Trophiesystem

Das Trophiesystem eines stehenden Gewässers charakterisiert seinen Zustand hinsichtlich der Nährstoffe. Der ideale Ernährungszustand der Wasserpflanzen wird als Eutrophie (von griech. εύτροφος, gut nährend) bezeichnet.

Die Klassifizierung eines Trophiesystems basiert auf dem Gehalt an Nährstoff-Elementen (P, N, C, S), wobei sich (mit Ausnahme von absichtlich gedüngten Gewässern wie Karpfenteichen) der Phosphorgehalt als der entscheidende und begrenzende Faktor (Minimumfaktor) herausgestellt hat. Es spielt dabei keine definitorische Rolle, dass diese Elemente meist in organischem Material gebunden vorliegen.

Grundlagen

In der Limnologie werden die Gewässer anhand der Jahresdurchschnittswerte an Chlorophyll- und Gesamtphosphorgehalt in vier Trophiestufen eingeteilt. Daneben werden sekundär auch Sauerstoffsättigung, Wasserfärbung, Sichttiefe und andere Parameter zur Beurteilung genutzt, die sich als Folgen der durch die Nährelemente verursachten Intensität organischer Produktion ergeben: z. B. bio- und chemischer Sauerstoffbedarf (BSB und CSB) oder die Bakterienzahl.

Generell gilt, dass umso weniger Sauerstoff zur Verfügung steht, je mehr Pflanzennährstoffe das Gewässer enthält. Bei Überdüngung (hypertroph, s.a. Eutrophierung) bildet sich nach dem Sommer eine extrem sauerstoffarme Bodenschicht aus.

Das Trophiesystem der stehenden Gewässer ist nicht mit dem für Fließgewässer entwickelten Saprobiensystem zu verwechseln, welches ebenfalls vier Stufen, die Gewässergüteklassen, definiert. Diese beruhen auf der Belastung mit organischem, biologisch abbaubarem Material. In den letzten Jahrzehnten hat durch die Fortschritte der Klärtechnik auch in den Fließgewässern das Problem einer Belastung mit anorganischen Nährstoffen im Vergleich zur saprobischen Belastung mit organischem Material zugenommen. Deshalb wird versucht, ein Trophiesystem auch für Fließgewässer zu entwickeln. Ferner wurde, als das Trophieproblem erkannt war, die Klärtechnik um Methoden der Phosphorrückhaltung ergänzt.

Charakterisierungen

Oligotroph (Trophiestufe I)

Oligotroph sind Gewässer mit wenig Nährstoffen und daher geringer organischer Produktion. Die geringe Phosphatzufuhr begrenzt das Pflanzen- und Algenwachstum. Das Plankton ist zwar artenreich, aber individuenarm. Das Gewässer ernährt nur eine geringe Masse an Fischen. Oligotrophe Gewässer haben oft grobkörnige Uferstrukturen mit geringem Pflanzenbewuchs. Ihr Wasser ist sehr klar. Es erscheint blau bis dunkelgrün. Die Sichttiefe ist in der Regel größer als 6 m, mindestens aber 3 m. Die Sauerstoffsättigung am Ende der Sommerstagnation liegt bei mehr als 70 %. Im sauerstoffreichen Tiefenwasser enthaltene dreiwertige Eisenionen fällen freigesetztes Phosphat und entziehen es so dem Stoffkreislauf (Phosphatfalle).

Mesotroph (Trophiestufe II)

Mesotroph werden Gewässer genannt, die sich in einem Übergangsstadium von der Oligotrophie zur Eutrophie befinden. Der Nährstoffgehalt ist höher und Licht kann noch in tiefere Wasserschichten eindringen. Mit zunehmender Dichte des Phytoplanktons ändert sich die Eindringtiefe des Lichtes. Die Sichttiefe beträgt noch mehr als zwei Meter und die Sauerstoffsättigung am Ende der Sommerstagnation zwischen 30 und 70 %. Die Phosphatfalle bleibt wirksam.

Eutroph (Trophiestufe III)

Eutroph sind Gewässer mit hohem Phosphatgehalt und daher hoher Produktion von Biomasse. Das Hypolimnion (kalte Bodenschicht) eutropher Gewässer wird im Sommer sehr sauerstoffarm, das Epilimnion dagegen ist durch Photosynthese mit Sauerstoff übersättigt. Das Plankton ist sehr arten- und individuenreich. Der Grund des Gewässers ist mit einer anaeroben Faulschlammschicht (Mudde, Sapropel) bedeckt, die massenhaft mit Schlammröhrenwürmern und Zuckmückenlarven besiedelt ist. Aus dieser Schicht diffundiert während der Wasserzirkulation im Frühjahr und Herbst Eisen-II-phosphat aus und trägt zu einer schnellen Rückdüngung des Gewässers bei. Nach der Frühjahrs-Vollzirkulation tritt häufig eine Algenblüte auf. Das Wasser ist trüb und meist durch unterschiedliche Algen grünlich bis gelbbraun gefärbt. Die Sichttiefe liegt in der Regel unter zwei Metern und die Sauerstoffsättigung am Ende der Sommerstagnation unter 30 %.

Siehe auch: Eutrophierung

Hypertroph (Trophiestufe IV, auch Polytroph)

Hypertroph nennt man Gewässer, bei denen der Nährstoffgehalt und damit die Biomassenproduktion so hoch ist, dass bis zum Ende der Sommerstagnation der Sauerstoff in den bodennahen Schichten (Hypolimnion) weitgehend aufgebraucht wird. Nur die obersten Wasserschichten des Epilimnions weisen für spezialisierte Organismen noch tolerierbare Wachstumsbedingungen auf. Nachts und morgens kommt es häufig zu Fischsterben. Die Sichttiefe liegt unter einem Meter. Hypertroph können aber auch künstlich gedüngte Kleingewässer sein, wie z.B. Karpfenteiche. Sie werden absichtlich sehr flach angelegt, um die Ausbildung einer an Sauerstoff verarmten Bodenschicht zu verhindern und die erhöhte Produktion fischereilich nutzen zu können.

Parametertabelle der vier Trophiestufen

Parameter	oligotroph	mesotroph	eutroph	hypertroph
Sichttiefe (in Meter)	5–10, höchstens 15–20	1–2, höchstens 5–10	weniger als 1, höchstens 2–3	weniger als 1
Tiefengrenze der submersen Vegetation	12–30 m	5–10 m	weniger als 2 m	weniger als 1 m
Phosphatgehalt (mg/m³)	4–10 (0–4 = ultraoligotroph)	10–35	35–100	mehr als 100
Nitrat- und Ammonium-Gehalt im Herbst (mg N pro l)	höchstens 1	höchstens 1	mehr als 2	mehr als 2
Chlorophyllgehalt im Jahresmittel (mg/m³)	weniger als 3,5	weniger als 7,0	weniger als 11	mehr als 11
O₂-Gehalt (in mg/l)	mehr als 8	6–8	2–4
BSB₂ (in mg/l)	0,5	1,1–2,2	4–7
BSB₅ (in mg/l)	höchstens 3	3–5,5	5,5–14	mehr als 14
CSB (in mg/l)	1–2	8–9	20–65
Bakterienzahl (Anzahl pro ml)	weniger als 100	ungefähr 10.000	bis 100.000	mehr als 100.000

BSB_x: Biologischer Sauerstoffbedarf in x Tagen
CSB: chemischer Sauerstoffbedarf (Bestimmung mit Kaliumdichromat K₂Cr₂O₇)

Siehe auch

Literatur

Horst Ziemann: Zur Bioindikation des Säuregrades und der Trophie von Bergbächen im Thüringer Wald. In: Wasserwirtschaft. Wiesbaden 96.2006,Nr.7/8, S. 22-28. ISSN 0043-0978
Bernd Hagemann: Bedeutung der Vegetation für die Trophiedifferenzierung von Stillgewässern. Dargestellt am Beispiel des Naturschutzgebietes "Heiliges Meer" (Kreis Steinfurt/Nordrhein-Westfalen). Dissertation Universität Hannover, Fachbereich Biologie. Hannover 2000.