Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg

Titel: Modellierung des organismischen Response in Buhnenfeldern der mittleren Elbe-Determinierende Umweltfaktoren des Makrozoobenthos der Elbe
Autor: Dirksen, Michael Thomas
Weitere Beteiligte: Bohle, H.W. (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2004
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2004/0081
DOI: https://doi.org/10.17192/z2004.0081
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2004-00811
DDC: 570 Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): modelling of the organismic response in groyne fields of the Middle Elbe - determining abiotic factors of the macrozoobenthos of the River Elbe

Dokument

Schlagwörter:
substrate, Buhne, Potamal, Modell, Makrozoobenthos, current, river Elbe, Potamal, Robackia demeijerei, Strömung, Elbe, GIS, RDA, RDA

Zusammenfassung:
Zur Erstellung eines Habitatmodells für Buhnenfelder der Elbe, das die Abhängigkeiten der Taxa von den wichtigsten Umweltparametern beschreibt wurden: - Benthosproben der Elbteilhabitate entnommen und zeitgleich die Umweltparamter gemessen - Korrelationsanalysen zwischen Taxa und Umweltparamtern durchgeführt. - die wichtigsten die Verteilung des Bentos bestimmenden Umweltparameter identifiziert und eine mathematisches, auf der RDA (redundancy analysis) basierendes Modell erstellt, das die Abundanz des Benthos in Abhängigkeit von den Umweltparametern beschreibt - Die Plausibilität des erstellten Modells wurde mit Literaturvergleichen abgesichert. - Defizite der existierenden Buhnen/Buhnenfelder im Vergleich zu einem potentiellen natürlichen Zustand wurden identifiziert und Charakteristika erarbeitet durch die sich aus ökologischer Sicht optimierte Buhnen/Buhnenfelder auszeichnen sollten. - Nach diesen Gesichtspunkten wurden modifizierte Buhnentypen in das digitale Modell eingeführt. Hydro- und Morphodynamik sowie die daraus resultierende Faunenverteilung wurden modelliert und die Ergebnisse graphisch in einem GIS dargestellt. Die Elbe weist in den Untersuchungsabschnitten eine artenarme Benthozönose auf. Das Weichsubstrat ist in hohen Abundanzen bis 600.000 Individuen/m2 mit Oligochaeten (Wenigborster, Gürtelwürmer) und Chironomiden besiedelt. Die Arten- und Individuenzahlen der übrigen Taxa sind dagegen gering. Das Untersuchungsjahr 1999 zeigt allerdings eine deutliche Zunahme der Gesamt-Abundanz im Vergleich zum Vorjahr (1998) sowie eine Zunahme der Artenzahl. Das Hartsubstrat ist wie das Weichsubstrat nur schwach besiedelt, hier sind Chironomiden (Zuckmücken) das dominierende Taxon. Der empirische Ansatz zur Bestimmung der Abhängigkeiten von Fauna und Umwelt erforderte die Aufnahme zahlreicher Umweltparameter, welche auf signifikante Korrelation getestet wurden. Es ergaben sich auf hohem Signifikanzniveau Korrelationen zwischen den Taxa des Weichsubstrats und den modellierten Parameter Strömungsgeschwindigkeit und mittlerer Korndurchmesser und Zeit (Jahreszeit). Das Antwortverhalten einzelner Spezies (u.a. Limnodrilus hoffmeisteri, Propappus volki und Robackia demeijerei) erwies sich als besonders ausgeprägt und konnte auf diese Faktoren zurückgeführt werden. Die Aussagen sind auf hohem Signifikanzniveau abgesichert und werden durch Literaturangaben bestätigt. Für die Biozönose des Hartsubstrats wurden dagegen weniger signifikante Zusammenhänge ermittelt. Keine Zusammenhänge konnten zwischen den physikalischen Parametern, welche durch Absaugen des Interstitialwassers gewonnen wurden und der Weichsubstratbiozönose ermittelt werden. Mögliche Gründe für diesen Befund werden diskutiert. Die Ergebnisse der Modellerstellung sowie die vom Projektteil ?Wasserbau" gestellten abiotischen Daten wurden in die erarbeitete zentrale Projektdatenbank integriert. Die Projektdatenbank. diente als Schnittstelle und Steuerungsinstrument für die Modellierung und Szenarien-Berechnung der Taxa. Die Visualisierung der Modellierungsergebnisse mittels Arcview, welche eine einfache benutzergesteuerte Möglichkeit der Darstellung und Analyse der Daten bietet, wurde erarbeitet. Auf diese Weise wurde ein Werkzeug geschaffen, um Veränderungen der Fauna, als Folge geänderter hydraulischer und morphologischer Randbedingungen der Elbe zu prognostizieren. Ein Forderungskatalog für aus ökologischer Sicht optimierte Buhnenfelder, welche Funktionen übernehmen sollten die früher der Hauptstrom innehatte, wurde erarbeitet. Modifizierte Buhnen die die die Bedingungen im Buhnenfeld nach den gewünschten Kriterien verändern könnten, wurden erarbeitet und in das digitale Modell eingesetzt. Die morpho- und hydrodynamischen Bedingungen wurden vom Projektpartner modelliert und die Auswirkung auf die Biozönose exemplarisch anhand zweier Spezies und drei Buhnenfeldern dargestellt. Es konnten Buhnenvarianten erarbeitet und getestet werden, welche eine größere Habitatdiversität bewirkten, welche sich in einer größeren Fleckenhaftigkeit der Besiedlung durch die getesteten Spezies widerspiegelte. Es zeigte sich aber, dass jeder Flussabschnitt individuell getestet werden muss, da die hydro- und morphodynamischen Bedingungen nur bedingt vergleichbar sind, die für die Buhnenfelder getroffenen Annahmen daher nur bedingt zutrafen. Die vorgestellte Modellierung ermöglicht den Entscheidungsträgern den Test verschiedener Varianten der Umgestaltung des Stroms, die die Belange von Ökologie und Ökonomie in unterschiedlicher Wichtung beinhalten können. Wünschenswert wäre eine Umgestaltung der semiterrestrischen Flächen und damit insbesondere der Buhnenfelder, aber auch von Aue und Strom selbst, in einer dem Strom typischeren Art und Weise. Eine nachhaltige Gestaltung sollte sich weniger dem unmittelbaren wirtschaftlichen Nutzens unterordnen, hätte aber neben dem ästhetischen und ökologischen Nutzen auch handfeste ökonomische Vorteile, da ein Fluss dessen Bett die potentiell natürliche Profilgestalt besitzt, wasserbauliche Maßnahmen kaum benötigt (BOHLE & ENGEL-METHFESSEL 1993). BOHLE & ENGEL-METHFESSEL schrieben schon 1993, dass zu wünschen wäre, ?dass die Funktion der Flüsse im Naturhaushalt stärker berücksichtigt würde, zumal die Folgeschäden einer nur technisch orientierten Bewirtschaftung zu permanenten, auch ökonomischen Belastungen werden?. Dies ist unter dem Eindruck der Flutkatastrophen an Elbe und Oder mit ihren negativen Folgen für Ökonomie und die betroffenen Menschen umso aktueller.

Summary:
In order to develop a mathematical model which reflects the abundance of benthic species in groyne fields of the river Elbe in relation to the mayor abiotic variables of its living space, the following steps have been taken: - The benthos was sampled and the corresponding abiotic parameters were measured. - Correlation analysis of benthic species and abiotic parameters was carried out. - The main and determining abiotic parameters were identified and a mathematical approach based on RDA (redundancy analysis) was made describing the abundance of some benthic species in dependence to abiotic parameters. - The plausibility of the resulting model was determined by comparison with the relevant literature. - Mayor environmental deficiencies of the existing groyne fields were identified and distinctive features were determined to optimize ecologically sound groyne fields. - Upon these findings new groyne types were introduced into the model, the hydrological and morphological abiotic conditions were simulated, and the resulting distribution of some species was modelled and graphically displayed in GIS. The surveyed parts of the river Elbe are characterized by their poor composition of benthic species. The soft-substrates are mainly colonized by Chironomidae and Oligochaeta up to 600.000 individuals per square meter. The quantity of other taxa and individuals is quite low. The hard-substrate is sparsely colonized, the dominating taxa are Chironomidae. The multivariate analysis of the fauna and the abiotic factors by means of the RDA determines the dependencies of the benthic fauna on the main variables time, discharge velocity and substrate (in descending importance). The response characteristics of some species (especially Limnodrilus hoffmeisteri, Propappus volki and Robackia demeijerei) proved to be pronounced and could be assigned to these factors. These findings have been determined on a high level of significance and were confirmed by the literature. The polynomial set up on the basis of RDA, representing the relationship between taxa abundance and abiotic parameters, as well as the abiotic data calculated by application of a mathematical hydraulic model of the project partner were integrated into the project database. The database served as interface and control unit for the modelling of scenarios of the taxa behaviour. The simulation results were visualized in Arcview GIS. The method developed is a tool easy to handle and to prognosticate changes in the fauna as a consequence to changes in the hydro- and morphological conditions of the River Elbe. A list of demands was compiled to optimize the ecological function of groyne fields, which should take tasks formerly assigned to the main stream. Modified groyne types were designed in order to change the conditions in the groyne fields in the required way, and were integrated in the model. The resulting morpho- and hydrodynamic conditions were computed by means of the hydraulic model of the project partner, and the effects were visualized exemplary with two species in three groyne field associations. The simulation of the groyne modifications demonstrated a higher habitat diversity which resulted in an improved patchiness by the tested species. It turned out that each river section has to be investigated individually in order to consider the local conditions in every part of the groyne fields. The presented modelling enables decision-makers to investigate various solutions of bank conserving measures incorporating the requirements of the ecology and the economy with different scales. Generally a reconstruction of the semiterrestric river zones, especially of its groyne fields would be particularly desirable, but also the ecologically sound rehabilitation of the river itself and its meadows should be aimed at. A sustainable design should rather be subordinated to short term economic profit and, besides the aesthetic and ecological gains, would include economic advantages as rivers with comparatively natural shape hardly will need maintenance by hydraulic engineering (Bohle & Engel-Methfessel 1993). The authors even wrote in 1993 that it would be desirable "to consider more extensively the function of rivers in a natural environment, particularly since the defects arising from an exclusively technically oriented river management, will turn out to permanent and also economic constraints?. That is even more of relevance to the present situation under the impression of the flood disaster at Elbe and Oder with its negative impacts on economy and people.


* Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten