Trophiesystem

Kernidee und Einteilung

Das Trophiesystem ist ein Klassifizierungs- und Bewertungssystem für stehende Gewässer. Es beschreibt den Zustand eines Gewässers danach, wie viele Pflanzennährstoffe vorhanden sind und wie stark dadurch organische Produktion entsteht. Wichtige Nährstoff-Elemente sind Phosphor (P), Stickstoff (N), Kohlenstoff (C) und Schwefel (S). Für die Einteilung hat sich, außer bei absichtlich gedüngten Gewässern wie Karpfenteichen, der Phosphorgehalt als entscheidender und begrenzender Faktor herausgestellt. Ein begrenzender Faktor oder Minimumfaktor ist der Stoff, der das Wachstum trotz anderer vorhandener Stoffe am stärksten begrenzt.

In der Limnologie, also der Wissenschaft von Binnengewässern, werden stehende Gewässer anhand der Jahresdurchschnittswerte von Chlorophyllgehalt und Gesamtphosphorgehalt in vier Trophiestufen eingeteilt: oligotroph, mesotroph, eutroph und hypertroph. Chlorophyll ist der grüne Farbstoff der Pflanzen und Algen und dient als Hinweis auf die Menge an pflanzlicher Biomasse. Zusätzlich werden Parameter wie Sauerstoffsättigung, Wasserfärbung, Sichttiefe, biologischer Sauerstoffbedarf (BSB), chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und Bakterienzahl betrachtet. Diese Werte zeigen Folgen der Nährstoffmenge und der organischen Produktion.

Allgemein gilt: Je weniger Sauerstoff im Gewässer verfügbar ist, desto mehr Pflanzennährstoffe enthält es meist. Bei starker Überdüngung, also Hypertrophie beziehungsweise Eutrophierung, bildet sich nach dem Sommer eine extrem sauerstoffarme Bodenschicht. Das Trophiesystem für stehende Gewässer ist nicht mit dem Saprobiensystem für Fließgewässer zu verwechseln. Das Saprobiensystem beschreibt vier Gewässergüteklassen nach Belastung mit organischem, biologisch abbaubarem Material. Weil in Fließgewässern auch anorganische Nährstoffe wichtiger geworden sind, wird versucht, auch dort ein Trophiesystem zu entwickeln. Die Klärtechnik wurde außerdem um Methoden der Phosphorrückhaltung ergänzt.

Nährstoffarme bis mittlere Gewässer

Oligotrophe Gewässer gehören zur Trophiestufe I. Sie sind nährstoffarm und haben deshalb eine geringe organische Produktion. Die geringe Phosphatzufuhr begrenzt das Wachstum von Pflanzen und Algen. Das Plankton, also die im Wasser schwebenden Kleinstlebewesen, ist artenreich, aber individuenarm. Solche Gewässer ernähren nur eine geringe Fischmasse. Oft haben sie grobkörnige Uferstrukturen mit wenig Pflanzenbewuchs. Das Wasser ist sehr klar und erscheint blau bis dunkelgrün.

Typische Werte für oligotrophe Gewässer sind eine Sichttiefe von in der Regel mehr als 6 m, mindestens aber 3 m; in der Tabelle wird für die Sichttiefe 5–10 m angegeben. Die Sauerstoffsättigung am Ende der Sommerstagnation liegt bei mehr als 70 %. Sommerstagnation bedeutet, dass sich Wasserschichten im Sommer kaum mischen. Im sauerstoffreichen Tiefenwasser können dreiwertige Eisenionen freigesetztes Phosphat fällen und dadurch aus dem Stoffkreislauf entfernen. Diese Wirkung heißt Phosphatfalle. Beispiele für oligotrophe Gewässer sind Königssee und Traunsee.

Mesotrophe Gewässer gehören zur Trophiestufe II. Sie bilden ein Übergangsstadium von der Oligotrophie zur Eutrophie. Ihr Nährstoffgehalt ist höher als bei oligotrophen Gewässern, aber Licht kann noch in tiefere Wasserschichten eindringen. Mit zunehmender Dichte des Phytoplanktons, also der pflanzlichen Planktonorganismen, nimmt die Eindringtiefe des Lichtes ab. Die Sichttiefe beträgt noch mehr als zwei Meter; in der Tabelle wird 1–2 m, höchstens 5–10 m genannt. Die Sauerstoffsättigung am Ende der Sommerstagnation liegt zwischen 30 und 70 %. Die Phosphatfalle bleibt wirksam. Als Beispiel wird der Staffelsee genannt.

Nährstoffreiche Gewässer

Eutrophe Gewässer gehören zur Trophiestufe III. Sie haben einen hohen Phosphatgehalt und produzieren daher viel Biomasse. Das Hypolimnion, die kalte Bodenschicht eines geschichteten Gewässers, wird im Sommer sehr sauerstoffarm. Das Epilimnion, die obere Wasserschicht, ist dagegen durch Photosynthese mit Sauerstoff übersättigt. Das Plankton ist arten- und individuenreich.

Am Gewässergrund eutropher Gewässer liegt eine anaerobe Faulschlammschicht, also eine sauerstofffreie Schicht aus Mudde oder Sapropel. Sie ist massenhaft mit Schlammröhrenwürmern und Zuckmückenlarven besiedelt. Während der Wasserzirkulation im Frühjahr und Herbst diffundiert aus dieser Schicht Eisen(II)-phosphat heraus. Dadurch wird das Gewässer schnell rückgedüngt, also erneut mit Nährstoffen versorgt. Nach der Frühjahrs-Vollzirkulation tritt häufig eine Algenblüte auf. Das Wasser ist trüb und meist durch verschiedene Algen grünlich bis gelbbraun gefärbt. Die Sichttiefe liegt in der Regel unter zwei Metern, in der Tabelle bei weniger als 1 m, höchstens 2–3 m. Die Sauerstoffsättigung am Ende der Sommerstagnation liegt unter 30 %. Als Beispiel wird der Neusiedler See genannt.

Hypertrophe Gewässer, auch polytrophe Gewässer genannt, gehören zur Trophiestufe IV. Ihr Nährstoffgehalt und ihre Biomassenproduktion sind so hoch, dass bis zum Ende der Sommerstagnation der Sauerstoff in den bodennahen Schichten, dem Hypolimnion, weitgehend aufgebraucht wird. Nur die obersten Wasserschichten des Epilimnions bieten spezialisierten Organismen noch tolerierbare Wachstumsbedingungen. Nachts und morgens kommt es häufig zu Fischsterben. Die Sichttiefe liegt unter einem Meter. Umgangssprachlich werden solche Gewässer als „umgekippt“ bezeichnet.

Hypertroph können auch künstlich gedüngte Kleingewässer wie Karpfenteiche sein. Diese werden absichtlich sehr flach angelegt, damit sich keine sauerstoffarme Bodenschicht ausbildet und die Fischproduktion erhöht werden kann.

Messwerte der vier Stufen

Die Parametertabelle vergleicht die vier Trophiestufen anhand messbarer Größen. Bei der Sichttiefe werden für oligotrophe Gewässer 5–10 m angegeben, für mesotrophe 1–2 m, höchstens 5–10 m, für eutrophe weniger als 1 m, höchstens 2–3 m, und für hypertrophe weniger als 1 m. Die Tiefengrenze der submersen Vegetation, also der unter Wasser wachsenden Pflanzen, liegt bei oligotrophen Gewässern bei 12–30 m, bei mesotrophen bei 5–10 m, bei eutrophen bei weniger als 2 m und bei hypertrophen bei weniger als 1 m.

Der Phosphatgehalt steigt deutlich mit der Trophiestufe: oligotroph 4–10 mg/m³, wobei 0–4 mg/m³ als ultraoligotroph gelten; mesotroph 10–35 mg/m³; eutroph 35–100 mg/m³; hypertroph mehr als 100 mg/m³. Der Nitrat- und Ammonium-Gehalt im Herbst beträgt bei oligotrophen und mesotrophen Gewässern höchstens 1 mg N pro l, bei eutrophen und hypertrophen mehr als 2 mg N pro l. Der Chlorophyllgehalt im Jahresmittel liegt bei oligotrophen Gewässern unter 3,5 mg/m³, bei mesotrophen unter 7,0 mg/m³, bei eutrophen unter 11 mg/m³ und bei hypertrophen über 11 mg/m³.

Auch die Sauerstoff- und Belastungswerte unterscheiden sich. Der O2-Gehalt liegt bei oligotrophen Gewässern über 8 mg/l, bei mesotrophen bei 6–8 mg/l und bei eutrophen bei 2–4 mg/l; für hypertrophe Gewässer ist in der Tabelle kein Wert angegeben. BSBx bedeutet biologischer Sauerstoffbedarf in x Tagen. Für BSB2 werden 0,5 mg/l bei oligotrophen, 1,1–2,2 mg/l bei mesotrophen und 4–7 mg/l bei eutrophen Gewässern genannt; für hypertrophe Gewässer fehlt ein Wert. BSB5 beträgt bei oligotrophen Gewässern höchstens 3 mg/l, bei mesotrophen 3–5,5 mg/l, bei eutrophen 5,5–14 mg/l und bei hypertrophen mehr als 14 mg/l. CSB bedeutet chemischer Sauerstoffbedarf und wird mit Kaliumdichromat K2Cr2O7 bestimmt. Die CSB-Werte sind 1–2 mg/l bei oligotrophen, 8–9 mg/l bei mesotrophen und 20–65 mg/l bei eutrophen Gewässern; für hypertrophe Gewässer ist kein Wert angegeben. Die Bakterienzahl steigt von weniger als 100 pro ml bei oligotrophen Gewässern über ungefähr 10.000 pro ml bei mesotrophen und bis 100.000 pro ml bei eutrophen auf mehr als 100.000 pro ml bei hypertrophen Gewässern.