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Gewässermanagement > Monitoring der Phosphor-Rücklösung aus Sedimenten

Gewässersedimente können in Abhängigkeit von physikalisch-chemischen und biologischen Bedingungen als Phosphor-Senke oder Phosphor-Quelle wirken. In vielen Gewässern hat der Eintrag von Phosphor aus externen Quellen (z.B. Kläranlagen, Industrie, Landwirtschaft) über die vergangenen Jahrzehnte zu einer Anreichung von Phosphor in den Sedimenten geführt (Abbildung I).


  Abbildung I: Sediment als P-Senke
  

Sanierungsmaßnahmen im Einzugsgebiet (Verringerung der externen Phosphor-Zufuhr) haben in vielen Fällen nicht zu einer unmittelbaren Verbesserung der Gewässergüte geführt, da die Freisetzung von Phosphor aus dem Sediment ins Freiwasser (Phosphor-Rücklösung) die reduzierte externe Phosphor-Zufuhr ganz oder teilweise kompensieren kann (Abbildung II).

  Abbildung II: Sediment als P-Quelle
  

Der Prozess der Phosphor-Rücklösung kann unmittelbare Auswirkungen auf die Gewässergüte haben. In Gewässern mit angegliederter Freizeitnutzung (z.B. Segelsport, Badenutzung) kann die Freisetzung von Phosphor aus dem Sediment zu erhöhtem Wachstum von Algen- und Wasserpflanzen beitragen und somit zu Nutzungskonflikten führen.

Die Quantifizierung der Phosphor-Rücklösung aus dem Sediment stellt daher neben der Quantifizierung externer Nährstoffquellen einen wesentlichen Baustein zur Ableitung von Sanierungs- und Entwicklungskonzepten und Maßnahmen dar.

Wir bieten u.a. die nachfolgenden Untersuchungsmethoden an:


(i) Bestimmung des Phosphor-Rücklösungspotenzials (potentiell mobilisierbare Masse an Phosphor)

Im Sediment findet sich Phosphor in verschiedenen gebundenen Formen, in gelöster Form im Porenwasser sowie labil an Oberflächen adsorbierter Phosphor. Sequenzielle Extraktionsverfahren eignen sich zur Charakterisierung der vorherrschenden Phosphor-Bindungsformen im Sediment.

Die Masse an potentiell mobilisierbarem Phosphor beschreibt dabei den Teil des Gesamt-Phosphorgehaltes von Sedimenten, der im Verlauf der Frühdiagenese potentiell mobilisierbar ist und bei Freisetzung aus dem Sediment ins Freiwasser dem Wachstum von Primärproduzenten zur Verfügung steht.

Zur Abschätzung der Masse an potentiell mobilisierbarem Phosphor, wird die Summe der Masse an Phosphor der NH4Cl-P („labiler Phosphor“), BD-P („reduktiv-löslicher Phosphor“) und NaOH-NRP („organischer Phosphor“) Fraktionen zusammengefasst.

Praktisch lässt sich diese Untersuchungsmethode durch die Entnahme von Sedimentkernen und anschließender Phosphor-Fraktionierung im Labor umsetzen. Die so gewonnen Daten erlauben mittels einer Massenbilanzierung die Quantifizierung der Masse an potenziell mobilisierbarem Phosphor in einem Wasserkörper in Form von Masse an Phosphor pro Fläche (z.B. g m-2).

Entnahme eines intakten Sedimentkerns mit Hilfe eines Sedimentstechrohrs
Foto © 2015 Sebastian Meis


(ii) Bestimmung der Phosphor-Rücklösungsrate (tatsächlich mobilisierte Masse an Phosphor)

Im Vergleich zum P-Rücklösungspotential beschreibt die Phosphor-Rücklösungsrate den Teil des Gesamt-Phosphorgehaltes von Sedimenten, der unter bestimmten Umweltbedingungen und über einen bestimmten Zeitraum aus dem Sediment ins Freiwasser freigesetzt wird und somit dem Wachstum von Primärproduzenten unmittelbar zur Verfügung steht.

In Abhängigkeit der hydromorphologischen Eigenschaften eines Wasserkörpers können in situ Messungen der Phosphor-Akkumulation im Tiefenwasser oder Laborexperimente mit intakten Sedimentkernen zur Quantifizierung der Phosphor-Rücklösungsrate herangezogen werden.

Beim Einsatz intakter Sedimentkerne werden diese unter möglichst ähnlichen Bedingungen wie die zum Zeitpunkt der Probenahme im Gewässer inkubiert (Temperatur, Licht, Sauerstoffkonzentration). Aus der Veränderung der Phosphor-Konzentration im Überstandswasser erfolgt die Berechnung der Phosphor-Rücklösungsrate in Form von Masse an Phosphor pro Fläche und Zeit (z.B. g m-2 d-1).

Versuchsaufbau zur Bestimmung der P-Rücklösungsrate: links Schemazeichnung und rechts Fotos
Foto © 2015 Sebastian Meis


(iii) Bestimmung der Phosphor-Rücklösungsrate - worst-case Bedingungen

Zur Erfassung der maximalen P-Rücklösungsrate eignet sich die Inkubation unter sogenannten „worst case“ Bedingungen (anaerobe Verhältnisse, kein Licht), mit denen die maximale P-Rücklösungsrate ermittelt werden kann. Ein Vergleich der P-Rücklösungsrate unter in siu Bedingungen und worst case Bedingungen liefert belastbare Aussagen zur „Bandbreite“ der P-Rücklösung, die in Sanierungs- und Entwicklungskonzepten berücksichtigt werden sollte.

Des Weiteren ist es möglich die Inkubation unter prognostizierten klimatischen Bedingungen durchzuführen, um den Einfluss des Klimawandels auf den Prozess der Phosphor-Rücklösung abzuschätzen.

Ansprechpartner:

Dr. Sebastian Meis (Tel. 0 21 53 - 95 44 267, E-Mail: sebastian.meis@lanaplan.de)



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