Das Gutachten zu den aquatischen Lebensgemeinschaften der Tideelbe umfaßt die Organismengruppen Benthos (Zoo- und Mikrophytobenthos), Plankton (Phyto- und Zooplankton) und Fische, in den Nebenflüssen nur Zoobenthos und Fische. Eigene Daten wurden im Jahr 1993 erhoben. Einige Klappstellen konnten erst 1994/95 beprobt werden, da sie erst zu diesem Zeitpunkt als mögliche Klappstellen deklariert wurden. Die Ilmenau wurde erst 1996 beprobt.
Die physikalisch-chemischen Parameter wurden zeitgleich und an den gleichen Probeorten wie die Chlorophylldaten von der Arbeitsgruppe um Herrn Brockmann (Inst. für Biogeochemie und Meereschemie der Universität Hamburg) erhoben und zur Verfügung gestellt. Sie werden im Kap. 2.4 nur insoweit beschrieben, wie es für die Beschreibung der Verhältnisse im Untersuchungsjahr und für die Interpretation der eigenen Daten nötig ist.
Für die UVU wurden eigene Proben nur für die Bearbeitung des Zoobenthos und des Phytoplanktons genommen. Die Bearbeitung der anderen Organismengruppen erfolgte anhand von Literaturdaten. In Abb. 2.2.1.1 sowie in Karte A1 (Anhang) ist die Lage aller Probestellen eingezeichnet. Die Koordinaten bzw. die Kilometrierung der Probestellen sowie Angaben über Sedimenttyp, Wassertiefe etc. befinden sich in den Tab. A 2.2.1.1 und Tab. A 2.2.1.2 im Anhang.
Aufgrund der großen Ausdehnung des Gebietes gibt es keine Untersuchung, die die vorhandene Makro- und Meiofauna von Geesthacht bis zur Mündung geschlossen darstellt. Die Untersuchung von RIEMANN (1966) liefert zwar ein umfangreiches Arteninventar, jedoch keine quantitativen Aussagen. Die Daten von LELING (1986) umfassen nur den Bereich von Cuxhaven bis Glückstadt. FIEDLER (1991) konzentrierte sich in seinen Untersuchungen auf die Makrofauna > 1 mm. Es fehlen also zusammenhängende Datensätze über die Makro- und Meiofauna in vergleichbaren Zeiträumen.
Im Rahmen der UVU ist es nicht möglich, alle vorhandenen Datenlücken zu schließen. Es wurde die bisherige Datengrundlage in den oben genannten sieben Abschnitten überprüft und in wenig untersuchten Bereichen durch weitere eigene Untersuchungen ergänzt. Da die Bearbeitung von Benthosproben sehr zeitintensiv ist, konnte der Probenumfang nicht beliebig groß gewählt werden. Für die Berücksichtigung räumlicher und saisonaler Unterschiede in der Benthosbesiedlung wurden in den stärker strukturierten limnischen Stromabschnitten III und IV der Tideelbe (Glückstadt bis Nienstedten) intensivere Beprobungen von zwei Querschnitten durchgeführt. Die Querschnitte wurden in Bereiche der Elbe gelegt, die Nebenelben und Inseln aufweisen. In den anderen Abschnitten wurden zweimalig Längs- bzw. Querschnitte beprobt. Die Tab. 2.2.1.1 sowie die Abb. 2.2.1.1 geben einen Überblick über die vorgenommenen Probenahmen.
Tab. 2.2.1.1: Benthosprobenahmen in der Stromelbe 1993
| Stromabschnitt/Probeort | Beprobungsart | Häufigkeit | Zahl der Probestellen |
| I Bunthaus Zollenspieker Geesthacht |
Querschnitt Querschnitt Querschnitt |
2 x (Frühling
u. Herbst) 2 x (Frühling u. Herbst) 2 x (Frühling u. Herbst) |
3 4 3 |
| III Lühesand | Querschnitt | monatlich | 10 |
| IV Pagensand | Querschnitt | monatlich | 10 |
| VI Oste - Cuxhaven | Längsschnitt | 2 x (Frühling u. Herbst) | 8 |
| VII Cuxhaven - Neuwerk | Längsschnitt | 2 x (Frühling u. Herbst) | 7 |
Abb.: 2.2.1.1 Lage der Probenahmestellen; 1. Benthos
Abb.: 2.2.1.1 Lage der Probenahmestellen; 2. Chlorophyll
Die Tab. 2.2.1.3 sowie die Abb. 2.2.1.1 geben einen Überblick über die vorgenommenen Beprobungen der für die Umlagerung der ausgebaggerten Sedimente vorgesehenen Klappstellen. Alle Klappstellen wurden einmalig beprobt. Die Anzahl und Lage der Probestellen je Klappstelle richtete sich nach ihrer Größe und Ausrichtung.
Tab. 2.2.1.2: Benthosprobenahmen im Klappstellenbereich 1993/1994/1995
| Stromabschnitt/Probeort | Zahl der Probestellen | Beprobungsjahr |
| III K - 633 Mühlenberger Loch | 3 | 1995 |
| III K - 644 Hanskalbsand | 2 | 1993 |
| III K - 650 Hetlingen | 4 | 1993 |
| IV K - 671 Rhinplatte Ost | 1 | 1994 |
| IV K - 672 Krautsand | 2 | 1994 |
| V K - 679 Brammer Bank | 5 | 1995 |
| V K - 680 Hollenwettern | 1 | 1994 |
| V K - 685 Scheelenkuhlen | 4 | 1994 |
| V K - 690 St. Margarethen | 2 | 1993 |
| V K - 700 Reede Brunsbüttel | 1 | 1993 |
| VI K - 706 Oste-Mündung | 4 | 1993 |
| VI K - 711 Neufelder Rinne | 1 | 1993 |
| VI K - 714 Otterndorf | 2 | 1993 |
| VII K - 737 Gelbsand | 3 | 1993 |
| VII K - 741 Gelbsand Luechterloch | 3 | 1993 |
| VII K - 733 Tonne 26-28 | 3 | 1993 |
Im September 1994 wurden zusätzlich 13+1 Station(en) zwischen Rhinplatte und unterhalb Stadersand beprobt (s. Tab. 2.2.1.3). Zweck der Untersuchung war es, Aufschlüsse über die Abundanzverhältnisse sowie die Besiedlungsstruktur in Fahrrinnenbereichen intensiver gegenüber geringer bzw. keiner Baggertätigkeit zu gewinnen. Die Stationen wurden anhand der uns vom WSA Hamburg zur Verfügung gestellten Statistiken der Jahre 1990 bis Juli 1994 zur Baggermengenverteilung im Delegationsbereich der genannten Dienststelle festgelegt. Eine Probe wurde direkt hinter dem Saugbagger "Keto" genommen, der gerade in dem Stromabschnitt aktiv tätig war.
Tab. 2.2.1.3: Benthosextraprobenahmen in der Stromelbe 1994
| Stromabschnitt/Probeort | Zahl der Probestellen | Beprobungsjahr |
| IV Tonne 111 | 1 | 1994 |
| IV Julssand | 5 | 1994 |
| IV Pagensand | 3 | 1994 |
| IV Rhinplatte | 5 | 1994 |
Die Nebenflüsse der Elbe, Ilmenau, Este, Lühe, Schwinge, Oste, Pinnau, Krückau und Stör, wurden in Abhängigkeit von der Strecke des Tideeinflusses, beginnend von der Mündung der Nebenflüsse, an jeweils fünf Probestellen zweimal im Jahr (Frühling u. Herbst) beprobt.
2.2.1.5 Phytoplankton Stromelbe
Die Artenzusammensetzung des Phytoplanktons kann anhand von Literaturauswertungen beschrieben werden. Für den Gesamtzusammenhang des Komplexes Schwebstoffe, Lichtklima, Sauerstoffgehalt und Phytoplankton war es notwendig, einen aktuellen Datensatz zu erstellen, der die Veränderung dieser Parameter im Längsschnitt und auf den beiden oben genannten Benthosquerschnitten Pagensand und Lühesand (unter Einbeziehung der Flachwasserbereiche und Nebenelben) erfaßt. Da quantitative Phytoplanktonuntersuchungen zeitaufwendig sind, wurden von uns Chlorophyllmessungen als Biomasseparameter durchgeführt. Die Tab. 2.2.1.4 sowie die Abb. 2.2.1.1 geben einen Überblick über die vorgenommenen Probenahmen.
Tab. 2.2.1.4: Chlorophyllprobenahmen in der Stromelbe 1993
| Stromabschnitt/Probeort | Beprobungsart | Häufigkeit | Zahl der Probestellen |
| VI-II Cuxhaven-Bunthaus | Längsschnitt | Frühl., Sommer, Herbst | 16 in je 2 Tiefen |
| III Lühesand | Querschnitt | monatlich | 4 in je 2 Tiefen |
| IV Pagensand | Querschnitt | monatlich | 4 in je 2 Tiefen |
Probenahme
Ziel der Untersuchung war die Bestandserhebung der sublitoralen Bodenfauna (qualitativ und quantitativ) im hydro- und topographisch heterogenen Gebiet der Tideelbe von Geesthacht bis Scharhörn einschließlich der in Kap. 2.1 genannten Nebenflüsse. Aufgrund der Heterogenität und Größe des Untersuchungsraumes ist es klar, daß die getroffene Methodenfestlegung einen Kompromiß darstellt. Die ersten Untersuchungen wurden auf den beiden Querschnitten Lühesand und Pagensand vorgenommen. Diese Querprofile wurden mit jeweils monatlich 10 Proben am intensivsten beprobt. Die hydrographischen Bedingungen in diesem Gebiet erforderten den Einsatz eines schweren Van-Veen-Greifers (1) mit >75 kg Gewicht, einer Oberfläche von 4200 cm² bzw. » 170 l- Volumen und einer Eindringtiefe von 40 cm. Als Maschenweite für die Aufkonzentrierung der Organismen aus dem Sedimentmaterial wurde gezielt eine Maschengröße von 250 µm gewählt. Nach PFANNKUCHE & THIEL (1988) repräsentieren 500 µm die untere Grenze der (juvenilen) Makrofauna. Nicht selten wird diese Maschenweite auch als obere Grenze der Meiofauna definiert. Die gewählte Siebmaschenweite von 250 µm ermöglichte auf jeden Fall die quantitative/qualitative Erfassung des Makrozoobenthos, aber auch die annähernd quantitative Analyse einiger Taxa der Meiofauna (Nematoda und Turbellaria).
Bei der verwendeten Maschengröße und dem im wesentlichen eingesetzten Bodengreifer (1) von ca. 170 l Inhalt mußten Volumen bzw. Oberfläche durch Unterbeprobung des Greiferinhaltes reduziert werden. Die Minimierungsstrategie (weit über 300 Benthosproben!) zielte auf eine quantitative/qualitative Erfassung der benthischen Fauna ab, mit der eine repräsentative Aussage über die Besiedlung im großskaligen Maßstab ausgehend von der kleinräumigen Probenfläche noch möglich war. Aus Literaturangaben (u.a. PFANNKUCHE et al. 1975, PFANNKUCHE 1977, PFANNKUCHE 1981, LELING 1986, FIEDLER 1991, POSEWANG-KONSTANTIN et al. 1992) ergibt sich für die auszuwertende Sedimentoberfläche eine Schwankungsbreite von 15 bis 1000 cm², je nach Lage des Untersuchungsgebietes in der Tideelbe.
In der mixo-polyhalinen Zone der Tideelbe wäre der Einsatz einer 1000 µm Siebgröße bei entsprechend großer Sedimentoberfläche durchaus gerechtfertigt gewesen, da es aber primär wichtig war, zu gewährleisten, daß die eigenen Ergebnisse von Geesthacht bis Scharhörn untereinander vergleichbar blieben, wurden alle Proben mit 250 µm gesiebt.
Es ist bekannt, daß die Vergleichbarkeit von quantitativen, aber auch qualitativen Erhebungen durch die Wahl unterschiedlicher Methoden leidet bzw. im Extrem unmöglich ist. In diesem Sinne war für uns der Vergleich eigener Ergebnisse mit anderen Elbe-Untersuchungen von untergeordneter Bedeutung. Andererseits fielen die Vergleiche mit Angaben früherer und aktueller Elbe-Untersuchungen im allgemeinen recht befriedigend aus (vgl. u.a. MOVAGHAR 1964, MATTHIAE 1977, PFANNKUCHE 1977, LELING 1986, POSEWANG-KONSTANTIN et al. 1992, ARGE ELBE 1993). Auch mit FIEDLER's (1991) Ergebnissen aus Elbe-Längsschnitt waren die Übereinstimmungen zufriedenstellend, mit Ausnahme des Gebietes Pagen- und Fährmanssand.
Die Morphologie des zu untersuchten Gewässers sowie die hydrographischen Bedingungen (z.B. Strömung, Wassertiefe) erforderten den Einsatz unterschiedlich großer Schiffe und somit auch unterschiedlicher Greifer, da nicht auf jedem Schiff der entsprechende Kran für den Einsatz des Greifers vorhanden war.
Eingesetzte Greifer: (1) Van-Veen-Greifer, Fläche 4200 cm², Grabtiefe 40 cm
(2) Van-Veen-Greifer, Fläche 1000 cm², Grabtiefe 20 cm
(3) Van-Veen-Greifer, Fläche 400 cm², (für Schiffe ohne Kran)
Anzahl der Greiferproben pro Station:
Es wurde ausschließlich der Inhalt eines Greifers für die Entnahme berücksichtigt. Wichtiger als die Anzahl an Greiferproben schien die Art und Weise der Befüllung des Greifers. Mit Bezug auf die Größe des Standardgreifers (1) erschien eine Unterbeprobung angemessen. Voraussetzung für die Unterbeprobung war ein zumindest zu ¾ gefüllter Greifer mit ungestörter Sedimentschichtung. Waren diese Bedingungen nicht erfüllt, wurde der Inhalt verworfen.
Größe der Unterprobe und Entnahmetiefe:
Es wurde ausschließlich ein Stechrohr mit dem Innendurchmesser 4,5 cm eingesetzt. Entsprechend der Größe des Bodengreifers wurden grundsätzlich 3 (für Typ 2 und 3) oder 5 (für Typ 1) Unterproben gezogen und gepoolt. Demnach liegt jeder Hochrechnung auf 1 m² eine ausgewertete Sedimentoberfläche von ca. 50 bzw. 80 cm² zugrunde. Entnommen wurde immer ein Kern von 10 cm Tiefe.
Nach Erfassung der Unterproben wurde der gesamte Greiferinhalt an Deck auf lebende Makroorganismen, insbesondere Mollusken gesichtet. Im Allgemeinen wurde nur totes Schalenmaterial festgestellt. Einzelfunde von Bivalven oder Gastropoden wurden im Protokoll vermerkt und bei der qualitativen Auswertung berücksichtigt.
Siebgröße:
Grundsätzlich wurde mit einem Sieb der Maschenweite 250 µm gearbeitet.
Die Klappstellenproben von km 690 bis km 741 wurden fraktioniert über 1000 und 250 µm gesiebt. Nach einer visuellen Durchsicht der 250er-Fraktion wurde diese entweder verworfen und nur die 1000er-Fraktion genommen oder die vorhandenen Organismen mit zur Probe genommen. Die Ergebnisse für diese Elbabschnitte mit höherer Salinität zeigen keine Unterschiede zwischen den Proben, die mit 250 µm gesiebt wurden und denen, die über 1000 µm gesiebt wurden (vergl. Kap. 2.6.2.1).
Probenaufarbeitung:
Die Sedimentproben wurden unfixiert an Bord gesiebt. Es wurde portionsweise und nicht bis zur maximal möglichen Einengung des Sedimentvolumens gesiebt; um die Organismen zu schonen und den möglichen Anteil von Bruchstücken nachhaltig zu reduzieren. Proben aus Grob- und Mittelsand wie auch Feinsand um 250 µm wurden ohne Siebung in Gefäße überspült und im Labor portionsweise manuell aussortiert und/oder wiederholt dekantiert bzw. elutriert (in diesen Fällen über ein Sieb der Maschenweite 200 µm). Kleiproben wurden in einem Eimer behutsam aufgelöst, über das Sieb dekantiert und in die Gefäße überspült, d. h., der mechanische Siebvorgang wurde so weit wie möglich reduziert und durch schonende Verfahren ersetzt.
Die Organismen wurden mit 40 %igem mit Hexamethylentetramin gepuffertem Formaldehyd fixiert und bei einer Endkonzentration von 4 % Formaldehyd konserviert. Dem Formaldehyd war zum Anfärben der Organismen Bengalrosa zugesetzt.
Vor dem Aussortieren wurden die Proben über einem 200 µm Sieb mit Wasser gespült und in Sortierlösung (Propylenglycol 5 % und Propylenphenoxetol 0,2 % in wässriger Lösung) überführt. Die Organismen wurden unter dem Binokular aussortiert und gezählt. Es wurden stets vollständige Tiere gezählt, sowie von den auftretenden Bruchstücken nur solche, die einen Kopf hatten. Durch die mechanische Belastung der Organismen beim Siebvorgang gab es häufig viele Bruchstücke in den Proben, so daß die Individuenzahlen wohl eher etwas höher sind als angegeben. Von den Oligochäten wurden Dauerpräparate in BERLESE´schem Einschlußgemisch hergestellt, die dann unter dem Mikroskop bestimmt und gezählt wurden. Sämtliche Zählergebnisse wurden auf einen Quadratmeter hochgerechnet. Als Bestimmungsliteratur dienten die in Kap. 7 unter Bestimmungsliteratur genannten Arbeiten.
Volumenbestimmung und Biomasseberechnung
Für die wichtigsten Vertreter des Benthos in der Elbe wurde die Biomasse bestimmt. Bei den Oligochäten und Turbellarien wurden rund 800 Tiere (Dauerpräparte s.o.) mit Hilfe eines rechnergestützten Mikroskopierarbeitsplatzes vermessen. Hierbei wurde jeweils die gesamte Länge sowie die maximale Breite jedes Individuums gemessen. Für die Volumenberechnung wurde die Form der Oligochäten und Turbellarien als annähernd zylindrisch angenommen und das Volumen nach folgender Formel berechnet (LAFONT 1987):
V: Volumen in mm³
L: Gesamtlänge in mm
D: max. Breite in mm
Bei den Oligochäten wurden nur 2/3 der maximal gemessenen Breite (D) bei der Berechnung des Volumens berücksichtigt, da sie in den Dauerpräparaten plattgedrückt wurden.
Zur Umrechnung der Volumina in Frischgewicht (FG) wurde der Dichtefaktor 1,051 verwendet (ABRAHAMSEN 1973 zit. in LAFONT 1987). Für die weitere Umrechnung in Trockengewicht (TG) und aschefreies Trockengewicht (AFTG) wurden Werte aus der Literatur herangezogen (GIERE & PFANNKUCHE, 1982; CANNON & FAUBEL, 1988 und RIEMANN, 1988; s. Tab. 2.2.2.1).
Für die Biomasseberechnung der Polychäten und Amphipoden wurden Poolproben von fixiertem Material gemäß GREISER & FAUBEL (1988) 24 h bei 60° C getrocknet und 2 h bei 475° C verascht. Die Werte für TG und AFTG sind in der Tab. 2.2.2.1 abzulesen. Es handelt sich um korrigierte Werte ( nach HIGGINS & THIEL, 1988), da es, bedingt durch die Formol-Fixierung, zu einer Gewichtszunahme der Organismen kommt.
Tab. 2.2.2.1.: Mittlere Biomasseparameter von Oligochäten, Polychäten, Turbellarien, Nematoden und Amphipoden
| Umrechnungsfaktoren FG (=100%) zu TG (% v. FS) zu AFTG (% v. FS): | |||
| Aeolosomatidae | 100 | 13 | 2,2 |
| Enchytraeidae | 100 | 30 | 2,5 |
| Naididae | 100 | 13 | 2,2 |
| Tubificidae | 100 | 16 | 1,8 |
| Oligochaeta | 100 | 20 | 1,6 |
| Turbellaria | 100 | 20 | 2,3 |
| Taxa-Gruppe | FG [mg/Ind.] | TG [mg/Ind.] | AFTG [mg/Ind.] |
| Aeolosomatidae | 0,0557642 | 0,0072493 | 0,0012268 |
| Enchytraeidae | 0,0919676 | 0,0275903 | 0,0022992 |
| Naididae | 0,0154067 | 0,0020029 | 0,0003389 |
| Tubificidae | 0,2356257 | 0,0377001 | 0,0042413 |
| Oligochaeta | 0,2037189 | 0,0407438 | 0,0032595 |
| Turbellaria Nematoda |
0,0698039 | 0,0139608 | 0,0016055 0,0003 |
| Polychaeta | 0,2048 | 0,0885 | |
| Amphipoda | 0,0826 | 0,0562 | |
Probenahme
Die Beprobung der Längsschnitte wurde zeitgleich mit zwei Schiffen vorgenommen, um die Proben während einer Tidephase nehmen zu können. Dafür startete das eine Schiff in Cuxhaven, das andere in Glückstadt bei Hochwasser, und beide fuhren stromauf entgegen der Tide, um zu gewährleisten, daß die Proben aus unterschiedlichen Wasserkörpern stammen. Die monatliche Beprobung der Querschnitte wurde jeweils zur gleichen Tidephase durchgeführt. Die Proben wurden mit Hilfe einer Bilgepumpe aus je zwei Tiefen (1 m unter der Wasseroberfläche und 1 m über Grund) genommen, und noch an Bord wurden je nach Konzentration 250 - 850 ml Probewasser über Glasfaserfilter (Whatman GF/F - Filter) filtriert. Die Filter wurden in abgedunkelte Zentrifugengläser mit Schraubdeckel überführt, in denen sich 4 ml Aceton (90 %ig, für HPLC) als Extraktionsmittel befanden. Im Labor wurden die Proben 10 min. im Wasserbad bei 55 °C erhitzt, abgekühlt und bis zur Aufarbeitung tiefgefroren.
Probenaufarbeitung
Die Bestimmung des Chlorophyllgehaltes wurde mit Hilfe der HPLC-Technik (high performance liquid chromatography) durchgeführt (DEVENTER, 1993). Der Vorteil gegenüber der herkömmlichen Methode (NUSCH, 1980), in der der gesamte Pigmentextrakt mit allen Chlorophyllabbau- und -umwandlungsprodukten zusammen gemessen wird, ist eine chromatographische Auftrennung der Einzelpigmente, die dann separat als Einzelpigmente gemessen werden. Gerade bei einem Gewässer wie der Elbe mit hohen Schwebstofffrachten und Pigmentabbauraten kann es bei der herkömmlichen Methode zu Überschätzungen des Chlorophyllgehaltes kommen, da viele Chlorophyllabbau- und -umwandlungsprodukte Licht bei derselben Wellenlänge absorbieren wie das Chlorophyllmolekül selbst. Näheres hierzu siehe in DEVENTER (1993).
Für die Sedimentanalyse wurden Untersuchungen der Korngrößenverteilung, des Wassergehaltes und des Glühverlustes durchgeführt.
Probenahme
Die Sedimentproben wurden einmalig im Herbst im Rahmen der Benthosprobenahmen genommen. Hierfür wurden aus dem Greifer von den obersten 10 cm Sediment mittels Stechrohren (drei bis fünf) Proben gezogen und ihr Inhalt luftdicht in Gefrierbeutel gefüllt. Diese wurden im Labor bis zur weiteren Aufarbeitung bei - 20° C tiefgefroren. Da es sich um einmalige Proben handelt, wurden zur Interpretation der Benthosergebnisse der Quer- und der Längsschnitte die während jeder Probenahme vorgenommenen Grobansprachen des Sedimenttypes verwendet (vgl. Tab. A 2.2.1.2).
Probenaufarbeitung
Die Sedimente wurden aufgetaut, der Inhalt der Beutel homogenisiert und je ca. 50 g des Materials für die Bestimmung der Korngrößenverteilung sowie des Wassergehaltes und des Glühverlustes verwendet. Für die Korngrößenanalyse wurden die Proben über 1000, 500, 250, 125, 63 und 32 µm gesiebt. Die Fraktion kleiner 32 µm wurde durch Subtraktion der Summe der Trockengewichte der einzelnen Fraktionen von der Trockengewichtseinwaage erhalten. Nach Trocknung ( 105° C) und Wägung der jeweiligen Fraktionen wurden der Median (Md), erstes (Q1) und drittes (Q3) Quartil und der Sortierungskoeffizient (so) berechnet.
Der Wassergehalt wurde gemäß DEV S2 - DIN 38414, der Glühverlust (partikuläre organische Substanz) nach DEV S3 - DIN 38414 bestimmt.