Wasser

1) Versalzung (Salzbelastung)

• salzhaltige Einleitungen (z. B. aus Bergbau-/Industriewässern)

• hohe Salzwerte können Lebensgemeinschaft direkt belasten und indirekt Algenblüten begünstigen

2) Nährstoffeinträge (Eutrophierung)

• Stickstoff und Phosphor fördern Algenwachstum

• wenn gleichzeitig wenig Wasser im Fluss ist, kippt das schneller in problematische Zustände (Algenblüten, Sauerstoffstress)

3) Klimastress: Niedrigwasser & hohe Temperaturen

• Dürreperioden → geringer Abfluss, höhere Wassertemperaturen, weniger Verdünnung von Salz/Nährstoffen/Schadstoffen und oft mehr Sauerstoffprobleme

4) Akute toxische Algenereignisse (als “Kombi-Effekt”)

• Fischsterben 2022 wird in mehreren Auswertungen als Zusammenspiel beschrieben:

  • hohe Salzkonzentration + hohe Nährstoffverfügbarkeit + hohe Temperaturen + Niedrigwasser → starke Vermehrung der toxischen Alge Prymnesium parvum (Goldalge) und Toxinwirkung

  • auch nach 2022 gab es wieder lokale Fischsterben/Algenprobleme, weshalb u. a. über Entsalzungsmaßnahmen und strengere Steuerung von Salzfrachten diskutiert wird

5) Schadstoffe & “Spurenstoffe”

• neben “klassischen” Stoffen spielen Mikroplastik und damit gekoppelte Mikroben und Resistenzgene zunehmend eine Rolle

6) Hydromorphologische Belastung (Flussausbau, Uferverbau, Unterhaltung)

• Strömung, Sedimente, Auenanbindung und Lebensräume verändern sich – oft zulasten von Laichplätzen, Makrozoobenthos und Auenökologie

• δ¹³C → Herkunft/Quelle der Nahrung (Ressourcenbasis)

• δ¹⁵N → trophische Ebene (Position im Nahrungsnetz)

• Organismen übernehmen Isotopensignale aus ihrer Nahrung

• vorhersagbare Anreicherung (Fractionation) von schweren Isotopen entlang der Nahrungskette

• Vergleich von δ¹³C/δ¹⁵N zwischen Organismen → Rückschluss auf Nahrung & trophische Stellung

• δ¹⁵N steigt typischerweise pro trophischer Stufe an (Anreicherung)

• daher eignet sich N gut zur Trophieabschätzung

• δ¹³C ändert sich entlang trophischer Ebenen nur wenig

• δ¹³C zeigt eher „woher kommt die Energie/Carbonquelle?“ statt „welche Stufe?“

• ¹²C ist leichter als ¹³C

• ¹⁴N ist leichter als ¹⁵N

• δ¹³C

• weil es Quellen (z. B. terrestrisch vs. aquatisch produziert) besser trennt

• allochthon (von außen, z. B. Land)

• autochthon (im Gewässer produziert)

• allochthon: Laub, Holz, Bodenpartikel, terrestrisches totes organisches Material

• autochthon: Algen/Periphyton, Makrophyten, Phytoplankton, Biofilm-Produktion

• meist allochthon wichtiger

• Beschattung/Lichtmangel → geringere Primärproduktion

• mehr Laub/Detritus aus Ufervegetation

• Oberlauf: allochthon (Beschattung, Laubeintrag)

• Mittel-/Unterlauf: häufiger mehr autochthon (mehr Licht/Produktion; je nach Trübung)

• Mageninhaltsanalyse (mikroskopisch)

• optional/erweitert: DNA-Metabarcoding, Fettsäure-Biomarker (wenn im Kurs erwähnt)

• stabile Isotope:

  • integriert Nahrung über längere Zeit

  • − weniger „Feinauflösung“ einzelner Beutearten

• Mageninhalt:

  • direkte Beutereste/„Momentaufnahme“

  • − stark zeitpunktabhängig, Verdauungs-Bias

• Ja – man kann Mageninhaltsanalysen auch bei Primärkonsumenten machen, aber Aussagekraft ist oft gering

• mikroskopische Mageninhaltsanalyse besonders gut für Karnivoren (Beute lässt sich effizienter identifizieren)

• zeigt sehr kurzfristige Ernährungsänderungen

• bei Primärkonsumenten oft wenig aussagekräftig, weil viel Detritus ist

  -> lässt sich schlecht eindeutig zuordnen

• Keystone: überproportional wichtiger Effekt; Wegfall → starke Änderungen

• Redundanz: mehrere Arten erfüllen ähnliche Funktion → System stabiler

• Verhältnis/Beitrag allochthon vs. autochthon

• Licht, Nährstoffe, Hydrologie, Eintrag aus Einzugsgebiet (Landnutzung)

• Eutrophierung = Nährstoffüberschuss im Gewässer

  • durch Phosphor (P) und Stickstoff (N)

  • getrieben durch menschliche Aktivitäten

  • führt zu Verschlechterung der Gewässerqualität

Warum Flüsse „anders“ reagieren als Seen

• Seen:

  • stehendes Wasser

  • tendenziell wärmer

  • oft weniger O₂

  • anfälliger („Nährstoffkreislauf“)

• Flüsse:

  • Strömung

  • meist mehr O₂

  • kühler

  • insgesamt weniger anfällig

  • Nährstoffe werden entlang des Flusses transportiert („Nährstoffspirale“)

Ablauf

1. Erhöhter N- und P-Eintrag

2. Übermäßiges Algen-/Pflanzenwachstum

3. weniger Licht + mehr Abbau organischer Masse

4. Sauerstoff zehrt & Wasserqualität sinkt

5. Lebensraumverschlechterung

Schlüsselstelle in Fließgewässern: hyporheisches Interstitial (Kieslückensystem)

• Flüsse haben Selbstreinigungskraft über das durchströmte, belebte Porensystem der Gewässersohle (Austausch Flusswasser ↔ Grundwasser)

• Funktion: Abbau von Nähr- und Schadstoffen + Lebensraum

• Problem bei Eutrophierung: Algen-/Feinsedimente begünstigen Kolmation → Selbstreinigung & Lebensraum gehen verloren

Ursachen

• Natürliche Quellen:

  • Verwitterung

  • Auswaschung organischen Materials

  • Deposition

  • biologische Fixierung

  • natürliche Selbstreinigung

• Anthropogene Quellen (Haupttreiber):

  • Industrie

  • Landwirtschaft

  • Abwässer

  • Landnutzungsänderung

  • Düngung + Erosion

Folgen

Wasserqualität

• O₂ sinkt

• Lichtdurchlässigkeit sinkt

• N- und P-Konzentrationen steigen

Biodiversität & Habitat

• konkurrenzstarke, „eutrophe“ Pflanzen/Algen nehmen zu → Verdrängung

• Kolmation → Verlust von Laichplätzen und Lebensraum

• Risiko der Begünstigung invasiver Arten

Sozioökonomisch

• schlechtere Badewasser-/Erholungsqualität

• Tourismusverluste

• teure Trinkwasseraufbereitung

• Gesundheitsrisiken

Prävention/Maßnahmen

Im Einzugsgebiet

• Landwirtschaft: angepasste Düngung, Erosionsschutz, Zwischenfrüchte, Extensivierung

• Stadt: Sturmwassermanagement

Im Gewässerraum

• strukturverbessernde Maßnahmen

• Flussrenaturierung

• Pufferzonen/Uferstreifen

• Wiederanbindung von Auen

• wenn in Fließgewässer Feinpartikel erodiert werden, werden sie mit Strömung transportiert und lagern sich in ruhigen Bereichen und im Kieslückensystem ab

• kann mehrere „Kettenreaktionen“ auslösen

Was kann passieren?

1) Trübung & Sedimentfracht steigt

• Wasser wird trüb, Licht dringt schlechter ein → weniger Photosynthese

• Feinpartikel können Kiemen/Filterorgane von Tieren belasten

2) Ablagerung im Kiesbett → Kolmation

Kolmation = Feinmaterial verstopft Porenräume im Kies/Schotter des Gewässerbetts

Folgen:

• weniger Wasseraustausch zwischen Flusswasser und Porenraum

• Sauerstoff kommt schlechter nach

• entstehen leichter sauerstoffarme bis anoxische Zonen

• Feinsedimente bringen oft auch organisches Material + Nährstoffe mit → mikrobielle Zersetzung zieht zusätzlich O₂ ab

3) Zusetzung der hyporheischen Interstitialräume

• Hyporheikum ist Übergangszone, wo Flusswasser in Untergrund einsickert und wieder austritt

• Interstitial sind Hohlräume zwischen Kies/Steinen

Wenn diese Räume zu sind:

• Lebensraum geht verloren

• Stoffaustausch wird stark reduziert

4) Brutplätze von Kieslaichern werden unbrauchbar

• viele Fische legen Eier in Kiesgruben

• Feinsediment:

  • verklebt Zwischenräume → Eier ersticken, weil O₂-Nachschub fehlt

  • erschwert das Schlüpfen/Abwandern der Larven

5) Chemische Effekte: Nährstoff-/Schadstofftransport

Feinpartikel haben große Oberfläche → binden leicht

• Phosphor/Nährstoffe → Eutrophierungsimpulse

• Schadstoffe/Metalle → Eintrag in sensible Bereiche des Systems

Wer lebt im hyporheischen Interstitial – und warum ist das wichtig?

Wer lebt dort?

• Mikroorganismen

• Meiofauna

• Makrozoobenthos zwischen Kies

• frühe Lebensstadien vieler Arten: Eier/Larven

Warum sind die wichtig?

• „Bioreaktor“ des Flusses (zentrale Abbau- und Umwandlungsprozesse):

  • Abbau von organischer Substanz

  • Nährstoffumsetzungen

• stabilisiert Wasserqualität

• Basis für Nahrungsketten

• Refugium: Hyporheikum kann Rückzugsraum sein

• Übergangsraum zwischen Flusswasser und Grundwasser im Sediment

• Lebensraum für kleine Wirbellose, Mikroorganismen

• wichtig für Stoffumsatz, Nährstoffretention, Refugium

• Fischfauna

• Makrozoobenthos (MZB)

• Phytobenthos

• Makrophyten (bei Standgewässern statt Phytobenthos oft Phytoplankton)

• Schifffahrt (Ballastwasser, Biofouling)

• Kanäle/Verbindungen zwischen Einzugsgebieten

• Angeln/Bootsport (Geräteverschleppung)

• Aquarien-/Teichhandel (Aussetzen/Entkommen)

Rhein-Main-Donau-Kanal als „Korridor“ zwischen Einzugsgebieten

• Ballastwasser-Management (Behandlung/Wechsel außerhalb sensibler Bereiche)

• Ziel: weniger lebende Organismen werden transportiert/ausgebracht

• Gewässer sind stark vernetzt

• Ausbreitung oft schnell, Monitoring schwierig

• beste Strategie häufig: Prävention (Verhindern des Eintrags)

• Flut/Hochwasser

  • Habitat wird umgelagert: Sedimenttransport, Kolkbildung, Umlagerung von Kies/Sand

  • Drift/Verlust von Organismen, aber auch Ausbreitung/Neubesiedlung möglich

  • starke Trübung → weniger Licht → Produktion ↓ (kurzfristig)

• Austrocknung/Niedrigwasser

  • Lebensraum bricht weg → Stress/Verluste, Fragmentierung in Restpfützen

  • Temperatur ↑, Sauerstoff ↓ → Fisch-/Wirbellosensterben möglich

  • Nahrungsnetze vereinfachen sich, „Refugien“ (tiefe Kolke, Grundwasseranschluss) wichtig

• Lichtverhältnisse verändern sich (mehr direkte Einstrahlung)

• allochthoner Eintrag ↓ (weniger Laub/Detritus)

• Erosion/Sedimenteintrag ↑ → Kolmation des Kieslückensystems

• Nährstoffeintrag kann steigen (Düngung/Abschwemmung näher am Ufer)

• Einzugsgebiet mitdenken (Nährstoffe, Sedimente, Hydrologie) statt nur „vor Ort“

• Raum geben: Auenanbindung, Laufentwicklung zulassen, Eigendynamik fördern

• Durchgängigkeit (für Sedimente & Organismen) verbessern

• naturnahes Abflussregime / weniger harte Regulation (wo möglich)

• langfristige Pflege/Monitoring + realistische Ziele (Leitbild)

• Nährstoffeinträge senken (Düngemanagement, Abwasser/Einträge reduzieren)

• Erosionsschutz im Einzugsgebiet (Bodenbedeckung, Bewirtschaftung anpassen)

• Gewässerrandstreifen/Schutzstreifen etablieren & bewirtschaftungsfrei halten

• Wasserentnahme managen (Niedrigwasser entschärfen)

• invasive Arten: Prävention & Hygiene (Boote/Geräte reinigen, Aufklärung)

• direkt

  • Ballastwasser: Organismen werden aufgenommen/ausgebracht

  • Biofouling: Bewuchs an Rumpf/Anker/Material wird verschleppt

• indirekt

  • Binnenverbreitung über Kanäle (neue Verbindung von Einzugsgebieten)

  • Beispiel: Rhein–Main–Donau-Kanal als Korridor

• weniger Tierproduktion → oft weniger Gülle/Mist → N- und P-Überschüsse ↓

• potenziell weniger Nitrat-Auswaschung & geringere Nährstofffrachten in Gewässer

• Effekt hängt von Landwirtschaft ab:

  • wie viel Mineraldünger genutzt wird

  • Fruchtfolgen, Bodenbedeckung, Erosionsschutz, Randstreifen

wird mit stabilen Isotopen erfasst:

• δ¹³C: Hinweis, aus welcher Ressource Energie stammt bzw. ob eine invasive Art Energie in höhere Ebenen „transportiert“

• δ¹⁵N: zeigt trophische Position und ob sich trophische Ebenen durch die Invasion verschieben

Direkte Auswirkungen (trophisch):

• Prädation (Invasor greift in bestehende Räuber-Beute-Beziehungen ein)

• Konkurrenz & Wettbewerb mit Konsumenten oder Produzenten → verschiebt Ressourcen- und Konsumentenanteile

Indirekte trophische Auswirkungen:

• Änderungen bei Produzenten/Konsumenten können Kaskaden über mehrere Ebenen auslösen

Indirekte nicht-trophische Auswirkungen:

• Effekte, die nicht über „Wer frisst wen“ laufen (z. B. Habitat-/Interaktionsänderungen)

Was bestimmt die Stärke/Richtung der Effekte?

• Autökologie (individuell/art-/populationsbezogene Merkmale)

• Abiotik (Habitatheterogenität, pH, Temperatur, Sauerstoff)

• Synökologie (Eigenschaften der nativen Gemeinschaft: Nahrungsnetz, native Generalisten)

• mehrere Eindringlinge + multiple Stressoren (kombinierte/wechselwirkende Effekte)

1) Mageninhaltsanalyse (wer frisst was?)

• Mikroskopie: Identifikation der aufgenommenen Ressourcen im Magen/Darm

• besonders gut bei Karnivoren

• zeigt sehr kurzfristige Ernährungsänderungen

• technisch/laborativ relativ einfach

• Metabarcoding: genetische Auswertung von Mageninhalten

• Einschränkung: bei Primärkonsumenten oft geringe Aussagekraft (z. B. „amorpher Detritus“)

2) Stabile Isotope (was wird langfristig assimiliert?)

• δ¹⁵N: zeigt, auf welcher trophischen Ebene Konsumenten stehen bzw. ob sich ihre Position verschiebt

• δ¹³C: zeigt Energiequelle (z. B. ob Energie aus benthischen Ressourcen in höhere Ebenen „hochgetragen“ wird)

• wichtiger Punkt: Isotope erfassen langfristige Effekte, nicht nur Momentaufnahmen

• Prinzip: Mit jedem trophischen Transfer kann sich das „schwere“ Isotop anreichern

• Grenzen im Freiland:

  • überlappende Isotopensignaturen der Ressourcen

  • Konsumenten außerhalb des Mischungsraums

Erweiterungen innerhalb des Isotopen-Ansatzes

• Isotopenadditions-Experimente, um Stoff-/Energieflüsse gezielter nachzuverfolgen

• Wasserstoffisotope als alternativer Tracer

3) Literaturdatenbanken

• Nutzung vorhandener Ernährungs-/Link-Informationen aus der Literatur, um trophische Links und damit trophische Positionen zuzuordnen

4) Quantitative Auswertung/Modelle (aus Daten wird „trophische Ebene“)

• für Konstruktion und Berechnung (u. a. „trophische Ebene jedes Konsumenten“) werden Software/Ansätze genannt

5) „Schnell“ über Ernährungstypen (trophische Rolle als Proxy)

• im Fließgewässer wird oft über Ernährungstypen eingeordnet (z. B. Grazer/Weidegänger, Detritivore/Collectors mit Shreddern & Filtrierern; Omnivore, invertebrate Räuber, Fische)

• ist eher funktionelle Einordnung und kann als Proxy für die Stellung im Nahrungsnetz dienen

• Nahrungsnetz ist System verbundener Nahrungsketten

• Summe aller trophischen Beziehungen zwischen Komponenten eines Ökosystems

Nahrungskette vs. Nahrungsnetz

• Nahrungskette: linear (A → B → C)

• Nahrungsnetz: mehrere, überkreuzte Beziehungen gleichzeitig – weil “Kette” Komplexität der Interaktionen nicht ausreichend beschreibt

Typischer Aufbau (trophische Ebenen)

• 4 Ebenen:

  • Produzenten

  • Primärkonsumenten

  • Sekundärkonsumenten

  • Endkonsumenten

  • plus Destruenten zur Remineralisierung toter organischer Substanz