Statistische Langzeitanalyse österreichischer Seen

Abstract

In this study 18 mainly deep alpine lakes in Austria (Europe) were described. The depth profiles of TN:TP:SRSi (N:P:Si) ratios were studied. The lake data set reveals three different patterns of nutrient proportions along depths, which is interpreted by the differences in the trophic state and water retention time

Full text

Zitationsvorschlag:
Teubner K, Dokulil MT (2000) Statistische Langzeitanalyse österreichischer Seen. Technical Report,
Nationalbank, Jubiläumsfonds-Projekt 6762: 9 pages.
Statistische Langzeitanalyse österreichischer Seen
Jubiläumsfonds-Projekt 6762
Katrin Teubner & Martin T. Dokulil
Datenumfang
In dieser Studie wurden die langjährigen Meßdatenserien von insgesamt 18 Seen analysiert
(Tabelle 1). Der Seenvergleich bezieht 6 Seen aus dem Salzkammergut (See 1-6), 11 Kärntner
Seen (7-17) sowie den Neusiedler See ein.
Tabelle 1: Untersuchte Seen und Retentionszeiten sowie Angaben zu den Zeitabschnitten der
analysierten Daten. Retentionszeiten aus „Kärntner Seenforschungsbericht 1997“ und „Seenrein-
haltung in Österreich“ 1989.
Datenherkunft: Limnologisches Institut der ÖAW Mondsee: See 4, 5, 18; Institut für Gewässerökologie,
Fischereibiologie und Seenkunde, Bundesamt für Wasserwirtschaft, Scharfling: See 1 bis 6; Kärntner
Institut für Seenforschung Klagenfurt: See 7-17; Biologische Station Illmitz: Neusiedler See: See 18.
lfd.
Nr.
See Retentionszeit
in Jahren
Daten
1 Attersee 7 1989-98
2 Wolfgangsee 3,9 1973-97
3 Irrsee 1,7 1975-99
4 Mondsee 1,7 1977-98
5 Traunsee 1 1974-94
6 HallstätterSee 0,5 1975-98
7 Klopeiner See 11,5 1987-98
8 Laengsee 10,6 1987-98
9 Woerther See 10,5 1987-98
10 Weissensee 9,6 1987-98
11 Millstaetter See 7 1987-98
12 Ossiacher See 2 1987-98
13 Keutschacher See 0,8 1987-98
14 Faaker See 0,65 1987-98
15 Hafnersee 0,15 1987-98
16 Flatschacher See 0,1 1987-98
17 Haidensee 0,05 1987-97
18 Neusiedlersee 1 1983-90
Für die Trophieindikation nach FORSBERG & RYDING (1980) wurden die Proben 0 bis
15 m über die Sommermonate Juni bis September für den Untersuchungszeitraum gemittelt
(Abb. 2). Daher entspricht die Trophieabschätzung nicht der aktuellen Seensituation sondern
einem langjährigen Mittel. Der Hauptkomponentenanalyse liegen Langzeit-Jahresmittelwerte
der 0-15m Schicht zugrunde (Abb. 3). Für die Darstellung der N:P:Si-Verhältnisse wurden
langzeitige Jahresmittel je Tiefenstufe erfaßt (Abb. 4).
1

0
50
100
150
200
41016
Temp [C]
Tiefe [m]
Mon
Hal
Tra
Irr
Wol
Att
A
0
50
100
150
200
41016
Tem p [C]
Tiefe [m]
Woe
Wei
Mil
B
0
50
100
150
200
41016
Temp [C]
Tiefe [m]
Oss
Faa
Lae
Klo
C
0
50
100
150
200
41016
Temp [C]
Tiefe [m]
Keu
Hai
Haf
Fla
D
Abb. 1: Langjährig gemittelte Temperaturtiefenprofile der tiefen Salzkammergutseen (A), der tiefen
(B), mitteltiefen (C) und flachen (D) Kärntner Seen (Zeitintervalle der Untersuchungen s.
Tabelle 1).
Abkürzungen für die Seen: Att-Attersee, Faa-Faaker See, Fla-Flatschacher See, Haf-
Hafnersee, Hai-Haidensee, Hal-Hallstätter See, Irr-Irrsee, Keu-Keutschacher See, Klo-
Klopeiner See, Lae-Laengsee, Mil-Millstätter See, Mon-Mondsee, Oss-Ossiacher See, Tra-
Traunsee, Wei-Weissensee, Woe-Woerthersee, Wol-Wolfgangsee.
Ergebnisse
Die untersuchten Seen des Salzkammergutes sind durchweg tiefe Seen, wogegen bei den
Kärntner Seen sowohl tiefe als auch flache Seen vertreten sind (Abb. 1). Eine vergleichbare
Beurteilung der Salzkammergutseen mit einer Reihe von Kärntner Seen ergibt sich allein in
der Trophieeinschätzung nach der Gesamtphosphorkonzentration und den Sichttiefe-
verhältnissen. Sommerliche Werte der Sichttiefen über 4m und einer Gesamtphosphor-
konzentration unter 19µg/l (entspricht 0,6 µmol/l) ordnen sämtliche Salzkammergutseen und
2

Kärntner Seen wie den Weissensee, Faaker See, Millstättersee, Ossiacher See, Klopeiner See,
Keutschacher See und Längsee als oligo- bis schwach mesotrophe Seen ein (Abb. 2, oben).
Die Verhältnismäßigkeit von Sichttiefe und Phosphor zeigt auch, daß die zeitweise
auftretende zusätzliche Trübe durch biogene Kalzitfällung in einigen Seen sich nicht
wesentlich auf das langjährige Mittel der Sichttiefe auszuwirken scheint.
Die Trophieeinschätzung nach dem Stickstoff (Abb. 2, unten), die multivariate morphologisch
-limnologische Seencharakterisierung (Abb. 3) und das Verhältnis zwischen N, P und Si als
wesentlicher Parameter der relativen Nährstoffverfügbarkeit in der Phytoplankton-
gemeinschaft (Abb. 4) zeigen, daß die 6 Salzkammergutseen sich als homogene Gruppe
gegenüber den Kärntner Seen abgrenzen lassen.
So haben die Salzkammergutseen trotz niedriger Gesamtphosphorkonzentrationen verhältnis-
mäßig hohe Konzentrationen an anorganischem Stickstoff (Abb. 2, unten). Auch anhand der
N:P:Si-Verhältnisse zeigt sich eine überproportionale Verfügbarkeit von Stickstoff gegenüber
Phosphor und Silikat (Abb. 4). Im langfristigen Jahresmittel ergibt sich hier für sämtliche
oberflächennahen Schichten eine Präferenz für eine starke Phosphorlimitation bei zugleich
schwacher Silikatlimitation (Salzkammergutseen liegen in Abb. 4A im Sektor 2).
Ebenso lassen sich die Salzkammergutseen aufgrund der niedrigen Gesamtphosphor-
konzentrationen in Kombination mit typischen Eigenschaften tiefer Seen (relativ niedrige
Temperaturen an der Oberfläche, niedrige Verhältnisse zwischen mittlerer Durchmischungs-
tiefe und maximaler Seentiefe) als einheitlicher Seetyp eingrenzen. Der Unterschied zu
anderen tiefen Seen wie dem Millstätter See, Weissensee, Woerthersee und Klopeiner See in
Kärnten ergibt sich jedoch vor allem in den vergleichsweise kurzen Retentionszeiten (Abb. 3,
Retentionszeiten s. auch Tabelle 1).
Bei den Kärntner Seen lassen sich bereits aufgrund ihrer sehr unterschiedlichen Tiefe (Abb. 1)
und einem relativ weiten Trophiespektrum (Abb. 2, oben) verschiedene Gewässertypen
herausarbeiten. Die tiefen Kärntner Seen Millstätter See, Weissensee, Woerthersee und
Klopeiner sind insbesondere durch sehr lange Retentionszeiten mit ausgesprochen niedrigen
Verhältnissen von Sichttiefe zu maximaler Seetiefe und pH-Werten um 8,2 gekennzeichnet
(Abb. 3). Dagegen sind der Keutschacher See, Hafner See, Flatschacher See und Haidensee
flache Seen mit ausgesprochen kurzen Retentionszeiten, Sichttiefen gleich oder nahezu gleich
der durchmischten Tiefe, mit fast immer vollständig durchmischten Wasserkörpern und
niedrigeren pH-Werten um 7,9. Der Haidensee ist außerdem durch eine relativ hohe
Gesamtphosphorkonzentrationen ausgewiesen (Abb. 3, s. auch Abb. 2). Die übrigen Kärntner
3

TP gegen Sichttiefe
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
TP [µmol l-1]
Sichttiefe [m]
Salzkammergut Kaernten Burgenland
oligo
mesotroph
eutroph
hypertroph
Hai
Fla
Haf
Wei
Mil
Oss
Faa Lae
Keu
Woe
Klo
Neu
Irr
Att
TP gegen Summe anorg. N
0
10
20
30
40
50
60
0,0 0,5 1,0 1,5 2, 0 2,5 3,0 3,5
TP [µmol l-1]
Summe anorg. N [µmol l
-1]
Salzkammergut Kaernten Burgenland
Lae
Hai
Fla
Haf
Woe
Wei
Faa
Keu
Oss
Mill
Klo
A
tt
Tra
Wol
Irr
Mon
Hal Neu
hypertroph
eutroph
meso
oligo
Abb. 2: Beziehung zwischen der Gesamtphosphorkonzentration (TP) und der Sichttiefe bzw. der
Summe der anorganischen Stickstoffkonzentrationen für die 18 untersuchten Seen. Die
trophischen Einstufungen beziehen sich auf TP, TN und Sichttiefenwerte von FORSBERG &
RYDING (1980), daher ist der Bezug auf den anorganischen Stickstoff nur beschränkt
aussagefähig. Datenbasis: Langjährige Sommermittelwerte Juni bis September.
Abkürzungen für die Seen: Neu-Neusiedlersee, übrige siehe Abb. 1.
4

-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
-3 -2 -1 0 1 2 3 4
Parameter Salzkammergut Kaernten Burgenland
Leifähigkeit
TP
Temp
Zmix : Zmax
SRSi
TIN
RetpH
N:P
secchi:Zmix
Hai
Fla
Haf
Keu
Woe
Klo
Mil Wei
Faa
Lae
Oss
Irr
Hal
Mon
Tra
Wolf
A
tt
Neu
1. HK
2. H
K
Abb. 3: Biplot-Darstellung einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) für die ersten beiden Haupt-
komponenten (HK, gezeigte Varianz:: 43% +21%) für die 18 untersuchten Seen.
Die Verschiedenheit der Seen wird anhand langjähriger Mittel folgender morphometrisch-
limnologischen Parameter analysiert: Leitfähigkeit, Temperatur (Temp), pH-Wert,
Retentionszeit (Ret), Verhältnis zwischen mittlerer Durchmischungstiefe und maximaler
Gewässertiefe (Zmix:Zmax) sowie zwischen mittlerer Sichttiefe und Durchmischungstiefe
(secchi:Zmix), Konzentration des gelösten reaktiven Siliziums (SRSi), des Gesamtphosphors
(TP) und der Summe des anorganischen Stickstoffs (TIN) sowie das Verhältnis der beiden
letzten (N:P). Abkürzungen für die Seen s. Abb. 1 und 2.
Abb. 4 (nächste Seite): Tiefenprofile der N:P:Si-Verhältnisse für tiefe (A) und flache Seen (B). Der
Oberflächenwert ist durch einen schwarze Punkt, folgende Tiefen durch verbundene Kreise
und der Probenahmepunkt nahe Sediment als letzter Kreis in der Kette gekennzeichnet.
Jeder Punkt ergibt sich aus der Summe der 3 Nährstoffe gleichgesetzt zu 100%. Ergebnis
der Normierung der Konzentrationsprofile der 17 Seen ist die zentrale Lage des molaren
Optimum-Verhältnisses von N:P:Si=16:1:17 (gemeinsamer Schnittpunkt der 3 Linien). Die
drei Linien der optimalen Konzentrationsverhätnisse N:P=16:1 (Linie a), Si:N=17:16 (Linie
B); Si:P=17:1 (Linie C) teilen die Dreiecksfläche in 6 Sektoren ein: Präferenz für starke P (1-
2), starke Si (3-4) bzw. starke N-Limitation (5-6). Abkürzungen der Seen s. Abb. 1.
Sektor Sektor Sektor
1 -P-P-N 3 -Si-Si-P 5 -N-N-Si
2 -P-P-Si 4 -Si-Si-N 6 -N-N-P
5

SRSi
TN TP
0 255075100
25
50
75
1000
0
25
50
10075
Att
Mil
HalWol Tra
Wei
Woe
Mon
1
234
5
6
max. Seentiefe
68 bis 198 m
A
a
b
c
SRSi
TN TP
0 255075100
25
50
75
1000
0
25
50
10075
Oss
Klo
Irr
Faa
Lae
Keu
Haf
Hai
Fla
1
2
34
5
6
max. Seentiefe
3 bis 52 m
B
6

Seen, d.h. der Faaker See, Längsee, und Ossiacher See, sind durch keine der angeführten
Kombination der Extreme der einen oder anderen Gruppe zuzuordnen (Abb. 3).
Der Neusiedlersee läßt sich sowohl aufgrund der hohen Konzentrationen des Gesamt-
phosphors und anorganischen Stickstoffes (eutrophes Gewässer s. Abb. 2, unten) sowie den
extrem hohen Leitfähigkeiten bei vollständig durchmischten Wasserkörper isoliert von allen
übrigen Seen betrachten (Abb. 3). Allerdings sind die niedrigen Sichttiefeverhältnisse
(Abb. 2, oben) nicht allein auf eine Trübe durch Plankton, sondern auch auf eine starke
anorganische Trübe zurückzuführen.
Der Vergleich der N:P:Si-Verhältnisse zeigt, daß alle Kärntner Seen bei relativ niedrigen P
und N Konzentrationen relativ hohe Silikatmengen aufweisen (Abb. 4). So liegen die
Seenpunkte der Kärntner Seen im Bereich des Sektors 1 bzw. nahe dieser Fläche, wodurch
anzeigt wird, daß insbesondere P-Limitation bei schwacher N-Limitation vorherrschen (das
klassische stoichiometrische Verhältnis von Redfield eines Optimums von N:P:Si gleich
16:1:17 wird hier zugrunde gelegt, TEUBNER 1996, 1999, TEUBNER & DOKULIL 1999).
Die höchsten relativen Silkatkonzentrationen treten im Weißensee auf, was im Einklang mit
den sehr hohen Anteilen der Diatomeen von über 50% an der Phytoplanktonbiomasse steht.
Die insbesondere hohen Silikatanteile umfassen sowohl die drei tiefen Kärntner Seen als auch
flachere Seen dieser Region wie den Faaker See, Ossiacher See, Hafner See, und Keut-
schacher See. Der Haidensee ist der See mit den niedrigsten relativen Si-Konzentrationen der
Kärntner Seen. Weiters ist er der einzige von den in der Abb. 4 gezeigten Seen, bei dem in
tiefen Schichten nahe Sediment ein starkes Ansteigen der Gesamtphosphorkonzentrationen
grafisch deutlich sichtbar wird (starke Versetzung des Punktes für die sedimentnahe Schicht
in Richtung Ecke TP), was auf starke P-Rücklösungsprozesse aus dem Sediment verweist.
Nach den Profilen der N:P:Si-Verhältnisse bei den tiefen Seen lassen sich 3 Muster erkennen.
Typ 1: Seen mit oberflächlich niedrigsten relativen Silikatkonzentrationen, von der
Oberfläche in tiefere epilimnische Schichten eine Abnahme von P und N bei Zunahme des Si-
Anteils, im Hypolimnion stärkere Zunahme von N und P bei schwächerer Erhöhung von Si
(Mondsee, Hallstätter See, Traunsee, Wolfgangsee).
Typ 2. An der Oberfläche wiederum die niedrigsten relativen Si-Konzentrationen, wiederum
von der Oberfläche in tiefere Schichten des Epilimnions eine deutliche Abnahme des
Stickstoffanteils aber ein relativ konstant bleibender P bei starker Reduktion des Si-Anteils,
im Hypolimnion eine weitere Abnahme von N bei zugleich leichter Erniedrigung auch von P
unter kontinuierlicher Erhöhung der relativen Silikatkonzentrationen (Attersee, Weissensee).
7

Typ 3. An der Oberfläche liegen höhere Silikatkonzentrationen im Vergleich zu tiefen
Schichten vor, im Hypolimnion nimmt der N- und P-Anteil deutlich gegenüber Si zu, womit
sich im Hypolimnion eine drastische Abnahme der relativen Si-Konzentrationen ergibt
(Woerther See, Millstätter See).
Die Unterschiede in den N:P:Si-Verhältnissen dieser drei Seentypen lassen sich auf
Unterschiede in der Trophie und Retentionszeit zurückführen. So haben die tiefen Seen vom
Typ 1 relativ kurze Retentionszeiten, werden stärker durchströmt. Typ 2 umfaßt Seen mit
langen Retentionszeiten aber sehr niedrigen Phosphorkonzentrationen (Attersee und
Weissensee sind die nährstoffärmsten (oligotroph) der hier untersuchten Seen, keine P-
Dynamik in Relation zu N und Si). Die beiden Seen vom Typ 3 weisen wiederum lange
Retentionszeiten auf, sind aber nährstoffreicher (daher stärkere P-Dynamik).
Ausblick
Die Daten der 18 analysierten Seen Österreichs und die daraus abgeleiteten Ergebnisse und
Resultate sollen nun in Absprache mit den Institutionen, welche die Daten zur Verfügung
gestellt haben, in entsprechenden Veröffentlichungen in internationalen Fachjournalen
publiziert werden und so einem breiten Fachpublikum in ihrer theoretischen und praktischen
Bedeutung zur Diskussion vorgestellt werden. Im Zentrum des Interesses werden dabei die
erarbeiteten Seetypen sowie Leitbilder im Sinne der Wasserrahmenrichtlinie der Europäischen
Union stehen. Leitbilder sind vor allem, aber nicht nur, von praktischer Bedeutung in ihrer
Umsetzung für die Überwachung der Wasserqualität in Österreich und im gesamten EU-
Raum.
Die im Rahmen des vorliegenden Projektes erarbeiteten Ergebnisse und die daraus
entstandene Datenbank, welche sich im wesentlichen auf physikalisch-chemische Daten und
Biomassen des pflanzlichen Planktons stützt, stellen aber auch eine unentbehrliche und solide
Grundlage für weitergehende Analysen dar. Zugleich ergänzen und erweitern die hier
vorgelegten Resultate eine derzeit beim Umweltbundesamt (UBA) in Arbeit befindliche
morphometrische Datenbank österreichischer Seen.
Aus diesem Grund hat das Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft (BMLF) den
Träger des gegenständlichen Projektes beauftragt eine österreichweite Projektstudie zu
koordinieren, welche sich zum Ziel setzt, Grundlagen für eine zielführende und
kostengünstige Kontrolle der Wasserqualität stehender Gewässer im Sinne der obengenannten
EU-Richtlinie zu schaffen. Ausgangspunkt werden dabei die in diesem Projekt erarbeiteten
Resultate und ihre Übertragung auf andere Gewässer und Seentypen sein.
8

Zusammenfassung
Die Ergebnisse der 18 hier betrachteten Seen lassen einen deutlichen Unterschied zwischen
den Kärntner Seen und den Gewässern des Salzkammergutes erkennen. Der Neusiedlersee
muß sowohl aufgrund der hohen Konzentrationen des Gesamtphosphors und anorganischen
Stickstoffes sowie den extrem hohen Leitfähigkeiten bei einem vollständig durchmischten
Wasserkörper isoliert von allen übrigen Seen betrachtet werden. Nach den Profilen der
N:P:Si-Verhältnisse lassen sich bei den tiefen Seen 3 Typen erkennen, die durch ihre
Proportionen zwischen den drei Makronährstoffen Phosphor, Stickstoff und Silikat im Epi-
und Hypolimnion charakterisiert sind. Die Unterschiede zwischen den drei Seentypen lassen
sich auf Verschiedenheiten in der Trophie und Retentionszeit zurückführen. So haben die
tiefen Seen vom Typ 1 relativ kurze Retentionszeiten und werden stärker durchströmt (Mond,
Traun-, Wolfgang- und Hallstättersee). Der Typ 2 umfaßt Seen mit langen Retentionszeiten
aber sehr niedrigen Phosphorkonzentrationen und geringer P-Dynamik (Atter- und Weissen-
See). Die beiden Seen vom Typ 3 wiederum weisen lange Retentionszeiten auf, sind aber
nährstoffreicher und haben daher stärkere P-Dynamik (Wörther- und Millstätter-See).
Für die Praxis sollten sich daraus Strategien für ein differenziertes Untersuchungsprogramm
im Sinne der EU-Wasserrahmenrichtlinie ableiten lassen.
Danksagung
Wir bedanken uns für die Unterstützung und sorgfältige Bereitstellung der Daten bei Dr. Kurt
Schwarz und Dr. Albert Jagsch vom Bundesamt für Wasserwirtschaft, Scharfling, bei Dr.
Liselotte Schulz, Dr. Regine Hradetzky, Mag. Maria Mairitsch, Dr. Roswitha Fresner und
Univ. Prof. Hans Sampl des Kärntner Seenforschungsinstitutes, Klagenfurt sowie bei Univ.
Doz. Alois Herzig der Biologischen Station, Illmitz.
Literatur
Forsberg, C. & Ryding, S. O. (1980): Eutrophication parameters and trophic state indicies in 30 waste-
receiving Swedish lakes. Archiv für Hydrobiologie, 69, 189-207.
Kärntner Seenbericht (1997), Veröffentlichungen des Kärntner Institutes für Seenforschung, 12,
Klagenfurt, 63 Seiten.
Seenreinhaltung in Österreich (1989): Fortschreibung 1981-87-Limnologie-Hygiene-Maßnahmen-
Erfolge, Heft 6 a der Schriftenreihe „Wasserwirtschaft“, Bundesministerium für Land- und
Forstwirtschaft (BMLF), Wien, 175 Seiten.
Teubner, K. (1996): Struktur und Dynamik des Phytoplanktons in Beziehung zur Hydrochemie und
Hydrophysik der Gewässer: Eine multivariate statistische Analyse an ausgewählten Gewässern der
Region Berlin-Brandenburg. Dissertation A, Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin, 232 Seiten.
K. Teubner (1999): Synchronised changes of planktonic cyanobacterial and diatom assemblages in
North German waters reduce seasonality to two principal periods. Arch. Hydrobiol. Beih. Ergebn.
Limnol., im Druck.
Teubner, K. & M. T. Dokulil (1999): Balance of nutrient ratio dynamics (TN:TP:SRSi) along the trophic
gradient related to seasonal shifts in phytoplankton assemblages. Eingereicht.
9