Einfluss der Strömungsdynamik (Ex- und Infiltration) auf die mikrobiell gesteuerte Phosphormobilität in Fließgewässersedimenten eines Feuchtgebietes
Final Report Abstract
Ziel der Arbeiten war es, den Einfluss der Fließwechseldynamik auf mikrobielle Aktivitäten und Populationsstrukturen sowie auf die P-Dynamik im Sediment von Fließgewässern eines Feuchtgebietes zu untersuchen. Auf der Versuchsfläche „Stauabsenkung Nord" (Spreewald, Brandenburg) wurden an zwei Kanälen zwischen zwei Transekten Messplätze eingerichtet, die den aquatisch-terrestrischen Übergangsbereich sowie das Freiwasser umfassen. Es wurden Temperatur- und Redoxmessungen zur Modellierung der Strömungsbedingungen, Porenwassemntersuchungen zur Bestimmung trophierelevanter chemischer Parameter sowie Sedimentuntersuchungen zur Ermittlung von Phosphor- Fraktionen, Enzymaktivitäten (Esterase, Phosphatase, ß-Glucosidase, Aminopeptidase) und mikrobiellen Populationsstrukturen (PLFA-Analytik) durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Temperatur-Gradientenmethode gut für die in-situ-Bestimmung des Darcy-Fluxes und somit für die Ermittlung des Grundwasserzu- und -abstroms in der hyporheischen Zone anwendbar ist. Die aus den Temperaturmessungen berechneten Darcy-Fluxe zeigten eindeutig, dass an Transekt 1 ein häufiger Wechsel zwischen Ex- und Infiltration stattfindet, wogegen an Transekt 2 Exfiltration dominiert. Mikrobielle Aktivitätsparameter (Enzymaktivitäten, NH4-Konzentration), mikrobielle Biomassen sowie und potentiell mobile P-Fraktionen waren signifikant verringert an Transekt 1 (starke Fließ- und Redoxwechsel) im Vergleich zu Transekt 2 (dominierende Exfiltration von anaerobem Grundwasser), wogegen keine signifikanten Unterschiede bezüglich der mikrobiellen Populationsstruktur gefunden wurden. Eine Isomap-Analyse (nichtlineare PCA) mit allen untersuchten Porenwasser- und Sedimentparametern zeigte signifikante Unterschiede zwischen den Transekten. Eine Analyse der PCA-Ladungen ergab, dass die Austauschrate zwischen Grund- und Oberflächenwasser (Flux) den höchsten Einfluss auf die Auftrennung zwischen den Transekten hatte und dass diese signifikant mit nahezu allen untersuchten Porenwasser- und Sedimentparametem korreliert war. Bei erhöhten Flussraten, d.h. bei verstärkter Exfiltration von anaerobem Grundwasser, ist somit eine signifikante Erhöhung von mikrobiellen Aktivitäten (Enzyme, NH4, DIC), mikrobiellen Biomassen und redoxsensitiven Parametern (Fe-P, Fe im Porenwasser) sowie eine Verringerung von SRP und organischem P zu verzeichnen. Die Resultate der PCA und weiterer statistischer Tests zeigen, dass die mikrobiellen Aktivitäten und Biomassen sowie die P-Dynamik signifikant von der Fließrichtung und insbesondere von der Quantität der Fließrichtungswechsel beeinflusst werden. Es wurde geschlussfolgert, dass die hydrologischen Bedingungen im Spreewald einen entscheidenden Einfluss auf die P-Quellen und Senkenfunktion haben und dass die Quantität der Wechsel zwischen anaeroben und aeroben Phasen sowie die Anpassungsfähigkeit der Mikroorganismen bedeutende Steuergrößen für die Mineralisation von organischem P und die P-Freisetzung aus dem Sediment sind. Zur Verringerung der internen Eutrophierung sollte dieser Aspekt beim Wasserstandsmanagement von Feuchtgebieten beachtet werden. Es wurde angenommen, dass der mikrobielle Abbau der organischen Substanz durch die Infiltration von aerobem Oberflächenwasser verstärkt wird. Es zeigte sich jedoch, dass die mikrobiellen Aktivitäten, Biomassen und somit auch die mikrobielle Mineralisation organischer Substanz durch die Exfiltration von anaerobem Grundwasser erhöht waren. Außerdem ließ sich aus den Resultaten schlussfolgern, dass die mikrobiellen Aktivitäten und Biomassen weniger von den hydrologischen Phasen und somit vom Redoxpotential abhängen, sondern offensichtlich von der Quantität und Intensität der Redoxveränderungen.
