Flußeinträge und Konzentrationen von Phosphor und Stickstoff und das Phytoplankton der Deutschen Bucht. Historische Veränderungen in der Ökologie des Wattenmeeres: 363. Sitzung am 6. Dezember 1989 in Düsseldorf PDF
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Rheinisch-Westfalische Akademie der Wissenschaften Natur-, Ingenieur-und Wirtschaftswissenschaften Vortdige . N 382 Herausgegeben von der Rheinisch-WestfaIischen Akademie der Wissenschaften SEBASTIAN A. GERLACH Flugeintrage und Konzentrationen von Phosphor und Stickstoff und das Phytoplankton der Deutschen Bucht KARSTEN REISE Historische Veranderungen in der Okologie des Wattenmeeres Westdeutscher Verlag 363. Sitzung am 6. Dezember 1989 in Dusseldorf CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek Gerlach, Sebastian A.: Flulleintrage und Konzentrationen von Phosphor und Stickstoff und das Phyto plankto!) der Deutschen Bueht / Sebastian A_ Gerlach_ Historische Veriinderungen In der Okologie des Wattenmeeres / Karsten Reise. - Opladen : Westdeutscher Verlag,lm (Vortriige / Rheinisch-Westfiilische Akademie der Wissenschaften: Natur-, lngenieur-und Wirtschaftswissenschaften; N 382) ISBN-13: 978-3-531-08382-7 e-ISBN-13: 978-3-322-88143-4 DOl: 10.1007/978-3-322-88143-4 NE: Reise~ Kamen: Historische Veranderungen in der Okologie des Wattenmeeres; Rheinisch-Westfiilische Akademie der Wissenschaften (DUsseldorf) : Vortrige / Natur-, Ingenieur-und Wirtschaftswissenschaften Der Westdeutsche Verlag ist ein Unternehmen der Verlagsgruppe Bertelsmann International. © 1990 by Westdeutscher Verlag GmbH Opladen Herstellung: Westdeutscher Verlag ISSN 0066-5754 ISBN-13: 978-3-531-08382-7 Inhalt Sebastian A. Gerlach, Kiel Flu6eintrage und Konzentrationen von Phosphor und Stickstoff und das Phytoplankton der Deutschen Bucht 1. Der Adantik als Nahrstoff-Quelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. Die Nahrstoff-Frachten der Fllisse sind gestiegen .................... 9 3. Anstieg der Nahrstoff-Konzentrationen bei Helgoland ............... 12 4. Es ist plausibel, hohere Phytoplankton-Biomassen in der Deutschen Bucht auf die gestiegenen Flu6eintrage zuriickzuflihren .................. " 13 5. Aber auch das Wetter steuert die Plankton-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . 15 6. Seit 1980 gab es von Ja hr zu Ja hr sehr verschiedene Phytoplankton Verhaltnisse auf einem hohen Nahrstoff-Niveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16 7. Ausblick ...................................................... 20 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21 Diskussionsbeitrage Professor Dr. agr. Fritz Fuhr; Professor Dr. rer. nat. Sebastian A. Gerlach; Professor Dr. rer. nat. Ulf von Zahn; Professor Dr. phil. Lothar Jaenicke; Professor Dr. rer. nat. Werner Schreyer; Professor Dr.-lng. Karl Friedrich Knoche; Professor Dr. phil. nat. Hermann Flohn; Professor Dr. sc. techno Kurt Schaffner; Professor Dr. rer. nat. Gunther Otto Schenck; Professor Dr. rer. nat. Klaus Brinkmann; Professor Dr. rer. nat. Dietrich Neumann 23 Karsten Reise, Sylt Historische Veranderungen in der 6kologie des Wattenmeeres 1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35 2. Wandlungsfahigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35 3. Vegetationsveranderungen ....................................... 37 3.1 Salzwiesen ................................................. 37 Inhalt 3.2 Seegras .................................................... 38 3.3 Algen ..................................................... 39 4. Veranderungen in der Bodenfauna der Watten. ..... . .. . . .. . . . ... . . .. 40 4.1 Bodentiere im Sediment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2 Muschelbanke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5. Veranderungen in der Bodenfauna der Wattrinnen . ..... .. .. ..... . . .. 42 6. Fische und Vogel. .. .. ... ...... .... . ..... ..... . ... .. ... .. ... . . .. 43 7. Exotische Arten . ... .... . . . ........ .. . .. . .. .. . . ... ...... . ... . . .. 45 8. Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Diskussionsbeitrage Professor Dr. rer. nat. Dietrich Neumann; Professor Dr. rer. nat. Karsten Reise; Professor Dr. rer. nat. Werner Schreyer; Professor Dr. med. Hans Schadewaldt; Professor Dr. agr. Fritz Fuhr; Professor Dr. rer. nat. Klaus Brinkmann; Professor Dr. rer. nat. Eckart Kneller; Professor Dr. phil. Lothar Jaenicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51 FluBeintrage und Konzentrationen von Phosphor und Stickstoff und das Phytoplankton der Deutschen Bucht Von Sebastian A. Gerlach, Kiel 1. Der Atlantik als NahrstofJ-Quelle Die Fruchtbarkeit der Meere griindet sich auf die im Meerwasser gelosten Mengen an Phosphat und Nitrat; dagegen sind die FluBeintrage verschwindend gering. Die Weltozeane enthalten (nach EMERY et al., 1955) gelost in ihren Wasser massen (1,35 x 1018m3) etwa 120 x 109t Phosphat-Phosphor und 920 x 109t gelOsten anorganischen Stickstoff (Nitrat und Ammonium). Der jahrliche Eintrag an Stickstoff in die Weltmeere wird dagegen auf 14-15 x 106t natiirliche FluB frachten plus 7-35 x 106t aus anthropogenen Quellen geschatzt. Etwa ebenso groB ist der Eintrag iiber die Atmosphare (49 x 106t pro Jahr), wovon etwa die Halfte aus anthropogenen Quellen stammt (GESAMP, 1988). Insgesamt knapp 100 x 106t Stickstoff-Eintrag jahrlich in die Weltmeere sind aber gering gegeniiber der 10000fach hOheren Menge des gelosten anorganischen Stickstoffs in den ozeanischen Wassermassen. Die Nordsee ist von Natur her als Flachmeer nahrstoffreich, aber die Konzen trationen der Nahrstoffe Phosphor und Stickstoff im Wasser des Nordatlantiks (Wintermessungen) sind trotzdem hoher als die entsprechenden Konzentrationen im Wasser der Nordsee (Abb. 1). GroBe Mengen nahrstoffreiches Atlantikwasser stromen standig in die Nordsee ein. Der Laie glaubt, daB die Fliisse mit ihrer Nahrstoff-Fracht eine groBe Rolle spielen (Abb. 2). Aber bevor der Mensch sie verunreinigte, brachten die Fliisse und die Einleitungen von Kiistenstadten nur 3% der Stickstoff-Frachten und 2% der Phosphorfrachten in die 520000 km2 groBe Nordsee, wahrend 86% der Stickstoff-Eintrage und 90% der Phosphor Eintrage mit den Wassermassen herangefiihrt wurden, die von Norden her aus dem Nordatlantik in die Nordsee einstromen, dann in der Nordsee entgegen dem Uhrzeigersinn zirkulieren und schlieBlich als Norwegischer Kiistenstrom nach Norden hin die Nordsee wieder verlassen. 7-9% der Nahrstoff-Mengen kamen durch den Englischen Kanal, der Rest aus der Atmosphare. Das sind Ergeb nisse von Zirkulationsmodellen, mit denen deutsche, niederlandische und briti sche Forscher in den letzten Jahren viel zum Verstandnis der Nordsee-Verhalt nisse beigetragen haben (HAINBUCHER et al., 1987; PAGEE und POSTMA, 1987; NELIS SEN und STEFELS, 1988). 8 Sebastian A. Gerlach 8" • <I ~o 0 0 0.7 50° 50 . ./a o Abb.l: Phosphat-Konzentrationen im Winterwasser der Nordsee Vtmol/l; 1 ,umol entspricht 0,031 mg P). Nach JOHNSTON (1973) aus GERLACH (1990) Das Phytoplankton der Deutschen Bucht 9 s 100km '-------' Abb.2: Wassereinzugsgebiet (punktiert) der Nordsee (ohne Skagerrak und Ostsee). Nach PAGEE und POSTMA (1987) aus GERLACH (1990) 2. Die NahrstofJ-Frachten der Flasse sind gestiegen In den letzten vierzig Jahren sind die Nihrstoff-Eintrage in die Flusse gewaltig gestiegen. Fur den Rhein liegen Daten von der MeBstelle Lobith an der deutsch niederHindischen Grenze vor. Die Phosphat-Konzentrationen lagen vor 1959 unterhalb von 2 }lmolll (0,6 mg P II). Sie stiegen bis 1970 langsam auf 6 }lmolll und dann schnell bis 1975 auf etwa 12 }lmolli. Seitdem schwanken sie zwischen 8 und 13 }lmoIlJ, steigen aber nicht mehr tendenziell an (BENNEKOM und WET- 10 Sebastian A. Gerlach steijn, 1990). Das ist ein Erfolg der Phosphat-Begrenzung in Waschmitteln und der Phosphat-Fallung in Klaranlagen. Zwischen 1975 und 1985 sind die Phosphor Einleitungen in OberfHichengewasser der Bundesrepublik Deutschland urn 29% zuriickgegangen (WERNER und OLFS, 1987). Fur Stickstoff sind die Daten nicht so zuverlassig. Vermutlich lagen die Rheinwasser-Konzentrationen fUr Nitrat und Ammonium zusammen vor 1950 bei etwa 70 ,umolll (1,0 mg Nil), lagen bis 1961 unter 250 ,umolll (3,5 mg Nil) und erreichten 1984 bis 1986 etwa 350 ,umolll (5,0 mg Nil). Grob gesehen haben sich also die Phosphor-Frachten versieben facht, die Stickstoff-Frachten vervierfacht. Der Eintrag von Stickstoff uber die Luftverschmutzung hat sich vielleicht verdreifacht. Berechnungen fur 1980 er geben, daB vermutlich jahrlich 1,2 Millionen Tonnen Stickstoff und 146000 t Phosphor mit Flussen oder unmitteIbar mit Einleitungen in die Nordsee geIan gen. Aber diese Mengen verteilen sich nicht gleichmaBig auf die FHiche der Nord see, sondern beeinflussen in erster Linie das "Kontinentale Kustenwasser". Unter "Kontinentalem Kustenwasser" versteht man einen Gurtel mit etwas vermindertem Salzgehalt, der sich von der Schelde ostwarts an den niederlan dischen und deutschen Kusten entlangzieht und an der Westkuste Danemarks nach Norden bis zum Skagerrak reicht. ScheIde, Maas, Rhein, Ems, Weser und Tabelle 1: Summe der Jahres-Stickstoff· und Phosphor.Eintrage in das Kontinentale Kiistenwasser der Nordsee. Die Fiiiche wird mit etwa 50000 km2 angesetzt, die Zufliisse aus dem Eng iischen Kanal und aus dem im Nordwesten iiegenden Nordseegebiet werden mit 5670 km3/Jahr beriicksichtigt. Nach NELISSEN und STEFELS (1988), jedoch mit vedinderten Daten fUr den atmospharischen Eintrag und erganzt durch eine Abschatzung der Frachten 1950. Aus GERLACH (1990) Stickstoff 1950 1980 Eintrage t N/Jahr % t N/Jahr % Mit Meerwasser 742000 76% 742000 42% Atmosphare (2 g N/m2) 33000 3% 100000 6% 1950 - 33% von 1980 Fiiisse, Einleitungen, Verklappungen 202000 21% 918000 52% 1950 - 22% von 1980 Eintrage insgesamt 969000 t 1760000 t Phosphor 1950 1980 Eintrage t P/Jahr % t P/Jahr % Mit Meerwasser 92000 85% 92000 47% Atmosphare (45 mg P/m2) 1000 1% 2000 1% 1950 - 50% von 1980 Fiiisse, Einleitungen, Verklappungen 15000 14% 100000 52% 1950 - 15% von 1980 Eintrage insgesamt 108000 t 194000 t
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