Systematische Untersuchung der Retentionswirkung von Makrophyten durch Partikelsedimentation im strömenden Wasser
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt sollte die Frage beantworten, welche Faktoren die Partikelretention in Makrophytenbeständen bestimmen und wie weit sie aus der Wirkung rein physikalischer Prozesse erklärt beziehungsweise vorausgesagt werden kann. In insgesamt 7 Versuchen mit künstlichen Pflanzen und Partikeln (Aquarien-Plastik-Pflanzen und Lycopodiumsporen) in einer 1,5 m breiten Fließrinne wurde untersucht, wie sich Expositionsdauer, Blattzahl, Beweglichkeit, Neigung und Biofilmbewuchs der Pflanzen, die Partikelzusammensetzung und die Bewegung des Wassers auf die Retention auf Einzelpflanzen, in Pflanzenbeständen (3 mal 3 Pflanzen bis hin zu Beständen mit 50 mal 5 Pflanzen) und auf dem Rionenboden auswirken. Dabei zeigte sich, dass die Retentionsrate zwar signifikant von der Blattfläche, jedoch nicht signifikant von der (relativ schwachen) Beweglichkeit der Pflanzen abhängt. Untersuchungen mit Pflanzenbeständen zeigten, dass Pflanzen in Reihen (10 Pflanzen mit jeweils 5 cm Abstand) oder Beständen (parallele Reihen) in etwa dieselbe Partikelmenge zurückhalten wie Einzelpflanzen, Eine Ausnahme hiervon stellte die letzte Pflanze in jeder Reihe dar, die mehr Partikel zurückhielt als die vorletzte. Beim Versuch 6 wurden auf den letzten Pflanzen sogar doppelt so viele Sporen wie bei Einzelpflanzen zurückgehalten. Eine Erhöhung der Partikelretention des Bodens durch die Pflanzen war nur im mittleren und hinteren Bereich von Reihen und Bestanden nachweisbar. Im vorderen Bereich sowie hinter Einzelpflanzen war die Retention so groß wie beim unbewachsenen Boden. Die sehr umfangreich durchgeführten hydrodynamischen Messungen lieferten eine ganze Reihe quantitativer Aussagen zur Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Strömung/Turbulenzentwicklung. Sie konnten aber nicht alle aufgetretene Phänomene, wie z.B. den Letzte-Pflanzen-Effekt erklären. Die hier gesammelten Daten stellen einen einzigartigen Fond von Messergebnissen sowohl der Strömungsverhältnisse als auch der Partikelretention an Unterwasserpflanzen dar. Untersuchungen zur Rolle von Biofilmen zeigten, dass Biofilme in der Lage sind, die Partikelretention auf glatten Flächen deutlich zu erhöhen, bei einer Pflanze sogar zu verzehnfachen. Bei den sich weit über die eigentliche Projektbearbeitungszeit hinausziehenden Auswertungen gelang es ansatzweise, einzelne Wirkungsmechanismen ihrer Bedeutung nach zu quantifizieren. Es deutet sich an, dass es wahrscheinlich vor allem Struktur bildende Prozesse auf den Oberflächen sind, die die Biofilmwirkung bei der Retention ausmachen. Die Bearbeitung des Projektes war durch ein methodisches Missgeschick erschwert worden, denn wir hatten angenommen, durch den Einsatz eines vorhandenen Fac-Star plus Durchflusszytometers die quantitative Partikelerfassung sicherer und rationeller gestalten zu können. Dies gelang trotz sehr umfangreicher Bemühungen nicht. Die Zählungen wurden deshalb nach Ablauf der halben Bearbeitungszeit hauptsächlich mit Hilfe des Casy Cell Counter TTC vorgenommen, dessen Arbeitsweise auch nicht völlig problemlos war (Bericht Casy Cell Counter). Die in dem Projekt erreichten Ergebnisse zeigen zwar den Einfluss unterschiedlicher Faktoren und ermöglichen einige Vorhersagen. Sie reichen jedoch nicht aus, komplexere Wirkungen zu erklären oder voraussagen zu können. Es sind noch weitere Fließrinnenversuche mit unterschiedlich großen Pflanzenbeständen und vor allem bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten notwendig. Die hier dargestellten Ergebnisse und Erfahrungen sollen späteren diesbezüglichen Forschungsvorhaben helfen, erfolgreicher zu sein und vor allem methodische Probleme (Partikelchargen, Zählung usw.) zu vermeiden.
