamtfläche der Netze in m². Es werden immer alle benthischen Netze einer Kampagne einbezogen, auch solche unterhalb der Sprungschicht oder ohne Fänge. Arteninventare mit der Angabe, ob eine Art vorhanden ist, ob sie natürlicherweise fehlt oder ob sie durch anthropogene Einflüsse verschollen ist. Zur Ermittlung der Arteninventare werden neben der Netzbefischung auch zusätzliche Daten (z.B. Elektrofischerei) und Informationen aus Fischereistatistiken oder von Anglern berücksichtigt. Für ausgewählte Arten werden Masseanteile und je nach Gewässertyp auch zahlenmäßige Anteile eingegeben. Grundlage sind die zusammengefassten Fänge aller benthischen Netze einer Standardbefischungskampagne. Für die Arten Barsch, Blei und Plötze werden die Mediane der Masse aller Individuen oberhalb einer artspezifischen Mindestmasse berechnet und angegeben. Ausgewertet werden ebenfalls die Fänge aller benthischen Netze nach EN 14757. Im Beispiel wurden einige Arten der vorgegebenen Liste nicht in den benthischen Netzen nachgewiesen. Für Abramis ballerus (Zope) und Carassius gibelio (Giebel) entspricht das dem fiktiven Referenzzustand des Gewässers, diese Arten kommen nicht vor und kamen auch nie vor. Carassius carassius (Karausche) und Tinca tinca (Schleie) hingegen sind im Gewässer vorhanden; wurden aber nicht in den benthischen Netzen gefangen. Sie können beispielswiese durch Elektrobefischungen nachgewiesen sein. Im unteren Bereich der Liste finden sich Fischarten, die in Seen mit passierbaren Zu- und Abläufen häufiger sind. Einige dieser Arten kamen historisch im Gewässer vor, sind aber aktuell nicht mehr nachweisbar. Hiermit wird im Beispiel ein deutlicher Einfluss eines Querbauwerkes simuliert. Ganz unten im Eingabefeld wird der Median der Masse für drei Fischarten eingegeben. Abb. 6: Bereich der Dateneingabe in der Excel-Vorlage für das Type -Modul. Oben wird der Einheitsfang WPUE eingegeben, im mittleren Bereich sind Angaben zu ausgewählten Arten sowie masse- bzw. zahlenmäßige Anteile erforderlich, im unteren Bereich wird der Median der Masse abgefragt. Im Type-Modul gibt es einen Modifikator „Reproduktion besetzter Arte“ (ohne Abb.). Hiermit wird bei Arten, deren Vorkommen ausschließlich von Besatz abhängig ist, die aktuelle Häufigkeit auf „0“ gesetzt und die Art zählt als nicht vorhanden. Populationen ohne eigenständige Reproduktion sind nicht geeignet um Aussagen über den ökologischen Zustand des Sees zu treffen. Auf der Basis der Eingaben wird eine Bewertung des ökologischen Zustands des Sees durchgeführt. Dabei werden die Metrics einzeln bewertet und zu einer Gesamtbewertung verrechnet (Abb. 7). Im Beispiel ergibt sich eine mäßige Bewertung, die insbesondere durch für den gewählten Seetyp hohe Anteile von Abramis brama (Blei) und anderen benthischen und benthivoren Arten zustande kommt. In der Excel-Vorlage wird auch der optionale Metric Vernetzung dargestellt, der das Vorkommen der Fließgewässer-affinen Arten bewertet. Dieser Metric ist jedoch in der Erprobungsphase und sollte vorerst nicht in die Bewertung einfließen. Abb. 7: Beispiel für den Ausgabebereich der Excel-Vorlage für das Type -Modul mit der Einzelbewertung der Metrics und der Möglichkeit zur Abwahl (oben) sowie Gesamtbewertung mit Anzahl der gewählten Metrics, Summe der Metric-Bewertungen und der daraus resultierenden Zustandsklasse.
Für die See-Bewertung mit Phytoplankton sind mindestens sechs Probenahmen pro Jahr in der Vegetationsperiode von März/April bis Oktober/November vorzusehen, wobei mindestens vier Untersuchungstermine im Zeitraum Mai bis September liegen sollen. Über dem tiefsten Punkt des Sees sollen von einem Boot aus mit einem Wasserschöpfer Planktonproben entnommen werden. Zum Auffinden der richtigen Stelle sind Tiefenkarten wichtig. Vor jeder Untersuchung sollte eine Überprüfung mit Echolotung oder Lotung und ggf. GPS erfolgen. Für Langzeituntersuchungen ist eine Bojen-Markierung zu empfehlen. Optimal ist die Verwendung eines Tiefen-Integralschöpfers, welcher beim Durchfahren der Wassersäule kontinuierlich und automatisch eine Mischprobe der gesamten Wassersäule entnimmt. Alternativ können Punktproben, je nach Tiefe des Sees in Schritten von 1 m (polymiktische Seen) oder maximal 2 Metern (tiefe Seen) zu einer Mischprobe vereinigt werden. Hierzu sind verschiedene Wasserschöpfer wie Röhren- oder Schlauch-Sampler (s. Abb. 1) geeignet. Abb. 1: Links: Tiefenintegrierender Probennehmer. Rechts: Friedinger-Schöpfer zur Entnahme von Tiefenstufenproben (Fotos: Eberhard Hoehn) Vor der Probenahme ist festzustellen, welchem Schichtungstyp das zu untersuchende Gewässer zugeordnet wird, da sich die Probenahme bei geschichteten (di- und monomiktischen) und weitgehend ungeschichteten (polymiktischen) Seen unterscheidet. Ein See gilt als geschichtet, wenn mit regelmäßigen Temperaturmessungen im Tiefenprofil und Jahresgang eine durchgehende Schichtungsperiode von mehr als drei Monaten festgestellt wurde. Vor Beginn der Probenahme wird die Sichttiefe mit einer weißen Scheibe (Secchi-Scheibe) gemessen, für die nach ISO 7027-2:2016 ein Durchmesser von 20 cm empfohlen wird (für sehr hohe Sichttiefen > 10 m können größere Scheiben verwendet werden). Sie wird an einem Maßband so lange in die Tiefe abgelassen bis sie gerade nicht mehr sichtbar ist und dann wieder angehoben bis man die Scheibe gerade wieder erkennt. Aus diesen beiden Werten wird ein Mittelwert gebildet. Die so ermittelte Tiefe ist die sogenannte Secchi-Sichttiefe. Zur Ausschaltung von störenden Reflektionen sowie bei bewegter Wasseroberfläche ist zur Verbesserung der Erkennbarkeit der Scheibe ein Secchiskop – eine Sichtröhre mit Glasboden ‑ zu verwenden. Der Tiefenbereich bis zur 2,5fachen Secchi-Sichttiefe ist der Bereich, in dem das Phytoplankton gut wachsen kann. Er wird als euphotische Zone, seine untere Grenze als euphotische Tiefe bezeichnet. Anschließend werden mit Messsonden in festen Tiefenschritten (0,5 oder 1 m) zumindest die Temperaturwerte ermittelt. Weitere relevante Sondenparameter sind Sauerstoffgehalt, elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert, Redoxpotenzial und Chlorophyll-a-Konzentration. Es können Tiefenprofile erstellt werden, anhand derer eine Temperaturschichtung, Sauerstoff-Defizite oder Tiefenchlorophyll-Maxima (DCM = deep chlorophyll maximum) festgestellt werden können. Ungeschichtete oder polymiktische Seen sind über das ganze Jahr hinweg bis zum Grund durchmischt. Lediglich in stabilen Wetterlagen können kürzere Phasen der Temperaturschichtung auftreten. In polymiktischen Seen erfolgt die Probenentnahme stets aus der gesamten Wassersäule bis etwa 1 m über Grund, maximal bis in eine Tiefe von 6 m. Trifft man den See z. B. im Hochsommer in einer Phase mit Temperaturschichtung an, so wird die Probenahme dennoch unverändert durchgeführt. In geschichteten Seen ist die "richtige" Probenahmetiefe differenzierter zu ermitteln: Um in geschichteten Seen die Mächtigkeit der oberen durchmischten Schicht, des Epilimnions, festzustellen, wird das Temperatur-Tiefenprofil herangezogen. Wenn sich die Temperatur in der Tiefe schnell abkühlt und die Temperaturänderung 1°K pro Meter überschreitet, liegt eine sog. Sprungschicht vor. Die Zone bis zur Sprungschicht wird als Epilimnion bezeichnet, die Zone der starken Temperaturänderung als Metalimnion und die kühle, in der Temperatur wieder konstantere, darunter liegende Schicht als Hypolimnion. Während der Vollzirkulation mit Temperaturausgleich bis zum Grund ‑ meist im Zeitraum von Herbst bis Frühjahr ‑ soll die Probe aus der durchmischten Schicht bis zur mittleren Tiefe des Sees stammen, jedoch bis maximal 10 m Tiefe, in sehr tiefen Seen mit maximal 20 m Tiefe. Während der Phase der Temperaturschichtung sind folgende Fälle zu unterscheiden: In eher trüben Seen ist das Epilimnion zu beproben. Die euphotische Zone oder -Tiefe (2,5fache Secchitiefe) liegt innerhalb des Epilimnions. In klaren Seen, in denen die euphotische Zone über das Epilimnion hinausgeht und in die Sprungschicht oder sogar ins Hypolimnion hineinragt, muss die Wassersäule bis zur euphotischen Tiefe beprobt werden. Es gilt also: Die "tiefere" Kenngröße (Epilimniontiefe oder euphotische Tiefe) gibt die Probenahmetiefe für die Mischprobe an. Es ist darauf zu achten, dass die Probenahme nicht in ein sauerstoffreies, durch Schwefelwasserstoffbildung oder Nährstoffrücklösung geprägtes Hypolimnion hineinreicht und mindestens einen Meter darüber endet. Ausgeprägte Tiefenchlorophyll-Maxima sollen ebenfalls erfasst werden. Um diese festzustellen, muss allerdings eine Chlorophyll-Sonde (Fluoreszenzsonde) im Einsatz sein. Diese und weitere Details sowie Spezialfälle der Probenahme sind in der Methodenbeschreibung von Nixdorf et al. (2010) und der Europäischen Norm DIN EN 16698 differenziert beschrieben. Aus der so gewonnenen Mischprobe wird in der Regel sowohl die Phytoplanktonprobe als auch die chemische Probe für die Chlorophyll a-Bestimmung und ggf. weitere chemische Parameter (z. B. Gesamtphosphor) entnommen. Probenahme für die Anwendung des Diatomeenindex Profundal (DI-PROF): Die sich über das Jahr im Plankton entwickelnden Kieselalgen (Diatomeen) sinken aufgrund des Gewichts ihrer Schalen auf den Seeboden ab. Am Ende des Jahres befinden sich die Schalen in einer halbflüssigen, oben aufschwimmenden Sedimentschicht und die Probe (ca. 10 ml) wird mit einem Röhrensammler (Kajak-Corer) genommen. Die so ermittelten Kieselalgenbefunde können mit dem Index DI-PROF zur Trophiebewertung herangezogen werden, welcher in den PhytoSee-Index eingerechnet werden kann. An jedem Probenahmetermin sind aus der Mischprobe mindestens zwei Teilproben (1. und 2.) und zusätzlich fakultativ eine Diatomeenprobe (3.) herzustellen: 1. Chlorophyll a-Probe : 0,5-2 Liter (je nach Algendichte) unfixiert in PET-Flaschen, Transport ins Labor dunkel und kühl. Dort Weiterbehandlung. 2. Phytoplanktonprobe : Lugol-fixiert für die Analyse nach Utermöhl-Methodik, Gefäß: 100 ml-Klarglas-Enghalsflasche, im Labor: bei gekühlter und luftdichter Lagerung mindestens für ein halbes Jahr haltbar. 3. Diatomeenprobe (fakultativ) für die spätere Herstellung eines Diatomeenpräparats. Die Wahl der Fixierungsmethode sollte sich an den erforderlichen Lagerzeiten und –möglichkeiten orientieren, s. hierzu Abschnitt " Aufbereitung der planktischen Kieselalgen (Diatomeenpräparat)" Variante " Filterprobe "(empfohlen): 1 Liter (je nach Algendichte) unfixiert in PET-Flasche, Transport ins Labor dunkel und kühl. Dort Filtrierung. Bei mobiler Filtriermöglichkeit (Handfiltriergerät): 100-1.000 ml Probe (je nach Algendichte, deutliche Färbung des Filters erforderlich) werden über Cellulosenitrat-Membranfilter (0,4-1,0 µm) filtriert. Die Filter werden in Plexiglas-Petrischalen gelagert und müssen bis zur endgültigen Lagerung noch Luft-getrocknet werden. Variante " Alkoholprobe " (empfohlen, jedoch kürzere Lagerzeit): Die Vorfixierung der Probe erfolgt vor Ort mit 96%igem Ethanol (unvergällt) oder Isopropanol. 0,9 Liter Probe wird in eine 1 Liter Kautexflasche gefüllt und mit Alkohol aufgefüllt, d. h. im Verhältnis 1:9 vorfixiert. Weiteres Einengen und Nachfixieren im Labor. Variante " Lugolprobe ": 500 ml Probe (je nach Algendichte oder Notwendigkeit einer Rückstellprobe auch 200-1.000 ml möglich) wird mit handelsüblicher Lugol-Lösung (versetzt mit Natriumacetat) in 500 ml-Klarglas-Enghals-Flaschen fixiert bis die Probe cognacfarben ist (ca. 4 ml Lugol pro 200 ml Probe). Zunächst keine Weiterbehandlung im Labor, bei gekühlter und luftdichter Lagerung mindestens für ein halbes Jahr bis maximal ein Jahr haltbar. Die Chlorophyll a-Konzentration (Chl a) einer Wasserprobe wird meist spektralphotometrisch gemessen. Sie korreliert mit der Biomasse des enthaltenen Phytoplanktons, da alle Arten dieses Pigment zur Photosynthese nutzen. Die Wasserproben müssen noch am Probenahmetag mit einer Vakuumpumpe auf einen Glasfilter filtriert werden. Der Filterrückstand enthält die Algen und deren Pigmente. Die Bestimmung der Chlorophyll-a-Konzentration nach der Norm (DIN 38409-H60 2017) beruht auf der ethanolischen Heißextraktion des Filterrückstands einer Wasserprobe und der anschließenden Absorptionsmessung bei 665 nm. Hier werden Phaeopigmente – photosynthetisch nicht mehr wirksame Abbauprodukte des Chlorophylls ‑ miterfasst. Nach Überführung des gesamten Chlorophyll-a in Phaeopigmente durch Ansäuerung wird eine erneute Messung bei 665 nm durchgeführt. Somit kann rechnerisch auf die ursprüngliche Chlorophyll-a-Konzentration der Wasserprobe rückgeschlossen werden. Im Messwert des Chlorophyll-a nach DIN sind die Phaeopigmente nicht mehr enthalten. Ziel der mikroskopischen Analyse ist die Bestimmung des Biovolumens des Phytoplanktons. Die Analyse des Phytoplanktons erfolgt an einem Umkehrmikroskop. Dafür werden die Phytoplankter einen Tag zuvor in Absetzkammern angereichert (s. Abb. 5). Für die Mikroskopie werden die Phytoplankter einen Tag zuvor in Absetzkammern angereichert. Da die Zellkonzentration in Abhängigkeit von der Artenzusammensetzung und der Saison sehr stark schwanken kann, sind Orientierungswerte zur Auswahl des benötigten Absetzvolumens sowie die Chlorophyll a-Konzentration (Chl a) der Probe hilfreich. In der Verfahrensanleitung (Riedmüller et al. 2022) sind Beispiele mit Orientierungswerten genannt. Für die weitere Konservierung oder Weiterverarbeitung der Proben stehen je nach Fixierungsmethode im Gelände mehrere Varianten zur Verfügung. Die Wahl der passenden Methode richtet sich auch danach, wie lange die Probe bis zur endgültigen taxonomischen Bearbeitung gelagert werden muss. Weitere Details in Nixdorf et al. (2010). Variante "Filterprobe" : Zeitnah zur Probenahme bzw. möglichst am selben Tag ist das in der Regel 1 Liter unfixierte Probenvolumen auf Cellulosenitrat-Membranfilter zu filtrieren. Nach anschließender Lufttrocknung können die Filter in Plexiglas-Petrischalen ohne Konservierungsmittel längere Zeit aufbewahrt werden. Anmerkung : Celluloseacetatfilter haben sich nicht bewährt, da diese beim späteren Aufschluss unter heißer Säure und H 2 O 2 verklumpen. Ebenfalls ungeeignet ist die Verwendung von Glasfaserfiltern. Diese hinterlassen beim späteren Aufschluss eine hohe Zahl von Glasfasern, die das mikroskopische Bild der Algen überlagern und damit eine zuverlässige Bearbeitung unmöglich machen. Diese Art der Konservierung ist für Lagerzeiten bis deutlich über ein Jahr geeignet. Variante "Alkoholprobe" : Das vorfixierte Probenmaterial muss im Labor 2-3 Tage in der Kautexflasche absedimentieren. Der Überstand wird anschließend vorsichtig mit einer Wasserstrahlpumpe abgesaugt. Der aufgeschüttelte Rückstand wird in dicht schließende Flaschen abgefüllt und mit 96%igem Ethanol/Isopropanol (unvergällt, d. h. kein Brennspiritus!) im Verhältnis 1:5 nachfixiert. Ein Gesamtvolumen von 100 ml Diatomeen-Suspension ist ausreichend. Zur taxonomischen Bestimmung muss ein Diatomeenpräparat mit Probenaufschluss mittels Wasserstoffperoxid angefertigt werden. Diese Art der Konservierung ist für Lagerzeiten bis rund 6 Monate geeignet. Kühlung (4-8°C) verlängert die mögliche Lagerzeit. Variante "Lugolprobe" : Sind nur Lugol-fixierte Proben verfügbar, muss das jodhaltige Fixierungsmittel vor dem Aufschluss der Diatomeen folgendermaßen ausgewaschen werden: Die Proben werden mindestens 2 Tage zur Absedimentierung stehen gelassen. Der Überstand wird mit einer Wasserstrahlpumpe abgesaugt und mit H 2 O dest. auf ca. 250 ml aufgefüllt. Dieser Auswaschvorgang wird noch zweimal wiederholt. Anschließend kann die Probe zur Analyse aufgeschlossen werden. Diese Art der Konservierung ist mit Kühlung von 4-8°C für Lagerzeiten bis 6 Monate bis ggf. maximal ein Jahr geeignet. Lugol-fixierte Proben dürfen nicht in Plastikflaschen aufbewahrt werden, da das Jod des Fixiermittels von der Flaschenwandung aufgenommen und die Fixierung dann abgeschwächt wird. Zudem kann die Kontrolle der Färbung der Probe (Cognac-farben) wegen der Durchfärbung der PE-Flaschenwände nicht mehr stattfinden.
Lebensraum der benthischen Wirbellosen (Makrozoobenthos (MZB) = Makrofauna) ist der Meeresboden und die Pflanzenbestände, die den Meeresboden bewachsen. Das Makrozoobenthos lebt meist im Boden selbst (Infauna). Dabei gibt es nahezu ausschließlich Wirbellose, die im Sediment also den Weichböden siedeln, aber kaum Arten, die befähigt sind in Gestein zu bohren also im Hartsubstrat vorkommen. Viele Wirbellose leben aber nicht im sondern auf dem Meeresboden (Epifauna) und zwar sowohl auf Weich- als auch Hartböden. Viele epibenthisch lebende Wirbellose sind vagil, also frei beweglich, doch auch am Untergrund anhaftende oder verankerte und damit sessile Tiere gibt es unter ihnen. Von der Epifauna können Wirbellose, die mit Pflanzenbeständen vergesellschaftet sind, weiter spezifiziert werden. Viele verschiedene Tiergruppen besiedeln den Meeresgrund. Zu den artenreichsten und zahlenmäßig dominierenden Gruppen zählen die Borstenwürmer (Polychaeta), Flohkrebse (Amphipoda), Muscheln (Bivalvia) und Schnecken (Gastropoda). Der Sedimenttyp bestimmt, welche Tiere sich auf oder im Meeresboden ansiedeln. So sind die Weichbodengebiete (z. B. Sand, Schlick oder Kies) ohne Vegetation dominiert von Borstenwürmern und Muscheln. Gebiete mit Vegetation und Hartbodengebiete (z. B. Steine, Blöcke oder Buhnen) sind typischerweise geprägt von Epifauna, wie Flohkrebsen und anderen Krebstieren sowie Schnecken. Abb. 1: Die Ein- und Ausstromöffnungen der im Weichboden lebenden Sandklaffmuscheln (oben links), eine Wellhornschnecke auf tiefliegendem Schlickgrund (oben rechts), eine Seescheide, Meeresassel auf Seegrasblättern (unten links) und eine Ostseegarnele in mitten von Seescheiden auf einem Brauntang (unten rechts). Die bestimmenden Faktoren für die Verteilung einzelner Arten und die Zusammensetzung der Faunengemeinschaften sind Salzgehalt, Wassertiefe und, wie oben beschrieben, die Form des Untergrundes. Dabei hängen Salzgehalt und Wassertiefe eng zusammen. Eine sogenannte Sprungschicht, die sich in etwa bei 15 m Wassertiefe in den offenen Küstengewässern befindet, trennt eine obere Wasserschicht mit niedrigerem Salzgehalt und höherer Temperatur von einer tieferen Wasserschicht mit höherem Salzgehalt und niedrigerer Temperatur. Die Artenvielfalt ist höher in den salzreicheren, tiefer liegenden Meeresböden. Der überwiegende Teil der Küstengewässer liegt oberhalb der saisonalen Sprungschicht. Neben dem vertikalen gibt es auch einen horizontalen Salzgehaltsgradienten mit ca. 18 - 20 psu im westlichen und ca. 6 - 8 psu im östlichen Teil der Außenküste. Auch am Übergang zwischen den inneren und äußeren Küstengewässern ergibt sich ein Salzgehaltsgradient. In den innersten Bereichen mancher Ästuare und Bodden herrschen nahezu Süßwasserverhältnisse, wodurch Faunenelemente wie Insekten(larven), Oligochaeten (Wenigborster) oder Schnecken zum Artenspektrum hinzutreten. Innerhalb dieser Salzgehaltsgradienten ergibt sich ein Artenminimum, das bei einem Salzgehalt zwischen 5 und 8 psu liegt. Die Wirbellosen nehmen die Vermittlerrolle zwischen den Primärproduzenten, den Pflanzen, und den oberen Stufen des Nahrungsnetzes ein. Sie ist also ein wichtiger Sekundärproduzent und Nahrungsgrundlage der meisten Fische und einiger Vogelarten. Gleichzeitig ernähren sich die meisten Arten der Wirbellosen von Plankton und Detritus, einzelne auch von Großalgen oder Angiospermen. Sie bilden also einen essentiellen Teil der marinen Nahrungsnetze. Als Besonderheit der marinen Wirbellosenfauna kann angesehen werden, dass einige Arten ähnlich wie die Pflanzen einen eigenständigen Lebensraum auf der Oberfläche des Meeresbodens bilden können. Dies trifft vor allem auf die Muschelbänke, aber auch auf die Kolonien von Schwämmen oder Moostierchen. Diese epibenthischen Arten „übernehmen“ die Schutzfunktion, die Vegetationsbestände für Wirbellose haben. Entsprechend ähnlich sind sich auch die Lebensgemeinschaften, die sich innerhalb dieser Lebensräume ausbilden. Abb. 2: Strandkrabbe auf Beutefang in einer Miesmuschelbank (links) und eine Kolonie von Blättermoostierchen (rechts), die ähnliche Wuchsformen wie Rotalgen dieser Tiefenbereiche annehmen. Aktuell stehen verschiedene Verfahren zur Bewertung der benthischen Wirbellosenfauna in Nord- und Ostsee zur Verfügung: Ostsee MarBIT ( Mar ine B iotic I ndex T ool) ( MARILIM 2015 , Berg et al. 2017). Nordsee M-Ambi (M ultimetric A ZTI M arine B iotic I ndex ) ( Borja et al. 2000, Muxika et al. 2007) modifiziertes MarBIT -Verfahren für Helgoland (Boos et al. 2009)
Das Projekt "European Regional Seas Ecosystem Model, ERSEM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Meereskunde (IfM) durchgeführt. In the ERSEM project three different setups of the ecosystem model ERSEM for the whole North Sea were defined, the setup ND15, the setup ND130 and the setup COCOA, the continental coastal application. In the setup ND130 the North Sea is divided into 130 spatial boxes; the boxes are mostly regular 1Grad C x 1Grad C squares. During summer many areas of the North Sea are stratified, and during this period primary production is mostly confined to the upper layer. The boxes were divided in the vertical at the depth of 30 m wherever stratification prevails during summer. This depth was shown to be a reasonable approximation of the thermocline depth in the North Sea (Lenhart et al., 1995, Lenhart & Pohlmann, 1996). In this way 45 boxes are separated into an upper and a lower box for the setup ND130. In Fig. 1b two box numbers are given for the stratified 1Grad C by 1Grad C areas. The box setup ND130 was chosen as the standard setup during the second phase of the ERSEM project (1993 - 1996), when we started to apply ERSEM to the coastal areas where the 15-box setup ND15 did not satisfy the needs of spatial resolution to properly describe the pathway of river inputs from the estuaries along the continental coast into the central North Sea. The setup is related to the HAMSOM grid, i.e. the numerical grid used for the hydrodynamical simulations which are utilized in ERSEM as forcing (Backhaus, 1989; Lenhart et al., 1995). The regular box size is 3 (east-west) by 5 (north-south) grid points, which corresponds approximately to rectangles of 60 km times 100 km side lengths. In addition to the interior boxes 1 to 130, boundary boxes 131 to 155 were defined, because they shall serve for defining boundary conditions for the model (see e.g. Radach & Lenhart, 1995). The northern North Sea is closed towards the Atlantic ocean by the boxes 131 to 141 (east to west) in the surface and by the boxes 144 to 154 in the deeper layers. The Skagerrak partly belongs to the interior of the model domain in ND130, and the eastern Skagerrak and northern Kattegat serve as boundary box 143 (surface) and box 155 (deep). In the Channel box 142 was added. Data were and are needed in the ERSEM project for several purposes. For initializing and forcing in the setup ND130 of the ecosystem model ERSEM data are needed in amounts that allow to prescribe the initial situation within the North Sea and the temporally continuous forcing at the open boundaries of the simulation area (i.e. boundary conditions) by statistically meaningful data products. For testing and validating the model we need annual cycles of the main state variables to enable a comparison of model outcome with observed system behaviour.
Die bestimmenden Faktoren für die Verteilung einzelner wirbelloser Arten und die Zusammensetzung der Faunengemeinschaften der Küstengewässer der Ostsee sind Salzgehalt, Wassertiefe und die Form des Untergrundes. Dabei hängen Salzgehalt und Wassertiefe eng zusammen. Eine sogenannte Sprungschicht, die sich in etwa bei 15 m Wassertiefe in den offenen Küstengewässern befindet, trennt eine obere Wasserschicht mit niedrigerem Salzgehalt und höherer Temperatur von einer tieferen Wasserschicht mit höherem Salzgehalt und niedrigerer Temperatur. Die Artenvielfalt ist höher in den salzreicheren, tiefer liegenden Meeresböden. Der überwiegende Teil der Küstengewässer liegt oberhalb der saisonalen Sprungschicht. Neben dem vertikalen gibt es auch einen horizontalen Salzgehaltsgradienten mit ca. 18-20 psu im westlichen und ca. 6-8 psu im östlichen Teil der Außenküste. Auch am Übergang zwischen den inneren und äußeren Küstengewässern ergibt sich ein Salzgehaltsgradient. In den innersten Bereichen mancher Ästuare und Bodden herrschen nahezu Süßwasserverhältnisse, wodurch Faunenelemente wie Insekten(larven), Oligochaeten (Wenigborster) oder Schnecken zum Artenspektrum hinzutreten. Innerhalb dieser Salzgehaltsgradienten ergibt sich ein Artenminimum, das bei einem Salzgehalt zwischen 5 und 8 psu liegt. Veränderungen von Faunengemeinschaften durch anthropogene Beeinflussung sind seit Jahrzehnten für die Ostsee gut dokumentiert. Die Eutrophierung in Form erhöhter Nährstoffzufuhr erhöht die planktische Primärproduktion in einem Maße dass nur noch ein Bruchteil in den Nahrungsnetzen des freien Wassers oder der benthischen Nahrungskette umgesetzt wird. Dies führt zu einer erhöhten Menge an abgestorbenem Plankton, das am Meeresboden akkumuliert. Bakterielle Abbauprozesse dieses Materials führen zu einer stärkeren Sauerstoffzehrung. Besonders die Epifauna ist empfindlich gegenüber Sauerstoffarmut, aber auch die Infauna kann längere Phasen der Sauerstoffarmut nicht überleben. Zugleich wird die natürliche Sukzession der Faunengemeinschaften verändert. Vor allem empfindliche Arten und k-Strategen (Arten, die eine langsame Entwicklung und einen langen Lebenszyklus haben) werden zurückgedrängt, während kurzlebige und anpassungsfähige Opportunisten-Arten profitieren. Die Gemeinschaft verschiebt sich von größeren Arten und Suspensionsfressern hin zu kleineren, näher an der Sedimentoberfläche lebenden Depositfressern. Aber auch physikalische Störungen des Meeresbodens wie die Bodenschleppnetzfischerei, Bergbau, Verklappungen oder Baumaßnahmen für Offshore-Windkraftanlagen und Küstenschutz verändern die Lebensgemeinschaften am Boden in ähnlicher Weise. Zur Bewertung der benthischen wibellosen Fauna steht das Bewertungsverfahren MarBIT ( Mar ine B iotic I ndex T ool) zur Verfügung. Es bewertet die Faunenelemente der Weich- und Hartböden sowie der Vegetationsbestände (Phytal) aller Küstengewässertypen der Ostsee.
Von den für die WRRL relevanten deutschen Küstengewässertypen der Ostsee werden auch vier hinsichtlich der Qualitätskomponente Phytoplankton bewertet werden. Zwei Typen werden dabei entsprechend des Salzgehaltes in jeweils zwei Subtypen aufgeteilt. Typ B1: oligohaline innere Küstengewässer (Salzgehalt 0,5-5 PSU) Typ B2: mesohaline innere Küstengewässer Subtyp B2a: Salzgehalt 5-10 PSU Subtyp B2b: Salzgehalt 10-18 PSU Typ B3: mesohaline äußere Küstengewässer ohne saisonale Sprungschicht Subtyp B3a: Salzgehalt 5-10 PSU Subtyp B3b: Salzgehalt 10-18 PSU Typ B 4: meso- bis polyhaline äußere Küstengewässer mit saisonaler Sprungschicht (Salzgehalt 10-30 PSU)
Das Projekt "BGC-Argo-Germany-N: Biogeochemisches-ARGO in der Ostsee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM), Abteilung Marine Sensorsysteme durchgeführt. Durch die Weiterentwicklung der ozeanographischen ARGO Floats hin zu Multi-Sensor biogeochemischen Driftern können ausgewählte biogeochemische Variablen messtechnisch erfasst bzw. abgeleitet werden. Die Etablierung des BGC-Argo Programm ist dabei schon so weit fortgeschritten, dass eine Etablierung als operationeller Bestandteil internationaler Initiativen wahrscheinlich wird. Gleichzeitig hat Argo das Ziel seine räumliche Abdeckung zu komplettieren und hierbei auch Randmeere einzuschließen. Deutschlands Beitrag zum BGC-Argo Programm ist derzeit über Förderprogramme realisiert und hat zu wesentlichen Innovationen im Bereich der chemischen und bio-optischen Messverfahren beigetragen. Diese aktive Rolle gilt es auszubauen und dabei einen wesentlichen Interessenbereich Deutschlands, die Ostsee, mit einzuschließen (Beitrag zu Euro-Argo). Daher wird hier vorgeschlagen, BGC-Argo Floats so zu konfigurieren und adaptieren, dass ein Einsatz in der Ostsee möglich ist (ein Gebiet mit geringerer Wassertiefe und starker Sprungschicht) und eine entsprechende Infrastruktur zu schaffen, die eine ganzjährige Betreuung, Qualitätskontrolle und technologische Weiterentwicklung ermöglicht. Die wissenschaftlich-technischen Ziele dieses Antrages sind: 1. Erstmaliger Betrieb biogeochemische ARGO Floats mit spektralen Messungen des Unterwasserlichtfeldes, pH und Sauerstoffmessungen in der westlichen Ostsee als Beitrag zu Euro-Argo zu realisieren. 2. Neuartige Lagebildverfahren für verteilte Daten von BGC-ARGO Floats und festen Stationen in realen Einsatzsituationen (sogenannte Mission-Control-Systeme) als mobile Einheit zu testen und optimieren. 3. Erprobungsplattform für neue Sensoren in Form eines ferngesteuerten Unterwasserfahrzeuges aufzubauen, welches verschiedene biogeochemische Sensoren integriert. Darüber hinaus wird das folgende strategische Ziel verfolgt: 4. Einen deutschen Euro-ARGO Beitrag in der westlichen Ostsee einzubringen.
Das Projekt "Veränderungen in der Bandasee und im Indonesischen Durchfluss während der letzten 700.000 Jahre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Die Bandasee ist eins der entscheidenden Becken, in dem das Vermischen und das Modifizieren der Wassermassen stattfinden, die der „Indonesische Durchfluss“ (ITF) genannt werden und aus dem Pazifik in den Indischen Ozean fließen. Hier findet das Vermischen von den verhältnismäßig salzhaltigen südpazifischen und den relativ süßeren nordpazifischen Quellwassermassen statt, wobei die Tiefe und die Temperatur der Sprungschicht imstande sind, großräumige atmosphärische Rückkopplung und Niederschlagsanomalien zu verursachen. Allerdings ist der Beitrag der südpazifischen Wassermassen zu ITF unbekannt, da bisher sowohl instrumentelle Daten als auch Proxy-basierte Rekonstruktionen fehlen. Wir beantragen Mittel zur Rekonstruktion von Oberflächen- und Sprungschichtbedingungen der letzten 700.000 Jahre basierend auf Mg/Ca und Sauerstoffisotopen in Schalen von zwei planktischen Foraminiferenarten aus einem Sedimentkern in der Bandasee. Die rekonstruierten Bedingungen von der oberen Wassersäule in der Bandasee ermöglichen uns, die relativen Beiträge verschiedener Quellwassermassen zu ITF, deren Zusammenhang mit Meeresspiegeländerungen sowie Konvektion und Niederschlag über Indonesien aufzuklären.
Das Projekt "Properties of solitary wave trains at internal fronts in Lake Constance" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Limnologisches Institut durchgeführt. In the thermocline of lakes and oceans high-frequency internal waves are considered to be the major source of turbulent kinetic energy and a key process driving vertical mixing. In Lake Constance the most energetic high-frequency waves are typically solitary waves generated at the steepened front of the basin scale internal Kelvin wave. The main questions addressed in this project are how stratification, the characteristics of the internal front and lake-morphometry affect the occurrence and properties of solitary wave trains at the internal front in Lake Constance, how much energy is lost from these solitary waves and the wave front to turbulence in the open water and how the properties of solitary wave trains change along their path of propagation. The study will combine the analysis of existing data on high-frequency temperature time series from several years with a new field experiment. The empirical investigations will be complemented by numerical modeling solving the Korteweg-de Vries / Korteweg-de Vries-Burgers equation with spatially varying coefficients to simulate solitary wave trains at the internal front. The spatial differences in solitary wave amplitude, the frequency of the occurrence of solitary waves provided by the statistical analysis and the empirical estimates of energy dissipation during the passage of solitary waves will provide a basis to assess the role of solitary waves for the energy flux from basin scale motion to turbulence and for mixing in the open water.
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