Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II

Präsentation zum Thema: "Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II"—  Präsentation transkript:

1 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II
Vorlesung 5-2 Themen: Nahrungsgefüge in natürlichen Fließgewässern Energie- und Nährstoffsystem Gewässer Zonen der Fließgewässerbiotope Tierische Ernährungstypen Nahrungsketten und trophische Ebenen Wasserstand und Organismenbesiedlung Das hyporheische Interstitial

2 Lehrziele der Veranstaltung
erschaffen bewerten analysieren anwenden Sie ziehen selbstständig Rückschlüsse zwischen Habitaten und den zugehörigen Makrozoobenthos Organismen. verstehen … verstehen die funktionalen Zusammenhänge zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten. erinnern Sie kennen die Grundlagen der Nahrungsketten in Fließgewässern und ...

3 Das offene Energie- und Nährstoffsystem Gewässer
Der Energie- und Nährstofftransport wird in Fließgewässern (anders als in stehenden Gewässern) durch die gerichtete Strömung angetrieben. Die Strömung beeinflusst die Gewässerstruktur die Lichtverhältnisse den Wasserchemismus den Gasaustausch die Besiedlung mit Organismen Bildzitat: Uhlmann/Horn

4 Nahrungsgefüge in Fließgewässern
Primärproduzenten Destruenten Primärkonsumenten Sekundärkonsumenten Ordnung Sekundärkonsumenten Ordnung Sekundärkonsumenten Ordnung

5 Photosynthese Bei der Photosynthese produzieren Pflanzen aus Kohlendioxid und Wasser unter Ausnutzung von Sonnenenergie organische Substanzen und Sauerstoff. Chemisch kann dieser Vorgang wie folgt dargestellt werden: 6 CO H2O kJ → C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 … oder anorganische Kohlenstoffverbindung + Wasser + Sonnenenergie ergibt organische Kohlenstoffverbindung + Wasser + Sauerstoff

6 Photosynthese Organische Substanzen (grüne Pflanzen), die diesen Vorgang beherrschen, werden als photoautotrophe Organismen (oder Selbstversorger) bezeichnet. Alle anderen Organismen (die als heterotroph bezeichnet werden) sind für den Stoffwechsel und das Wachstum auf organische Nahrungsmittel angewiesen.

7 Produktion Prozess, bei dem energiearmes, anorganisches Material in energiereiche organische Bestandteile umgewandelt wird. Als Maß für die Produktion kann die Stoff- oder Energiemenge pro Zeit angegeben werden. Es wird zwischen Primär- und Sekundärproduktion unterschieden.

8 Nahrungskette Primärproduktion:
Der Prozess der Photosynthese, bei dem aus Sonnenenergie, Kohlendioxid und Wasser organische Substanz und Sauerstoff gebildet wird. Sekundärproduktion: Prozess, bei dem Biomasse auf einer Nahrungsebene (Trophieebene) durch Konsumenten und Destruenten gebildet wird. Dabei können die Konsumenten jeweils nur rund 10% der konsumierten Energie in die produzierte Biomasse überführen, die restlichen 90% sind der Verlustanteil in Form von Wärme und Ausscheidungen. Aufgrund dieser großen Energieverluste von Nahrungsstufe zu Nahrungsstufe (Trophieebene) ist die Anzahl der Trophieebenen in der Nahrungskette auf fünf begrenzt.

9 Nahrungskette Konsumenten:
Als Konsumenten werden alle Organismen bezeichnet, die sich durch die Aufnahme von organischem Material ernähren. Dies setzt immer voraus, dass es einen vorgeschalteten Produzenten gibt. Bei den Konsumenten wird unterschieden zwischen: Herbivoren ↔ Pflanzenfresser Karnivoren ↔ Fleischfresser Omnivoren ↔ Allesfresser

10 Nahrungskette Destruenten:
Zu den Destruenten gehören die Bakterien und Pilze, die unter aeroben sowie anaeroben Verhältnissen in der Lage sind organische Ausscheidungen und abgestorbene, organische Materialien in einfache anorganische Verbindungen umzuwandeln.

11 Nahrungskette Respiration:
Prozess, bei dem organisches Material in anorganische Verbindungen umgewandelt wird. Das Ausgangsprodukt (organisches Material) ist energiereich, wohingegen das Endprodukt (anorganisches Material) energiearm ist. Es wird also bei der Respiration Energie freigesetzt. Organische Verbindung Anorganische Verbindung freigesetzte Energie

12 Trophische Ebenen Energie Transfer Die trophischen Ebenen sind Ausdruck der Ernährungsstufen und beschreiben jeweils die Organismen einer Ebene in der Nahrungskette. 5 4 3 2 1 Sekundärproduktion nicht ver-wertbare Energie Produktion Biomasse, gespeich-erte Energie Primärproduktion

13 Nahrungsgefüge in Fließgewässern
Aufwuchs/ Makrophyten Laub, Pflanzenreste Bakterien/ Detrius (autochthon und allochthon) Gelöste org. Substanz Aufwuchs-weidegänger (Nemoura) Anflug-nahrung Detriusfresser (Gammarus) Räuber (Perla, Rhyacophila) Friedfische (Groppe) Raubfische (Bachforelle)

14 Hauptgruppen der Organismen
Funktion Ernährungsgrundlage anorganische Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphor Verbindungen grüne Pflanzen Produzenten Tiere partikuläre organische Substanzen Konsumenten leicht abbaubare organische Substanzen Bakterien & Pilze Destruenten

15 Produzenten / Konsumenten / Destruenten
pflanzliche Produktion Produzenten Konsumenten Abbau organischen Materials => Mineralisierung tote organische Substanz Destruenten

16 Die tierischen Ernährungstypen
Grundsätzlich kann man bei der Fauna des Fließgewässers folgende Kategorien für die Ernährungstypen unterscheiden: Weidegänger (Schaber) scrapers, grazing animals Substratfresser substrat feeders Zerkleinerer shredders Meißler (Sammler) gatherers, collectors Räuber predators

17 Strudler / Netzfänger / Filtrierer
Studler Filtrierer

18 Zonen der Fließgewässerbiotope
Epi- Meta- Hypo- Krenal Rhitral Potamal Rhitral: Mit Rhitral wird das Biotop eines Fließgewässers im Mittelgebirge oder vergleichbarer Höhenlage (Gebirgsbach) bezeichnet. Das Substrat der Fließgewässersohle besteht meist aus Kies oder Sand. Das Rhitral entspricht weitgehend der Salmonidenregion und somit dem Oberlauf der Fließgewässerzonierung.

19 Zonen der Fließgewässerbiotope
Epi- Meta- Hypo- Krenal Rhitral Potamal Potamal: Bei dem Potamal handelt es sich um das Biotop eines sommerwarmen Fließgewässers im Tiefland, das sich durch sandiges bis feinkörniges Sohlsubstrat auszeichnet. Das Potamal entspricht weitgehend der Cyprinidenregion und umfasst somit den Bereich vom Mittellauf bis zum Unterlauf.

20 Biotische Faktoren Quelle Oberlauf Mittellauf Unterlauf Mündung
zerkleinertes Falllaub (Feindetritus & Aufwuchsalgen) Hauptnahrungsquelle für Wirbellose Falllaub & Aufwuchsalgen Falllaub Phytoplankton überwiegend Weidegänger & Sediment-fresser & Filtrierer Ernährungstypen (Makrozoobenthos) überwiegend Zerkleinerer überwiegend Sediment-fresser & Filtrierer Produktion < Respiration Produktion = Respiration Produktion > Respiration Produktion / Respiration

21 Ernährungstypen Makrozoobenthos
Epi- Meta- Hypo- Krenal Rhitral Potamal Zerkleinerer Filtrierer Weidegänger & Filtrierer Bildzitat: LfU Bayern

22 Zusammensetzung Makrozoobenthos
Epi- Meta- Hypo- Krenal Rhitral Potamal Sedimentfresser Filtrierer Zerkleinerer Räuber Weidegänger Weide- gänger Räuber Zerkleinerer Sedimentfresser Filtrierer Sedimentfresser Filtrierer Räuber

23 Klassische Zonierung von Fließgewässern
Quelle Oberlauf Mittellauf Unterlauf Mündung Fließgewässerzonierung Kaulbarsch/ Flunder Fischzonierung Forelle Äsche Barbe Brachse Leitfische Fischregion Salmoniden Cypriniden Brackwasser Hydrologische Zonierung Krenal Rhitral Potamal Epi- Meta- Hypo- Epi- Meta- Hypo-

24 Anadrom-Katadrom A B C K L M anadrome Langdistanzwanderfische
wandern zum ach für die Eiablage. B Beispiel: La hs C K atadrome Langdistanzwanderfische wie der Aa L wandern ins eer zur Eiablage. M

25 Aktuelle Zonierung von Fließgewässern
ausgeprägt mäßig ausgeprägt gering ausgeprägt Bildzitat: NZO

26 Aktuelle Zonierung von Fließgewässern
Bildzitat: NZO

27 Zonierung einer Flussaue
Hochwasser Auen und Biozönosen brauchen regelmäßig wiederkehrende Hochwasser für den Erhalt ihrer Artenzusammensetzung Zone Aquatische Amphibische Terrestrische Unterwasser- Wasserwechsel- Überwasser- Pflanzen Gänsefuß Knöterich Schilf Brennessel Wasserhahnenfuß Laichkraut Wasserstern Weichholzaue Hartholzaue Tiere Fische Wasserinsekten Amphibien, Libellen Bildzitat: Cüppers, Vereinigung Deutscher Gewässerschutz, Band 66

28 Wasserstand und Organismenbesiedlung
Abfluss Organismenbesiedlung ständig von Wasser bedeckt ≤ NQ Laichkrautzone mit Unterwasserpflanzen, Fischnährtieren und Fischen > NQ ٨ ≤ MQ zwischen Niedrigwasser und mittlerem Wasserstand Wechselwasserzone mit Röhricht; besiedelt durch Insekten, Amphibien und Vögel > MQ ٨ < MHQ zwischen Wasserstand bei mittlerem Abfluss und Wasserstand bei mittlerem Hochwasser Weidenbereich mit Gräsern, Kräutern, Sträuchern, Weiden und Erlen; besiedelt durch Insekten, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säuger Quelle: Klee

29 Zusammenhang zwischen Wasserstandsdauerlinie und Ufervegetation
Aus der natürlichen Vegetation an einem naturbelassenen Gewässer kann man die charakteristischen Wasserstände ablesen, denn die Vegetation richtet sich nach der Höhe und Dauer der resultierenden Wasserstände. Bildzitat: Bittman Als Kennzahl kann man verallgemeinert annehmen, dass Auwälder im Regelfall an rund 30 Tagen im Jahr überstaut werden. Die Weidezone kann bis zu 150 Tage pro Jahr eingestaut sein.

30 Das hyporheische Interstitial
NW Benthal Grundwasserebene ▼ Hyporheisches Grundwasser biologisch und chemisch mit dem Grundwasser verbunden Das hyporheische Interstitial ist der Übergangsbereich zwischen dem Fließgewässer und dem Grundwasserkörper. Es handelt sich dabei um das Hohlraumsystem des Untergrundes im Anschluss an das Benthal, das durch den Fließvorgang mit Wasser und Detritus versorgt wird. Das Interstitial ist somit Lebens- und Rückzugsraum speziell für benthische Invertebrate (Wirbellose, die an der Gewässersohle leben).

31 Lebenwesen und Eigenschaften des hyporheischen Interstitials
Benthal Grundwasserebene ▼ Fließgeschwindigkeit: ~ 1 - 2% der Geschwindigkeit im Gewässer optimale Korngröße für die Besiedlung: 0,5 - 1,0 mm Temperatur: relativ konstant und niedrig (3 - 8°C) unbeeinflusst durch Substrat- und Sedimentverschiebung bei Hochwasser

32 Eigenschaften des hyporheischen Interstitials II
Die größte Besiedlungsdichte des Interstitials liegt zwischen ~ 10 und 40 cm unter der Gewässersohle. (bis zu Tiere/m³ => 250 g/m³) Zwischen der Fauna des Benthals (dem Benthos) und dem Grundwasserkörper kann über das Interstitial ein Austausch erfolgen. Das Interstitial ist ein Lebensraum (Biotop) für unterschiedliche Arten; z.B. für die benthischen Invertebraten, Insektenlarven aber auch ersten Stadien von Salmoniden. Das Interstitial fungiert wie ein großer Pufferraum für das Fließgewässerökosystem, denn: es schützt vor Austrocknung selbst wenn das Gewässer trocken fällt es schützt vor Verdriftung bei Hochwasser es stellt ein Strömungs- und Temperaturrefugium dar

33 Kontext zur EG-WRRL Vor dem Hintergrund der EG-WRRL zur Erreichung eines guten ökologischen Zustandes für die Gewässer spielt das Interstitial eine wichtige Rolle. Negative Einflüsse durch Entlastungen aus Kanalnetzen, wie z.B. Schädigung und Verdriftung der benthischen Organismen können kompensiert werden, und es werden Habitate für spezielle Fischfauna gebildet. Zur Zeit ist das Interstitial speziell an Tieflandgewässern aufgrund der Emissionen von abfiltrierbaren Stoffen (AFS) aus Kanalnetzentlastungen stark beeinträchtigt. (=> Sedimentation auf der Gewässersohle und daraus resultierende Kollmatierung)

34 Creative Commons Lizenz 4.0