Ökologie Und Umweltsicherung 27/2007
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Ökologie und Umweltsicherung 27/2007 = = = Ökologisch-faunistische Fließgewässerbewertung am Beispiel der salzbelasteten unteren Werra und ausgewählter Zuflüsse Gerd Hübner Fachgebiet Gewässerökologie und Gewässerentwicklung Herausgeber: Universität Kassel Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften Fachgebiet Landschaftsökologie und Naturschutz Nordbahnhofstr. 1a D-37213 Witzenhausen Schriftleitung: Prof. Dr. H. Schmeisky Die vorliegende Arbeit wurde als Dissertation zur Erlangung des akademischen Gra- des Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) am Fachgebiet Gewässerökologie und Gewässer- entwicklung, Fachbereich 06 – Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung – der Universität Kassel, angefertigt. Erster Gutachter: Prof. Dr. Ulrich Braukmann Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Robert Mayer Tag der mündlichen Prüfung: 10.04.2007 Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar Zugl.: Kassel, Univ., Diss. 2007 ISSN 0943-7223 ISBN 978-3-89958-295-6 URN: urn:nbn:de:0002-2969 2007, kassel university press GmbH, Kassel www.upress.uni-kassel.de Druck und Verarbeitung: Unidruckerei der Universität Kassel Printed in Germany Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS Seite TABELLENVERZEICHNIS VII ABBILDUNGSVERZEICHNIS X SUMMARY XIII 1. EINLEITUNG 1 2. GRUNDLEGENDER METHODISCHER ANSATZ UND ZIELSET- ZUNG 3 3. UNTERSUCHUNGSGEBIET 6 3.1 Topografie und Gewässernetz 6 3.2 Geologie und Geomorphologie 8 3.3 Klima 11 3.4 Naturräume 12 3.5 Flächennutzung 14 3.6 Wasserdargebot, Wasserentnahme und Abflussverhältnisse 15 3.7 Abwasserbehandlung 17 4. GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 20 4.1 Morphologischer Wandel 20 4.2 Wasserbeschaffenheit 23 4.2.1 Die Werra vor Beginn der Salzbelastung – Versuche einer Rekon- struktion 24 4.2.2 Vom Beginn des 20. Jahrhunderts bis zum Zweiten Weltkrieg 26 4.2.3 Von 1945 bis zur Wiedervereinigung Deutschlands 29 4.2.4 Das letzte Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts 35 4.3 Limnofauna 39 4.3.1 Säugetiere (Mammalia) 40 4.3.2 Fische und Neunaugen (Pisces et Cyclostomata) 43 4.3.2.1 Angestammte und bis zum Ende des 19. Jahrhunderts eingeführte Arten 43 4.3.2 2 Fischregionen 50 4.3.2.3 Der Fischbestand der unteren Werra im Lauf des 20. Jahrhun- derts bis zur Gegenwart 50 4.3.3 Schnecken und Muscheln (Gastropoda et Bivalvia) 55 4.3.4 Höhere Krebse (Malacostraca) 60 4.3.5 Libellen (Odonata) 65 4.3.6 Eintags- und Steinfliegen (Ephemeroptera et Plecoptera) 70 4.3.7 Köcherfliegen (Trichoptera) 72 4.3.8 Wasserkäfer (Coleoptera) 75 III Inhaltsverzeichnis Seite 5. FREILANDERHEBUNGEN 78 5.1 Untersuchungsgewässer und Methoden 78 5.1.1 Auswahl der Untersuchungsgewässer 78 5.1.2 Vorstellung der Untersuchungsgewässer 79 5.1.2.1 Werra 79 5.1.2.2 Werra-Zuflüsse 80 5.1.3 Auswahl und Charakterisierung der Probestellen 84 5.1.4 Zeitraum und grundlegende Gliederung der Untersuchung 91 5.1.5 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit 91 5.1.6 Hydrologische Kenngrößen 93 5.1.7 Choriotope 94 5.1.8 Makrophyten 95 5.1.9 Faunistische Gewässeruntersuchung 95 5.1.10 Statistische Auswertung 100 5.1.10.1 Clusteranalysen 100 5.1.10.2 Faunenähnlichkeit nach Ähnlichkeitsindices 102 5.1.10.3 Längszonale biozönotische Auswertung 103 5.1.10.4 Sensitive Arten 104 5.1.10.5 Saprobienindex 106 5.2 Ergebnisse 106 5.2.1 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit 106 5.2.1.1 Salzionen und Wasserhärte 106 5.2.1.2 Nährstoffe Phosphor und Stickstoff 115 5.2.1.3 Wassertemperatur und Sauerstoffverhältnisse 117 5.2.1.4 pH-Wert 119 5.2.1.5 DOC und Sichttiefe 120 5.2.1.6 Chemische Gewässertypen 121 5.2.2 Hydrologie und Choriotope 125 5.2.3 Makrophyten 133 5.2.4 Gewässerfauna 135 5.2.4.1 Seltene und gefährdete Makroinvertebraten 135 5.2.4.2 Das Makrozoobenthos der Werra 139 5.2.4.3 Das Makrozoobenthos der Werra-Hauptzuflüsse 144 5.2.4.4 Das Makrozoobenthos der Mischzonen im Vergleich zu Hauptzu- flüssen und Werra 153 5.2.4.5 Das Makrozoobenthos des Salzbachs 155 5.2.4.6 Faunenähnlichkeit nach Clusteranalysen 157 5.2.4.7 Faunenähnlichkeit nach Ähnlichkeitsindices 161 5.2.4.8 Sensitive Arten 165 5.2.4.9 Saprobienindex 171 5.2.4.10 Makrozoobenthos-Wiederbesiedlungspotenzial für die untere 172 Werra 5.2.4.11 Salztoleranz des Makrozoobenthos 177 5.2.4.12 Fisch-Beifang 179 5.2.5 Fließgewässertypen 180 IV Inhaltsverzeichnis Seite 5.3 Diskussion 182 5.3.1 Methoden der Ähnlichkeitsvergleiche 182 5.3.1.1 Clusteranalysen 182 5.3.1.2 Ähnlichkeitsindices 182 5.3.2 Wasserbeschaffenheit 183 5.3.2.1 Werra 183 5.3.2.2 Werra-Zuflüsse 190 5.3.3 Biologische Befunde 192 5.3.3.1 Anmerkungen zu einzelnen Makrozoobenthos-Arten 192 5.3.3.2 Aktuelle Funde flussbewohnender Makroinvertebrata 194 5.3.3.3 Gewässerfauna und Salzbelastung 196 6. LEITBILD FÜR DIE UNTERE WERRA 200 6.1 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit 200 6.2 Choriotope 202 6.3 Limnofauna 203 7. ÖKOLOGISCHE FLIESSGEWÄSSERBEWERTUNG ANHAND DES MAKROZOOBENTHOS 208 7.1 Untere Werra 208 7.1.1 Vergleich mit der realen Referenz 208 7.1.2 Makrozoobenthos-Wiederbesiedlungspotenzial im Untersu- chungsgebiet 214 7.1.3 Vergleich mit dem limnofaunistischen Leitbild 214 7.1.4 Ökologischer Gesamteindruck und zusammenfassende Bewer- tung 215 7.2 Hauptzuflüsse der unteren Werra 215 7.2.1 Reale Referenzstellen 215 7.2.1.1 Gewässertypenbezogener Saprobienindex 215 7.2.1.2 Sensitive Arten 216 7.2.1.3 Ökologischer Gesamteindruck und zusammenfassende Bewer- tung 217 7.2.2 Mündungsnahe Probestellen 218 7.2.2.1 Gewässertypenbezogener Saprobienindex 218 7.2.2.2 Vergleich mit der realen Referenz 219 7.2.2.3 Ökologischer Gesamteindruck und zusammenfassende Bewer- tung 223 7.3 Übersicht über die Bewertungsergebnisse 225 7.4 Diskussion 226 7.4.1 Bewertungsverfahren 226 7.4.2 Bewertungsergebnisse 228 7.4.2.1 Untere Werra 228 7.4.2.2 Hauptzuflüsse 229 V Inhaltsverzeichnis Seite 8. ZUSAMMENFASSUNG 230 9. LITERATUR UND SONSTIGE QUELLEN 233 DANKSAGUNG 260 ANHANG 261 Abkürzungsverzeichnis der Probestellen 261 1 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit 262 1-1 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit der unteren Werra von Sep- tember 2001 bis August 2002 262 1-2 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit der unteren Werra im Jahr 2003 262 1-3 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit der mittleren Werra im Jahr 2003 263 1-4 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit des Salzbachs im Jahr 2003 263 1-5 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit der Mischzonen von Hauptzu- flüssen und unterer Werra im Jahr 2003 264 1-6 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit der Hauptzuflüsse der unteren Werra von September 2001 bis August 2002 265 1-7 Chemisch-physikalische Wasserbeschaffenheit von Hauptzuflüssen der unte- ren Werra im Jahr 2003 267 1-8 Regressionsgleichungen zur Berechnung der Chlorid-Konzentration aus der Elektrischen Leitfähigkeit für die untere Werra, ihre Mischzonen mit Hauptzu- flüssen und für den Salzbach 267 2 Hydrologische Verhältnisse zur Zeit der biologischen Beprobung 268 3 Prozentuale Choriotopverteilung an den Probestellen 269 4 Terrestrische Stadien des Makrozoobenthos 271 4-1 Merolimnische Imagines am Werra-Ufer 271 4-2 Merolimnische Imagines am Ufer der Mischzonen von Hauptzuflüssen und un- terer Werra 272 4-3 Merolimnische Imagines am Ufer des Salzbaches 272 4-4 Merolimnische Imagines am Ufer der Hauptzuflüsse der unteren Werra 273 5 Aquatische Stadien des Makrozoobenthos 276 5-1 Makrozoobenthos der Werra 277 5-2 Makrozoobenthos der Mischzonen von Hauptzuflüssen und Werra 279 5-3 Makrozoobenthos des Salzbaches 280 5-4 Makrozoobenthos der Hauptzuflüsse 281 6 Längszonale biozönotische Valenzen des Makrozoobenthos und Längs- zonaler Biozönotischer Index an den Probestellen der Werra und ihrer Zu- flüsse im Zeitraum 2001-2003 293 7 Verzeichnis der sensitiven Arten 294 7-1 Sensitive Arten der Metarhithral-Probestellen 294 7-2 Anzahl und Anteil sensitiver Arten des Metarhithrals in Hauptzuflüssen der un- teren Werra im Untersuchungsjahr 2001/02 295 7-3 Sensitive Arten der Epipotamal-Probestellen 295 7-4 Anzahl und Anteil sensitiver Arten des Epipotamals in der mittleren und unteren Werra im Zeitraum 2001-2003 296 8 Saprobienindex nach DIN 38410-1 (2004-10) der Werra-Referenz und der Hauptzuflüsse der unteren Werra im Zeitraum 2001-2003 296 9 Fotodokumentation der Probestellen 297 9-1 Probestellen an der Werra 297 9-2 Probestellen an den Hauptzuflüssen der unteren Werra 299 9-3 Probestelle am Salzbach 302 9-4 Probestellen an den Mischzonen von Hauptzuflüssen und der unteren Werra 303 VI Tabellenverzeichnis TABELLENVERZEICHNIS Tab. Seite 1 Geologie des Flussgebiets der unteren Werra im Vergleich zum Einzugsgebiet der oberen und mittleren Werra sowie der gesamten Werra 11 2 Klimaverhältnisse (langjähriges Mittel) im Werratal und auf dem Meißner 12 3 Landbedeckung im Flussgebiet der unteren Werra im Jahr 2000 14 4 Mittlere und extreme Abflüsse der unteren Werra in längjähriger Betrachtung 17 5 Wasserbeschaffenheit der Werra oberhalb der Salzeinleitungen aus der Kali-Industrie und von größeren Werra-Zuflüssen im Zeitraum 1901-1915 25 6 Wasserbeschaffenheit der unteren Werra im Zeitraum 1911-1914 27 7 Jahresmittelwert und -maximum der Konzentration ausgewählter Ionen und der Ge- samt-Härte der Werra bei Freudenthal im Jahr 1954 30 8 Daten zur Wasserbeschaffenheit der unteren Werra im Zeitraum 1961-1964 31 9 Phosphat-Konzentration der unteren Werra nach 14-Tages-Mischproben an der Messstation Letzter Heller von 1968 bis 1978 34 10 Relative Anteile der Haupt-Kationen und -Anionen in der unteren