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Gewässer in Deutschland - Dashboard des Bundes zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (Applikation)

Die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) fordert den umfassenden Schutz des oberirdischen und unterirdischen Wassers. Die zehn Flussgebietsgemeinschaften Deutschlands stellen dazu alle sechs Jahre Bewirtschaftungspläne und Maßnahmenprogramme auf. Das Umweltbundesamt und das Bundesumweltministerium haben diese Berichte für Deutschland ausgewertet und stellen die Ergebnisse in dieser Anwendung vor.

Untersuchungen des Methan Paradoxons in Seen

Methan ist ein höchst potentes Treibhausgas, dennoch ist das globale Methanbudget durch die vielen unbekannten CH4-Quellen und -senken sehr unsicher. Die Höhe der CH4-Anreicherung in der Wassersäule hängt von komplexen Interaktionen zwischen methanogenen Archaeen und methanotrophen Bakterien ab. Das bekannte Methan Paradoxon, das die CH4-Übersättigung im oxischen Oberflächenwasserkörper von Seen und Meeren darstellt, weckt Zweifel, dass die mikrobielle CH4-Bildung nur im anoxischen Milieu stattfindet. Im oligotrophen Stechlinsee haben wir eine wiederkehrende Methanübersättigung im Epilimnion gefunden. Unsere Studien zeigen, dass das CH4 aktiv in der oxischen Wassersäule produziert wird. Die Produktion scheint dabei an die autotrophe Produktion von Grünalgen und Cyanobakterien gekoppelt zu sein. Zur gleichen Zeit sind keine methanotrophen Bakterien im Epilimnion vorhanden, so dass das CH4 nicht oxidiert wird. Unsere Haupthypothese ist, dass pelagische Methanogene hydrogenotroph sind, wobei sie den Wasserstoff aus der Photosynthese und/oder Nitrogenaseaktivität nutzen. Unsere Untersuchungshypothesen sind:1) Die CH4-Produktion ist mit der Photosynthese und/oder N-Fixierung gekoppelt, wobei hydrogenotrophe methanogene Archaeen mit den Primärproduzenten assoziiert sind. Die Methanogenen können angereichert und kultiviert werden, um Mechanismen der epilimnischen CH4-Produktion detailliert zu untersuchen.2) Die CH4-Oxidation ist durch die Abwesenheit der Methanotrophen und/oder der Photoinhibition in den oberen Wasserschichten reduziert.3) Die CH4-Produktion innerhalb mikro-anoxischer Zonen, z. B. Zooplankton und lake snow, ist nicht ausreichend für die epilimnische CH4-Produktion.Die saisonale Entwicklung des epilimnischen CH4-Peaks soll in Verbindung mit den Photoautotrophen und der Seenschichtung im Stechlinsee untersucht werden. Dabei soll eine neu-installierte Mesokosmosanlage (www.seelabor.de) genutzt werden, um CH4-Profile bei unterschiedlichen autotrophen Gemeinschaften und Seenschichtungen zu studieren. Die Verknüpfung zwischen methanogenen Archaeen und den Photoautotrophen soll in Inkubationsexperimenten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung und qPCR für funktionelle Gene untersucht werden. Methanotrophe werden quantifiziert und die Photoinhibition der CH4-Oxidation durch Inkubationsexperimente gemessen. In Laborexperimenten sollen die methanogenen Archaeen angereichert und kultiviert werden mittels dilution-to-extinction und axenischen Cyanobakterien und Grünalgen. Physiologische Studien an Anreicherungs- oder Reinkulturen sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen ermitteln. Feld- und Laborexperimente sollen helfen, das Methan Paradoxon zu entschlüsseln, um die bisherige und potentiell wichtige CH4-Quelle zu charakterisieren und zu quantifizieren. Die Studien sollen helfen, unser Verständnis des globalen CH4-Kreislaufes zu verbessern, damit zukünftige Prognosen realistischer werden.

Seenvermessung mit Tiefenangaben im Land Brandenburg

Im Auftrag des Ministeriums für Land- und Ernährungswirtschaft, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg (vormals MLUR) wurden zwischen 1995 - 2007 vom Institut für angewandte Gewässerökologie (IaG) bzw. von 2009 - 2014 vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung (vormals GFZ) mehrere Seen bzw. Gewässerabschnitte im Land Brandenburg vermessen. Die Daten wurden dann zu einem Datenbestand zusammengefasst. Der nun vorliegende Datensatz beinhaltet Polygone mit relativen Tiefenangaben bezogen auf den Uferbereich des jeweiligen Sees. Im Auftrag des Ministeriums für Land- und Ernährungswirtschaft, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg (vormals MLUR) wurden zwischen 1995 - 2007 vom Institut für angewandte Gewässerökologie (IaG) bzw. von 2009 - 2014 vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung (vormals GFZ) mehrere Seen bzw. Gewässerabschnitte im Land Brandenburg vermessen. Die Daten wurden dann zu einem Datenbestand zusammengefasst. Der nun vorliegende Datensatz beinhaltet Polygone mit relativen Tiefenangaben bezogen auf den Uferbereich des jeweiligen Sees. Im Auftrag des Ministeriums für Land- und Ernährungswirtschaft, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg (vormals MLUR) wurden zwischen 1995 - 2007 vom Institut für angewandte Gewässerökologie (IaG) bzw. von 2009 - 2014 vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung (vormals GFZ) mehrere Seen bzw. Gewässerabschnitte im Land Brandenburg vermessen. Die Daten wurden dann zu einem Datenbestand zusammengefasst. Der nun vorliegende Datensatz beinhaltet Polygone mit relativen Tiefenangaben bezogen auf den Uferbereich des jeweiligen Sees.

Übersichtskarte Alarmplan Donau Gewässerökologie

Der Alarmplan bayerische Donau Gewässerökologie will im besten Sinne dabei helfen, die ökologische Qualität der Donau zu bewahren. Das aktuelle Faltblatt stellt die wesentlichen Grundzüge des Planes vor. Ziel des Alarmplan Donau Ökologie (ADÖ) ist es, ökologisch kritische Zustände in der Donau frühzeitig und repräsentativ zu erkennen, Gewässernutzer und Öffentlichkeit zu sensibilisieren sowie bei Bedarf Maßnahmen zu ergreifen. Der ADÖ definiert kritische gewässerökologische Situationen an der Donau in drei Warnstufen. Auf Basis festgelegter Schwellenwerte für Wassertemperatur und Sauerstoff sowie einer Experteneinschätzung erfolgt eine Bewertung der ökologischen Situation für vier abgegrenzte, homogene Abschnitte der Donau, den Meldebereichen. Federführend zuständig für den ADÖ ist die Regierung der Oberpfalz. Weitere Informationen zum Alarmplan der Ökologie finden Sie unter Alarmplan bayerische Donau Gewässerökologie (ADÖ) (PDF - 740KB)

Verhalten von Herbiziden in Gewaessern

Durch die Anwendung von Herbiziden in Gewaessern ist eine Beeintraechtigung des Wassers selbst sowie der Wasseroekologie moeglich. Mit Hilfe von Biotesten sollen derartige Veraenderungen nachgewiesen werden. Hierfuer sind geeignete Testorganismen erforderlich, die sowohl Aufschluss darueber geben, um welche Wirkstoffe es sich handelt, als auch eine ausreichende Empfindlichkeit erkennen lassen, damit selbst Spuren von Aktivsubstanzen angezeigt werden. Neben dem Nachweis von Wirkstoffen interessierte bei diesem Forschungsvorhaben vor allem die Beeinflussung der Wasserqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzenerqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzentration, deren Veraenderung zu einer erheblichen Beeintraechtigung der Biozoenose des Wassers fuehren kann. Aus diesem Grunde wurde daher vorrangig der Einfluss von verschiedenen Wasserherbiziden auf diese Konstante untersucht.

Potenzialstudie Wasserkraft - Potenzialstudie Erneuerbare Energien, Teil 5: Wasserkraft

In der Studie wurde landesweit das noch ungenutzte Wasserkraftpotenzial an bestehenden Querbauwerken unter Berücksichtigung der Belange der Gewässerökologie und des Fischschutzes ermittelt. Dabei wurde in einem 'maximalen Szenario' ein ungenutztes Erzeugungspotenzial von 107,9 GWh/a an 128 Querbauwerken identifiziert (davon 35 Repoweringstandorte). In einem 'minimalen Szenario', in dem weitere, nicht abschließend zu klärende ökologische Aspekte berücksichtigt wurden, verbleibt noch ein ungenutztes Potenzial von 59,8 GWh/a an 54 Standorten. In Nordrhein-Westfalen wird derzeit bereits ein großer Anteil des gesamten Wasserkraftpotenzials genutzt. Dennoch macht es Sinn, den Ausbau der bisher noch ungenutzten Wasserkraftpotenziale zu unterstützen, vor allem an potenziellen Standorten für besonders große Anlagen oder bei dem Repowering bereits bestehender Anlagen. Die Wasserkraftnutzung ist eine ausgereifte Technik mit relativ hohen Wirkungsgraden, die durch eine meist relativ gleichmäßige Stromerzeugung im Gegensatz zur Wind- oder Solarenergie auch den Einsatz als Grundlastkraftwerke ermöglicht. Darüber hinaus wurden in der Studie auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserkraftnutzung in NRW sowie das Potenzial von kinetischen Strömungsmaschinen und der Wasserkraftnutzung an Infrastruktureinrichtungen betrachtet.

Auswirkungen chemischer Belastungen auf mikrobielle Gemeinschaften

Veranlassung Gewässerökologie im Fokus der Öffentlichkeit Die durch den Klimawandel mit zunehmender Häufigkeit auftretenden extremen Bedingungen in und an Flüssen und Bundeswasserstraßen führten in der jüngeren Vergangenheit zum Teil zu verheerenden ökologischen Folgen. Mikroorganismen nahmen dabei oft eine zentrale Rolle ein und rückten das Thema Wasserqualität verstärkt in den Fokus der Öffentlichkeit. Ein Beispiel dafür ist das Fischsterben in der Oder im August 2022, welches im Rahmen der Ursachenforschung die Sensibilität, aber auch die Komplexität der Ökosysteme in Politik und Öffentlichkeit allgegenwärtig machte. Aber auch die seit 2017 in der Mosel auftretenden Cyanobakterienblüten erregen zumindest regional öffentliches Interesse, da sie oftmals eine eingeschränkte Nutzung des Gewässers nach sich ziehen. Interdisziplinäre wissenschaftliche Herausforderung: Komplexe Zusammenhänge zwischen chemischer Belastung und Biodiversität Die Entschlüsselung komplexer Wirkbeziehungen stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar - einerseits aufgrund multipler Stressoren, die auf Flussysteme einwirken, wie die Auswirkungen des Klimawandels oder die Ausbreitung von Neobiota; andererseits aufgrund zahlreicher Umweltfaktoren wie Wassertemperatur, Nährstoffkonzentrationen und Abflussbedingungen. Ein größtenteils unbekanntes Ausmaß an chemischen Stressoren, insbesondere organische Spurenstoffe, belasten das aquatische Ökosystem zusätzlich. Obwohl internationale Gremien und Verbände (IPBES, EU) sowie die wissenschaftliche Gemeinschaft chemische Belastungen als einen der Haupttreiber für Biodiversitätsverlust anerkannt haben, ist der Einfluss von Chemikalien auf die Biodiversität und damit auf Ökosysteme bisher unzureichend verstanden. Erste Studien geben Hinweise auf die potentiellen Auswirkungen chemischer Belastungen auf die mikrobielle Gemeinschaft: Beispielsweise belegen sie einen statistischen Zusammenhang zwischen der Spurenstoffbelastung und dem ökologischen Zustand von Fließgewässern. Es ist daher notwendig, die komplexen Zusammenhänge zwischen solchen chemischen Stressoren und der mikrobiellen Artengemeinschaften integrativ und systematisch zu bearbeiten, um die ökologischen Entwicklungen in Bundeswasserstraßen besser zu verstehen und zu prognostizieren sowie um nachteiligen Veränderungen proaktiv entgegensteuern zu können. Die Mosel als Untersuchungsgebiet Über Einträge kommunaler Kläranlagen sowie aus industriellen und intensiven landwirtschaftlichen Aktivitäten im Einzugsgebiet gelangen komplexe Mischungen organischer Spurenstoffe in die Mosel. Darüber hinaus zeigt das Gewässer als Ausdruck eines "nicht gesunden" Ökosystems seit einigen Jahren ausgeprägte, Toxin-bildende Cyanobakterienblüten, die in der breiten Öffentlichkeit sowie bei den verantwortlichen Behörden große Aufmerksamkeit und Besorgnis erregen. Ziele - Umfassende Charakterisierung der mikrobiellen Artengemeinschaft und chemischen Belastung im Untersuchungsgebiet (Mosel) - Etablierung von experimentellen Ansätzen zur systematischen Untersuchung der Zusammenhänge zwischen chemischen Belastungen und dem Wachstum mikrobieller Populationen - (Weiter-)Entwicklung von mechanistischen Effekt-Modellen, welche den Einfluss der chemischen Belastung im Kontext multipler Stressoren auf ausgewählte Phytoplankton-Arten beschreiben.

Funktionelle Diversität aquatischer Primärproduzenten - Erarbeitung einer Konzeption für einer DFG-Forschergruppe

Im Rahmen eines Verbundvorhabens mit der BTU Cottbus, Universität Potsdam und dem IGB Berlin soll eine Forschergruppe zur Untersuchung der funktionellen Diversität aquatischer Primärproduzenten initiiert werden. Dieses Vorhaben soll eine detaillierte Analyse sowohl der räumlichen Inhomogenitäten als auch der zeitlichen Variabilität der Primärproduktionsleistung aquatischer Ökosysteme liefern. Die dem Vorhaben zugrunde liegende Hypothese geht davon aus, dass mit steigender Nährstoffbelastung eine Zunahme beider Variabilitätskomponenten erfolgt, welche durch die gegenwärtig praktizierte Probenahmestrategie nur unzureichend erfasst wird. In bisherigen gewässerökologischen Studien wird im Regelfall nicht die Leistung der Primärproduzenten erfasst, sondern nur ihre Biomasse als Proximatfaktor verwendet. In allen Klassifikations- und Bewertungssystemen wird ungeprüft vorausgesetzt, dass die Trophie als Intensität der Primärproduktion im gesamten Gewässer proportional zur Nährstoffbelastung und zur Biomasse des Phytoplanktons im Epilimnion ist. Dieser Sachverhalt trifft jedoch nur auf die Phasen der Dominanz von epilimnischem Phytoplankton zu. Mit der Abnahme der Nährstoffbelastung wächst die Bedeutung benthischer oder metalimnischer Produzenten für die gesamten Stoffumsatzprozesse und für die Ausprägung von Nahrungsnetzbeziehungen. Diese Prozesse und Komponenten sollen in einem Gesamtansatz erfasst werden. Aus diesem Grund steht die Entwicklung von vergleichbaren Methoden zur Erfassung der Primärproduktion aller photoautotrophen Organismen im Mittelpunkt der ersten Phase des Forschungsvorhabens

Klimaresilientes Odenthal

Zielsetzung: Der Klimawandel stellt ländliche Gemeinden in Mittelgebirgen vor spezielle Herausforderungen bezüglich des Wasserressourcenmanagements. Die Ereignisse im Sommer 2021 haben gezeigt, dass auch der ländliche Raum nicht hinreichend auf Hochwasser- und Starkregenereignisse vorbereitet ist. Gleichzeitig haben die Dürrejahre 2018 und 2019 erhebliche Auswirkungen auf die Forst- und Landwirtschaft gehabt. Dies unterstreicht den dringenden Bedarf an Konzepten der Klimaanpassung, die eng mit der Landnutzung verknüpft sind. Die Gemeinde Odenthal im Dhünntal des Bergischen Landes war vom Starkregenereignis 2021 stark betroffen und konnte einschlägige Erfahrungen sammeln. Die geo-morphologischen Verhältnisse, insbesondere die Hanglage und Bodenqualität, beeinflussen die Wasserrückhaltung erheblich und sorgen für eine geringe Versickerungsfähigkeit, wodurch Niederschlagswasser aufgrund der geringen Untergrunddurchlässigkeit größtenteils oberirdisch abfließt. Gleichzeitig führt der hohe Nutzungsdruck auf die wenigen verfügbaren ebenen Flächen - oft in Auengebieten - zu Nutzungskonflikten zwischen verschiedenen Akteuren. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, müssen nachhaltige Strategien zur Wasserspeicherung und -bewirtschaftung der Flächen entwickelt und genutzt sowie Interessenkonflikte aufgelöst werden. Unter Einbeziehung der Bürger*innen und in Zusammenarbeit mit der Wissenschaft, vertreten durch die TH Köln, soll nun eine wasserkompetente und klimaangepasste Siedlungsentwicklung in einer Mittelgebirgsregion geschaffen werden. Ziel ist es, durch partizipative Ansätze die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit - Wirtschaft, Soziales und Ökologie - zu stärken und die Akzeptanz der entwickelten Maßnahmen zu sichern. Die Gemeinde Odenthal wird zur Modellgemeinde und zum Reallabor für den innovativen Projektansatz und spielt eine zentrale Rolle im Modellflussgebiet Dhünn des :aqualon e.V.. In enger Zusammenarbeit mit allen Akteur*innen werden Strategien und Maßnahmen entwickelt, die den gesamten Wasserkreislauf, die Risiken des Klimawandels und die Gewässerökologie berücksichtigen. Ziel ist es, neue Wasser-Raum-Konzepte zu schaffen, die den Schutz der Gewässer fördern und die Klimaresilienz der Gemeinde stärken. Das Projekt schafft die Voraussetzungen für ein direkt anschließendes Umsetzungsprojekt, bei dem die gemeinsam entwickelten Lösungen von allen beteiligten Akteur*innen getragen und umgesetzt werden, um Odenthal als klimaresiliente Gemeinde zu etablieren.

Steuergrößen von Wasserqualität und ihrer Dynamik in Einzugsgebieten: Eine Deutschland-weite Analyse mit daten-getriebenen Modellen

Eine sichere Wasserversorgung ist eines der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen in der Agenda 2030. In Mitteleuropa und Deutschland sind hohe Nährstoffeinträge in Grund- und Oberflächenwässer und schließlich auch in die marinen Systeme nach wie vor einem Problem für aquatische Ökosysteme und die Sicherung der Wasserversorgung. Auf der räumlichen Skala von Flusseinzugsgebieten interagieren dabei eine Vielzahl von Eintragspfaden und Prozessen, die ein mechanistisches Verständnis und klare Ursache-Wirkungs-Beziehungen erschweren. In den letzten Dekaden wurden große Anstrengungen unternommen, Kläranlage zu ertüchtigen und damit Einträge von Phosphor und Stickstoff deutlich zu reduzieren. Andererseits sind diffuse Einträge aus der Landwirtschaft immer noch bedeutend und aufgrund der langen Transportzeiten von der Quelle zur Vorflut schwer zu managen. Es ist momentan schwer abzuschätzen, wie schnell sich Maßnahmen zur Verringerung von Stickstoffüberschüssen in der Landwirtschaft auf die Wasserqualität und ihre zeitlich-räumliche Variabilität in der Vorflut auswirken. In diesem Antrag wird ein einzigartiger Datensatz von Wasserqualität und -quantität über ganz Deutschland hinweg verwendet und einer systematischen Daten-getriebenen Analyse unterzogen. Der Datensatz basiert auf dem langjährigen Monitoring von Wasserqualität der einzelnen Bundesländer und wurde vom UFZ zusammengestellt. In der Analyse dieser Daten werden Muster in der Konzentrationsvariabilität aber auch den Beziehungen zwischen Konzentration und Abfluss verwendet, um Rückschlüsse auf dominante Prozesse und Eintragspfade im Einzugsgebiet zu schließen. Die Arbeit ist dabei auf drei Ziele fokussiert: (a) Die Klassifikation der Einzugsgebiete hinsichtlich ihres Nährstoff-Exportregimes für Daten ab dem Jahr 2010. (b) Die zeitliche Entwicklung der Stickstoff:Phosphor-Stöchiometrie für längere Zeitreihen im Wechselspiel von Punkt- und diffusen Quellen. (c) Die Langzeit-Trajektorien des Nährstoffexports aus Einzugsgebieten und einer möglichen Entwicklung zu chemostatischen Verhältnissen mit geringer Konzentrationsvariabilität aufgrund flächiger landwirtschaftlicher Einträge. Dabei ermöglichen innovative daten-getriebene Methoden und der einzigartige Datensatz einen neuen Blick auf die Steuergrößen von Nährstoffexporten im mitteleuropäischen anthropogen überprägten Landschaftsbild. Die Ergebnisse ebnen zum einen den Weg für komplexitätsreduzierte Wasserqualitäts-Modelle auf der Skala von Einzugsgebieten. Zum anderen haben die Ergebnisse Relevanz für weitere Fachgebiete, wie der aquatischen Ökologie und des Umweltmanagements.

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