Biologische Untersuchungen inkl. unterstützender Komponenten

Ökologischer Zustand

Seit Inkrafttreten der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie ab 2001 wird die Qualität unserer Oberflächengewässer anhand des "Chemischen Zustandes" und des Ökologischen Zustandes" beurteilt. Zur Ermittlung des "Ökologischen Zustandes" werden an geeigneten Probenahmestellen bzw. Flussabschnitten drei „Biokomponenten“ untersucht: Diese umfassen die Gruppe der Fische, die Gruppe der mit dem bloßen Auge erkennbaren Tiere der Gewässersohle (Makrozoobenthos) und die Gruppe der Wasserpflanzen und Algen (Makrophyten und Phytobenthos).

Die vorgefundene Fauna bzw. Flora wird mit einem Referenzzustand (definiert als den Zustand ohne menschlichen Einfluss) der gewässertypspezifischen Artenvorkommen verglichen. Aus der Abweichung des Ist-Zustandes vom Referenz-Zustand ergibt sich die Qualitätsklasse. Die Ergebnisse für die Biokomponenten werden in fünf Qualitätsklassen von "sehr gut" bis "schlecht" eingestuft, die fünf Klassen sind farbig codiert. Ein „sehr guter Zustand“ ist hierbei gleichwertig zum Referenzzustand des Gewässers. Das Ziel der WRRL ist die Erreichung des „guten Zustandes“ aller Biokomponenten in allen Gewässern. Deswegen ist die am schlechtesten abschneidende Komponente auch verantwortlich für die Gesamtbewertung des ökologischen Zustandes.

In Thüringen (und auch deutschlandweit) wird der „Gute Ökologische Zustand“ derzeit in den meisten Gewässern verfehlt. Es werden jedoch zahlreiche Maßnahmen durchgeführt, um die Gewässerqualität zu verbessern.

Indizieren die Biokomponenten eine gute Bewertung, kann trotzdem eine Abwertung des ökologischen Zustandes auf "mäßig" erfolgen. Dies kommt dann zum Tragen, wenn bei ausgewählten chemischen Parametern, den "flussgebietsspezifischen Schadstoffen", Überschreitungen der in der Oberflächengewässerverordnung festgehaltenen Umweltqualitätsnormen festgestellt werden.

Zur Interpretation der Ergebnisse werden außerdem chemisch/ physikalische Parameter und Ergebnisse der Gewässerstrukturkartierung herangezogen.

Der ökologische Zustand wird über die am schlechtesten bewertete Biokomponente abgeleitet. Bei den Klassen sehr gut und gut erfolgt ausserdem eine Abwertung auf mäßig wenn eine Umweltqualitätsnorm für Stoffe nach Anlage 8 der Oberflächengewässerverordnung überschritten ist.
Schema zur Ableitung des ökologischen Zustands

Makrozoobenthos

Das Makrozoobenthos umfasst die Gruppe der am Gewässergrund lebenden Insektenlarven und wirbellosen Tiere. Schon vor langer Zeit wurde beobachtet, dass die Gesellschaft des Makrozoobenthos sich verändert, wenn die Wasserqualität sich verschlechtert. Deswegen wurde der Saprobienindex entwickelt, der anhand der Artenverteilung der im Gewässer lebenden Klein-, und Kleinstlebewesen die Abwasserbelastung des Gewässers beurteilt. Heutzutage ist die Saprobie ein Teilergebnis der biologischen Qualitätskomponente Makrozoobenthos.

Auch die Gewässerstruktur hat einen großen Einfluss auf die Artenzusammensetzung des Makrozoobenthos. In aufgestauten, langsam strömenden Gewässern benötigen die Wasserorganismen andere Anpassungen an ihren Lebensraum als in turbulenten Gewässern. Auch an das Substrat der Gewässersohle, beispielsweise an einen sandigen oder einen steinigen Gewässergrund, sind Wasserorganismen in unterschiedlicher Weise angepasst, und Niedrigwassersituationen und damit einhergehende hohe Temperaturen werden nicht von allen Wasserorganismen gleichgut toleriert. Das zweite Teilergebnis der Qualitätskomponente Makrozoobenthos, die „Degradation“ beurteilt anhand der Artenzusammensetzung die Qualität der Struktur des Gewässers im Vergleich zu seinem Referenzzustand.

Kopf einer Steinfliege
Steinfliegenart (Dinocras cephalotes), Foto: F. Nixdorf

Fischfauna

Das Artenspektrum der Thüringer Fischfauna umfasst derzeit 35 Arten. Die Zusammensetzung der Fischfauna unterscheidet sich entsprechend den Strömungs‑, Substrat-, Temperatur- und Sauerstoffverhältnissen im Gewäs­serverlauf. Dies und ihr ausgeprägtes Wanderungsverhalten machen sie zu guten Indikatoren der Gewässerstruktur. Die Bewertung der Fischfauna beruht auf dem Vergleich des Artenspektrums, der Abundanzverhältnisse und der Altersstruktur eines vorgegebenen fischfaunistischen Referenzzustandes mit den realen Verhältnissen im Gewässer. Die Fischfauna wird deutschlandweit nach dem FIBS Verfahren bewertet. Es vergleicht das Artenspektrum, die Häufigkeiten und die Altersstruktur der im Gewässer nachgewiesenen Fische mit den für Thüringen geltenden fischfaunistischen Referenzen.


Bewertung Fischfauna nach WRRL (externer Link)

Zur Ermittlung des Fischbestandes kommen Elektrofischgeräte zur Anwendung. Hierbei werden die Fische kurzzeitig betäubt, so dass sie an die Oberfläche kommen. Helfer sammeln die Fische mit Keschern ein, bestimmen die Art, zählen und vermessen die Fische um sie danach wieder ins Gewässer zu entlassen. Bei Fließgewässern, die „durchwatbar“ sind, erfolgt die Befischung mit Rucksack-Elektrofischgeräten. An größeren Gewässern, wie z. B. der Werra, wird vom Boot aus gearbeitet, z.T. kommt hier eine Streifenanode zum Einsatz. Befischt wird jeweils eine festgelegte Strecke von 400 bzw. 500 m (mit Boot). Diese Vorgehensweise erfolgt mit Zustimmung der Fischereiberechtigten und bedarf einer behördlichen Genehmigung.

 

Salmo Trutta Lubomir Hlasek
Bachforelle, Foto: L. Hlasek
ein Bachneunauge am Gewässergrund
Bachneunauge, Foto: L. Hlasek

Makrophyten und Phytobenthos

Die Zusammensetzung der Gesellschaft der höheren Wasserpflanzen (Makrophyten) und am Boden haftenden Algen (Phytobenthos) ist hauptsächlich ein Indikator für die Nährstoffsituation des Gewässers, kann aber auch Störungen im Fließregime oder den Eintrag von erodiertem Material in die Gewässer anzeigen. Die Makrophyten spiegeln auf Grund ihrer langen Lebensdauer, der Aufnahme von Nährstoffen aus dem Sediment und den relativ trägen Verbreitungsmechanismen die Verhältnisse im Gewässer über einen längeren Zeitraum wider. Das Phythobenthos hingegen reagiert sehr kurzfristig auf Veränderungen und kann innerhalb weniger Wochen eine völlig neue, den veränderten Umständen angepasste Lebensgemeinschaft aufbauen.

Viele Wasserfedern auf einem Stillgewässer
Wasserfeder (Hottonia palustris), Foto: F. Nixdorf

Flussgebietsspezifische Schadstoffe

Zur Erfassung des ökologischen Zustandes im Gewässer gehört auch die Erfassung der Belastungssituation mit flussgebietsspezifischen Schadstoffen. Für Deutschland sind die Schadstoffe in Anlage VI der Oberflächengewässerverordnung (OGewV) festgehalten. Weitere Informationen finden Sie unter folgendem Link:

Flussgebietsspezifische Schadstoffe

unterstützende Komponenten: Physikalisch/ Chemische Parameter

Zur Einschätzung der Gewässerqualität werden außer den biologischen Untersuchungen auch grundlegende chemische Untersuchungen durchgeführt. Hierunter versteht man unter anderem Untersuchungen der Wassertemperatur, des Salzgehaltes, der Sauerstoffsituation und der Belastung des Gewässers mit organischen und anorganischen Nährstoffen. Je nach den strukturellen Voraussetzungen im Gewässer reagieren Organismengruppen unterschiedlich stark auf Nährstoffbelastungen. Deswegen wird anhand der chemisch/physikalischen Parameter keine Bewertung des ökologischen Zustandes der Gewässer vorgenommen. Zur Interpretation der biologischen Ergebnisse sind diese Parameter sehr wichtig: einige besonders wichtige Parameter werden im Folgenden kurz vorgestellt.

Phosphor

Phosphor gilt in Binnengewässern als der limitierende Nährstoff für das Wachstum von Pflanzen und Algen. Ein starkes Wachstum führt zu einer hohen Produktion von organischem Material. Im Resultat ändert sich die Artenzusammensetzung im Gewässer. Phosphor wird vor allem durch Abwässer in die Gewässer eingetragen. Seit der Wiedervereinigung wurden in Thüringen zahlreiche Ortschaften neu an die Abwasserreinigung angeschlossen. Dadurch hat sich die Wasserqualität bereits stark verbessert. Der Orientierungswert von 0,1 mg P/l, der eingehalten werden sollte, um den guten ökologischen Zustand im Gewässer zu erreichen, wird in Thüringen momentan trotzdem noch an etwa ¾ aller Messstellen überschritten.

Phosphorkonzentrationen : Stand 2018

Nitrat

Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen und Algen. In Binnengewässern ist er jedoch auch unter natürlichen Bedingungen meist in so hohen Konzentrationen vorhanden, dass er für das Wachstum von Pflanzen und Algen nicht limitierend ist. Deswegen führt eine Erhöhung der Stickstoffkonzentration im Gewässer nicht immer zu einer ökologischen Reaktion. In Gewässern liegt Stickstoff am häufigsten in Form von Nitrat, NO3, vor. Ab einer Konzentration von etwa 50 mg/l ist Nitrat giftig für den Menschen. Trinkwasser mit höheren Konzentrationen muss deswegen verdünnt werden. Bei den anzustrebenden Gewässerschutzmaßnahmen ist außerdem zu berücksichtigen, dass Stickstoff im Salzwasser maßgeblich zum Massenwachstum von Algen und Pflanzen beiträgt und deswegen möglichst wenig davon über die Binnengewässer in die Meere eingetragen werden sollte.

Nitratkonzentrationen : Stand 2018

Sulfat und Chlorid

Sulfat und Chlorid sind Salze, die in einigen Gebieten in Thüringen natürlich in die Oberflächengewässer gelangen, zum Beispiel im Thüringer Becken. In hohen Konzentrationen sind Salze toxisch für Süßwasserorganismen. In die Gewässer Werra und Wipper werden stark salzhaltige Haldenabwässer aus dem ehemaligen Kalibergbau eingeleitet. Das beeinträchtigt die im Gewässer lebenden Organismen stark, einige Abschnitte beider Gewässer sind deswegen im schlechten ökologischen Zustand.

Chloridkonzentrationen : Stand 2018

Sulfatkonzentrationen : Stand 2018

Alte Gewässergüteklassifizierung

Vor Einführung  der WRRL wurde für einige Nährstoffparameter eine stoffbezogene Gewässergüteklasse ausgewiesen. Diese alte Klassifikation wird heute nicht mehr angewendet - auch, weil sich die Belastungssituation der Gewässer stark verbessert hat. Im unten verlinkten Dokument kann man dies für die Jahre 1990 bis 2008 anhand der alten Klassifikation gut nachvollziehen.

Alte Gewässergüteklassifikation : Entwicklung der Ammonium und Phosphorkonzentration in Thüringer Fließgewässern. Daten von 1990 bis 2008.

unterstützende Komponenten: Fließgewässerstruktur

eii naturnahes Gewässer mit beruhigten und bewegten Strömungszonen und Totholz
Zeitzbach, Foto: M. Dittrich

Die Gewässerstrukturkartierung beschreibt die Struktur und damit die Naturnähe bzw. die ökologische Funktionsfähigkeit eines Fließgewässers. Neben der biologischen und chemischen Gewässergüte, die der Ermittlung der Wasserqualität dienen, hat insbesondere die Struktur eines Gewässers entscheidenden Einfluss darauf, ob sich für den jeweiligen Gewässerabschnitt eine typische Lebensgemeinschaft ausbilden kann.
Die ökologische Funktionsfähigkeit von Fließgewässern ist, abgesehen von stofflichen Belastungen in hohem Maße von einer intakten und natürlichen Gewässerstruktur abhängig. Diese spiegelt sich in der Regel auch in einer ungestörten Abfluss- und Feststofftransportdynamik wider. Darüber hinaus sind Gewässerstruktur und Lebensraumqualität der Gewässer eng miteinander verknüpft. Ziel der Strukturkartierung in Thüringen ist die objektive, nachvollziehbare Einschätzung der ökologischen Funktionsfähigkeit der wichtigsten Fließgewässer anhand von definierten Strukturparametern, die die gewässermorphologischen Eigenarten und Prozesse direkt oder indirekt beschreiben.
Der Maßstab der Beurteilung der Gewässerstruktur ist der potentiell natürliche Zustand (Leitbild) des betrachteten Gewässers. Unter diesem potentiell natürlichen Zustand ist die Ausprägung eines Gewässers in seinem naturräumlichen Kontext (Gewässertyp, Gewässerlandschaft, Abflussdynamik, potentielle Besiedelung) zu verstehen.

Für die Bewertung der Kenngröße Gewässerbettdynamik werden die Parameter

  • Linienführung
  • Uferverbau
  • Querbauwerke
  • Abflussregelung
  • und Uferbewuchs

erfasst.

Zur Beurteilung der Auendynamik werden erhoben:

  • Hochwasserschutzbauwerke
  • Ausuferungsvermögen
  • Auenutzung
  • Ausprägung von Uferstreifen.

Die Gesamtbewertung basiert somit auf insgesamt neun Einzelkomponenten, die hierarchisch gegliedert sind. So werden zum Beispiel die Linienführung und das Strukturbildungsvermögen (ergibt sich aus dem Uferverbau, den Querbauwerken und der Abflussregelung) stärker gewichtet als das Vorhandensein eines leitbildkonformen Uferbewuchses, der für die Gewässerentwicklung eine eher geringe Rolle spielt.
Zusätzlich gilt für die Gesamtbeurteilung das Minimumprinzip, wonach die schlechte Bewertung eines Parameters nicht durch die gute Bewertung eines anderen kompensiert werden kann. Wenn wesentliche Anforderungen an die Gewässerbettdynamik unterschritten werden, kann dies beispielsweise nicht durch eine hohe Qualität der Aue ausgeglichen werden.

Insgesamt werden sieben Zustandsklassen unterschieden. Die Zustandsklasse 1 entspricht einem unveränderten, potentiell natürlichen Zustand, bei der Zustandsklasse 7 ist dieser vollständig verändert.

Schema zur Ableitung der Gewässerstruktur
Schema zur Ableitung der Gewässerstruktur
naturnaher Bach
Beispiel einer guten Gewässerstruktur an der Ilm, Foto: M. Dittrich
begradigter Bach
Beispiel einer schlechten Gewässerstruktur im Oberlauf der Rauda, Foto: M. Dittrich

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