Vorlage-Sammeldokument

Der Oberbürgermeister Vorlage Federführende Dienststelle: Fachbereich Umwelt Beteiligte Dienststelle/n: Vorlage-Nr: Status: AZ: Datum: Verfasser: FB 36/0248/WP16 öffentlich 23.04.2014 FB 36/30 Monitoring der Nährstoff- und Planktondynamik im Weiher Schloss Schönau Beratungsfolge: TOP:__ Datum Gremium Kompetenz 14.05.2014 B6 Kenntnisnahme Beschlussvorschlag: Die Bezirksvertretung Aachen-Richterich nimmt den Bericht der Verwaltung zustimmend zur Kenntnis. In Vertretung Gisela Nacken Beigeordnete Vorlage FB 36/0248/WP16 der Stadt Aachen Ausdruck vom: 24.04.2014 Seite: 1/5 finanzielle Auswirkungen keine Investive Ansatz Auswirkungen 20xx Fortgeschriebener Ansatz 20xx Ansatz Fortgeschriebener 20xx ff. Ansatz 20xx ff. Gesamtbedarf Gesamtbedarf (neu) (alt) Einzahlungen 0 0 0 0 0 0 Auszahlungen 0 0 0 0 0 0 Ergebnis 0 0 0 0 0 0 + Verbesserung / 0 0 Deckung ist gegeben/ keine Deckung ist gegeben/ keine ausreichende Deckung ausreichende Deckung vorhanden - Verschlechterung vorhanden konsumtive Ansatz Auswirkungen 20xx Ertrag Fortgeschriebener Ansatz 20xx Ansatz Fortgeschriebener 20xx ff. Ansatz 20xx ff. Folgekosten Folgekosten (alt) (neu) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Abschreibungen 0 0 0 0 0 0 Ergebnis 0 0 0 0 0 0 Personal-/ Sachaufwand + Verbesserung / - Verschlechterung 0 0 Deckung ist gegeben/ keine Deckung ist gegeben/ keine ausreichende Deckung ausreichende Deckung vorhanden vorhanden Die Maßnahmen sind Aufgaben der laufenden Veraltung, daher fallen für die Umsetzung nur Kosten an, die über das Sachkonto 5242 0000 beim PSP-Element 4-130102-907-8 gedeckt sind. Vorlage FB 36/0248/WP16 der Stadt Aachen Ausdruck vom: 24.04.2014 Seite: 2/5 Erläuterungen: Am 31.10.2012 hat die Verwaltung im Rahmen der Sitzung der Bezirksvertretung Aachen-Richterich einen Sachstandsbericht zur weiteren Vorgehensweise im Zusammenhang mit dem Tiersterben im Weiher von Schloss Schönau abgegeben. Am 06.03.2013 hat die Verwaltung im Rahmen der Sitzung der Bezirksvertretung Aachen-Richterich einen Bericht zum Gutachten vom Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und –bewertung (gaiac) zur Steuerung der Teichanlage Schloss Schönau mit dem Schwerpunkt Botulismus und Eutrophierung abgegeben. Neben den vorgeschlagenen Maßnahmen, die bereits umgesetzt wurden, empfahl der Gutachter eine Beauftragung eines Gewässermonitorings, mit dem der Fachbereich Umwelt gaiac beauftragt hat und das in 2013 durchgeführt wurde. Das Ergebnis des Monitorings liegt nun vor.Das Gutachten trägt den Titel: Monitoring der Nährstoffund Planktondynamik im Weiher Schloss Schönau. Die Zusammenfassung lautet wie folgt: Die Freisetzung aus dem Sediment spielt die dominierende Rolle im Nährstoffhaushalt des Schloss Schönau Weihers. Trotz der Entschlammung durch die Stadt Aachen des Weihers im Jahr 2008 haben sich genug Nährstoffe angereichert, um eine starke Phosphormobilisierung im Jahr 2013 zu bewirken. Daher ist es erfolgversprechender, statt einer erneuten Entschlammung Maßnahmen zu ergreifen zur Verhinderung weiterer Phosphoreinträge (z.B. Regulierung des Entenbestands und Laubeintrag): 1.1 Der Zufluss zum Weiher weist im Untersuchungszeitraum generell geringere Phosphorkonzentrationen als der Weiher auf und führt in der Bilanz eher zu einer Abreicherung von Phosphor im Weiher. Daher ist der Zufluss als Einleiter trotz seiner Phosphorfracht akzeptierbar, ein Handlungsbedarf besteht momentan nicht. 1.2 Der Vorteich (Teich an der Vorburg) spielt momentan aufgrund der fehlenden Verbindung keine Rolle für den Weiher. Als möglicher künftiger Einleiter ist er aufgrund seiner erhöhten Phosphorgehalte nicht zu empfehlen. Eventuelle diffuse Grundwasserzuflüsse in den Weiher sind hinsichtlich ihrer Nährstoffgehalte bedenkenlos. 2. Als wichtige Maßnahme wird weiterhin das mit intensiver Öffentlichkeitsarbeit begleitete Verbot der Entenfütterung befürwortet, um die Enten zur Abwanderung zu bewegen. Im Jahr 2013 konnte der Entenbestand dadurch erfolgreich vermindert werden, wodurch die Nährstoffeinträge in das Gewässer gemindert wurden. Vorlage FB 36/0248/WP16 der Stadt Aachen Ausdruck vom: 24.04.2014 Seite: 3/5 3. Ein nennenswerter Phosphor-Eintrag durch den herbstlichen Laubfall in das Gewässer ist nach den vorliegenden Daten nicht auszuschließen. Daher wird die rasche und effektive Entfernung von Falllaub auch weiterhin empfohlen. 4.1 Auf der Basis der vorliegenden Daten ist ein gravierender Eingriff in den Fischbestand (Biomanipulation) momentan nicht notwendig. Allerdings ist der Einfluss gründelnder Fische auf die Gewässertrübung (Sichttiefe) im Weiher bisher unklar. Insbesondere Fische wie z.B. größere Karpfen können deutlich zur Nährstoffmobilisierung aus dem Sediment beitragen. 4.2 Ein jährliches Hegefischen unter Federführung des örtlichen Angelsportvereins ist daher zu empfehlen. Dabei sollten zum einen ältere, reproduktionsstarke Friedfische wie Rotaugen und Rotfedern entnommen werden, die als Nährtiere für Raubfische keine Rolle spielen, deren Nachwuchs aber das Zooplankton deutlich reduzieren kann. Zum anderen sollten auch große gründelnde Fische wie z.B. Karpfen aus dem Gewässer entfernt werden. 5. Zur Stabilisierung der Sauerstoffgehalte ist der weitere Einsatz der Sauerstoffbelüftungsanlage äußerst empfehlenswert, um eine Unterschreitung einer für Fische und tierische Wirbellose kritischen Sauerstoffkonzentration zu unterbinden und das Risiko eines sich widerholenden Fischsterbens zu reduzieren. Es wird empfohlen, die Belüftungsanlage schon ab dem zeitigen Frühjahr (z.B. März) zu betreiben. Auch ist eine im Tagesverlauf per Intervallschaltung regulierte Betriebsdauer denkbar, um den Einsatz des möglicherweise als störend empfundenen Sprudlers zeitlich zu begrenzen. Für eine zugrundegelegte Sauerstoffanreicherung von 4 mg O2/L pro Tag sollte der Lüfter ca. 12 h pro Tag laufen. Diese Laufzeiten können auch gestückelt über den Tag verteilt werden, wobei in den Morgenstunden zwischen Mitternacht bis Mittag aufgrund der fehlenden O2-Produktion in der Nacht die höchste Effektivität der O2-Anreicherung erzielt werden kann. 6. Eine Kontrolle hinsichtlich verendeter Tiere im und am Gewässer sowie gegebenenfalls eine sofortige Entfernung von Kadavern ist weiterhin dringend angeraten, um den Ausbruch von Botulismus einzudämmen. Das Monitoringergebnis wurde seitens der Fachverwaltung, dem Fachbereich Umwelt, gesichtet und bewertet. Die vorgeschlagenen 6 Punkte werden mitgetragen und werden bereits umgesetzt bzw. werden zur Zeit zur Umsetzung vorbereitet: Zu 1. Zuflüsse zum Weiher Neben den diffusen Zuflüssen erfolgt der Hauptzufluss über Zuflüsse unbekannter Herkunft in den Zulaufkanal zum Weiher aus Richtung der Schönauer Allee. Alle diese Zuflüsse sind GrundwasserZuflüsse. Verändernde Maßnahmenwerden nicht empfohlen und sind aufgrund dessen nicht vorgesehen. Zu 2. Effektives Verbot der Entenfütterung Vorlage FB 36/0248/WP16 der Stadt Aachen Ausdruck vom: 24.04.2014 Seite: 4/5 Der Fachbereich Sicherheit und Ordnung hat mittlerweile das Verbot der Entenfütterung in die Straßennutzungsverordnung der Stadt Aachen aufnehmen lassen. Die Kontrolle am Weiher Schloss Schönau erfolgt bislang durch Ordnungskräfte des Bezirks. Eine Information der Bürger findet über die vor Ort deponierten Flyer statt. Zu 3. Entfernen von Falllaub Das E 18 ist beauftragt, das Falllaub zu entfernen. Mittlerweile laufen erste Gespräche mit dem E 18, wie dies intensiviert werden kann. Zu 4. Fischbestand Der örtliche Angelsportverein hat sich bislang kooperativ gezeigt. Insofern wird davon ausgegangen, dass die anstehenden Gespräche mit der Vereinsführung zu einer Umsetzung der vom Gutachter vorgeschlagenen Maßnahme (jährliches Hegefischen auf ältere Friedfische und auf Karpfen) führen werden. Zu 5. Sauerstoffbelüftungsanlage Nachdem der Gutachter dem Fachamt seine Auffassung zum Betrieb des Belüfters vorab mitgeteilt hatte, wurde er schon im März umgehend installiert. Zu 6. Entfernung von Kadavern Sobald erkannt wird, dass ein verendetes Tier entdeckt wurde, wird die Bezirkskolonne des E 18 darüber umgehend informiert. Durch sie erfolgt die zeitnahe Entnahme und Beseitigung der verendeten Tiere. Da die abschließende Bearbeitung des Antrags der SPD-BF vom 10.09.2012, lfd. Nr. 66, noch aussteht, wurde im Zusammenhang mit diesem Monitoring der Gutachter auch gebeten, eine Stellungnahme zur möglichen Einrichtung von Schilfbereichen zu fertigen. Aussagen dazu hat er an dem Monitoringbericht angehängt. Es wird jedoch mittlerweile deutlich, dass der o.g. SPD-Antrag nicht über eine solche Stellungnahme abgearbeitet werden kann, da der Antrag wohl eine generelle Betrachtung mit einer Diskussion von Vorschlägen zur ökologischen Aufwertung des Weihers bzw. von Teilen des Weihers meint und nicht, wie hier geschehen, eine Betrachtung rein unter dem Gesichtspunkt Botulismus. Deshalb ist die Fachverwaltung derzeit in Gesprächen mit Büros, die dazu Ausführungen machen könnten, mit dem Ziel eine Ausarbeitung zu beauftragen. Anlage/n: Das Gesamtgutachten der gaiac ist über Allris einsehbar. Vorlage FB 36/0248/WP16 der Stadt Aachen Ausdruck vom: 24.04.2014 Seite: 5/5 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Monitoring der Nährstoff- und Planktondynamik im Weiher Schloss Schönau (Aachen, Richterich) Dr. Tido Strauss 20. FEBRUAR 2014 gaiac Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und –bewertung e.V. Kackertstrasse 10 52072 Aachen strauss@gaiac.rwth-aachen.de www.gaiac.rwth-aachen.de Auftraggeber: Stadt Aachen, Fachbereich Umwelt Reumontstraße 1, 52064 Aachen Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Inhalt 1 Ziel der Untersuchung................................................................................................ 3 2 Untersuchungsgewässer und Probestellen ................................................................. 4 3 Ergebnisse................................................................................................................. 6 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 Zuflussmengen................................................................................................................... 6 Physikalisch-chemische Parameter ................................................................................... 6 Nährstoffanalysen ............................................................................................................. 9 Planktonanalysen und Chlorophyll-a............................................................................... 13 3.2 Sommerliches Temperaturprofil ................................................................................. 16 3.2.1 Simulationen zum Einfluss der Gewässermorphologie auf die Wassertemperatur ....... 17 3.3 Effektivitätsmessung des Belüftungssystems im Weiher .............................................. 19 3.4 Entenbestand (Monitoring) ........................................................................................ 21 3.5 Fischbestand (Hegefischen) ........................................................................................ 21 4 Nährstoffbilanzen für den Schloss Schönau Weiher .................................................. 22 5 Zusammenfassung .................................................................................................. 26 6 Stellungnahme zur möglichen Einrichtung von Schilfbereichen in der Teichanlage Schloss Schönau.............................................................................................................. 28 7 Datenanhang .......................................................................................................... 30 7.1 Messdaten Grundwasserzufluss Vorteich.................................................................... 30 7.1.1 Physikalisch-chemische Messdaten................................................................................. 30 7.1.2 Nährstoffanalysen ........................................................................................................... 30 7.2 Messdaten Vorteich ................................................................................................... 31 7.2.1 Physikalisch-chemische Messdaten................................................................................. 31 7.2.2 Nährstoffanalysen ........................................................................................................... 31 7.3 Messdaten Zufluss Schloss Schönau Weiher ................................................................ 32 7.3.1 Physikalisch-chemische Messdaten................................................................................. 32 7.3.2 Nährstoffanalysen ........................................................................................................... 32 7.4 Messdaten Schloss Schönau Weiher ........................................................................... 33 7.4.1 Physikalisch-chemische Messdaten................................................................................. 33 7.4.2 Nährstoffanalysen ........................................................................................................... 34 7.4.3 Phosphorbilanzen Schloss Schönau Weiher.................................................................... 35 8 Literatur.................................................................................................................. 35 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 2 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 1 Ziel der Untersuchung Im Sommer 2012 trat an der Teichanlage am Schloss Schönau im Aachener Vorort Richterich ein Fall von Geflügelbotulismus auf. Dieser erste in Aachen bekannt gewordene Botulismusfall wurde ursächlich mit der schlechten Wasserqualität in Folge zu starker Nährstoffeinträge in Zusammenhang gebracht (Strauss 2012). Künftige Maßnahmen gegen Botulismus sollten daher vor allem auf die Verbesserung der Gewässerqualität im Weiher zielen. Ziel dieser Untersuchung ist es, konkrete Maßnahmen zu benennen, die ein weiteres Fischsterben verhindern und einer zunehmenden Eutrophierung des Gewässers entgegenwirken können. Diese Bewertung wurde auf der Basis der Messung physikalisch-chemischer Parameter, der Nährstoffdynamik und der Planktonentwicklung im Weiher über die gesamte Vegetationsperiode des Jahres 2013 durchgeführt. Diese Analysen beinhalten auch die Analyse externer Nährstoffeinträge durch Zuflüsse, Enten und Fallaub. Abb. 1.1: Teichanlage Schloss Schönau (am 26.09.2012). Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 3 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 2 Untersuchungsgewässer und Probestellen Das untersuchte Gewässer ist eine Teichanlage am Schloss Schönau im Aachener Vorort Richterich (Abb. 2.1). Vier Probestellen wurden für die routinemäßige Beprobung ausgewählt (Abb. 2.1): Eine Probestelle am Schloss Schönau Weiher, an der Brücke am Südufer gelegen (a), der einzige kontinuierliche Zufluss in den Weiher (b), ein Vorteich (c), und ein kleiner Grundwasserzufluss in den Vorteich (d) als typische diffuse Einleitung, wie sie auch im Weiher vorkommt. Eine aufgrund der Monitoringergebnisse im Spätsommer 2013 durch die Stadt Aachen veranlasste optische Kanaluntersuchung ergab, dass der Vorteich und der Schloss Schönau Weiher keine direkte hydraulische Verbindung haben. Der Zufluss in den Weiher speist sich aus unbekannten, diffusen Quellen, die über ein Rohrsystem in den Weiher fließen. Dies war auch der Fall bei längeren Trockenwetterperioden, was auf eine Grundwasserbürtige Herkunft der Wässer schließen lässt. Als Beckenkenngrößen des Schloss Schönau Weihers wurde ein Volumen von 2475 m3 bei einer mittleren Tiefe von 1,1 m und einer Oberfläche von 2250 m2 angenommen. c d b a Abb. 2.1: Probestellen. a: Schloss Schönau Weiher; b: Zufluss zum Weiher. c: Vorteich. d: Grundwasserzufluss. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 4 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 In Abb. 2.2 sind die Probestellen 1-6 der Messkampagnen für Sauerstoff (vom 23.29.05.2013, siehe Kapitel 3.3) und Temperatur (am 18.07.2013, siehe Kapitel 3.2) dargestellt. B markiert die Position des am 19.04.2013 eingesetzten Oberflächenbelüfters. 1 2 B 3 6 5 4 Abb. 2.2: Probestellen 1-6 der Messkampagnen für vertikale Temperaturprofile (Kapitel 3.2) und horizontal Sauerstoffverteilungen (Kapitel 3.3). B:Position des Belüfters. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 5 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 3 Ergebnisse Im folgenden werden die Messdaten zum Monitoring des Teichsystems dargestellt. 3.1.1 Zuflussmengen Der Zufluss in den Weiher ist mit 0,38 L/s im Jahresmittel relativ gering (Tabelle 3.1) und weist kaum Schwankungen auf (vgl. Tabelle 7.1). Aus diesem Weiherzufluss von ca. 12000 m3 pro Jahr resultiert eine theoretische Wasseraufenthaltszeit des Weihers von ca. 2,5 Monaten (75 Tage). Dies bedeutet, dass das Weiherwasser durch den Zufluss theoretisch einmal in 2,5 Monaten komplett ausgetauscht würde. Der Grundwasserzufluss in den Vorteich ist als äußerst gering einzustufen. Es wurden im Uferbereich des Weihers ebenfalls geringe diffuse Einsickerungen beobachtet, die wahrscheinlich von eindringendem Grundwasser herrühren. Tabelle 3.1: Zuflussmengen im Jahresmittel (Mittelwerte ± Std.-Abw., n=10) Probestelle Grundwasserzufluss Vorteich (d) Zufluss Schloss Schönau Weiher (b) Zufluss [L/s] 0,07 ± 0,03 0,38 ± 0,11 3.1.2 Physikalisch-chemische Parameter Die elektrische Leitfähigkeit im Vorteich und dem Grundwasser in den Vorteich sind nahezu identisch, der Weiherzufluss weicht hingegen vom Vorteich deutlich ab (Abb. 3.1). Daher ist eine Verbindung von Vorteich und Weiher auszuschließen. Das Weiherwasser zeigt eine hohe Temperaturamplitude im Jahresverlauf mit einer deutlichen Wärmeperiode im Juli (Abb. 3.2). Beide Zuflüsse zeigen relativ niedrige Temperaturen mit einem langsamen Anstieg um wenige Grad im Spätsommer, wie sie für oberflächennahe Grundwasseraustritte typisch sind. Die pH-Werte im Weiher (Abb. 3.3) zeigen eine hohe Algen-Produktivität an (vgl. Abb. 3.10). Im Juli wurden pH-Werte von deutlich über 9 erreicht. Die Sauerstoffkonzentration im Weiher (Abb. 3.4) zeigt eine hochdynamische Entwicklung. Die Werte schwanken ganzjährig zwischen starker Über- und Untersättigung. Schon Ende Mai gab es trotz geringer Wassertemperaturen die Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 6 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Gefahr zu geringer und daher fischtoxischer Sauerstoffgehalte im Gewässer. Durch den Betrieb der Belüftungsanlage (Abb. 3.4, grau schattiert) konnte der Sauerstoffgehalt allerdings oberhalb kritischer Werte stabilisiert werden. Die Sauerstoffdefizite korrelieren stets mit Zusammenbrüchen des Phytoplanktons, welches seinerseits zwischen Phasen mit sehr hoher Biomasse und geringen Abundanzen wechselte, wie es für eutrophe Kleingewässer typisch ist. Die Secchi-Sichttiefe ist ein Maß für die Transparenz in Gewässern. Im Schloss Schönau Weiher betrug die Sichttiefe im Jahresmittel 56 ± 19 cm (Mittelwert ± Std.Abw., n=10), und nur 38 ± 3 cm (Mittelwert ± Std.-Abw., n=3) im Sommer. 800 Leitfähigkeit Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau 750 µS/cm 700 650 600 550 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.1: Elektrische Leitfähigkeit im Jahresverlauf. 30 Temperatur Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau 25 °C 20 15 10 5 0 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.2: Oberflächliche Wassertemperatur im Jahresverlauf. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 7 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 10 pH Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau pH-Wert 9 8 7 6 5 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.3: pH-Werte im Jahresverlauf. 25 Sauerstoff mg O2/L 20 15 10 5 Pumpe Sauerstoff Weiher 0 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Abb. 3.4: Sauerstoffkonzentrationen im Betriebszeiträume der Belüftungsanlage. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Sep Okt Nov Jahresverlauf. Dez Graue Schattierung: Seite 8 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 3.1.3 Nährstoffanalysen Die Gesamt-Phosphor-Konzentration im Weiher zeigte einen beträchtlichen Anstieg von 60 µg P/L im März auf 350 µg P/L im Juli (Abb. 3.5). Anschließend erfolgte wieder eine Phosphor-Abreicherung durch Sedimentation und Abfluss. Im November ereignete sich ein erneuter Phosphoranstieg, möglicherweise spielte hierbei der starke herbstliche Laubfall eine wesentliche Rolle. Der Grundwasserzufluss weißt mit 24 µg P/L sehr niedrige Gesamtphosphorwerte auf. Der Phosphorgehalt des Weiher-Zuflusses hingegen liegt im Jahresmittel schon doppelt so hoch. Im Weiher zeigt das anorganische gelöste Ortho-Phosphat deutliche Fluktuationen, bedingt durch die Aufnahme des Phytoplanktons bzw. Exkretion durch das Zooplankton (Abb. 3.6). Der hohe Peak im August steht im Zusammenhang mit der zusammenbrechenden Cryptophyceen-Blüte. Der Weiherzufluss zeigt nahezu dieselbe Ortho-Phosphat- wie Gesamtphosphorkonzentration, der Phosphor liegt hier somit zu ca. 85% in algenverfügbarer Form vor (Tabelle 3.2). Tabelle 3.2: Phosphorkonzentrationen (Mittelwerte ± Std.-Abw., n=10) Probestelle Grundwasserzufluss Vorteich Vorteich Zufluss Schloss Schönau Weiher Schloss Schönau Weiher Pges [mg P/L] 0,024 ± 0,005 0,095 ± 0,033 0,058 ± 0,017 0,189 ± 0,103 Ortho-P [mg P/L] 0,015 ± 0,003 0,045 ± 0,021 0,050 ± 0,007 0,072 ± 0,052 Beide Zuflüsse weisen dieselben hohen Nitrat-Werte auf (Abb. 3.8), die auch den größten Teil des Gesamtstickstoffs ausmachen (Abb. 3.7). Der hohe Nitratwert im Vorteich deutet, wie auch schon die Leitfähigkeitswerte, auf eine Speisung durch Grundwasser hin. Im Weiher sind die Nitrat-Werte nur im Juni und Juli derart erniedrigt, dass eine Stickstofflimitation des Phytoplanktons auftreten könnte. In der Regel sind aber noch relativ hohe Nitrat-Werte festzustellen, die die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Cyanobakterien (Blaualgen) verringern. Beide Ammonium-Peaks im Weiher (Abb. 3.9) sind auf zusammenbrechende Phytoplanktonblüten zurückzuführen. Die Ammoniumkonzentrationen in den Zuflüssen sind ähnlich gering. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 9 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 0.4 Gesamt-Phosphor Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau mg P/L 0.3 0.2 0.1 0.0 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.5: Gesamt-Phosphor-Konzentration im Jahresverlauf. 0.25 Ortho-Phosphat Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau mg P/L 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.6: Ortho-Phosphat-Konzentration im Jahresverlauf. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 10 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 8 Gesamt-Stickstoff mg N/L 6 4 2 Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau 0 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.7: Gesamt-Stickstoff-Konzentration im Jahresverlauf. 5 mg N/L 4 Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau 3 2 1 Nitrat 0 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.8: Nitrat-Konzentration im Jahresverlauf. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 11 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 0.8 Ammonium Grundwasser Vorteich Zufluss Weiher Weiher Schönau mg N/L 0.6 0.4 0.2 0.0 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.9: Ammonium-Konzentration im Jahresverlauf. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 12 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 3.1.4 Planktonanalysen und Chlorophyll-a Im Weiher herrschten 2013 vor allem durch das Zooplankton gut fressbare und daher meist unproblematische Phytoplanktonarten (Abb. 3.10) vor. Es treten 2013 keine nennenswerten Konzentrationen von Cyanobakterien (Blaualgen) auf. Allerdings zeigt die zum Teil äußerst hohe Phytoplankton-Biomasse von bis zu über 25 mg FG/L hoch-eutrophe Verhältnisse an. 30 Weitere Gruppen Dinophyceae 25 Cyanobakteria Cryptophyceae mg FG / L 20 Bacillariophyceae Chlorophyceae 15 10 5 1. De z. 1. No v. 1. O kt . 1. Se p. 1. Au g. 1. Ju l. . 1. Ju n . 1. M ai 1. Ap r. 1. M rz . 0 Abb. 3.10: Populationsdynamik der dominanten Phytoplanktongruppen Jahresverlauf (mg Feuchtgewicht/L, kumulative Darstellung). im Die dominanten Phytoplantonarten waren: Cryptophyceae: Cryptomonas spec. Bacillariophyceae (Kieselalgen): Centrische Diatomeen, Asterionella formosa Chlorophyceae (Grünalgen): Coccale Chlorophyceen, Pediastrum boryanum, Oocystis spec., Closteriopsis longissima, Scenedesmus cf. opoliensis Dinophyceae: Peridinium cf. palatinum Die über Fluoreszenzmessungen erfasste Chlorophyll-a-Konzentration (Abb. 3.11) weist sehr hohe Werte bis zu 120 µg Chl.a/L auf, und korrespondiert sehr gut mit der mikroskopisch quantifizierten Phytoplankton-Biomasse (Abb. 3.12). Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 13 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 140 Chlorophyll a Gesamt-Chl.a Chlorophyceen Cyanobakterien Diatomeen und Chrysophyceen Cryptophyceen 120 µg Chl.a / L 100 80 60 40 20 0 Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abb. 3.11: Chlorophyll-a-Konzentration (über Fluoreszenzmessung) Jahresverlauf, dargestellt für Gesamt-Chlorophyll und einzelne Algengruppen. im 150 y = 4.2577x R2 = 0.9886 Chl-a [µg/L] 125 100 75 50 25 0 0 5 10 15 20 25 30 Biom asse Phytoplankton [m g FG/L] Abb. 3.12: Korrelation der Chlorophyll-a-Messungen mittels Fluoreszenz mit der mikroskopischen Erfassung der Phytoplankton-Biomassen. Das Zooplankton im Schloß Schönau Weiher (Abb. 3.13) wird klar dominiert durch die Cladocere Bosmina longirostris (Blattfußkrebs). Diese erreichte Dichten von über 2000 Ind./L im Juni 2013. Insbesondere in den Sommermonaten erreichten die Bosminen eine mittlere Körperlänge von ca. 350 µm (Tabelle 3.3), was auf einen relativ geringen Fraßdruck durch die Friedfische hindeutet. Im Juni 2013 erreichten auch die Daphnien nennenswerte Dichten von 180 Ind./L bei einer mittleren Körperlänge von 770 µm (Abb. 3.13). Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 14 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Die Zusammensetzung und Größenverteilung der Wasserflöhe insgesamt zeigt eine eher moderate Fressrate der kleinen zooplanktivoren Friedfische an. Die Rädertiere wurden dominiert durch die folgende Arten: Polyarthra spec., Anuraeopsis fissa, Keratella cochlearis, Keratella quadrata, und Asplanchna spec. Bosmina longirostris Daphnia galeata/cucullata/hyalina weitere Cladoceren Nauplien cyclopoide Copepoden Summe der Rädertiere 3.5 Biomasse [mgTG/L] 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 . De z 1. 1. No v . . O kt 1. 1. Se p . . Au g 1. l. Ju 1. n. 1. Ju . M ai 1. . Ap r 1. 1. M rz . 0.0 Abb. 3.13: Populationsdynamik der dominanten Zooplanktongruppen im Jahresverlauf (mg Trockengewicht/L, kumulative Darstellung). Tabelle 3.3: Körperlängen der Cladocere Bosmina longirostris im Weiher Datum 28.03.13 26.04.13 22.05.13 16.06.13 15.07.13 09.08.13 02.09.13 30.09.13 16.10.13 22.11.13 Mittlere Körperlänge [µm] 337 352 282 357 326 342 290 281 349 394 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Anzahl vermessener Tiere (n) 22 114 126 123 119 112 133 94 148 117 Seite 15 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 3.2 Sommerliches Temperaturprofil Die Wassertemperatur ist sowohl für den Ausbruch von Geflügel-Botulismus als auch für negative Auswirkungen eutrophierter Gewässer wie z.B. Fischsterben wesentlich. So ist die Geschwindigkeit der Toxinproduktion bei Temperaturen von über 20°C massiv beschleunigt. Ebenso sind Prozesse wie die Sauerstoffzehrung in einem Gewässer exponentiell temperaturabhängig. Bisher konnte nicht klar vorhergesagt werden, ob es unter den gegebenen Bedingungen zu thermischen Schichtungen im Weiher Schloss Schönau kommt, da bisher keine Daten dazu vorlagen (Strauss 2012). Daher wurden im Hochsommer 2013 an mehreren Stellen im Weiher vertikale Temperaturprofile gemessen, wodurch Aussagen zum Schichtungsverhalten des Gewässers und der Temperaturentwicklung im Wasserkörper und an der Sedimentoberfläche getroffen werden können. In einer Zeit ohne Pumpenbetrieb (vgl. Abb. 3.4, Seite 8) während der wärmsten Periode im Jahr 2013 (vgl. Temperaturverlauf Abb. 3.2, Seite 7) wurden am 18.07.2013 nachmittags (16-17 Uhr) Temperaturprofile im Weiher gemessen. Die Probestellen sind in Abb. 2.2 (Seite 5) dargestellt. Die Messergebnisse (Abb. 3.14) zeigen eine deutliche Temperaturschichtung an diesem Tag mit einer maximalen Temperaturdifferenz von 4,5 °C an Stelle 4. Dabei repräsentiert die jeweils unterste Messung eines jeden Profils die Temperatur in der oberen Sedimentschicht. Die leicht höhere Temperatur an Stelle 4 im Vergleich mit den Stellen 1 und 2 mag an der längeren Sonneneinstrahlung liegen, da die Stellen 1 und 2 bis zum Mittag beschattet wurden. Es gibt keinen Hinweis auf eine von der Wassertemperatur unterschiedliche Sedimenttemperatur. Allerdings kann es bei starker Sonneneinstrahlung und windarmem Wetter generell zu einer deutlichen Aufheizung des Gewässers in den oberen 50 cm kommen. Diese erhöhten Temperaturen würden in Flachwasserbereichen auch die Sedimentoberfläche betreffen, und somit günstigere Bedingungen für einen potentiellen Ausbruch von Geflügelbotulismus schaffen, falls sich tierische Kadaver im Uferbereich befänden. Zudem kann eine solche thermische Schichtung zu kurzfristigen sauerfreien Bedingungen an der Sedimentoberfläche führen und so die sommerliche Nährstofffreisetzung aus dem Sediment erhöhen. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 16 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Temperatur [°C] 17 18 19 20 21 22 23 24 0 Wassertiefe [cm] 20 40 60 80 Probestelle 1 Probestelle 2 Probestelle 3 Probestelle 4 Probestelle 6 100 120 140 Abb. 3.14: Temperaturprofile an 5 Probestellen des Weihers am 18.07.2013. 3.2.1 Simulationen zum Einfluss der Gewässermorphologie auf die Wassertemperatur Zur Simulation wurde das hydrodynamische Temperaturmodell HyLaM Vers. 3.01 (Strauss 2009) verwendet. Dieses Modell ist in der Lage, in Abhängigkeit von Wetterdaten, der Morphometrie des Gewässers und der Gewässertrübung die Entwicklung der Gewässertemperatur präzise abzubilden. Als beispielhafter Datensatz wurden Wetterdaten mit 10-minütiger Auflösung aus dem Jahr 2003 verwendet, welches sich durch einen sehr warmen Sommer auszeichnete. Es wurden für die Morphometrie des Weihers (Oberfläche: 2250 m2) eine Gewässerform abgeschätzt (Abb. 3.15). Für die Simulationen wurde zu einen eine feste Sichttiefe von 1 m gewählt, analog zu den Simulationen aus dem Gutachten zur Steuerung der Teichanlage Schloss Schönau (Strauss, 2012). Zum anderen wurden die Messwerte aus dem Jahr 2013 verwendet. Standardmäßig wurde ein Zufluss von 0,5 L/s mit 10°C Wassertemperatur angenommen. Die t ägliche graphische Ausgabe der Wassertemperatur wurde auf 16 Uhr eingestellt. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 17 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Fläche [m 2] pro Tiefenintervall 0 500 1000 1500 2000 2500 0-0,25 Tiefe [m] 0,25-0,5 0,5-0,75 0,75-1 1-1,25 1,25-1,5 Abb. 3.15: Für die Simulation gewählte Morphometrie des Schloss Schönau Weihers. Diese Simulationen zeigen deutlich, dass es bei einer Verringerung der Sichttiefe auf unter 0,5 m im Sommer zu einer deutlichen Schichtung im Weiher kommt (Abb. 3.16) im Gegensatz zu Verhältnissen mit einer Sichttiefe von 1 m (Abb. 3.17). Die simulierte maximale Temperaturdifferenz von Mai bis Oktober (jeweils nachmittags 16 Uhr) zwischen der Wasseroberfläche und 1,50 m Tiefe betrug 1,9 °C bei einer Secchi-Sichttiefe von 1 m, unter Verwendung der Sichttiefenmessungen (2013) allerdings 6,9 °C. Diese Simulationen stehen in Übereinstimmung mit dem gemessenen Temperaturprofil vom 18.07.2013 (vgl. Kapitel 3.2). Die Simulationen bestätigen zudem, dass die Trübung des Gewässers einen deutlichen Einfluss auf die Schichtungsprozesse hat. Die Trübung wiederum ist indirekt vom Nährstoffgehalt im Gewässer abhängig. Somit führt der hohe Nährstoffgehalt unter den Bedingungen im Schloss Schönau Weiher zu deutlich erhöhten Oberflächentemperaturen. 30 Temperature [°C] 25 0 m Tiefe 20 1,50 m Tiefe 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tag des Jahres Abb. 3.16: Simulierte Wassertemperaturen in 2 Wassertiefen für das Szenario mit gemessenen Sichttiefe-Werten 2013. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 18 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 30 Temperature [°C] 25 0 m Tiefe 20 1,50 m Tiefe 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tag des Jahres Abb. 3.17: Simulierte Wassertemperaturen in 2 Wassertiefen für das Szenario mit einer konstanten Sichttiefe von 1 m. 3.3 Effektivitätsmessung des Belüftungssystems im Weiher Um die Effizienz des zur Verfügung stehenden schwimmenden Oberflächenbelüfters (Förderleistung: 160 m3/h) beurteilen zu können, wurde die O2-Anreicherung durch den Belüfter in einer Mess-Kampagne während einer sauerstoffarmen Periode untersucht. Die 6 Probestellen sind in Abb. 2.2 (Seite 5) aufgeführt. Die Messkampagne wurde beim erstmaligen Einsatz des Sauerstoffbelüfters im Jahr 2013 durchgeführt. Die erste Messung mit anschließendem Start der Belüftung fand am 23.05.2013 um 11 Uhr statt. 51 Stunden später, am 25.05.2013 um 14 Uhr, wurde die Pumpe wieder ausgeschaltet. Eine weitere Messung wurde am 27.05.2013 um 9 Uhr vorgenommen. Die Messergebnisse (Abb. 3.18) zeigen deutlich eine schnelle Anreicherung ausgehend von ca. 3,5 mg O2/L auf ca. 11 mg O2/L nach annähernd 2 Tagen kontinuierlicher Belüftung. Schon nach 9 Stunden wurden wieder Konzentrationen von ca. 7 mg O2/L erreicht. Die Sauerstoffanreicherung an Probestelle 2 im Bereich des Lüfters lag somit bei annähernd 0,35-0,4 mg O2/(L*h). Innerhalb der ersten 24 Stunden konnte noch ein deutlicher horizontaler Sauerstoffgradient mit einer Konzentrationsabnahme in Richtung Probestelle 6 gefunden werden (Abb. 3.18). Nach 51 Stunden war der Weiher in seiner gesamten Ausdehnung wieder gleichmäßig mit Sauerstoff angereichert. Nach Ausschalten des Lüfters nahm die Sauerstoffkonzentration im Gewässer wieder gleichmäßig ab. Diese Resultate zeigen, dass der Belüfter in der Lage ist, recht schnell das gesamte Gewässer mit Sauerstoff anzureichern. Somit ist dieses Gerät sowohl für einen Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 19 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 mg O2/L kontinuierlichen Einsatz als auch für akute Maßnahmen bei Sauerstoffmangel ausreichend dimensioniert und geeignet. 12 10 8 6 4 2 0 1 2 Pr 3 lle te es ob 4 6 24 0 ch a n h 96 tart s s h suc r e V 48 5 72 Abb. 3.18: Sauerstoffanreicherung durch den Belüfter über eine Betriebsdauer von 72 h an 6 Messstellen im Weiher. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 20 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 3.4 Entenbestand (Monitoring) Im Verlauf des Jahres 2013 konnte eine deutliche Reduktion der Entenzahl im Umfeld des Schloss Schönau Weihers beobachtet werden (Abb. 3.19). Es wurde darauf geachtet, dass auch Tiere im Bereich des Vorteichs mit erfasst wurden. Im Vergleich zu den noch im Jahr 2012 durch ortskundige Anwohner berichteten Zahlen von regelmäßig bis zu 150 Enten am Weiher ist die Anzahl auf unter 20 Tiere im Sommer 2013 zurückgegangen. Allerdings zeigte sich im Herbst wieder ein leichter Anstieg. Auch sind regelmäßig 3-5 Gänse anzutreffen. 100 Anzahl Enten 80 60 40 20 1. M rz . 1. Ap r. 1. M ai . 1. Ju n. 1. Ju l. 1. Au g. 1. Se p. 1. O kt . 1. No v. 1. De z. 1. Ja n. 1. Fe b. 0 Abb. 3.19: Entenbestand am Schloss Schönau Weiher. Zählung durch Yvonne Moritz (März 2013-Januar 2014) sowie Mitarbeitern von gaiac (MärzNovember 2013). 3.5 Fischbestand (Hegefischen) Am 14.04.2013 wurde am Schloß Schönau Weiher ein quantitativ nicht repräsentatives Hegefischen in der Zeit zwischen 9.00 und 12.00 Uhr mit 17 Anglern des ASV Richterich und ASV Merkstein durchgeführt. Das Ergebnis wurde von Herrn Hamacher dankenswerterweise zur Verfügung gestellt. In der Summe wurden 75 Rotaugen, 17 Rotfedern und 9 Brassen (alle > 12 cm Körperlänge) geangelt. Unklar ist die Häufigkeit von Jungfischen, insbesondere von Rotaugen < 12 cm Körperlänge. Diese haben als effektive Zooplanktonfresser den stärksten Einfluss auf die Zusammensetzung des Zooplanktons. Die Auswertung des Zooplanktons zeigt allerdings, dass der Fraßdruck der Jungfische voraussichtlich eher gering ist (siehe Kapitel 3.1.4). Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 21 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 4 Nährstoffbilanzen für den Schloss Schönau Weiher Im Zusammenhang mit dem Auftreten des Geflügelbotulismus sind eutrophierende Prozesse insofern bedeutsam, als diese das Risiko von Fischsterben erhöhen und so die Grundlage für die Anreicherung relevanter Botulismustoxin-Konzentrationen in Kadavern stellt. Zu unterscheiden sind dabei externe Nährstoffeinträge, die von außen in das Gewässer eingebracht werden (z.B. durch Zuflüsse oder Entenfütterung), und die gewässerinterne Nährstoff-Remobilisierung (z.B. durch biochemische Phosphorfreisetzung aus dem Sediment). Im Folgenden werden die Phosphorbilanzen für den Weiher dargestellt und diskutiert, welche als tägliche Änderung des P-Gehalts pro m2 kalkuliert wurden. Die Fokussierung auf den Nährstoff Phosphor ist durch seine Sonderstellung als limitierender Nährstoff für das Algenwachstum begründet. Für die Phosphorbilanz wurden folgende Kalkulationen zugrunde gelegt: • Netto-Änderung im Weiher [mg P / (m2 · Tag)] = (Konz.t1 – Konz.t0) [mg P/L] · 1000 · Weihervolumen [m3] / Weiherfläche [m2] / (t1-t0) [Tage] • Zuflussbedingter Brutto-Eintrag in den Weiher [mg P / (m2 · Tag)] = Mittlerer Zufluss [L/s] · Mittlerer Pges-Gehalt im Zufluss [mg P/L] · 86400 / Fläche [m2] • Zuflussbedingter Netto-Eintrag in den [mg P / (m2 · Tag)] = Mittlerer Zufluss [L/s] · (Mittlerer Pges-Gehalt im Zufluss - Mittlerer Pges-Gehalt im Weiher) [mg P/L] · 86400 / Weiherfläche [m2] Die Phosphoränderung im Weiher ist in Abb. 4.2 dargestellt. Diese ist deutlich korreliert mit der Änderung der Temperatur, d.h. bei einem deutlichen Temperaturanstieg ist auch ein erhöhter P-Eintrag zu verzeichnen. Eine nennenswerte P-Freisetzung im Weiher ist nur von April bis Mitte Juni (Tag 90-195) zu beobachten. Dieser Eintrag wurde voraussichtlich durch Freisetzung aus dem Sediment verursacht, da die gemessene P-Änderung im Frühling und Frühsommer deutlich höher als andere mögliche Nährstoffquellen (z.B. der Weiherzufluss, Abb. 4.3) lag. Als Ausnahme bestand noch ein erhöhter Eintrag im November, der nicht mit der Temperaturänderung korreliert ist. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 22 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Zuflüsse können sich positiv wie auch negativ auf die Gewässerqualität auswirken. Negative Aspekte hinsichtlich der Gewässereutrophierung stellen erhöhte BruttoNährstoffeinträge dar. Auf der anderen Seite können Zuflüsse auch Nährstoffe aus dem Gewässer ausschwemmen, solange die Zuflüsse deutlich geringere Nährstoffgehalte aufweisen (negative Netto-Einträge). Dies ist auch der Fall im Schloss Schönau Weiher (Abb. 4.3): Je höher die Phosphorkonzentration im Weiher 2013 war, desto höher lag auch der Nährstoffaustrag durch zufließendes Wasser. Der Zufluss (Brutto-Eintrag) erklärt nicht den hohen Phosphoreintrag in der ersten Jahreshälfte. Obwohl dieser BruttoEintrag zwar sicherlich eine nennenswerte Belastung des Gewässers darstellt, schlug andererseits der Netto-Austrag stärker zu Buche und spielt bei der PhosphorAbreicherung möglicherweise eine wichtige Rolle im Weiher. Zur Kalkulation des potentiellen Phosphoreintrags durch Enten wurden folgende Angabe für gründelnde Enten verwendet (Manny et al. 1994): 0,22 g P-Exkretion pro Tag und Ente. Diese angenommene Phosphorexkretion durch Enten ist möglicherweise zu hoch gegriffen. Der kalkulierte potentielle Phosphoreintrag durch Enten Mitte Juni bis Ende September (Tag 200-275) erklärt jedenfalls nicht den Phosphorgehalt im Weiher, sondern weist eher eine zum Weiher gegenläufige Dynamik auf (Abb. 4.4). Zur Kalkulation des potentiellen Phosphoreintrags durch Fallaub wurden Annahmen nach Hamm (1976) getroffen: Bei einem mittleren herbstlichen Blattfall von 300 g Trockensubstanz/m2 und einem für die betroffene Gewässerfläche relevanten Eintrag von 10 % in das Gewässer resultiert für die gesamte Wasserfläche des Schloß Schönau Weihers ein Eintrag von 30 g TS/m2. Nimmt man des weiteren an, dass der gesamte mittlere Phosphorgehalt der Blätter (mit 2,4 mg P/g TS) ausgewaschen bzw. remineralisiert würde, so ergibt sich ein Phosphoreintrag von 72 µg P/L. Dieser Wert entspricht einem mittleren täglichen Eintrag von ca. 1,9 mg P/ (m2 ·Tag) bezogen auf das Messintervall im Herbst 2013 (17.10.-22.11.2013, siehe Abb. 4.1). Der potentielle Phosphoreintrag durch Laubfall könnte im November möglicherweise eine relevante Phosphorquelle gewesen sein (Abb. 4.4), da andere in Frage kommende Phosphorquellen nicht ermittelt werden konnten. Die vorliegenden Daten sprechen dafür, dass im Jahr 2013 der überwiegende Teil des Phosphors bei steigenden Temperaturen aus dem Sediment freigesetzt wird. Inwieweit es sich hierbei um rein biochemische Prozesse handelt, oder ob die Aktivität gründelnder Fische eine quantitativ bedeutsame Rolle spielt, kann an dieser Stelle nicht geklärt werden. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 23 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Generell gilt, dass die Phosphoranreicherung im Sediment durch PhosphorBruttoeinträge aus Zufluss, Entenexkretion und Laubfall begünstigt wird. 8 12 6 9 4 6 2 3 0 0 -2 -3 -4 -6 -6 -9 -8 50 100 150 200 250 300 Temperaturänderung [°C] mg P / (m2*Tag) Abb. 4.1: Teichanlage Schloss Schönau mit Laubeintrag (23.10.2013). -12 350 Tag des Jahres Netto-Änderung Weiher Temperatur Abb. 4.2: Netto-Änderung der gemessenen täglichen Gesamtphosphorkonzentration im Weiher (Skalierung links) und die Temperaturänderung (Skalierung rechts) für die Zeiträume zwischen zwei Probenahmeterminen. Grau punktierte Linie: Grenze zwischen positiver und negativer Änderung. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 24 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 8 6 mg P / (m2*Tag) 4 2 0 -2 -4 -6 -8 50 100 150 200 250 300 350 Tag des Jahres Netto-Änderung Weiher Zufluss (Brutto) Zufluss (Netto) Abb. 4.3: Netto-Änderung der gemessenen täglichen Gesamtphosphorkonzentration im Weiher, und Phosphoreintrag (Brutto und Netto) durch den Zufluss für die Zeiträume zwischen zwei Probenahmeterminen. Grau punktierte Linie: Grenze zwischen positiver und negativer Änderung. 8 6 mg P / (m2*Tag) 4 2 0 -2 -4 -6 -8 50 100 150 200 250 300 350 Tag des Jahres Netto-Änderung Weiher Eintrag Enten Eintrag Laub Abb. 4.4: Netto-Änderung der gemessenen täglichen Gesamtphosphorkonzentration im Weiher, und der potentielle Phosphoreintrag durch Enten und Laubfall für die Zeiträume zwischen zwei Probenahmeterminen. Grau punktierte Linie: Grenze zwischen positiver und negativer Änderung. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 25 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 5 Zusammenfassung Die Freisetzung aus dem Sediment spielt die dominierende Rolle im Nährstoffhaushalt des Schloss Schönau Weihers. Trotz der Entschlammung durch die Stadt Aachen des Weihers im Jahr 2008 haben sich genug Nährstoffe angereichert, um eine starke Phosphormobilisierung im Jahr 2013 zu bewirken. Daher ist es erfolgversprechender, statt einer erneuten Entschlammung Maßnahmen zu ergreifen zur Verhinderung weiterer Phosphoreinträge (z.B. Regulierung des Entenbestands und Laubeintrag). Der Zufluss zum Weiher weist im Untersuchungszeitraum generell geringere Phosphorkonzentrationen als der Weiher auf und führt in der Bilanz eher zu einer Abreicherung von Phosphor im Weiher. Daher ist der Zufluss als Einleiter trotz seiner Phosphorfracht akzeptierbar, ein Handlungsbedarf besteht momentan nicht. Der Vorteich spielt momentan aufgrund der fehlenden Verbindung keine Rolle für den Weiher. Als möglicher künftiger Einleiter ist er aufgrund seiner erhöhten Phosphorgehalte nicht zu empfehlen. Eventuelle diffuse Grundwasserzuflüsse in den Weiher sind hinsichtlich ihrer Nährstoffgehalte bedenkenlos. Als wichtige Maßnahme wird weiterhin das mit intensiver Öffentlichkeitsarbeit begleitete Verbot der Entenfütterung befürwortet, um die Enten zur Abwanderung zu bewegen. Im Jahr 2013 konnte der Entenbestand dadurch erfolgreich vermindert werden, wodurch die Nährstoffeinträge in das Gewässer gemindert wurden. Ein nennenswerter Phosphor-Eintrag durch den herbstlichen Laubfall in das Gewässer ist nach den vorliegenden Daten nicht auszuschließen. Daher wird die rasche und effektive Entfernung von Fallaub auch weiterhin empfohlen. Auf der Basis der vorliegenden Daten ist ein gravierender Eingriff in den Fischbestand (Biomanipulation) momentan nicht notwendig. Allerdings ist der Einfluss gründelnder Fische auf die Gewässertrübung (Sichttiefe) im Weiher bisher unklar. Insbesondere Fische wie z.B. größere Karpfen können deutlich zur Nährstoffmobilisierung aus dem Sediment beitragen. Ein jährliches Hegefischen unter Federführung des örtlichen Angelsportvereins ist daher zu empfehlen. Dabei sollten zum einen ältere, reproduktionsstarke Friedfische wie Rotaugen und Rotfedern entnommen werden, die als Nährtiere für Raubfische keine Rolle spielen, deren Nachwuchs aber das Zooplankton deutlich reduzieren Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 26 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 kann. Zum anderen sollten auch große gründelnde Fische wie z.B. Karpfen aus dem Gewässer entfernt werden. Zur Stabilisierung der Sauerstoffgehalte ist der weitere Einsatz der Sauerstoffbelüftungsanlage äußerst empfehlenswert, um eine Unterschreitung einer für Fische und tierische Wirbellose kritischen Sauerstoffkonzentration zu unterbinden und das Risiko eines sich widerholenden Fischsterbens zu reduzieren. Es wird empfohlen, die Belüftungsanlage schon ab dem zeitigen Frühjahr (z.B. März) zu betreiben. Auch ist eine im Tagesverlauf per Intervallschaltung regulierte Betriebsdauer denkbar, um den Einsatz des möglicherweise als störend empfundenen Sprudlers zeitlich zu begrenzen. Für eine zugrundegelegte Sauerstoffanreicherung von 4 mg O2/L pro Tag sollte der Lüfter ca. 12 h pro Tag laufen. Diese Laufzeiten können auch gestückelt über den Tag verteilt werden, wobei in den Morgenstunden zwischen Mitternacht bis Mittag aufgrund der fehlenden O2Produktion in der Nacht die höchste Effektivität der O2-Anreicherung erzielt werden kann. Eine Kontrolle hinsichtlich verendeter Tiere im und am Gewässer sowie gegebenenfalls eine sofortige Entfernung von Kadavern ist weiterhin dringend angeraten, um den Ausbruch von Botulismus einzudämmen. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 27 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 6 Stellungnahme zur möglichen Einrichtung von Schilfbereichen in der Teichanlage Schloss Schönau Einrichtung von Flachwasserzonen mit Schilfbewuchs im Weiher Schloss Schönau Eine weitere Abflachung des Schönauer Weihers und die Einrichtung strömungsreduzierter Schilfbereiche kann das Risiko kleinräumiger Sauerstoffzehrung sowie erhöhter Wassertemperaturen nach sich ziehen. Beides ist hinsichtlich der Botulismusgefahr nicht wünschenswert. Zudem können in Schilfbeständen verendete Tiere (Vögel, Fische) schlechter erkannt werden, so dass potenzielle Botulismusherde länger bestehen würden. Schilfbestände können zwar die Abreicherung an gelöstem anorganischem Stickstoff (z.B. Denitrifikation von Nitrat) anregen, aber die für die Phytoplanktonentwicklung im Weiher maßgebliche Phosphorkonzentration nicht senken, da die Pflanzen ihren Phosphorbedarf aus dem Sediment, nicht aber aus der Wassersäule decken. Eine Schilfzone kann sicherlich eine Erhöhung der Artenvielfalt nach sich ziehen. So ist zu erwarten, dass sich z.B. Insekten wie Libellen und Eintagsfliegen vermehrt ansiedeln könnten, falls es der Fischbestand zulässt. Eine positive Auswirkung auf den Nährstoffhaushalt des Gewässers ist damit aber nicht verbunden. Einbringung von Wasserpflanzen (Makrophyten) zur Sauerstoffanreicherung und Nährstoffreduktion Eine zeitweilige Sauerstoffanreicherung als auch eine temporäre Bindung von Nährstoffen könnte durch Besatz von schnellwachsenden höheren Wasserpflanzen (Makrophyten) wie z.B. Myriophyllum (Tausendblatt) oder Elodea (Wasserpest) erreicht werden. Eine Etablierung könnte allerdings schwierig werden, da Fische wie die Rotfeder Makrophyten als Nahrung nutzen. Ein sich dennoch etablierender Dominanzbestand von Makrophyten kann wiederum insofern Probleme verursachen, als bei genügend hohem Nährstoffeintrag eine Verkrautung des gesamten Weihers nicht auszuschließen wäre. Zudem mobilisieren auch diese Wasserpflanzen Nährstoffe zum Teil aus dem Sediment, diese stehen dann dem Phytoplankton im Spätsommer und Herbst wieder zur Verfügung. Ebenso ist eine massive Sauerstoffzehrung von absterbenden Makrophytenbeständen nicht auszuschließen. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 28 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Fazit Eine Einrichtung von Schilfbeständen ist hinsichtlich einer positiven Auswirkung auf die Wasserqualität eher unwirksam und könnte die Eindämmung des Botulismus erschweren. Der Besatz mit anderen Makrophyten könnte zu anderen, unerwünschten Problemen wie z.B. Verkrautung des Gewässers führen und ist daher ebenfalls nicht zu empfehlen. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 29 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 7 Datenanhang Tabelle 7.1: Zuflussmengen [L/s]. Datum 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 GrundwasserZufluss Vorteich < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,09 0,09 0,05 0,06 0,05 0,02 0,01 Zufluss Weiher 0,38 0,39 0,44 0,48 0,18 0,26 0,42 0,53 0,30 0,48 7.1 Messdaten Grundwasserzufluss Vorteich 7.1.1 Physikalisch-chemische Messdaten Tabelle 7.2: Phys.-chem. Messwerte Grundwasserzufluss Vorteich Datum Temperatur [°C] 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 9,8 11,1 10,5 11,5 14,6 12,7 13,0 13,2 13,0 10,1 pH 6,50 6,10 6,14 6,11 5,98 6,33 6,64 6,91 6,44 Leitfähigkeit [µS/cm] 634 601 593 585 591 571 595 626 598 660 7.1.2 Nährstoffanalysen Tabelle 7.3: Nährstoffmessungen Grundwasserzufluss Vorteich. Datum 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Pges [mg P/L] 0,027 0,021 0,031 0,027 0,023 0,013 0,020 0,031 0,023 0,029 Ortho-P [mg P/L] 0,014 0,018 0,013 0,012 0,010 0,015 0,016 0,018 0,017 0,018 Nges [mg N/L] 6,38 6,91 3,94 4,79 3,85 6,76 7,62 4,97 4,06 5,59 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Ammonium [mg N/L] 0,08 0,06 0,06 0,05 0,07 0,06 0,07 0,07 0,06 0,06 Nitrat [mg N/L] 4,50 4,53 4,54 4,60 4,56 4,59 4,55 4,53 4,46 4,58 Seite 30 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 7.2 Messdaten Vorteich 7.2.1 Physikalisch-chemische Messdaten Tabelle 7.4: Phys.-chem. Messwerte Vorteich Datum 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Temperatur [°C] pH 12,8 9,3 12,9 16,0 16,0 13,5 11,7 10,7 6,4 6,50 6,24 6,20 6,49 6,57 6,27 6,42 6,67 6,56 Leitfähigkeit [µS/cm] 649 611 572 586 575 574 608 607 603 626 7.2.2 Nährstoffanalysen Tabelle 7.5: Nährstoffmessungen Vorteich. Datum 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Pges [mg P/L] 0,048 0,086 0,133 0,159 0,099 0,072 0,095 0,083 0,078 Ortho-P [mg P/L] 0,024 0,031 0,007 0,068 0,063 0,041 0,051 0,062 0,058 Nges [mg N/L] 4,14 3,66 4,05 4,03 3,76 4,38 4,64 4,38 4,28 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Ammonium [mg N/L] 0,04 0,08 0,05 0,17 0,24 0,26 0,20 0,16 0,12 Nitrat [mg N/L] 3,44 3,77 3,44 3,27 3,27 3,76 3,88 3,79 3,89 Seite 31 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 7.3 Messdaten Zufluss Schloss Schönau Weiher 7.3.1 Physikalisch-chemische Messdaten Tabelle 7.6: Phys.-chem. Messwerte Zufluss Schloss Schönau Weiher. Datum 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Temperatur [°C] 8,3 9,2 9,9 10,5 12,2 12,8 13,0 13,1 12,8 11,8 pH 6,90 6,51 6,55 6,54 6,37 6,40 6,73 6,60 6,44 Leitfähigkeit [µS/cm] 752 709 708 691 673 671 700 702 701 713 7.3.2 Nährstoffanalysen Tabelle 7.7: Nährstoffmessungen Zufluss Schloss Schönau Weiher. Datum 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Pges [mg P/L] 0,048 0,050 0,072 0,062 0,100 0,048 0,046 0,051 0,050 0,054 Ortho-P [mg P/L] 0,051 0,050 0,064 0,040 0,049 0,057 0,048 0,048 0,042 0,053 Nges [mg N/L] 5,71 5,71 4,11 3,86 3,98 5,36 5,41 5,28 5,14 5,24 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Ammonium [mg N/L] 0,06 0,05 0,07 0,07 0,07 0,08 0,07 0,04 0,05 0,06 Nitrat [mg N/L] 4,60 4,55 4,49 4,11 4,62 4,61 4,55 4,50 4,53 4,54 Seite 32 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 7.4 Messdaten Schloss Schönau Weiher 7.4.1 Physikalisch-chemische Messdaten Tabelle 7.8: Phys.-chem. Messwerte Schloss Schönau Weiher. Datum Temperatur [°C] Sauerstoff [mg O2/L] pH Leitfähigkeit [µS/cm] 28.03.2013 26.04.2013 10.05.2013 15.05.2013 22.05.2013 23.05.2013 24.05.2013 25.05.2013 27.05.2013 29.05.2013 03.06.2013 08.06.2013 13.06.2013 14.06.2013 25.06.2013 01.07.2013 10.07.2013 15.07.2013 19.07.2013 20.07.2013 21.07.2013 22.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 03.09.2013 20.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 23.10.2013 06.11.2013 22.11.2013 3,9 14,8 11,5 11,8 11,3 10,7 9,7 11,2 10,5 12,0 11,8 19,0 18,5 16,0 15,5 18,5 19,1 18,9 23,0 26,1 21,5 22,3 19,0 15,6 21,6 21,1 15,5 10,2 3,6 3,6 8,4 11,3 7,6 7,0 9,8 18,5 12,4 10,0 4,0 9,0 12,4 15,7 13,7 10,4 8,4 7,7 6,7 7,3 4,6 9,0 9,0 9,6 7,0 4,7 5,6 7,52 8,73 734 697 7,35 654 7,48 662 9,36 627 7,50 7,51 655 685 7,36 7,65 657 653 6,43 638 12,4 10,3 12,9 8,6 4,5 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 33 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 Tabelle 7.9: Chlorophyll-a Gehalte (Fluoreszenz) Schloss Schönau Weiher. Datum 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Gesamt Chl-a Chlorophyceen Cyanobacterien [µg Chl.-a/L] 37,17 69,22 4,91 56,17 119,67 17,27 24,28 38,06 31,72 23,94 [µg Chl.-a/L] 13,89 35,20 1,45 9,58 21,31 4,16 4,08 4,45 1,80 1,81 [µg Chl.-a/L] 0 0 0,94 5,12 6,35 2,74 3,32 0,85 2,83 2,57 Diatomeen und Chrysophyceen [µg Chl.-a/L] 23,28 32,94 0,91 4,85 6,01 2,53 6,05 19,91 8,42 3,13 Cryptophyceen [µg Chl.-a/L] 0,0 1,1 1,6 36,6 86,0 7,8 10,8 12,9 18,7 16,4 Tabelle 7.10: Secchi-Sichttiefe im Schloss Schönau Weiher. Datum 19.04.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Sichttiefe [cm] 73 57 97 60 35 45 35 40 55 65 7.4.2 Nährstoffanalysen Tabelle 7.11: Nährstoffmessungen Schloss Schönau Weiher. Datum 28.03.2013 26.04.2013 22.05.2013 14.06.2013 15.07.2013 09.08.2013 02.09.2013 30.09.2013 16.10.2013 22.11.2013 Pges [mg P/L] 0,059 0,169 0,214 0,328 0,350 0,286 0,144 0,089 0,090 0,166 Ortho-P [mg P/L] 0,057 0,097 0,083 0,018 0,034 0,192 0,071 0,031 0,029 0,104 Nges [mg N/L] 2,91 2,62 2,40 2,19 2,54 2,93 2,31 2,31 2,17 1,77 Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Ammonium [mg N/L] 0,09 0,10 0,70 0,24 0,61 0,75 0,40 0,11 0,07 0,22 Nitrat [mg N/L] 2,12 0,91 0,83 0,18 0,07 1,03 1,09 1,43 0,97 0,61 Seite 34 Monitoring Teichanlage “Schloss Schönau” 2013 7.4.3 Phosphorbilanzen Schloss Schönau Weiher Tabelle 7.12: Kalkulierte Phosphor-Einträge und Austräge im Schloss Schönau Weiher [mg P/(m2 · Tag)] Intervall (Tage) 87-116 116-142 142-165 165-196 196-221 221-245 245-273 273-289 289-326 28.03.-26.04. 26.04.-22.05. 22.05.-14.06. 14.06.-15.07. 15.07.-09.08. 09.08.-02.09. 02.09.-30.09. 30.09.-16.10. 16.10.-22.11. Änderung Weiher 4,17 1,90 5,45 0,78 -2,82 -6,51 -2,16 0,07 2,26 Zufluss Brutto 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 Zufluss Netto -0,83 -2,13 -3,76 -3,56 -2,20 -2,05 -1,07 -0,50 -1,05 Laubfall Enten 2,55 0,84 0,55 1,15 2,37 2,15 3,28 3,86 3,32 1,95 8 Literatur Hamm A (1976): Zur Nährstoffbelastung von Gewässern aus diffusen Quellen: Flächenbezogene P-Abgaben - eine Ergebnis- und Literaturzusammenstellung. Z. f. Wasser- und Abwasser-Forschung 1:4-10. Manny et al. (1994) : Nutrient additions by waterfowl to lakes and reservoirs: predicting their effects on productivity and water quality. Hydrobiologia 279/280: 121-132. Strauss T (2009): Dynamische Simulation der Planktonentwicklung und interner Stoffflüsse in einem eutrophen Flachsee. Shaker, Aachen, ISBN 978-3-83228501-2. Strauss T (2012): Gutachten zur Steuerung der Teichanlage „Schloss Schönau“ mit den Schwerpunkten Botulismus und Eutrophierung. Bericht Stadt Aachen vom 18.12.2012. Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V. Seite 35