Universität Vechta Untersuchung des ökologischen Zustandes eines “erheblich veränderten“ sowie teilweise renaturierten Gewässers am Beispiel des Vechtaer Moorbachs und der Bedeutung der zunehmenden “Vermaisung“ für den Lebensraum Fließgewässer in der Region Vechta. Dissertation zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.), angenommen vom Senat der Universität Vechta. Erstgutachter: apl. Prof. Dr. rer. nat. habil. Markus Böggemann (Universität Vechta) Zweitgutachter: Prof. Dr. habil. Herbert Zucchi (Hochschule Osnabrück) Vorgelegt von Elisabeth Logemann, M. Ed., 2016 I Inhalt Abbildungsverzeichnis .......................................................................................................... V Tabellenverzeichnis……………………………………………………………………...XIV 1. Zusammenfassung ........................................................................................................ 1 2. Einleitung ...................................................................................................................... 3 2.1 Die Region Vechta – Stadt und Landkreis zugleich .............................................. 5 2.2 Allgemeine Fließgewässerkunde ........................................................................... 8 2.2.1 Morphologie ..................................................................................................... 8 2.2.2 Der Stoffhaushalt der fließenden Welle ......................................................... 12 2.2.3 Das Wechselspiel von Saprobie und Trophie und ihre Bedeutung für das Makrozoobenthos ................................................................................... 16 2.2.4 Die historische Entwicklung der Fließgewässer in Deutschland: Von der Flurbereinigung bis zur EG-WRRL ................................................ 19 2.3 Der Vechtaer Moorbach ...................................................................................... 26 2.3.1 Ein Bach mit Geschichte ................................................................................ 26 2.3.2 Die Landwirtschaft im Einzugsgebiet im Wandel der Zeit ........................... 33 2.4 Maisanbau und die Entwicklung von Biogasanlagen .......................................... 37 2.4.1 Mais als Kulturpflanze ................................................................................... 37 2.4.2 Die “goldene“ Ernte der vergangenen Jahre .................................................. 42 2.4.3 Biogas – Was ist das? Wie geht das? ............................................................. 45 2.5 Fragestellungen und Ziele der Arbeit .................................................................. 49 3. Material und Methoden ............................................................................................. 51 3.1 Beschreibung des Untersuchungsgebietes........................................................... 51 3.2 Die Probenstellen des Vechtaer Moorbachs und der Zuläufe ............................. 64 3.3 Die Erhebungsdaten im Untersuchungszeitraum ................................................ 82 3.4 Die Erhebung der Strukturgüte ............................................................................ 84 3.5 Die Erhebung hydrologischer Parameter ............................................................ 87 II 3.6 Die Erhebung klimatischer Parameter ................................................................. 87 3.7 Die Erhebung chemischer Parameter .................................................................. 88 3.8 Die Erhebung physikalischer Parameter ............................................................. 90 3.9 Die Erhebungen zum Makrozoobenthos ............................................................. 91 3.10 Die Erhebung der Anbauverhältnisse .................................................................. 94 3.11 Sonstige verwendete Materialien zur Anfertigung der Arbeit ............................ 95 4. Ergebnisse.................................................................................................................... 96 4.1 Strukturgütekartierung......................................................................................... 96 4.2 Hydrologische Parameter .................................................................................. 104 4.3 Klimatische Parameter ...................................................................................... 104 4.4 Chemische und physikalische Parameter .......................................................... 107 4.5 Makrozoobenthosaufsammlung ........................................................................ 121 4.6 Anbauverhältnisse der landwirtschaftlichen Nutzflächen im Einzugsgebiet des Vechtaer Moorbachs ................................................................................... 133 5. Diskussion .................................................................................................................. 143 5.1 Veränderungen in der Strukturgüte?! ................................................................ 144 5.2 Die Relevanz hydrologischer und klimatischer Parameter ............................... 147 5.3 Der Stoffhaushalt des Vechtaer Moorbachs ...................................................... 150 5.4 Der Makrozoobenthosbestand des Vechtaer Moorbachs .................................. 164 5.5 Die „Vermaisung“ und ihr Einfluss auf das Ökosystem Fließgewässer ........... 172 5.6 Erfolgreiche Renaturierung? Ein Fazit zum Projekt Vechtaer Moorbach ........ 179 6. Literaturverzeichnis ................................................................................................. 182 6.1 Allgemeine Literatur .......................................................................................... 182 6.2 Online-Publikationen ........................................................................................ 192 Danksagung........................................................................................................................ 194 Eidesstattliche Erklärung ................................................................................................... 195 Werdegang ......................................................................................................................... 196 Anhang……………………………………………………………………………………..A III IV Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Lage der Stadt Vechta (roter Punkt) und des Landkreises Vechta (grüne Markierung) im Südwesten von Niedersachsen (Landwirtschaftskammer Weser-Ems 1972, verändert). .............................................................................................................................. 6 Abb. 2: Die Verteilung des Wassers auf der Erde (Tarbuck & Lutgens 2009). .................... 8 Abb. 3: Mäandrierender Bachverlauf mit vergrößertem Querschnitt an einer ausgewählten Stelle (Madsen & Tent 2000; Schönborn 2003, verändert). .................................................. 9 Abb. 4: Exemplarisch mäandrierender Flussverlauf mit einem Querschnitt der angrenzenden Auenlandschaft, der die Struktur der reliefbildenden, flutenden Welle verdeutlicht (Niemeyer-Lüllwitz & Zucchi 1985, verändert). ............................................. 11 Abb. 5: Der biochemische Stickstoffkreislauf im Gewässer (Lacombe 1999, verändert). 13 Abb. 6: Die Beziehung zwischen Trophie und Saprobie. Bei der Belastung eines Baches mit organischen Abwässern nimmt die Saprobie von S nach S´ zu, die Trophie von T nach T´ ab. Bei der Selbstreinigung regulieren sich beide Größen beispielsweise auf S“ und T“ ein (Schwoerbel & Brendelberger 2005). ............................................................................ 17 Abb. 7: Idealisierte Längszonierung eines Fließgewässers auf Grundlage der Ernährungstypen und Strömungsanpassungen des Makrozoobenthos, wobei P=Produktion/Assimilation und R=Respiration/Dissimilation steht (Patt et al. 2011). ...... 18 Abb. 8: Der Verlauf der Ems bei Warendorf vor (dunkelblau) und nach (hellblau) den Begradigungen, macht deutlich, wie viele Kilometer Gewässerstrecke durch Verlaufsbegradigungen verloren gegangen sind. ................................................................. 20 Abb. 9: Verlauf eines kleinen löss/lehmgeprägten Bachlaufs des Vechtaer Moorbachs in einem Waldstück in Norddeutschland im Sommer 2015, der in seiner Struktur über die Jahre kaum verändert wurde (© Logemann). ...................................................................... 20 Abb. 10: Der Vechtaer Moorbach (blau gekennzeichnet) in seiner vollen Längsausdehnung in einer Karte aus dem Jahre 1805 (Le Coq 1805, verändert). (Ein Maßstab ist nicht mehr verfügbar). ...................................................................................... 26 Abb. 11: Der Verlauf des Vechtaer Moorbachs östlich vom heutigen Stadtgebiet auf einer Karte aus dem Jahr 1898, der deutliche und typische Mäanderstrukturen aufweist (Rathaus Goldenstedt 1898). (Die erneute Aufführung der Karte von Le Coq aus dem Jahr 1805 dient lediglich zur Orientierung des Kartenausschnitts). ..................................................... 28 Abb. 12: Übersichtskarte von Vechta aus dem Jahr 1900 (oben) und 1950 (unten). Der Vechtaer Moorbach ist jeweils blau eingezeichnet, sodass die Laufverlegung, die in der Vorkriegszeit durchgeführt wurde, deutlich wird (Klohn 1990, verändert). ....................... 29 V Abb. 13: Links: Schemazeichnung von installierten Bongossi-Flechtmatten. Mittelgroße Hölzer werden dazu senkrecht im Uferbereich im Gewässergrund befestigt und die Zwischenräume