Bewertung ökologischer Zustand

Das Bewertungssystem in der aktuellen Version PhytoFluss 2.2 (derzeit in Überarbeitung) hat mehrere Einzelkenngrößen

  • Gesamtpigment (Chl-a)
  • TIP (Typspezifischer Indexwert Potamoplankton)
  • Pennales
  • Chloro
  • Cyano

von denen drei bis fünf je bewertungsrelevantem Phytoplankton-Fließgewässertyp genutzt werden (s. Tab. 1).

Die Einzelkenngrößen reflektieren zum einen die ausgebildete Biomasse und zum anderen die taxonomische Zusammensetzung des Phytoplanktons.

Tab. 1: Übersicht der Kenngrößen für die Bewertung mittels Phytoplankton und ihre Verwendbarkeit für die Phytoplankton-Fließgewässertypen (PP-FG-Typ) (geeignete Kenngrößen angekreuzt).

PP-FG-Typ

Gesamt-
index

Biomasse

Taxonomische Zusammensetzung

Gesamtpigment

TIP

Pennales

Chloro

Cyano

10.1

x

x

x

x

 

 

20.1

x

x

x

x

 

 

15.1 + 17.1

x

x

x

x

 

x

15.2 + 17.2

x

x

x

x

 

x

9.2

x

x

x

x

 

x

10.2

x

x

x

 

x

 

20.2

x

x

x

 

x

x

23

x

x

x

x

x

x

Es werden die Ergebnisse der mikroskopischen und photometrischen Analysen des Phytoplanktons von allen Proben innerhalb der Vegetationsperiode zur Bewertung genutzt: Die Anteile der Algenklassen und der Indikatorarten am Gesamtbiovolumen sowie die Konzentration des Chlorophyll-a einschließlich des Phaeophytins (Gesamtpigment).

Allen Kenngrößen liegt das Saisonmittel zu Grunde, welches aus mindestens je sechs Einzeluntersuchungsterminen im Zeitraum von April bis einschließlich Oktober gebildet wird.

Liste der Kenngrößen und ihre Anwendung auf die Phytoplankton-Fließgewässertypen  

Aus der Kenngröße "Gesamtpigment“ wird durch Umrechnung des unkorrigierten Chlorophyll-a-Saisonmittelwertes mithilfe einer typspezifischen Funktion (Tabelle 2) ein Bewertungswert (B-Wert) zwischen 0,5 und 5,5 ermittelt.

Für die Kenngrößen "Pennales“, "Chloro“ und "Cyano“ wird der Dominanzwert dieser Algengruppen mit festen typspezifischen Klassengrenzen verglichen und in ganzen Zahlen einem Indexwert zwischen 1 und 5 zugeordnet.

Zuletzt wird der prozentuale Anteil der am Probestandort nachgewiesenen Indikatortaxa am Gesamtbiovolumen des Phytoplanktons (Dominanz) genutzt, um den "Typspezifischen Indexwert Potamoplankton" (TIP) zu berechnen. Jedes Indikatortaxon hat einen typspezifischen Degradationsindexwert sowie einen Gewichtungsfaktor und wird zu einer Degradationsindex-Kenngröße verrechnet.

Biomasse 

Kenngröße Gesamtpigment 

Das Gesamtpigment ist ein Maß für die Phytoplanktonbiomasse. Die Ausprägung der Biomasse wird durch die pflanzliche, planktische Trophie und die Eutrophierung des Gewässers bestimmt, welche durch einen menschgemachten Nährstoffüberschuss verursacht wurde. Der Parameter Gesamtpigment wird aus den nach DIN gemessenen Konzentrationen von Chlorophyll-a und Phaeophytin-a berechnet. Durch den Vergleich mit Klassenschwellenwerten wird das Gewässer damit klassifiziert. Zur Bewertung wird der Saisonmittelwert von Gesamtpigment in die typspezifische Bewertungsformel (siehe Tabelle 2) als "Chla“ eingesetzt. Auf diese Weise wird der B-Wert als Bewertungsergebnis für den Gesamtpigment-Index ermittelt.

Tab. 2: Bewertungsfunktionen des Gesamtpigment-Index und obere Klassengrenzen für den B-Wert (Bewertungswert).

PP-FG-Typ

Formel für die Berechnung des
B-Wertes aus Gesamtpigment

sehr gut
B-Wert = 1,5

gut
B-Wert = 2,5

mäßig
B-Wert = 3,5

unbefried.
B-Wert = 4,5

10.1

B-Wert = 1,8527 * Ln(Chla) – 2,7981

10,1

17,5

30,0

51,0

20.1

B-Wert = 1,8527 * Ln(Chla) – 2,7981

10,1

17,5

30,0

51,0

15.1 + 17.1

B-Wert = 1,9907 * Ln(Chla) – 4,4749

20,0

33,0

55,0

90,0

15.2 + 17.2

B-Wert = 1,9907 * Ln(Chla) – 4,4749

20,0

33,0

55,0

90,0

9.2

B-Wert = 1,9907 * Ln(Chla) – 4,4749

20,0

33,0

55,0

90,0

10.2

B-Wert = 1,8168 * Ln(Chla) – 4,6772

30,0

52,0

90,0

155,0

20.3

B-Wert = 1,8168 * Ln(Chla) – 4,6772

30,0

52,0

90,0

155,0

23

B-Wert = 1,8168 * Ln(Chla) – 4,6772

30,0

52,0

90,0

155,0

Die unterschiedlichen physikalischen Voraussetzungen in den Fließgewässertypen werden bei der WRRL-Bewertung mit unterschiedlichen Grenzwerten berücksichtigt. Als Grundlage für das PhytoFluss-Bewertungsverfahren musste ein Gewässertyp-spezifisches Trophie- System für planktonführende Fließgewässer neu entwickelt werden. Der Referenzzustand für Tieflandflüsse ist heute wegen starker Besiedlung nicht mehr anzutreffen und musste rekonstruiert werden, indem man etablierte Beziehungen zwischen Landnutzung und Nährstoffgehalt, und nachfolgend zwischen Nährstoffen und Phytoplanktonbiomasse in Gewässern nutzte.

Tab. 3: Trophie-System für planktonführende Fließgewässer. Typspezifische  Klassengrenzen für Gesamtpigment (Chl-a unkorr. in µg/l) sowie typspezifische Orientierungswerte für die Gesamtphosphor - Konzentration (TP in µg/l), angegeben ist jeweils die Obergrenze der Zustandsklasse.

PP-FG-Typ

10.1 & 20.1

20.2, 10.2 & 23

9.2, 15.2 & 17.2

15.1 & 17.1

Zustandsklasse

TP

Chl-a unkorr.

TP

Chl-a
unkorr.

TP

Chl-a
unkorr.

TP

Chl-a
unkorr.

 

µg/l

µg/l

µg/l

µg/l

µg/l

µg/l

µg/l

µg/l

sehr gut

50

10,1

54

30

54

20

50

20

gut

135

17,5

90

52

90

33

135

33

mäßig

220

30

150

90

150

55

220

55

unbefriedigend

300

51

250

155

250

90

300

90

schlecht

>300

>51

>250

>155

>250

>90

>300

>90

Taxonomische Zusammensetzung

Kenngrößen der Algengruppen

Unter der taxonomischen Zusammensetzung werden verschiedene Kenngrößen (Chloro, Cyano und Pennales) der Algengruppen bewertet. Diese Kenngrößen berechnen den relativen Anteil der Klassen Chlorophyceae und Cyanobacteria sowie der Ordnung Pennales (pennate Kieselalgen) am Gesamtbiovolumen auf Basis von Saisonmittelwerten. Sie klassifizieren das Gewässer durch den Vergleich mit Klassenschwellenwerten.

Die Kenngrößen Chloro, Cyano und Pennales sind nicht für alle planktonführenden Fließgewässersubtypen verwendbar (s. Tabelle 1), da die zugehörigen Algengruppen für diese teils unbedeutend sind oder einen geringen Zeigerwert besitzen.

Kenngröße Chloro: Die Chlorophyceae (Grünalgen) werden aus den Ordnungen Chlorococcales, Tetrasporales, Volvocales und Chaetophorales definiert, deren Arten überwiegend hohe Nährstoff- und Temperaturansprüche haben. Nach Analogieschluss aus vergleichbaren, aber kleineren Gewässern mit geringer Abflussspende sind die Chlorophyceae im Grundzustand artenreich vertreten, ihr Biomasse-Anteil verbleibt aber unter 5 %. Die Kenngröße indiziert nur die starken Störungen des Trophiezustandes.

Kenngröße Cyano: Die Blaualgen (Cyanobacteria) sind phototrophe Bakterien, die weltweit als Anzeiger für Eutrophierung genutzt werden, da die meisten Arten hohe Nährstoff- und Temperaturansprüche haben. Unter ungestörten Bedingungen ist die Biomasse der Cyanobacteria im Plankton klein, der Prozentanteil kann durch Besonderheiten im Einzugsgebiet (Seenausläufe) vereinzelt über ein Fünftel liegen. Die Kenngröße indiziert in erster Linie die Ungestörtheit des Trophiezustandes und reagiert zusätzlich auf die Beeinträchtigung durch Aufstaue, da die planktischen Cyanobacteria sehr empfindlich auf Wasserturbulenz reagieren. Ein niedriger Kenngrößen-Wert steht meist für wenig nährstoffbelastete und nicht gestaute Gewässer.

Kenngröße Pennales: Die Diatomeen- Ordnung Pennales umfasst sowohl planktisch wie benthisch lebende Arten. Unter ungestörten Bedingungen ist der Anteil der Pennales im Freiwasser hoch (>20 %). Der Metric indiziert in erster Linie die Ungestörtheit des Trophiezustandes und reagiert zusätzlich auf Beeinträchtigungen der Gewässermorphologie wie Strukturarmut und Aufstauungen. Ein niedriger Metric-Wert steht meist für wenig nährstoffbelastete und nicht gestaute Gewässer.

Zur Bewertung wird der Prozentanteil der Algengruppe am Gesamtbiovolumen (Saisonmittelwerte) mit den in Tabelle 4 ausgewiesenen Grenzwerten verglichen. Fällt der Wert in einen definierten Bereich, wird der im jeweiligen Spaltenkopf ausgewiesene B-Wert als Zahl und als Bewertungsergebnis für den jeweiligen Index eingesetzt. Einige Zustandsklassen sind nicht definiert (s. Tabellenerläuterungen).

Tab. 4: Grundzustände und obere Klassengrenzen für die Algengruppen-Kenngrößen "Pennales", "Chlorophyceae“ und "Blaualgen“ der Phytoplankton-Fließgewässertypen.

PP-FG-Typ

Pennales %

Chlorophyceae %

Blaualgen %

Obere Klassengrenzen:

sehr gut

gut

mäßig

unbefriedigend

mäßig

unbefriedigend

B-Wert:

1

2

3

4

3

4

10.1

25

20*

 

 

 

 

20.1

20

15*

 

 

 

 

15.1 + 17.1

20

15*

 

 

10***

20

15.2 + 17.2

25

20*

 

 

20***

40

9.2

30

15*

 

 

10***

20

20.2

 

 

5**

15

2***

5

10.2

 

 

5**

15

 

 

23

20

15*

5**

15

10

20

* wenn kleiner oder gleich 15 oder 20% ist die Pennales -Bewertung immer gleich "mäßig“ (Wert 3). Die Zustände "unbefriedigend“ und "schlecht“ sind nicht definiert.

** wenn kleiner oder gleich 5% wird anstatt der Chlorophyceae -Bewertung nochmals das Ergebnis von Metric 1 (Gesamtpigment) eingesetzt. Für diese Kenngröße sind nur die Zustände "unbefriedigend“ und "schlecht“ definiert.

*** wenn kleiner oder gleich 2, 10 oder 20% wird anstatt der Blaualgen -Bewertung nochmals das Ergebnis von Metric 1 (Gesamtpigment) eingesetzt. Für diese Kenngröße sind für die markierten FG-Typen nur die Zustände "unbefriedigend“ und "schlecht“ definiert, doch für FG-Typ 23 auch die Zustände "sehr gut“, "gut“ und "mäßig“.

Kenngröße TIP - Typspezifischer Indexwert Potamoplankton 

Der TIP-Index beschreibt auf Grundlage typspezifischer Indikatorlisten die Auswirkungen einer Eutrophierung auf die Phytoplanktonzönose eines Fließgewässers.

Die Indikatorlisten (Tabelle 5) umfassen sowohl planktisch als auch benthisch lebende Taxa. Als Störanzeiger sind insbesondere die Blaualgentaxa sowie ausgewählte Chlorophyceen- und Diatomeentaxa mit einem hohen Trophiewert belegt. Die Indikatorlisten enthalten Phytoplanktontaxa, die mit der Utermöhl-Methode mikroskopisch bestimmt werden können, so dass die Diatomeen sowie andere Algengruppen überwiegend auf Gattungsebene zusammengefasst sind. Der TIP-Metric indiziert in erster Linie die Ungestörtheit des Trophiezustandes und reagiert zusätzlich auf Beeinträchtigungen der Gewässermorphologie wie Strukturarmut und Aufstauungen.

Tab. 5: Liste der Indikatortaxa der Kenngröße "Typspezifischer Indexwert Potamoplankton (TIP)" des Phytoplanktonbewertungsverfahrens für Fließgewässer (PhytoFluss v. 2.2). Es können mehrere Arten, Sippen und Gattungen zu einem Indikatortaxon gehören. Insgesamt besitzen 385 Taxa der HTL eine Einstufung als Indikator im TIP. Die typspezifischen Indexwerte Potamoplankton (Trophie-Optima) und die Gewichtungsfaktoren sind im Einzelnen dem Handbuch (Mischke & Behrendt 2007) entsprechend dem Phytoplankton-Fließgewässertyp zu entnehmen.

Achnanthes lanceolata-Komplex

Dictyosphaerium

Nitzschia, Gattung

Achnanthes minutissima – Sippen

Euglena

Oocystis

Actinocyclus normanii

Fragilaria crotonensis

Oscillatoriales, ohne Planktothrix

Amphora

Fragilaria ulna

Pediastrum

Aphanizomenon

Fragilaria ulna var. acus

Planktothrix agardhii

Asterionella formosa

Fragilaria ulna angustissima – Sippen

Planktothrix, Gattung

Aulacoseira granulata

Fragilaria, Gattung

Rhodomonas

Aulacoseira, Gattung

Gomphonema/Rhoicosphenia

Scenedesmus armatus

Botryococcus

Gymnodinium o. G. lantzschii

Scenedesmus falcatus

Ceratium

Kephyrion / Pseudokephyrion

Scenedesmus quadricauda

Chlamydomonas

Kleine Chrysopyhceen plus Haptophyceae

Scenedesmus, Gattung

Chrysococcus

Melosira varians

Skeletonema potamos

Chrysophyceen

Microcystis

Skeletonema subsalsum

Cocconeis placentula

Monoraphidium contortum

Sphaerocystis-Formenkreis

Coelastrum

Navicula gregaria

Staurastrum

Crucigenia / Crucigeniella

Navicula lanceolata

Surirella

Cryptomonas

Navicula menisculus

Trachelomonas

Cymatopleura elliptica

Navicula, Gattung

Zentrale Diatomeen <20 µm

Cymatopleura solea

Nitzschia acicularis-Formenkreis

Zentrale Diatomeen groß >20 µm

Diatoma tenuis

Nitzschia fonticola

 

Diatoma vulgaris

Nitzschia sigmoidea

 

Die Kenngröße basiert auf dem relativen Anteil von Indikatortaxa am Phytoplankton-Gesamtbiovolumen  auf Basis von Saisonmittelwerten und klassifiziert das Gewässer durch Verrechnung mit dem typspezifischen Trophiewert und Gewichtungswert.

   

DW   = Dominanzwert
TI      = Trophiewert
GW   = Gewichtungswert

Die resultierende Bewertungsklasse für die Kenngröße TIP entspricht dem Mittelwert aller taxonspezifischen Ergebnisse. Der TIP-Index muss auf mindestens sechs Beprobungen im Untersuchungszeitraum (April bis Oktober) sowie der Zählung und Bestimmung von mindestens sechs unterschiedlichen Indikatorarten mittels der Utermöhl-Methode an einem Umkehrmikroskop beruhen. Die Klassengrenzen sind analog zum Gesamtpigment-Index definiert.

Gesamtbewertung 

Durch Mittelung aller Kenngrößen wird der Gesamtindex Phytoplankton berechnet. Der Index nimmt Werte von 0,5 - 5,5 ein und wird gemäß Tabelle 6 den fünf ökologischen Zustandsklassen der WRRL zugeordnet.

Tab. 6: Indexwerte und ökologische Zustandsklasse.

Gesamtindex Phytoplankton

Ökologische Zustandsklasse

0,50 – 1,50

1 = sehr gut

1,51 – 2,50

2 = gut

2,51 – 3,50

3 = mäßig

3,51 – 4,50

4 = unbefriedigend

4,51 – 5,50

5 = schlecht