Sohlschubspannung und Makroinvertebraten-Besiedlung in kleinen Fließgewässern

1. Sohlschubspannung und Makroinvertebraten-Besiedlung in kleinen Fließgewässern Poepperl, R.1; Gretzschel, O.2; Meyer, E. I.1 & Uhl, M.2 1 Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Evolution und Ökologie der Tiere, Abt. für Limnologie, Hüfferstraße 1, D-48149 Münster; 2 Fachhochschule Münster, Fachbereich Bauingenieurwesen, Labor für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Corrensstr. 25, D-48149 Münster Ermittlung der Schubspannung: Basierend auf vorhandenem Daten- material zur Beschreibung der Gewässermorphologie wurden 1D-Wasserspiegellagenmodelle mit dem Programmsystem Jabron (Fa. Hydrotec) erstellt. Eingangspara-meter waren: Gefälle, Rauheit des Sohlsubstrates, Querprofil und Abfluss. Zur Charakterisierung der Makro-invertebraten-Gemeinschaft wur-den Indices berechnet, die auch zur ökologischen Fließgewässerbewer-tung herangezogen werden (z.B. Böhmer et al. 1999). In einem Fließgewässer(abschnitt) haben Abflussmenge, Querprofil, Gefälle und Sohlbeschaffenheit großen Einfluss auf die Sohl-schubspannung bzw. Schleppkraft und somit auf das Wechselspiel Ablagerung-Abtrag von Ge- schiebematerial. Bei gleichem Abfluss und breiterer Ge-wässersohle reduziert sich die Sohlschubspannung und feineres Material wird abgelagert. Auch die Lebensgemeinschaft der benthi-schen Makroinvertebraten des Fließgewässers sind diesen Pro-zessen ausgesetzt. Charakteristika der betrachteten Fließgewässer mit modellierter Sohlschubspannung. Gewässer Gefälle [%] Abfluss [l/s] Sohlschub- spannung [N/m²] Substrat- typ Sand Kies Sand Sand Sand Kies Kies Kies Stein Stein Grobstein Gellenbach (NRW) Sauer (NRW) Ladberger Mühlenbach (NRW) Osterau 3 (Schl.-H.) Osterau 2 (Schl.-H.) Kossau 2 (Schl.-H.) Sauer 4 (NRW) Kossau 4 (Schl.-H.) Kossau 1 (Schl.-H.) Kossau 3 (Schl.-H.) Steina (B.-W.) 0,10 0,50 0,10 0,10 0,10 0,20 0,50 0,20 0,50 0,45 1,60 42 415 388 1030 1020 1500 106 1080 1600 2360 390 0,6 0,8 1,5 2,3 2,6 3,4 3,7 5,0 10,9 13,5 14,5 Sohlschubspannung und Makroinvertebraten: Die Sohlschubspannung, basierend auf dem hydraulischen Radius, weist in den sandigen Tieflandbächen Werte zwischen 0,6 und 2,6 N/m² auf. Maximale Werte zwischen 10,9 und 14,5 N/m² wurden für die schnellfliessenden und steinigen Bereiche der Kossau sowie für den Schwarzwaldbach Steina ermittelt. Von insgesamt 23 berechneten Indices zur Makroinverte-bratenbesiedlung weisen neun keine Beziehung zur Sohl-schubspannung auf (r² < 0,1), hierunter auch der Anteil sessiler Arten und der Individuenanteil der Kiesbewohner. Die höchsten Übereinstimmungen zeigten sich beim Di-versitätsindex nach Shannon-Wiener, dem Saprobienindex sowie beim Individuenanteil von Hypokrenal- und Epirhithral-Arten (r² = 0,63 bis 0,39). Bei derartiger Betrachtung sind hydrologische Besonder-heiten zu beachten. So wurden erheblich geringere Korrelationen bei Berücksichtigung der zeitweise trocken-fallenden Karstbäche ermittelt. Ladberger Mühlenbach Steina Querprofil Querprofil Abhängigkeit verschiedener Indices der Makroinvertebratenbesiedlung zur Sohlschubspannung. In Klammern: Angaben zum Korrelationskoeffizienten unter Berücksichtigung der Gewässerabschnitte des Karstbaches ‘Sauer‘. 4 1 100 3,5 3 3 0,8 80 2,5 Diversitätsindex (S-W) Artenzahl Rheo-Index 2 0,6 Hypokrenal-Individuen [%] 2 60 1 0,4 r²=0,39 (r²=0,04) r²=0,38 (r²=0,15) r²=0,63 (r²=0,49) r²=0,37 (r²=0,36) 1,5 0 0,2 40 1 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²] 15 30 25 2,5 12 20 20 2,0 9 15 Arten des Rhithrals [%] Individuen Rhithralarten [%] Saprobienindex Epirhithral-Individuen [%] 6 10 10 1,5 3 5 r²=0,39 (r²=0,15) r²=0,38 (r²=0,05) r²=0,33 (r²=0,18) r²=0,53 (r²=0,46) 0 0 0 1,0 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²] Schubspannung [N/m²] Quellen: Billen, M. 1996. Faunistische und limnologische Untersuchungen an einem Karstbach der Paderborner Hochfläche. Schriftliche Hausarbeit, Univ. Münster, 131 S. Böhmer, J., Rawer-Jost, C. Kappus, B. 1999. Ökologische Fliessgewässerbewertung. Handbuch Angewandte Limnologie, 8. Erg. Lfg. 12/99:3-59. Böttger, K. & Poepperl, R. 1992. Zur Makroinvertebraten-Besiedlung eines norddeutschen Tieflandbaches unter Herausstellung rheotypischer Arten. Limnologica 22: 1-15. Lehmkuhle, H. 1996. Limnologische Charakterisierung des Gellenbaches (Ostmünsterland): Frühjahr-Sommer-Aspekt. Schriftliche Hausarbeit, Univ. Münster, 96 S. Meyer, E.I. 1991. Pattern of invertebrate community structure, abundance and standing crop in a Black Forest stream: Results of a 3-year study. Verh. Internat. Verein. Limnol. 24: 1840-1845. Meyer, E.I. & Poepperl, R. 2003: Secondary production of invertebrates in a Central European mountain stream (Steina, Black Forest, Germany). Arch.Hydrobiol., in press. Poepperl, R. 2003. A quantitative food web model for the macroinvertebrate community of a northern German lowland stream. Internat. Rev. Hydrobiol. 88: 433-452. Speth, S. 1992. Ökologische Betrachtungen an den Makroinvertebraten eines norddeutschen Tieflandbaches – dargestellt am Beispiel der Osterau (Schleswig-Holstein). Dipl.-Arb. Univ. Kiel, 137 S.