Bewertung ökologischer Zustand
Die benthischen Diatomeen stellen neben den Makrophyten und dem Phytobenthos ohne Diatomeen (PoD) eine von drei Teilkomponenten der Gesamtkomponente „Makrophyten und Phytobenthos (M&P)“ dar. Die Bewertung des ökologischen Zustandes erfolgt zunächst separat für jede der untersuchten Teilkomponenten und wird anschließend zu einer Gesamtbewertung M&P gemäß Phylib verrechnet.
Grundlage des Phylib-Verfahrens ist die Kenntnis der Gesellschaftszusammensetzung der verschiedenen biozönotischen Gewässertypen im natürlichen Zustand bei fehlender anthropogener Belastung, der sogenannten Referenzgesellschaft. Die Bewertung der ökologischen Qualität erfolgt durch Vergleich der vorhandenen Gesellschaft mit der jeweiligen Referenzgesellschaft bzw. durch den Grad der Abweichung von dieser. Dadurch wird eine gewässertypspezifische Bewertung möglich, die die unterschiedlichen Referenzbedingungen von Fließgewässertypen berücksichtigt.
Bewertung ökologischer Zustand gemäß Phylib 7.0
Die Bewertung des ökologischen Zustands durch Diatomeen erfolgt durch die Berechnung von vier Modulen, die die gesellschaftsbestimmenden Faktoren abbilden:
- Modul „Trophie- und Saprobienindex“: bewertet die Phosphorverfügbarkeit
- Modul „Referenzartensumme“: bewertet die Artenzusammensetzung und Abundanzen
- Modul „Halobienindex“: bewertet Versalzung durch gelöste Chloride und Sulfate
- Modul „Versauerungszeiger“: bewertet Versauerung, (im Gebirge relevant nur in versauerungssensiblen Gewässertypen, in den Bergbauregionen des Tieflandes auch in hydrogenkarbonatreichen Fließgewässern relevant)
Bewertungsmodul „Trophie- und Saprobienindex“
Zur Indikation der trophischen Situation wird der Trophie-Index herangezogen. Dieser berechnet sich in Phylib 7 aus den artspezifischen Trophiewerten und -gewichtungen nach Pfister et al. (2016), ergänzt durch Müller et al. (2023) sowie den prozentualen Häufigkeiten der in der Probe erfassten Taxa.
Berechnung des Trophie-Index nach Pfister et al. (2016)
 |
TI = Trophie-Index TWi = Trophiewert der Art i nach Pfister et al. 2016, ergänzt durch Müller et al. (2023) Gi = Indikationsgewicht der Art i nach Pfister et al. 2016, ergänzt durch Müller et al. (2023) Hi = Häufigkeit der Art i in Prozent |
Da die Trophie der verschiedenen Diatomeentypen im sehr guten ökologischen Zustand stark differiert – so sind zum Beispiel silikatische Mittelgebirgsbäche oligotroph, kalkreiche Bäche im Tiefland hingegen meso-eutroph – sind für jeden Diatomeentyp spezifische Bewertungsgrenzen definiert. Die typspezifische Zuordnung der Trophie-Indizes zu den ökologischen Zustandsklassen, ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tab. 2: Indexgrenzen für die Zuordnung der Ökologischen Zustandsklassen im Bewertungsmodul "Trophie- und Saprobienindex" nach Schaumburg et al. (2011): 1 = sehr guter ökologischer Zustand, 2 = guter ökologischer Zustand, 3 = mäßiger ökologischer Zustand, 4 = unbefriedigender ökologischer Zustand, 5 = schlechter ökologischer Zustand.
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Ökologische Zustandsklassen |
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1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
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Trophie-Index nach Pfister et al. (2016) |
|||||
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Diatomeen-Typen der Alpen und des Alpenvorlandes |
|||||
| D 1.1 | 0,30 -1,07 | 1,08 -1,27 | 1,28 -1,46 | 1,47 -1,66 | > 1,66 |
|
D 1.2 |
0,30 -1,18 |
1,09 -1,41 |
1,42 -1,64 |
1,65 -1,87 |
> 1,87 |
|
D 2, D4 |
0,30 -1,77 |
1,78 -2,25 |
2,26 -2,72 |
2,73 -3,20 |
> 3,20 |
|
D 3 |
0,30 -1,74 |
1,75 -2,22 |
2,23 -2,71 |
2,72 -3,20 |
> 3,20 |
|
Diatomeen-Typen der Mittelgebirge |
|||||
|
D 5 |
0,30 -1,77 |
1,78 -2,30 |
2,31 -2,83 |
2,84 -3,36 |
> 3,36 |
|
D 5.1, D 6, D 7 |
0,30 -1,96 |
1,97 -2,32 |
2,33 -2,68 |
2,69 -3,04 |
> 3,04 |
|
D 8.1 |
0,30 -2,35 |
2,36 -2,53 |
2,54 -2,70 |
2,71 -2,89 |
> 2,89 |
|
D 8.2 |
0,30 -2,38 |
2,39 -2,55 |
2,56 -2,73 |
2,74 -2,91 |
> 2,91 |
|
D 9.1 |
0,30 -2,06 |
2,07 -2,37 |
2,38 -2,70 |
2,71 -3,02 |
> 3,02 |
|
D 9.2 |
0,30 -2,35 |
2,36-2,53 |
2,54 -2,71 |
2,72 -2,89 |
> 2,89 |
|
D 10.1 |
0,30 -2,36 |
2,37 -2,55 |
2,56 -2,74 |
2,75 -2,93 |
> 2,93 |
|
D 10.2 |
0,30 -2,12 |
2,13 -2,39 |
2,40 -2,67 |
2,68 -2,95 |
> 2,95 |
|
Diatomeen-Typen des Norddeutschen Tieflandes |
|||||
|
D 11.1 |
0,30 -1,76 |
1,77 -2,13 |
2,14 -2,50 |
2,51 -2,88 |
> 2,88 |
|
D 11.2 |
0,30 -1,59 |
1,60 -2,02 |
2,03 -2,45 |
2,46 -2,88 |
> 2,88 |
|
D 12.1 |
0,30 -2,26 |
2,27 -2,46 |
2,47 -2,65 |
2,66 -2,85 |
> 2,85 |
|
D 12.2 |
0,30 -2,14 |
2,15 -2,44 |
2,45 -2,74 |
2,75 -3,05 |
> 3,05 |
|
D 13.1 |
0,30 -2,48 |
2,49 -2,59 |
2,60 -2,69 |
2,70 -2,80 |
> 2,80 |
|
D 13.2 |
0,30 -2,49 |
2,50 -2,61 |
2,62 -2,74 |
2,75 -2,87 |
> 2,87 |
|
|
Saprobienindex nach Pfister et al. (2016) |
||||
|
D 13.1 |
0,30 -1,86 |
1,87 -2,00 |
2,01 -2,15 |
2,16 -2,30 |
> 2,30 |
|
D 13.2 |
1,00 -1,85 |
1,86 -2,02 |
2,03 -2,20 |
2,21-2,37 |
> 2,37 |
Anhand der Artenzahl und der Anteile trophiesensitiver (oligotraphenter und mesotraphenter) Arten lassen sich die mit den Trophiewerten nach Pfister et al. (2016) errechneten Trophieindizes nach Tabelle 2 neun Trophieklassen zuordnen (nach Müller et al. 2023 verändert, abweichend von den Klassengrenzen in Pfister et al. (2016) für österreichische Fließgewässer).
Tab. 2: Trophieklassen und ihre Wertebereiche.
|
Wertebereich Trophieindex (nach Phylib 7) |
Trophieklasse |
Erwartungsbereich der Gesamtphosphorkonzentration TP [µg/l] |
|
< 1,00 |
ultra-oligotroph |
< 5 |
|
1,000 – 1,300 |
oligotroph |
5 – 10 |
|
1,301 – 1,800 |
oligo-mesotroph |
10 – 20 |
|
1,801 – 2,200 |
mesotroph |
20 – 30 |
|
2,201 – 2,400 |
meso-eutroph |
30 – 50 |
|
2,401 – 2,600 |
eutroph |
50 – 100 |
|
2,601 – 2,800 |
eu-polytroph |
100 – 170 |
|
2,800 – 3,000 |
polytroph |
170 – 250 |
|
> 3,000 |
poly-hypertroph |
> 250 |
In den großen Flüssen und Strömen des Tieflandes, die im ungestörten Zustand naturgemäß eine höhere Trophie aufweisen, ist der Trophie-Index aufgrund der geringen für die Bewertung zur Verfügung stehenden Spanne als alleinige Metrik für die Nährstoffbewertung nicht mehr ausreichend. In den Diatomeentypen D 13.1 (Große Flüsse des Tieflandes) und D 13.2 (Ströme des Tieflandes) wird daher zur Bewertung zusätzlich der Saprobienindex herangezogen. Dieser ist ein Maß für die Mineralisierungsrate, die gewässerintern für die schnelle Rückführung gelöster Phosphate sorgt und die Eutrophierung verstärkt.
Berechnung des Saprobienindex nach Pfister et al. (2016)
 |
SI = Saprobienindex |
Bewertungsmodul „Artenzusammensetzung und Abundanzen“
Im Referenzzustand weisen die verschiedenen Diatomeentypen jeweils charakteristische Diatomeengesellschaften auf. Für jeden Diatomeentyp sind spezifische Referenzarten auf der Grundlage ihrer geochemischen Präferenz und Sensibilität gegenüber stofflichen Belastungen definiert, die bei sehr guten ökologischen Qualitäten zu erwarten sind. Die Bewertung erfolgt anhand der Summenhäufigkeiten dieser Indikatorarten, die den Grad der Natürlichkeit bzw. der Abweichung von dieser beschreiben. In den Fließgewässern der Mittelgebirge und des Norddeutschen Tieflandes wird bei Massenvorkommen bestimmter Arten die Referenzartensumme abgestuft. Für weitere Abzüge der Referenzartensumme um bis zu 25% sorgen die saprobietoleranten Taxa, deren Dominanzwerte-Summe zu einem Viertel von der Referenzartensumme abgezogen wird. Die somit um zwei Subtrahenden korrigierte Referenzwertesumme wird Tab. 3 folgend bewertet.
Tab. 3: Zustandsklassen im Modul „Artenzusammensetzung und Abundanzen“.
|
Korrigerte Summenhäufigkeit der Referenzarten in % |
Ökologischer Zustand |
|
76 – 100 |
sehr gut |
|
51 – 75 |
gut |
|
25 – 50 |
mäßig |
|
1 – 25 |
unbefriedigend |
|
25 – 0 |
schlecht |
Modul „Versauerungszeiger“
In versauerungssensiblen silikatisch geprägten Bächen und kleinen Flüssen geht zusätzlich die anthropogene Versauerung in die Bewertung ein. Dazu wird von der Software Phylib-FG 7 in jeder Probe aus versauerungsgefährdeten Gewässertypen die prozentuale Summenhäufigkeit charakteristischer Versauerungsindikatoren berechnet. Überschreitet diese einen Wert von 10 % erfolgt eine Abstufung des Bewertungsergebnisses der Gesamtkomponente „Makrophyten & Phytobenthos“ um bis zu 4 Qualitätsklassen gemäß Tabelle 4. Wurden an einer Messstelle außer den Diatomeen keine weiteren Teilkomponenten der benthischen Flora untersucht oder konnte keine weitere Teilkomponente der benthischen Flora gesichert bewertet werden, dann erfolgt diese Abstufung ausgehend von der Bewertungsklasse der Diatomeen vor der Abwertung.
Tab. 4: Abstufung des ökologischen Zustandes aufgrund von anthropogener Versauerung.
|
Häufigkeit der Versauerungszeiger |
Abstufung um |
|
10 - 25 % |
1 Qualitätsklasse |
|
26 - 50 % |
2 Qualitätsklassen |
|
51 - 99 % |
3 Qualitätsklassen |
|
100 % |
4 Qualitätsklassen |
Modul „Halobienindex“
Zum Nachweis von Versalzungserscheinungen wird von der Online-Anwendung Phylib 7 für alle Proben der Halobienindex berechnet. Dabei werden die prozentualen Häufigkeiten der Arten zunächst nach Ziemann et al. (1999) in Abundanzwerte umgewandelt und dann der Halobienindex anhand des Verhältnisses von salzliebenden (halophilen, mesohaloben und polyhaloben) zu salzmeidenden (haloxenen) Arten berechnet (Tab. 5).
Tab. 5: Umwandlung der prozentualen Häufigkeiten in Abundanzwerte.
|
Prozentuale Häufigkeit |
Abundanz |
|
< 1,0 % |
2 |
|
> 1,0 % und < 2,5 % |
3 |
|
> 2,5 % und < 10,0 % |
5 |
|
> 10,0 % und < 25,0 % |
7 |
|
> 25,0 % |
9 |
Zur Berechnung des Halobienindex HI 3 nach Schönfelder in Schönfelder & Müller (2023) sind die im WRRL-Monitoring der deutschen Bundesländer regelmäßig gefundenen Diatomeenarten in ein erweitertes System von Halobien (Salzindikatoren) eingeteilt (Tab. 6).
Tab. 6: Gruppen von Indikatoren der Salzkonzentration, die sogenannten Halobien.
|
Halobien |
Abkürzung |
Chlorid-Optima [mg/l] |
Autökologische Kennzeichnung |
|
ultrahaloxen |
uhx |
<3,5 |
Arten extrem niederschlagsreicher Gebirgslagen (Hochgebirge und Kammlagen zumeist silikatischer Mittelgebirge mit Nd > 1.500 mm/a) |
|
euhaloxen |
ehx |
3,5 - 9,4 |
Arten besonders niederschlagsreicher Gebirgslagen und der Silikatlandschaften mit ozeanischem Klima Nordwestdeutschlands mit Nd 1.500 - 1.000 mm/a) |
|
mesohaloxen |
mhx |
9,5 - 26,5 |
Arten der mäßig niederschlagsreichen Teile der Voralpen, Mittelgebirge (ohne Keuper) und der karbonatarmen Altglaziallandschaften Mitteleuropas mit Nd 1.000 - 700 mm/a) |
|
oligohalob |
oh |
26,6 - 49,2 |
Arten der Keupergebiete sowie der Mittelgebirgsvorländer mit kontinentalem Klima und der Jungglaziallandschaften Norddeutschlands mit hydrogenkarbonatreichem Grundwasser mit Nd < 700 mm/a. |
|
halophil |
hp |
49,3 - 190 |
Arten der mäßig natriumchloridhaltigen Binnensalzstellen und der nicht tideoffenen Marschengewässer |
|
mesohalob |
mh |
191 -1.350 |
Arten der stark natriumchloridhaltigen Binnensalzstellen und des Brackwassers der Übergangsgewässer (z. B. Bodden, Haff, Ästuare) |
|
polyhalob |
ph |
>1.350 |
Arten der Meeresküsten |
Mit dem Vorschlag einer differenzierten ökologischen Einstufung auch der salzmeidenden Taxa soll vor allem eine verbesserte Salzindikation in silikatisch geprägten (fachlich besser ausgedrückt: in hydrogenkarbonatuntersättigten) Gewässern unterstützt werden. Durch die enge Bezugnahme auf die Chloridkonzentration, nicht auf die Leitfähigkeit, soll mit dem HI 3 jedoch zugleich eine von der Hydrogenkarbonatkonzentration weitgehend unabhängige Indikation der Chloridkonzentration erreicht werden.
Bei Anwendung dieser ergänzenden Halobiewerte („Faktoren“) ergibt sich der Halobienindex HI 3 wie folgt:
-
∑ h hp = Summe der Abundanzwerte h aller halophilen (meso-halophilen) Taxa hp
-
∑ h mh = Summe der Abundanzwerte h aller mesohaloben (eu-halophilen) Taxa mh
-
∑ h ph = Summe der Abundanzwerte h aller polyhaloben (marinen) Taxa ph
-
∑ h oh = Summe der Abundanzwerte h aller oligohaloben Taxa oh, die typisch sind für karbonatisches Süßwasser ohne Chlorideinfluss
-
∑ h n = Summe der Abundanzwerte h aller nicht im Halobiensystem eingestuften Taxa n
-
∑ h mhx = Summe der Abundanzwerte h aller mesohaloxenen Taxa mhx
-
∑ h ehx = Summe der Abundanzwerte h aller euhaloxenen Taxa ehx
-
∑ h uhx = Summe der Abundanzwerte h aller ultrahaloxenen Taxa uhx
In der durch Pantle & Buck (1955) eingeführten Schreibweise des Saprobienindexes (mit Indikatorwerten aber noch ohne Gewichtungswerte) ergibt sich der HI 3 gemäß:
Berechnung des Saprobienindex nach Pfister et al. (2016)
 |
hi = Abundanzwert h des Taxons i HW = Halobiewert HW des Taxons i wie folgt:
|
Halobienindizes um 0 kennzeichnen typische Süßgewässer. Negative Halobienindizes sind typisch für natriumchloridarme Gewässer, wobei im HI3 der Einfluss geringer oder hoher Hydrogenkarbonationen auf den HI minimiert wurde wurde. Der HI3 fällt also in salzarmen Bereichen der Kalkalpen ähnlich tief (deutlich unter Null) aus, wie in Gneis-, Granit- oder Sandsteinformationen der Kammlagen der Mittelgebirge. Umgekehrt fällt der HI3 unter Einfluss kohlensäureübersättigter, hydrogenkarbonatreicher Grundwasserzuflüsse im jungglazialen Teil des Tieflandes nicht höher aus, als es der Natriumchloridkonzentration entspricht.
Werte des HI zwischen +5 und +10 weisen auf einen leicht erhöhten Salzgehalt hin. Bei +15 beginnt die Zone des Brackwassers (z. B der Bodden und Ästuare). Halobienindizes > +30 zeigen Bereiche starker Versalzung an, Werte > +50 sind Ausdruck sehr starker Versalzung.
Überschreitet der berechnete Halobienindex einen Wert von +15 wird der ökologische Zustand der Gesamtkomponente Makrophyten & Phytobenthos um eine Qualitätsklasse abgestuft, entspricht dann also nicht mehr dem Mittelwert aus den Bewertungen der drei Teilkomponenten, und auch nicht dem Teilergebnis für die Bewertung der Teilkomponente Diatomeen.
Bei fehlenden Teilbewertungen der Makrophyten und des PoD und einem HI > +15 wird die im Phylib-Verfahren verankerte Abwertung bei Versalzung, die erst auf der Ebene der Gesamtkomponente erfolgt, sofort durch den Unterschied zwischen der Bewertung der Teilkomponente Diatomeen (wird vor der Abwertung gebildet) und der ökologischen Zustandsklasse der Gesamtkomponente (wird nach der Abstufung gebildet) erkennbar.
Das Phylib-Verfahren ist nicht für die Bewertung des Natürlichkeitsgrades natürlich salzbeeinflusster Gewässer geeignet. Im Rahmen der abschließenden gutachterlichen Expertise ist darauf zu achten, dass das Modul „Halobienindex“ in natürlich salzhaltigen Gewässern (z. B. tide-beeinflusste Fließabschnitte oder natürliche Salzquellen im Einzugsgebiet) als Bestandteil der Bewertung nicht berücksichtigt wird. Übersteigt der Halobienindex den Wert +15 aus natürlichen Gründen, dann ist fachgutachterlich immer auch zu berücksichtigen, dass dann (unter Brackwasserbedingungen) das Modul „Referenzartensumme“ betroffen sein kann, denn die meisten Referenzarten von Fließgewässern sind nicht brackwassertolerant. Es obliegt der fachgutachterlichen Expertise, natürliche Salzbeeinflussung anhand der Artengemeinschaft der Diatomeen zu erkennen und, falls es fachlich geboten erscheint, die Messstelle dann als mit der TK Diatomeen „nicht bewertbar“ auszuweisen.
Bewertung Diatomeen
Die Bewertung der Teilkomponente Diatomeen (D) erfolgt durch Verschneiden der Ökologischen Qualitäts-Verhältnisse (ecological quality ratios, EQR) aus den beiden Modulen „Referenzartensumme D (EQR)“ und „Nährstoffbewertung D (EQR)“. Die EQR der Metriken und Module können Werte im Bereich 0,000 (Unteres Ende der Bewertungsklasse schlecht) … 1,000 (ideal ungestöreter Referenzzustand) annehmen. Sie werden nach typspezifischen Vorgaben berechnet.
Die EQR in der Ergebnisausgabe von Phylib-7 ermöglichen eine schnelle Orientierung darüber, inwieweit an einer Messstelle nährstoffseitige und umfassendere (allgemeine) Belastungen auf Diatomeen wirken.
Ermittlung der ökologischen Zustandsklasse „Bewertung Diatomeen“
Die „Bewertung Diatomeen“ ist das ganzzahlige Ergebnis der typspezifisch ermittelten ökologischen Zustandsklasse (Tab. 6).
Tab. 6: Zuordnung des „EQR Diatomeen“ zu den ökologischen Zustandsklassen. Die Zuordnung gillt für alle Fließgewässertyen.
|
Ökologischer Zustand |
EQR |
|
sehr gut |
1,000 – 0,800 |
|
gut |
0,799 – 0,600 |
|
mäßig |
0,599 – 0,400 |
|
unbefriedigend |
0,399 – 0,200 |
|
schlecht |
0,199 – 0,000 |
Zum Zweck der Darstellung feiner Unterschiede der Bewertungen der TK Diatomeen in Zeitreihen, in verschiedenen Habitaten oder im Längschntt von Fließgewässern wird gibt Phylib 7 in der Spalte „Bew. Diatomeen (dezimal)“ das Bewertungsergebnis zusätzlich mit zwei Dezimalen aus.
Kriterien für eine gesicherte Bewertung
Um Störgrößen auszuschließen, die die Bewertung nachteilig beeinflussen, sind verschiedene Sicherungskriterien implementiert, die von der PHYLIB-Software berechnet werden. Ist eines der Kriterien erfüllt, gilt die Bewertung der Teilkomponente Diatomeen als ungesichert und wird bei der Gesamtbewertung der Komponente, bestehend aus Diatomeen, Makrophyten und PoD, nicht berücksichtigt.
Sicherungskriterium „Bestimmungstiefe“
Um eine hohe Sicherheit der Bewertung des ökologischen Zustands zu gewährleisten, darf der Summenanteil nicht genau bestimmter Sippen (Pennales oder Gattungsniveau) und unsicher bestimmter Taxa (cf. = 1) maximal 5% betragen. Wird dieser Wert überschritten, gilt die Bewertung der TK Diatomeen als ungesichert. Es wird folgende Bemerkung ausgegeben: „D: Anteil Arten mit geringer Bestimmungstiefe > 5% --> Modul Diatomeen nicht gesichert“.
Sicherungskriterium „Gesamthäufigkeit“
Durch Berechnung der prozentualen Summenhäufigkeit aller im Präparat erfassten Taxa, wird jede Probe auf Vollständigkeit und Eingabefehler der Artenliste überprüft. Ist die Prozentsumme < 98% oder > 102 %, wird die Probe von der Bewertung ausgeschlossen und es erfolgt keine Ausgabe eines Bewertungsergebnisses, sondern nur ein entsprechender Hinweis in der Spalte Bemerkungen. Ein häufiger Eingabefehler ist, dass die Dominanzwertsummen vor dem Ausschluss planktischer Taxa berechnet wurden. Die Dominanzwertsumme der planktischen Taxa fehlt dann dem Erwartungswert von 100 % benthischer Taxa. Dann wird das Sicherungskriterium Prozentsumme < 98% verletzt. Die als rein planktisch eingestuften Taxa sind im Tabellenblatt „Taxa“ erkennbar. Die Dominanzwerte aller benthischen Taxa der Probe müssen dann anhand der Objektzahlen neu berechnet werden.
Sicherungskriterium „Anteil planktischer Diatomeen“
Im PHYLIB-Verfahren werden ausschließlich benthisch oder überwiegend benthisch lebende Diatomeen erfasst. Um Verfälschungen durch bei der Zählung erfasste planktische Taxa zu vermeiden, wird die Artenliste jeder Probe von der PHYLIB-Software auf Vorkommen von Planktern hin überprüft. Überschreiten diese einen Anteil von 5 %, wird die Bewertung als ungesichert ausgegeben. Die als rein planktisch eingestuften Taxa sind im Tabellenblatt „Taxa“ erkennbar.
Sicherungskriterium „Anteil aerophiler Arten“
Ein weiteres Ausschlusskriterium stellt eine Dominazwertsumme aerophiler Diatomeen > 5% in der Probe dar. Aerophile Taxa können selbst bei sorgfältiger Probenahme und unerwartet in die Probe gelangen, wenn z. B. Steine oder Uferhabitate beprobt werden, die vor einigen Wochen über mehrere Wochen über dem Wasserspiegel lagen und dabei durch Wellenschlag oder Spritzwasser naß waren. Auch Habitate in der Wellenschlagzone großer Flüsse und Ströme sind natürliche Lebensräume aerophiler Arten, die bei steigenden Abflüssen durch Beprobung erst kürzlich überfluteter Bereiche erfasst werden können. Übersteigt der Anteil aerophiler Taxa den Wert von 5 %, muss von einem starken aerischen Einfluss ausgegangen werden, der die Bewertung beeinflusst oder sogar überlagert. Die Bewertung gilt in diesem Fall als nicht gesichert.
Gutachterliche Expertise
Die Bewertung der ökologischen Qualität durch das PHYLIB-Tool ist abschließend gutachterlich auf ihre Plausibilität hin zu überprüfen. Unterschiede von mehr als einer Klasse zwischen den Bewertungen der Diatomeen-Module können einen ersten Hinweis auf eine eventuell unplausible Bewertung in einem Modul geben. Unterschiede von mehr als zwei Klassen zwischen den Bewertungen der Diatomeen-Module in Phylib-FG 7 sind ein ernstzunehmender Hinweis auf eine außergewöhnliche taxonomische und ggf. auch außergewöhnliche ökologische Situation an der Messstelle, die einer eingehenden fachgutachterlichen Prüfung bedarf. Dabei sind die im Rahmen der Probenahme protokollierten Daten, weitere Gegebenheiten des Gewässerumfeldes sowie natürliche Einflussgrößen zu berücksichtigen.
Bewertung ökologischer Zustand gemäß Phylib 6.0
Die Bewertung des ökologischen Zustands durch Diatomeen erfolgt durch die Berechnung von vier Modulen, die die gesellschaftsbestimmenden Faktoren abbilden:
- Modul „Trophie- und Saprobienindex“
- Modul „Artenzusammensetzung und Abundanzen“:
- Modul „Halobienindex“
- Modul „Versauerungszeiger“ (relevant nur in versauerungssensiblen Gewässertypen)
Ableitung des Diatomeentyps
Zur Bewertung des ökologischen Zustandes einer Gewässerstelle ist die Kenntnis des zugehörigen Diatomeentyps (D) erforderlich. Auf der Grundlage der ausgewiesenen LAWA-Typen kann dieser anhand von Bestimmungsschlüsseln in der „Verfahrensanleitung für die ökologische Bewertung von Fließgewässern zur Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie: Makrophyten und Phytobenthos (PHYLIB)“ abgeleitet werden (Tab. 1).
Tab. 1: Bestimmungsschlüssel zur Diatomeen-Typfindung auf der Grundlage der LAWA-Fließgewässertypologie am Beispiel der Ökoregion Mittelgebirge.
|
LAWA-Typ 5 exclusive Subtyp 5.2 (Vulkanite) |
→ D 5 |
|
LAWA-Typ 5.1 |
→ D 5 |
|
LAWA-Typ 11 und Ökoregion Mittelgebirge |
→ D 5 |
|
LAWA-Subtyp 5.2 |
→ D 6 |
|
LAWA-Typ 9 |
→ D 7 |
|
LAWA-Typ 6 |
→ D 8.1 |
|
LAWA-Typ 19 und Ökoregion Mittelgebirge |
→ D 8.1 |
|
LAWA-Typ 9.1 und Löss-, Keuper- und Kreideregionen |
→ D 8.2 |
|
LAWA-Typ 7 |
→ D 9.1 |
|
LAWA-Typ 9.1 und Muschelkalk-, Jura-, Malm-, Lias-, Dogger- |
→ D 9.2 |
|
LAWA-Typ 9.2 |
→ D 10.1 |
|
LAWA-Typ 10 |
→ D 10.2 |
Bewertungsmodul „Trophie- und Saprobienindex“
Zur Indikation der trophischen Situation wird der Trophie-Index herangezogen. Dieser berechnet sich aus den artspezifischen Trophiewerten und -gewichtungen sowie den prozentualen Häufigkeiten der in der Probe erfassten Taxa.
Berechnung des Trophie-Index nach Rott et al. (1999)
|
TI = Trophie-Index |
Da die Trophie der verschiedenen Diatomeentypen im sehr guten ökologischen Zustand stark differiert – so sind zum Beispiel silikatische Mittelgebirgsbäche oligotroph, kalkreiche Bäche im Tiefland hingegen meso-eutroph – sind für jeden Diatomeentyp spezifische Bewertungsgrenzen definiert. Die typspezifische Zuordnung der Trophie-Indizes zu den ökologischen Zustandsklassen, ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tab. 2: Indexgrenzen für die Zuordnung der Ökologischen Zustandsklassen im Bewertungsmodul "Trophie- und Saprobienindex" nach Schaumburg et al. (2011): 1 = sehr guter ökologischer Zustand, 2 = guter ökologischer Zustand, 3 = mäßiger ökologischer Zustand, 4 = unbefriedigender ökologischer Zustand, 5 = schlechter ökologischer Zustand.
|
|
Ökologische Zustandsklassen |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Trophie-Index nach Rott et al. (1999) |
|||||
|
Diatomeen-Typen der Alpen und des Alpenvorlandes |
|||||
|
D 1.1 |
0,30 - 1,64 |
1,65 - 2,24 |
2,25 - 2,84 |
2,85 - 3,24 |
> 3,24 |
|
D 1.2 |
0,30 - 1,84 |
1,85 - 2,94 |
2,95 - 3,00 |
3,01 - 3,24 |
> 3,24 |
|
D 2 |
0,30 - 1,04 |
1,05 - 1,94 |
1,95 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 3 |
0,30 - 1,84 |
1,85 - 2,64 |
2,65 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 4 |
0,30 - 1,34 |
1,35 - 2,54 |
2,55 - 2,84 |
2,85 - 3,24 |
> 3,24 |
|
Diatomeen-Typen der Mittelgebirge |
|||||
|
D 5 |
0,30 - 1,84 |
1,85 - 2,64 |
2,65 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 6 |
0,30 - 2,24 |
2,25 - 2,84 |
2,85 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 7 |
0,30 - 2,24 |
2,25 - 2,84 |
2,85 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 8.1 |
0,30 - 2,64 |
2,65 - 2,94 |
2,95 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 8.2 |
0,30 - 2,64 |
2,65 - 2,94 |
2,95 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 9.1 |
0,30 - 0,84 |
0,85 - 1,74 |
1,75 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 9.2 |
0,30 - 1,54 |
1,55- 2,04 |
2,05 - 3,34 |
3,35 - 3,54 |
> 3,54 |
|
D 10.1 |
0,30 - 2,24 |
2,25 - 2,74 |
2,75 - 3,04 |
3,05 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 10.2 |
0,30 - 2,34 |
2,35 - 2,84 |
2,85 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
Diatomeen-Typen des Norddeutschen Tieflandes |
|||||
|
D 11 |
0,30 - 1,64 |
1,65 - 2,44 |
2,45 - 2,94 |
2,95 - 3,34 |
> 3,34 |
|
D 12 |
0,30 - 2,24 |
2,25 - 2,64 |
2,65 - 3,14 |
3,15 - 3,34 |
> 3,34 |
|
|
Saprobienindex nach Rott et al. (1997) |
||||
|
D 13 |
1,00 - 1,64 |
1,65 - 1,84 |
1,85 - 2,04 |
2,05- 3,04 |
> 3,04 |
In den großen Flüssen und Strömen des Tieflandes, die im ungestörten Zustand naturgemäß eine höhere Trophie aufweisen, ist der Trophie-Index aufgrund der geringen für die Bewertung zur Verfügung stehenden Spanne nicht mehr ausreichend. Im Diatomeentyp 13 wird daher zur Bewertung der weiter reichende Saprobienindex herangezogen.
Berechnung des Saprobienindex nach Rott et al. (1997)
|
SI = Saprobienindex |
Bewertungsmodul „Artenzusammensetzung und Abundanzen“
Im Referenzzustand weisen die verschiedenen Diatomeentypen jeweils charakteristische Diatomeengesellschaften auf. Für jeden Diatomeentyp sind spezifische Referenzarten auf der Grundlage ihrer geochemischen Präferenz und Sensibilität gegenüber stofflichen Belastungen definiert, die bei sehr guten ökologischen Qualitäten zu erwarten sind. Die Bewertung erfolgt anhand der Summenhäufigkeiten dieser Indikatorarten, die den Grad der Natürlichkeit bzw. der Abweichung von dieser beschreiben. In den Fließgewässern der Mittelgebirge und des Norddeutschen Tieflandes wird bei Massenvorkommen bestimmter Arten die Referenzartensumme abgestuft (Tab. 3).
Tab. 3: Zustandsklassen im Modul „Artenzusammensetzung und Abundanzen“.
|
Summenhäufigkeit der Referenzarten in % |
Ökologischer Zustand |
|
76 - 100 |
sehr gut |
|
51 - 75 |
gut |
|
25 - 50 |
mäßig |
|
1 - 25 |
unbefriedigend |
|
0 |
schlecht |
Modul „Versauerungszeiger“
In versauerungssensiblen silikatisch geprägten Bächen und kleinen Flüssen geht zusätzlich die anthropogene Versauerung in die Bewertung ein. Dazu wird von der PHYLIB-Software in jeder Probe aus versauerungsgefährdeten Gewässertypen die prozentuale Summenhäufigkeit charakteristischer Versauerungsindikatoren berechnet. Überschreitet diese einen Wert von 10 % erfolgt eine Abstufung der anhand des DIFG ermittelten ökologischen Qualität (Tab. 4). Wurden neben den Diatomeen auch andere der Teilkomponenten (Makrophyten und/oder PoD) untersucht und bewertet, erfolgt diese Abstufung erst nach Verschneidung aller Teilbewertungen.
Tab. 4: Abstufung des ökologischen Zustandes aufgrund von anthropogener Versauerung.
|
Häufigkeit der Versauerungszeiger |
Abstufung um |
|
10 - 25% |
1 Qualitätsklasse |
|
26 - 50% |
2 Qualitätsklassen |
|
51 - 99% |
3 Qualitätsklassen |
|
100% |
4 Qualitätsklassen |
Modul „Halobienindex“
Zum Nachweis von Versalzungserscheinungen wird von der PHYLIB-Software in allen Proben der Halobienindex berechnet. Dabei werden die prozentualen Häufigkeiten der Arten zunächst in Abundanzwerte umgewandelt und dann der Halobienindex anhand des Verhältnisses von salzliebenden (halophile, mesohalobe und polyhalobe) zu salzmeidenden (haloxene) Arten berechnet (Tab. 5).
Tab. 5: Umwandlung der prozentualen Häufigkeiten in Abundanzwerte.
|
Prozentuale Häufigkeit |
Abundanz |
|
< 1,0 % |
2 |
|
> 1,0 % und < 2,5 % |
3 |
|
> 2,5 % und < 10,0 % |
5 |
|
> 10,0 % und < 25,0 % |
7 |
|
> 25,0 % |
9 |
Berechnung des Halobienindex (H) nach Ziemann et al. (1999)
 |
ΣhH = Abundanzsumme der halophilen, mesohaloben u. polyhaloben Taxa |
Werte um 0 kennzeichnen typische Süßgewässer, negative Indizes salzarme – zumeist elektrolytarme und/oder saure – Gewässer. Werte zwischen +10 und +30 weisen auf einen erhöhten Salzgehalt hin. Bei +30 beginnt der Bereich mäßiger Versalzung, bei +50 die Zone starker Versalzung. Überschreitet der berechnete Halobienindex einen Wert von 15 wird der berechnete ökologische Zustand um eine Qualitätsklasse abgestuft. Bei Vorliegen von Teilbewertungen der Makrophyten und des PoD, wird diese Abstufung erst nach Verschneidung aller drei Teilkomponenten vorgenommen.
Im Rahmen der abschließenden gutachterlichen Expertise ist darauf zu achten, dass das Modul „Halobienindex“ in natürlich salzhaltigen Gewässern (z.B. tide-beeinflusste Fließabschnitte oder natürliche Salzquellen im Einzugsgebiet) als Bestandteil der Bewertung nicht berücksichtigt wird.
Berechnung des DiatomeenindexFließgewässer (DIFG)
Die Gesamtbewertung der Teilkomponente Diatomeen erfolgt durch Verschneiden der Module „Artenzusammensetzung und Abundanz“ und „Trophie-Index und Saprobienindex“ zum DiatomeenindexFließgewässer (DIFG). Zu diesem Zweck müssen die errechneten Werte der beiden Module zunächst auf eine Wertespanne zwischen 0 und 1 skaliert werden.
Umrechnung Modul „Artenzusammensetzung und Abundanz“
 |
MASR = Modul „Abundanzsumme Referenzarten“ |
Umrechnung Modul „Trophie-Index“ (Diatomeentypen 1 bis 12)
 |
|
Umrechnung des Saprobienindex (Diatomeentyp 13)
 |
|
Zur Berechnung des DIFG wird die Summe der beiden Bewertungsmodule arithmetisch gemittelt.
Berechnung des DIFG für die Diatomeentypen 1 bis 12
 |
|
Berechnung des DIFG für den Diatomeentyp 13
 |
|
Ermittlung der ökologischen Zustandsklasse
Der DIFG kann anhand von Tabellen typspezifisch den ökologischen Zustandsklassen zugeordnet werden (Tab. 6).
Tab. 6: Zuordnung des Diatomeenindex zu den ökologischen Zustandsklassen am Beispiel der silikatisch geprägten Bäche und kleinen Flüssen der Mittelgebirge (Diatomeentypen 5, 6 und 7).
|
Ökologischer Zustand |
D 5 |
D 6 |
D 7 |
|
sehr gut |
1,00 – 0,67 |
1,00 – 0,61 |
1,00 – 0,61 |
|
gut |
0,66 – 0,43 |
0,60 – 0,40 |
0,60 – 0,40 |
|
mäßig |
0,42 – 0,24 |
0,39 – 0,24 |
0,39 – 0,24 |
|
unbefriedigend |
0,23 – 0,08 |
0,23 – 0,08 |
0,23 – 0,08 |
|
schlecht |
0,07 – 0,00 |
0,07 – 0,00 |
0,07 – 0,00 |
Kriterien für eine gesicherte Bewertung
Um Störgrößen auszuschließen, die die Bewertung nachteilig beeinflussen, sind verschiedene Sicherungskriterien implementiert, die von der PHYLIB-Software berechnet werden. Ist eines der Kriterien erfüllt, gilt die Bewertung der Teilkomponente Diatomeen als ungesichert und wird bei der Gesamtbewertung der Komponente, bestehend aus Diatomeen, Makrophyten und PoD, nicht berücksichtigt.
Sicherungskriterium „Bestimmungstiefe“
Um eine hohe Sicherheit der Bewertung zu gewährleisten, darf der Summenanteil nicht bestimmter Formen (non det.), nur auf unzureichendem Gattungsniveau bestimmter (sp., spp.) und unsicher bestimmter Taxa (cf., aff.) maximal 5 % betragen. Wird dieser Wert überschritten, gilt die Bewertung als ungesichert.
Sicherungskriterium „Gesamthäufigkeit“
Durch Berechnung der prozentualen Summenhäufigkeit aller im Präparat erfassten Taxa, wird jede Probe auf Vollständigkeit und Eingabefehler der Artenliste überprüft. Ist die Prozentsumme < 98% oder > 102 %, wird die Probe von der Bewertung ausgeschlossen.
Sicherungskriterium „Anteil planktischer Diatomeen“
Im PHYLIB-Verfahren werden ausschließlich benthisch oder überwiegend benthisch lebende Diatomeen erfasst. Um Verfälschungen durch bei der Zählung erfasste planktische Taxa zu vermeiden, wird die Artenliste jeder Probe von der PHYLIB-Software auf Vorkommen von Planktern hin überprüft. Überschreiten diese einen Anteil von 5 %, wird die Bewertung als ungesichert ausgegeben.
Sicherungskriterium „Anteil aerophiler Arten“
Ein weiteres Ausschlusskriterium stellt eine hohe Zahl aerophiler Diatomeen in der Probe dar, die sich durch Fehler bei der Probenahme, z. B. in der Wellenschlagzone großer Flüsse und Ströme oder bei steigenden Abflüssen durch Beprobung erst kürzlich überfluteter Bereiche ergeben kann. Übersteigt der Anteil aerophiler Taxa den Wert von 5 %, muss von einem starken aerischen Einfluss ausgegangen werden, der die Bewertung beeinflusst oder sogar überlagert. Die Bewertung gilt in diesem Fall als nicht gesichert.
Gutachterliche Expertise
Die Bewertung der ökologischen Qualität durch das PHYLIB-Tool ist abschließend gutachterlich auf ihre Plausibilität hin zu überprüfen. Dabei sind die im Rahmen der Probenahme protokollierten Daten, weitere Gegebenheiten des Gewässerumfeldes sowie natürliche Einflussgrößen zu berücksichtigen.