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Tegeler See und Schlachtensee -Auswertung, Modellierung und Bewertung
von Sanierungsmaßnahmen auf Grundlage eines langjährigen Monitorings
Ingrid ChorusInke Schauser
2
3
4
Most frequently occurring Cyanobacteria that produce toxins (microcystins)
Microcystis aeruginosa Planktothrix agardhii Anabaena sp.
Hazard of toxicity !
Wieviel Biomasse entsteht tatsächlich?
Vollenweider (1980) Regressionen für die mittlere und maximale Chlorophyll-a Konzentration als Funktion der mittleren TP-Konzentration
What is phytoplankton made of ?
C O H N P
Ratios by weight 42 57 8.5 7 1
Molar ratios 106 110 263 16 1
„Redfield Ratio“
Wieviel Biomasse kann entstehen?
Welche Ressource limitiert (in gemäßigten Klimazonen)?
Welche Ressource limitiert (in gemäßigten Klimazonen)?
„Carrying capacity for phytoplankton biomass“
Welche Ressource limitiert (in gemäßigten Klimazonen)?
Fraß
Sedimentation
Welche Ressource limitiert (in gemäßigten Klimazonen)?
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4 PO4
PO4
PO4PO4
PO4
PO4
PO4
PO4PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
Welche P-Fraktion besimmt die Kapazität für Biomasse?
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
Welche P-Fraktion besimmt die Kapazität für Biomasse?
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
PO4
Welche P-Fraktion besimmt die Kapazität für Biomasse?
PO4
PO4
PO4
PO4
Welche P-Fraktion besimmt die Kapazität für Biomasse?
PO4
PO4
Welche P-Fraktion besimmt die Kapazität für Biomasse?
Wieviel Biomasse kann entstehen?
Vollenweider (1980) Regressionen für die mittlere und maximale Chlorophyll-a Konzentration als Funktion der mittleren TP-Konzentration
Externe TP-Fracht und interne TP-Konzentration
Vollenweider (1980) Regression für die mittlere TP Konzentration als Funktion der TP-Fracht pro Fläche des Gewässers
20
Was wurde getan?Drastische Reduktion der P-Fracht:
OWA
OWA
Tegeler See (Hauptbecken)Fläche 3.060.379 m2
Volumen 23.148.783 m3
Maximale Tiefe 16 mWasseraufenthaltszeit ~ 75 dOWA in Betrieb seit 1985P-Konzentration Zufluss: 400-800 � 20 µg/L
SchlachtenseeFläche 420100 m2
Volumen 1971000 m3
Maximale Tiefe ~ 9 mWasseraufenthaltszeit ~ 210 dOWA in Betrieb seit 1981P-Konzentration Zufluss: 400-800 � 8 µg/L
21
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,01984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Upper volume0-8 m Lake Tegel0-5 m Schlachtensee
0
4
8
12
16
20
Lower volume8-16 m Lake Tegel5-9 m Schlachtensee
Lake Tegel
Schlachtensee
TP in 1000 kg
PEP start
PEP startReduced PEP discharge
Temporal hypolimnion aerationPermanent aeration Temporal aeration
WTP without N treatment WTP denitrificationWTP nitrification
Storm water diversion
Makrophyte and reed planting
Fish kill Fish exstraction
Hypolimnetic withdrawal (HWD) HWD
WTP = Waste watertreatment plant
Slight reed increase
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,01984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Upper volume0-8 m Lake Tegel0-5 m Schlachtensee
0
4
8
12
16
20
0
4
8
12
16
20
Lower volume8-16 m Lake Tegel5-9 m Schlachtensee
Lake Tegel
Schlachtensee
TP in 1000 kg
PEP start
PEP startReduced PEP dischargeReduced PEP discharge
Temporal hypolimnion aerationPermanent aeration Temporal aeration Temporal hypolimnion aerationPermanent aeration Temporal aeration
WTP without N treatment WTP denitrificationWTP nitrificationWTP without N treatment WTP denitrificationWTP nitrification
Storm water diversionStorm water diversion
Makrophyte and reed plantingMakrophyte and reed planting
Fish kill Fish exstractionFish kill Fish exstraction
Hypolimnetic withdrawal (HWD) HWD Hypolimnetic withdrawal (HWD) HWD
WTP = Waste watertreatment plant
Slight reed increaseSlight reed increase
22
0
200
400
600
800
1000
1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060
50
100
150
200
250
TP [µ
g L-
1 ]
Chl
-a[µ
g L-
1 ]
Activationof PEP Tegel Lake Tegel, 1 m
0
200
400
600
800
1000
1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060
50
100
150
200
250
0
200
400
600
800
1000
1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060
50
100
150
200
250
TP [µ
g L-
1 ]
Chl
-a[µ
g L-
1 ]
Activationof PEP Tegel Lake Tegel, 1 m
TP [µ
g L-
1 ]
Chl
-a[µ
g L-
1 ]
Activationof PEP Tegel Lake Tegel, 1 m
0
200
400
600
800
1000
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060
50
100
150
200
250Schlachtensee, 1 mActivationof PEP Beelitzhof
TP [µ
g L-
1 ]
Chl
-a[µ
g L-
1 ]
0
200
400
600
800
1000
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060
50
100
150
200
250
0
200
400
600
800
1000
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060
50
100
150
200
250Schlachtensee, 1 mActivationof PEP Beelitzhof
TP [µ
g L-
1 ]
Chl
-a[µ
g L-
1 ]
Schlachtensee, 1 mActivationof PEP Beelitzhof
TP [µ
g L-
1 ]
Chl
-a[µ
g L-
1 ]
Chl
orop
hyll-
a in
1 m
Tie
fe in
µg/
l
Gesamt-Phosphor in 1 m Tiefe in µg/l0 100 200 300 400 500 600 700
70
60
50
30
40
20
10
0
Schlachtensee 1980 - 2000Tegeler See 1984 - 2002
24
1
10
100
10 100 1000
Schlachtensee ('80-'06)
Tegeler See ('84-'06)
Chl
orop
hyll
a in
1 m
Tie
fe [µ
g L-
1 ]1980
1984
2006
2006
Gesamtphosphor in 1 m Tiefe [µg L-1]
1
10
100
10 100 1000
Schlachtensee ('80-'06)
Tegeler See ('84-'06)
Chl
orop
hyll
a in
1 m
Tie
fe [µ
g L-
1 ]1980
1984
2006
2006
Gesamtphosphor in 1 m Tiefe [µg L-1]
Jahresmittelwerte TP und
Chlorophyll-a
Schwellenwert für Abhängigkeit der
Biomasse vom TP: < 50 µg/L
Subsystem II – Reakion Phytoplankton auf Rückgang TP
Large stratified lakes
0
1
10
100
1000
1 10 100 1000 10000
Lake WashingtonMondseeLake ConstanceLake GenevaLaggo MaggioreWahnbach ReservoirLake Mälaren (Ekoln) Lake Vättern
Smaller stratified lakes
0,1
1
10
100
1000
1 10 100 1000 10000
SCHLACHTENSEELAKE TEGEL
ØRNSØBRYRUP LANGSØTYSTRUP SÖFURESØEN
SCHARMÜTZELSEE
Shallow lakes
0,1
1
10
100
1000
1 10 100 1000 10000
Rögbölle Sö;Gundsomagle SoVesterborgsöSöGard SöBagsvaert SöMelangseePetersdorfer SeeLanger SeeArresöVeluvemeer Balaton Basin 1 Neusiedler SeeLake Mälaren, Galten
27
Biodiversität und Phytoplankton Artenzusammensetzung
1982 at TP ~ 300 µg/LChl.-a 60-100 µg/LZs = 0.3 – 1 m
05
10152025303540
cm³/m
³
J F M A M J J A S O N D
CryptophytesChlorophytesDiatomsCyanobacteria
28
1982: TP ~ 300 µg/LChl.-a 60-100 µg/LZs = 0.3 – 1 m
05
10152025303540
cm³/m
³
J F M A M J J A S O N D z.B. 1989, 1998 :TP ~ 20 µg/LµChl .a 10 -20 µg/L-Zs = 1.5 – 4.0 mZs = 1.5 – 4.0 m
1998
05
101520
cm³/m
³J F M A M J J A S O N
05
101520
cm³/m
³
J F M A M J J A S O N
1989CryptophytesHaptophytes (Chrysochromulina)ChlorophytesDiatomsDinoflagellatesDesmidsSulfur bacteriaChrysophytesCyanobacteria
Biodiversität und Phytoplankton Artenzusammensetzung
29
viel Biomasse
P. agardhiiwachst
schneller als andere Arten
hohe Trubung
viel Biomasse
P. agardhiiwachst
schneller als andere Arten
hohe Trubung
noch weniger
Biomasse
klar
wenig Biomasse
noch klarer
andere Arten sedimentieren und werden gefressen
andere Artenwachsen
schneller als P. agardhii
Planktothrix: positive Rückkoppellung kann geknackt werden durch Unterschreiten einer TP Schwellenkonzentration
TP > 50 µg/L
Kaum Verluste durch Sedimentation und Fraß
TP < 30 µg/L
30
Cyanobakterien, TP und „Gedächtnis“ der Seen für Phytoplankton
0
10
20
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 060
10
20
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
0
50
100
-4048
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 060
10
20
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 060
10
20
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
0
50
100
Ges
amt-P
[µg/
L]B
iovo
lum
en
[mm
³/L]
Bio
volu
men
[mm
³/L]
Schlachtensee
Tegeler See
31
0
10
20
30
40
50
60
10 100 1000
Total phosphorus [µg/L]
Cya
noba
cter
ial b
iovo
lum
e [m
m³/L
]
Lake Tegel '87-'04 Schlachtensee '81-'02
Cyanobakterien in > 3000 Proben aus > 200 Gewässern
0
1
2
3
4
5
< 10 10 - 25 > 25-50 > 50-90 > 90TP concentra tion categories [µg/L]
freq
ue
ncy
rati
0
10
20
30
40
50
% s
am
ple
s in
TP
cat
ego
frequency ratio
% of all samples (n = 1928)
% samples with Microcystis >0.1 mm³/ml(n=192)
- - n + +
33
1995
J J A S O
0.01
0.1
1
10
100In
traze
llulä
reM
icro
cyst
inK o
ncen
tratio
n[µ
gl
]-1
Schlachtensee (mesotroph)
Wannsee (hypertroph)Tegeler See (meso-eutroph)
Microcystin-Konzentration in Relation zum Trophiestatus
Jutta Fastner
34
Chrysophyceen („Goldalgen“)
0
0,5
1
1,5
Bio
volu
me
[mm
³/L]
MallomonasSynuraUroglenaDinobryon
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Schlachtensee
0
0,5
1
Bio
volu
me
[mm
³/L]
Dinobryon
Tegeler See
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
35
024
68
1012
1416
< 7.5 7.5 -<7.7
7.7 -<7.9
7.9 -<8.1
8.1 -<8.3
8.8 -<8.5
8.5 -<8,7
pH categories
Freq
uenc
y of
occ
urre
nce Dinobryon
MallomonasUroglena
0
1
2
3
4
5
6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00pH
Biov
olum
e [m
m³/L
]
Dinobryon Lake TDinobryon Lake SMallomonas Lake SUroglena Lake S
8.45/15
6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 pH7.5pH
0
25
50
75
100
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Chl
orop
hyll-
a [µ
g /L
]
0
2
4
6
8
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
no d
ata
no d
ata
no d
ata
0
10
20
30
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Biov
olum
e [
mm
³/L]
Cryptophyta Bacillariophyta Chlorophyta Dinophyta Cyanobacteria Chrysophyta others
Schlachtensee: Biomasse (Chl.a und Biovolumen); Sichttiefe
0
2
4
6
8
84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Secc
hi
[m]
0
25
50
75
100
84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Chl
orop
hyll-
a [µ
g / L
]0
2
4
6
8
Tran
spar
ency
(Sec
chi)
[m]
100
75
50
25
0
Chl
orop
hyll-
a [µ
g/L]
no d
ata
0
10
20
30
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Bio
volu
me
[mm
³/L] Cryptophyta Bacillariophyta Chlorophyta Dinophyta
Cyanobacteria Desmidiaceae Chrysophyta others
Tegeler See: Biomasse (Chl.a und Biovolumen); Sichttiefe
38
0
100
200
300
400
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05
Chl
orop
hyll-
a [µ
g/L ]
0 m 1 m 4 m5 m 6 m 7,5 m
39
0
25
50
75
100
Chlo
roph
yll-a
at 1
m [µ
g /L
]
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006% o
f day
s an
d la
ke v
olum
e at
<1
mg/
L
minmeanmax
0
25
50
75
100
Chlo
roph
yll-a
at 1
m [µ
g /L
]
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006% o
f day
s an
d la
ke v
olum
e at
<1
mg/
L
minmeanmax
0.10
0,08
0.06
0.04
0.02
0.00
0
25
50
75
100
Chlo
roph
yll-a
at 1
m [µ
g /L
]
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006% o
f day
s an
d la
ke v
olum
e at
<1
mg/
L
minmeanmax
0
25
50
75
100
Chlo
roph
yll-a
at 1
m [µ
g /L
]
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006% o
f day
s an
d la
ke v
olum
e at
<1
mg/
L
minmeanmax
0.10
0,08
0.06
0.04
0.02
0.00
40
1
10
100
10 100 1000
Schlachtensee ('80-'06)
Tegeler See ('84-'06)
Chl
orop
hyll
a in
1 m
Tie
fe [µ
g L-1
]
1980
1984
2006
2006
Gesamtphosphor in 1 m Tiefe [µg L-1]
1
10
100
10 100 1000
Schlachtensee ('80-'06)
Tegeler See ('84-'06)
Chl
orop
hyll
a in
1 m
Tie
fe [µ
g L-1
]
1980
1984
2006
2006
Gesamtphosphor in 1 m Tiefe [µg L-1]
Woher kommt der verbleibende Phosphor: warum gehen die Konzentrationen nicht noch weiter zurück – insb. im Tegeler See ?
Subsystem I – Reakion TP im Gewässer auf die Reduktion der externen Zufuhr
42
P-Verdünnung im Schlachtensee durch Wasser aus der OWA
0
0,1
0,2
0,3
0,4
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Measured values Dilution curve
In-la
keP
[mg/
L]
0
0,1
0,2
0,3
0,4
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Measured values Dilution curve
In-la
keP
[mg/
L]
Schlachtensee
43
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Measures values Dilution curve
In-la
keP
[mg/
L]
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Measures values Dilution curve
In-la
keP
[mg/
L]
Tegeler See
P-Verdünnung im Tegeler See durch Wasser aus der OWA
44
Gesamt-P im Sediment [mg g-1] und Anteile [%] verschiedener P-Bindungsformen (Juni 1996)
0% 20% 40% 60% 80% 100%0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
mg P g-1 TM0 2 4 6 8
Tegeler See
Sedi
men
ttief
e [c
m]
Schlachtensee
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0% 20% 40% 60% 80% 100%
mg P g-1 TM0 2 4 6 8
Rest-PHCl-P säNaOH-NRP PNaOH-SRP PBD-P reNH4Cl-P ge
TPTP
45
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,01984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Upper volume0-8 m Lake Tegel0-5 m Schlachtensee
0
4
8
12
16
20
Lower volume8-16 m Lake Tegel5-9 m Schlachtensee
Lake Tegel
Schlachtensee
TP in 1000 kg
PEP start
PEP startReduced PEP discharge
Temporal hypolimnion aerationPermanent aeration Temporal aeration
WTP without N treatment WTP denitrificationWTP nitrification
Storm water diversion
Makrophyte and reed planting
Fish kill Fish exstraction
Hypolimnetic withdrawal (HWD) HWD
WTP = Waste watertreatment plant
Slight reed increase
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 20060,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,01984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Upper volume0-8 m Lake Tegel0-5 m Schlachtensee
0
4
8
12
16
20
0
4
8
12
16
20
Lower volume8-16 m Lake Tegel5-9 m Schlachtensee
Lake Tegel
Schlachtensee
TP in 1000 kg
PEP start
PEP startReduced PEP dischargeReduced PEP discharge
Temporal hypolimnion aerationPermanent aeration Temporal aeration Temporal hypolimnion aerationPermanent aeration Temporal aeration
WTP without N treatment WTP denitrificationWTP nitrificationWTP without N treatment WTP denitrificationWTP nitrification
Storm water diversionStorm water diversion
Makrophyte and reed plantingMakrophyte and reed planting
Fish kill Fish exstractionFish kill Fish exstraction
Hypolimnetic withdrawal (HWD) HWD Hypolimnetic withdrawal (HWD) HWD
WTP = Waste watertreatment plant
Slight reed increaseSlight reed increase
46
Phosphorverteilung im Tegeler See
-1600
-1200
-800
-400
0
400
800
1200
1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
mg
P m
-3
Pt PO4
Tegeler See 0-8 m
Tegeler See 8-15 mOWA-Durchsatz
ca. halbiert
Klärwerk denitrifiziertKlärwerk nitrifiziertKlärwerk ohne N-Elimination
permanente Belüftung gezielte Belüftung gezielte Hypolimnionbelüftung
OWA start
47
Phosphor, Nitrat und Temperatur in 15 m im Tegeler See (Monatsmittel)
0
2
4
6
8
10NO3-N
mg
L-1N
mg
P L-1
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 20020
0.51
1.52
2.53TP0
5
10
15
20
25Temperature
°C
Lake Tegel (15 m)
� Nitrat-Schwellenwert für P-Rücklösung weniger wirksam;� Desorption unter reduzierenden Bedingungen, + Mineralisation bei >T !
48
Phosphor, Nitrat und Temperatur in 7,5 m im Schlachtensee (Monatsmittel)
mg
L-1N
mg
P L-1
TP
Schlachtensee, 7,5 m
� Nitrat-Schwellenwert für P-Rücklösung� Desorption unter reduzierenden Bedingungen, + Mineralisation bei >T !
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
NO3-N
0
5
10
15
20
Temperatur
°C
49
Wirkung von Temperatur und Sauerstoff (Nitrate) auf die P-Freisetzung aus dem Sediment
organisch gebundener P P sorbiert an Fe
P-Rücklösung
Mineralization Desorption
+
Temperatur
+
Sauerstoff
+ -
-
50
See-spezifische Modelle zur Untersuchung der relativen Bedeutung der möglichen Einflussgrößen:
51
Woher kommt der Phosphor ?
Ableitung von
(Schlachtensee)
produktionim See
dem Sediment
Desorption Mineralisation
Temperatur
Schichtung
Fe/SO4 O2/NO3
Belüftung (Tegeler See)Sanierung
Restaurierung
Withdrawal of P rich deep water(Schlachtensee)
External load
Primary production
Inlake nutient content
P release from sediment
Desorption Mineralisation
Temperature
Stratification
Fe/SO4 O2/NO3
Aeration (Lake Tegel)External Measure Internal Measure
Ableitung von
(Schlachtensee)
produktionim See
dem Sediment
Desorption Mineralisation
Temperatur
Schichtung
Fe/SO4 O2/NO3
Belüftung (Tegeler See)Sanierung
Restaurierung
Withdrawal of P rich deep water(Schlachtensee)
External load
Primary production
Inlake nutient content
P release from sediment
Desorption Mineralisation
Temperature
Stratification
Fe/SO4 O2/NO3
Aeration (Lake Tegel)External Measure Internal Measure
52
-10
-5
0
5
10
15
20
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
P by Havel inflow P from PEPProcesswater WW P precipitationNet sedimentation Residues
Sink
P [ t
/a ]
So
urce
-10
-5
0
5
10
15
20
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
P by Havel inflow P from PEPProcesswater WW P precipitationNet sedimentation Residues
P by Havel inflow P from PEPProcesswater WW P precipitationNet sedimentation Residues
Sink
P [ t
/a ]
So
urce
Tegeler See: Sedimente sind früher als erwartet im Jahresmittel Senke für P
53
-20
-10
0
10
20
30
40
50
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
P fromPEP P unknown sources P precipitationP fromstormwater P-Net sedimentation Residuen
Sink
P [ k
g/a
] s
ourc
es
-20
-10
0
10
20
30
40
50
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
P fromPEP P unknown sources P precipitationP fromstormwater P-Net sedimentation ResiduenP fromPEP P unknown sources P precipitationP fromstormwater P-Net sedimentation Residuen
Sink
P [ k
g/a
] s
ourc
es
Schlachtensee: Sedimente sind erst ab Mitte 1990er im Jahresmittel Senke für P
54
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006Best ModelMean= 8.1 °C
Climate1996Mean= 7.8 °C
Climate1991Mean= 10.5 °C
Climate2003Mean= 8.7 °C
+ 1 %
+ 26 %
- 2 %
TP con
centraton[m
g L‐1 ]
Szenarien getestet für den Tegeler See: Klimawandel
Annahmen:
Stabilste Schichtung, wie 1996 oder 2003 hat kaum Effekt
Sturm mit Durch-mischung wie 1991 erhöht TP um 26%
55
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006Best Model GWE= 0.14 m³/s
<> 0.44 m³/s Qrw= 0.44 m³/s<> 0.63 m³/s
PEP-Q>=4;=<22.7 <> 2.35 m³/s
PEP-Fe>=0.2750.32 <> 0.22 mg/L
- 10 %
- 19 %
- 25 %
- 36 %
TP con
centraton[m
g L‐1 ]
Annahmen:
Weniger Uferfiltrat (im Sommer)
Förderung gering, wie 1997
OWA fördert im Sommer 4, im im Winter 2 m³/s
Mehr Fe im OWA-Ablauf (wie 2004)
Kumulativ: - 36%
Szenarien getestet für den Tegeler See: Förderregime
56
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005Best ModelMean = 0.10 m3/s
OWA-Q*1.5Mean = 0.15 m3/s
OWA-Q*2Mean = 0.20 m³/s
OWA-Q*3Mean = 0.30 m³/s
In-la
keP
conc
entr
atio
n[m
g/L] - 15 %
- 23 %
- 32 %
Szenarien getestet für Schlachtensee: mehr Durchfluss
57
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
58
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
59
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
60
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
61
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
TP limitation reduces phytoplankton biomass concentrations and water becomes clearer
other taxa win competition
against cyanobacteria
More filter-feeding
zooplankton during summer
Primary production decreases, particularly rates per m³, less so
rates per m² surface because profiles become deeper
Better mineralisation in the water column as particles settle to
the sediment
Recovery of the oxygen budget:
less deficit above the sediment
Return of aquatic macrophytes and
reed belt
Less P-release from the sediment
Oxidisation of previously anoxic
sapropelicsediments
Less planktivorous
fish
Habitat for piscivorous
fish
62
Zusammenfassung:• Einmalig stark ausgeprägte Oligotrophierung in Reaktion auf eine
selten abrupte und drastische Reduktion der externen P-Zufuhr -bei und hinreichendem Austausch mit P-armem Wasser :Tegeler See 5-mal pro Jahr; Schlachtensees 1,5-mal pro Jahr
Tegeler See zu TP
• wesentliche verbleibende P-Quelle ist P-reiches Havelwasser. Wichtigstes Bewirtschaftungsziel: Zustrom durch Mindestzufluss OWA-Wasser bremsen: OWA-Abfluss im Jahresmittel nicht <2,5 m³ pro Sekunde, ggf. mehr im Sommer, weniger im Winter;
• Sediment ist im Jahresmittel meist P-Falle, aber weiterhin relevante kurzzeitige saisonale P-Quelle, vorwiegend Mineralisation kürzlich sedimentierten organischen Materials: � rasche Reaktion auf Reduktion der externen P-Fracht. Mineralisation >> redox-sensitiven Desorption; dennoch kann Adsorption durch Eisen als bevorzugtes Fällmittel gefördert werden;
• Stürme im Frühjahr � mehr P im See !
63
Zusammenfassung:Schlachtensee zu TP
• Redox-sensitive P-Desorption ist wichtigste verbleibende P-Quelle, Hypolimnion hat aber wegen stabiler Schichtung weniger Einfluss als am Tegeler See
• 1,5 – 3-fache Erhöhung der Durchströmung mit P-armem Wasser würde TPim See von derzeit 20-25 µg L-1 auf 12-15 µg L-1
reduzieren – damit kaum über den ~8 µg L-1 im OWA-Ablauf
Beide Seen: interne Maßnahmen absolut nachrangig gegenüber
„Spülen mit P-armem Wasser“ !
64
Zusammenfassung:Phytoplankton-Reakltion:
• Ist gut aus TP-Konzentrationen prognostizierbar – Vollenweider-Regression gilt!
• Bei < 25-30 µg/L TP kaum noch Cyanobakterien
• Nicht-lineare Reaktionen sind häufig – Schwellenwerte jedoch selten
• „Phytoplankton-Gedächtnis“ kann Reaktionen verzögern!
• Schwellenreaktion von Schlachtensee und Tegeler See durch „Umschalten“ von Limitation durch Licht auf P !
Kaskadenartiger Oligotrophierungsprozess in beiden Seen: TP als entscheidener Faktor !
Bei Sanierungen den nötigen Zeithorizont beachten und kommunizieren!
65
Was fehlt – welche Chancen gibt es?Über Berlin hinaus:
• Vertiefte Analyse der nunmer international vorhandenen langen Datenreihen !
• Weiterentwicklung unseres statistischen Modells zum Phytoplankton-Vorkommen
• „Phytoplankton-Gedächtnis“ Hyptothese besser prüfen: welche Rolle spielt dies unter welchen Bedingungen
Für die Berliner Seen:
• P-Frachten im Niederschlag
• Nutzbar machen – erhalten – der Modelle für die 2 Seen
66
Danke !
Ihnen für die Aufmerksamkeit !
Für diverse Beiträge zu diesen Daten über viele Jahre hinweg u.a.:
Elke Pawlitzky, Hans-Ulrich Wolf, Katrina Laskus, Ingrid Klinkmüller, Astrid Baldus, Hartmut Wassmann, Günter Klein, Ulrich Hässelbarth, Jutta Fastner, Verena Niesel, Senatsverwaltung Berlin, Berliner Wasserbetriebe, Bootsverleih Hensel und Hoppe
Dem Land Berlin, dem KompetenzZentrum Wasser, dem EU Interreg Programm (LakePromo-Projekt) und diversen BMBF- und DFG-Projektne für die finanzielle Unterstützung über ca. 25 Jahre !
67
Bei welchem P-Schwellenwert „merkt das Phytoplankton den
Unterschied“?
1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 20040
50
100
150
200
250
0
200
400
600
800
1000
1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 20041984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 20040
50
100
150
200
250
0
200
400
600
800
1000
TP [µ
g L-
1 ]
Chl-a
[µg L-1]
Activation of PEP Tegel Lake Tegel, 1 m
Gesamt-N Tegel Epil. Mittel
0
2
4
6
8
84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06Nitrat-N Tegel Epil. Mittel
0
2
4
6
8
84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Gesamt-N:
Nitrat:
68
0
200
400
600
800
1000
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 20040
50
100
150
200
250
0
200
400
600
800
1000
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 20041980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 20040
50
100
150
200
250TP
[µg
L-1]
Chl-a
[µg L-1]
Schlachtensee, 1 mActivation of PEP Beelitzhof
Gesamt-N Epi Mittel
0
1
2
3
4
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Nitrat-N Epi Mittel
0
1
2
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07
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