Untergetauchte Makrophyten gehen in vielen flachen Seen auf der ganzen Welt zurück, und an ihre Stelle treten mehr Algen und frei schwimmende Pflanzen. Doch auch ein gegenteiliger Trend zeichnet sich ab: Gewässer mit verbesserter Wasserqualität verzeichnen zunehmend einen Massenzuwachs an Wasserpflanzen. Da diese Pflanzen viele wichtige Ökosystemfunktionen erfüllen, ist eine sorgfältige Bewirtschaftung erforderlich.
Makrophyten – mit bloßem Auge sichtbare große Wasserpflanzen – sind wichtige Lebensräume für eine Vielzahl von Organismen und tragen zur Selbstreinigung von Gewässern bei. Wenn diese Art von Vegetation verschwindet und sich Algen und Schwimmpflanzen in Gewässern vermehren, werden mehr Treibhausgase freigesetzt. Sabine Hilt untersucht, warum in den letzten Jahren in vielen Gewässern weniger submerse Wasserpflanzen gewachsen sind.
„Es ist bekannt, dass sowohl das Algenwachstum als auch die Trübung des Wassers bei diesem Prozess eine wichtige Rolle spielen. Schließlich brauchen die Pflanzen, deren Wurzeln am Grund des Sees vergraben sind, in diesen Tiefen Sonnenlicht für die Photosynthese. Aber anderes.“ Auch Stressoren spielen eine Rolle“, erklärt der IGB-Forscher.
In Agrarlandschaften sind diese Stressfaktoren vor allem verschiedene Pestizide in Kombination mit Nährstoffen. Als Teil eines großen Wissenschaftlerteams aus Frankreich, dem UFZ Leipzig und der LMU München untersuchte sie die Wirkung eines Cocktails aus einem Herbizid, einem Insektizid, einem Fungizid und Nitrat sowie zusätzlichen Stress durch eine Erwärmung um 3 bis 4 °C. an Wasserpflanzen und -tieren im Labor und in 600-Liter-Mesokosmen.
In diesen Mesokosmen wurden typische Gemeinschaften aus flachen Seen gemäßigter Zonen etabliert, darunter drei typische submerse Makrophytenarten.
Gemeinsam mit einem Team unter der Leitung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Wuhan untersuchte Hilt auch eine ähnliche Kombination typischer Stressfaktoren. Sie untersuchten die individuelle und kombinierte Wirkung von Erwärmung, Nährstoffen und dem Pestizid Glyphosat auf das Wachstum von Algen und zwei Wasserpflanzenarten.
Als Beispiele wählten die Forscher Arten aus, die typischerweise in chinesischen Gewässern vorkommen, etwa der Wasserthymian (Hydrilla verticillata), der an der Wasseroberfläche ein Blätterdach bildet, und der Vallisneria (Vallisneria denseserrulata), der am Grund von Gewässern wächst. Um flache Seen zu simulieren, nutzten sie 48 Mesokosmen mit einem Wasservolumen von jeweils 2.500 Litern.
Die Ergebnisse dieser beiden Projekte zeigen deutlich, dass das Wachstum von Wasserpflanzen insbesondere dann negativ beeinflusst wird, wenn mehrere der untersuchten Stressfaktoren zusammenkommen. Eine kontinuierliche Erwärmung verstärkte häufig die Wirkung des Cocktails aus Pestiziden und Nährstoffen. Häufige Hitzewellen haben eine noch schädlichere Wirkung als eine anhaltende Erwärmung. Insbesondere in Agrarlandschaften besteht daher ein erhöhtes Risiko, dass Wasserpflanzen aus Flachgewässern verschwinden.
Eine Verschiebung der Pflanzenarten in Gewässern führt zu höheren Methanemissionen
Auch für bisher klare Seen stellen Nährstoffe einen Stressfaktor dar, der eine Gefahr darstellt, wie eine weitere Studie unter Beteiligung des IGB zeigt. In solchen Gewässern wird in jüngster Zeit ein vermehrtes Vorkommen von Fadenalgenblüten beobachtet. Dies ist ein ungewöhnliches Phänomen für nährstoffarme Seen – und gibt Anlass zur Sorge: Massenhafte Entwicklungen von Fadenalgen können das Ökosystem tiefgreifend verändern und zu Problemen bei der Wassererholung führen.
Fadenalgen, ein Sammelbegriff für verschiedene Algenarten mit fadenförmiger, fadenförmiger Form, haben einen höheren Nährstoffbedarf, insbesondere an Nitrat und Ammonium. Und tatsächlich haben die Nährstoffeinträge in mehrere ehemals klare, nährstoffarme Seen in den letzten Jahren zugenommen. Ein Beispiel ist der Baikalsee in Sibirien, der für seinen beispiellosen Reichtum an Tier- und Pflanzenarten bekannt ist. Diese Artenvielfalt ist bedroht, weil sich die Biomasse der Fadenalgen in den letzten zehn Jahren verfünffacht hat.
Ein Grund könnten Stickstoff- und Phosphoreinträge aus unbehandelten menschlichen Abwässern sein, die in den See eingeleitet werden. Auch Waldbrände haben zu einer zusätzlichen Nährstoffbelastung des Sees geführt.
Massenentwicklungen von Wasserpflanzen im Sommer
Allerdings sind vor allem im Sommer auch Massen an Wasserpflanzen zu beobachten. Dabei kommt es europaweit zu Massenvermehrungen von Wasserpflanzen in stehenden und fließenden Gewässern. Der Grund dafür: „Makrophyten waren jahrzehntelang aufgrund übermäßiger Nährstoffeinträge verschwunden und wachsen nun, da sich die Wasserqualität verbessert und die Nährstoffeinträge zurückgehen“, erklärt Sabine Hilt.
Generell ist dies eine positive Entwicklung.
„Wasserpflanzen sind ein wichtiger Bestandteil unserer Gewässer. Sie beeinflussen Nährstoffkreisläufe und interagieren mit anderen Wasserorganismen. Während ihres Wachstums binden sie Kohlendioxid, das dann für längere Zeiträume im Sediment gespeichert werden kann. Makrophyten nehmen überschüssige Nährstoffe auf, z Phosphor und Stickstoff aus dem Gewässer und setzen durch den Stoffwechsel Sauerstoff frei, was die Wasser- und Sedimentbelüftung verbessert“, sagt Jan Köhler, der am IGB an Makrophyten und Algen forscht. Darüber hinaus reduzieren Wasserpflanzen die Trübung und verhindern das Aufwirbeln von Sedimenten.
Makrophytenbestände fördern durch ihre vielfältige Struktur zudem die Artenvielfalt: Auf ihrer Oberfläche kann sich ein artenreicher Bewuchs von Algen und Bakterien entwickeln, der wiederum Kleintieren (Zoobenthos) Lebensraum und Nahrung bietet. Makrophyten bieten nicht nur Schutz für Kleintiere vor Raubtieren, sondern sind auch Nahrung für verschiedene Wasservögel. Darüber hinaus sind Wasserpflanzenbestände wertvolle Laich- und Jagdgebiete für Fische und bieten ihren Larven und Jungfischen Zufluchtsorte.
Aus gewässerökologischer Sicht überwiegen daher auch bei Massenentwicklungen häufig die Vorteile für die Natur. Nachteile ergeben sich vor allem aus Nutzungs- und Sicherheitsgründen, insbesondere in Fließgewässern: Stauungen durch Makrophyten können die Fließgeschwindigkeit verringern und so den Wasserspiegel im Fluss und den Grundwasserspiegel in angrenzenden Gebieten ansteigen lassen.
Wasserpflanzen werden oft als lästig empfunden
Auch dicht wachsende Wasserpflanzen können das Bootfahren und andere Wassersportarten behindern, Angler behindern oder Schwimmer abschrecken. Das ergab eine umfassende Befragung von Wassernutzern in Deutschland, Frankreich, Norwegen und Südafrika.
„Mehr als 70 Prozent der Befragten an jedem Standort empfanden die Makrophyten als störend“, erklärte Jan Köhler, der gemeinsam mit Sabine Hilt an der Studie beteiligt war. Dies galt gleichermaßen für verschiedene Freizeitaktivitäten – Schwimmen, Bootfahren, Angeln, Wertschätzung der Artenvielfalt, Wertschätzung der Landschaft und Vogelbeobachtung. Die Bewohner empfanden die Wasserpflanzen als wesentlich problematischer als die Besucher. Das Umweltbewusstsein der Befragten hatte keinen Einfluss auf die Wahrnehmung der Belästigung.
Das Jäten oder Entfernen von Wasserpflanzen birgt ökologische Risiken
Für Behörden und andere am Wassermanagement beteiligte Interessengruppen kann es eine große Herausforderung sein, die Kompromisse zwischen dem Schutz oder der Erreichung eines guten ökologischen Zustands einerseits und verschiedenen menschlichen Nutzungsinteressen andererseits anzugehen und Ansätze zu entwickeln, die diese berücksichtigen alle Ziele in Einklang bringen. Entscheiden sich diese Akteure für Maßnahmen gegen Makrophyten, ist die Unkrautbekämpfung, also das Mähen oder Entfernen von Wasserpflanzen, die am häufigsten gewählte Methode.
Durch das Unkrautjäten werden zwar Erholungsflächen geschaffen oder die Durchströmung von Gräben und natürlichen Fließgewässern kurzfristig erhöht, das Verfahren ist jedoch sehr kostspielig. Darüber hinaus kann es nach der Unkrautbekämpfung dazu kommen, dass Pflanzenfragmente in zuvor unbeeinträchtigte Bereiche abdriften und sich dort festsetzen, was zu einer Ausbreitung von Makrophytenbeständen führt. Bei einigen Arten kann die Entfernung von Wasserunkräutern sogar zu einer Steigerung der Wachstumsraten führen. Da das Jäten nicht sehr selektiv ist, reduziert das Verfahren auch schnell seltene Pflanzenarten, zerstört vielfältige Lebensräume und tötet viele Lebewesen, die in Wasserpflanzenbeständen leben. Durch diese Maßnahmen kann es außerdem zu einer Aufwirbelung abgesetzter Partikel und einem erhöhten Sauerstoffmangel kommen.
Beeinträchtigung der Artenvielfalt
Auch die Artenvielfalt von Mikroorganismen verändert sich: Sabine Hilt und Jan Köhler waren an einer Vorher-Nachher-Kontroll-Wirkungsstudie beteiligt, die die Auswirkungen der mechanischen Entfernung von Makrophyten auf Phytoplankton, Zooplankton und Makrowirbellose untersuchte. Die Studie umfasste fünf Standorte in vier Ländern in Europa und Afrika mit sehr unterschiedlichen Merkmalen. Durch die Wiederholung des gleichen Versuchsaufbaus an allen Standorten war es möglich, gemeinsame und ortsspezifische Effekte zu unterscheiden.
Insgesamt wirkte sich die Entfernung von Makrophyten negativ auf die Artenvielfalt aus, insbesondere auf Zooplankton und Makrowirbellose. Im Gegensatz dazu wurden Phytoplanktongemeinschaften durch die Entfernung von Pflanzen positiv beeinflusst. „Jäten stellt daher Risiken für die Artenvielfalt dar und kann mitunter sogar dazu führen, dass ein Gewässer in einen trüben, von Phytoplankton dominierten Zustand übergeht, der deutlich weniger Ökosystemfunktionen unterstützt und für viele Nutzungsformen weniger attraktiv ist“, erklärt Sabine Hilt.
Der ökologische Wert von Wasserpflanzen wird in der aktuellen öffentlichen Debatte oft übersehen. Vor diesem Hintergrund sollten künftig ökonomische, ökologische und soziale Aspekte gleichermaßen in die Analyse und Planung von Maßnahmen einbezogen werden. Sollte eine Reduzierung der Wasserpflanzenbestände notwendig erscheinen, wären nachhaltige Maßnahmen wie eine weitere Reduzierung der Nährstoffeinträge oder die Anpflanzung von Ufergehölzen vorzuziehen.
Eine Erfolgsgeschichte: Steinkraut kehrt an den Müggelsee zurück
Der Berliner Müggelsee ist ein gutes Beispiel für die Wiederbesiedlung durch Wasserpflanzen. Das Steinkraut ist nach langer Abwesenheit endlich in diesen See zurückgekehrt. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts kam es zu verstärkten Nährstoffeinträgen und ab den 1970er Jahren zu massiven Einleitungen, die aufgrund der daraus resultierenden hohen Wassertrübung zu einem nahezu vollständigen Verlust der Unterwasservegetation im Müggelsee führten.
Erst ab den 1990er-Jahren tauchten Wasserpflanzen nach einer deutlichen Reduzierung der Nährstoffeinträge langsam wieder auf. Seit etwa 2011 ist die Trübung im Müggelsee durch den Einfluss der in den See eingedrungenen Quagga-Muschel noch weiter zurückgegangen. Mittlerweile ist die Unterwasserflora bis in eine Tiefe von 3-4 Metern in teilweise sehr dichten Beständen vorhanden und auch der Artenreichtum hat deutlich zugenommen.
Steinkraut und andere niedrigwüchsige Arten wurden im Müggelsee zuletzt vor über einem Jahrhundert gesichtet. Jetzt, nach 20 Jahren intensiver Kartierung und Taucherforschung, wurden nicht nur eine, sondern gleich drei dieser begehrten Arten der Unterwasservegetation entdeckt: das fragile Steinkraut (Chara globularis), das Sternen-Steinkraut (Nitellopsis obtusa) und eine weitere Nitella-Art (Nitella spec .).
Steinkraut ist keine reine Alge und keine echte Pflanze, aber sie ist sicherlich ein deutlicher Indikator für geringere Nährstoffkonzentrationen und saubereres Wasser. Zusätzlich zu allen oben genannten positiven Effekten beeinträchtigen sie die Erholung am Wasser nicht, da sie nicht bis zur Wasseroberfläche wachsen. Es bleibt abzuwarten, ob sie in den nächsten Jahren größere Populationen etablieren können – wir hoffen es wirklich.