26.Juli 2023 Ι Forscher des Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und die Humboldt-Universität (HU Berlin) haben herausgefunden, dass steigende Sulfatkonzentrationen, die durch den Bergbau in der Lausitz verursacht werden, eine zusätzliche Ursache für den Rückgang des Schilfs in Berliner Seen sind. Sie untersuchten Daten von 14 Seen im Berliner Einzugsgebiet von 2000 bis 2020 und stellten fest, dass ein Anstieg der Sulfatkonzentrationen mit einem Rückgang des Schilfbestandes einhergeht. Dies ist eine von vielen Ursachen für das Schilfsterben in vielen europäischen Seen.
14 Seen in und um Berlin wurden untersucht
Die Forscher untersuchten 14 Berliner Seen und berücksichtigten wichtige Faktoren, die den Schilfanteil im Verhältnis zur Größe der Uferzone beeinflussen könnten, wie die Beschaffenheit der Uferzone, die Wasserqualität und die Art der Ufernutzung. Einige Seen waren durch die Wasserzufuhr aus der Spree mit Sulfat belastet, andere nicht.
„Die Ergebnisse der Szenarienrechnungen zeigen einen Einfluss der seit zehn Jahren steigenden Sulfatkonzentration auf das Schilfwachstum“, erläutert Autorin Lydia Roesel, Wissenschaftlerin an der Humboldt-Universität zu Berlin und an der Technischen Universität Braunschweig.
Sulfat ist nur einer von vielen Faktoren, der bisher nicht berücksichtigt wurde. Andere negative Faktoren wie mechanischer Stress durch Wellenschlag, Uferverbauung, Tierfraß und Beschattung durch Bäume sind deutlicher erkennbar. Maßnahmen gegen das Schilfsterben sind sinnvoll, da Faschinen den Wellenschutz und damit die Schilfentwicklung fördern.
Schilf hat viele Funktionen
Schilf ist in vielerlei Hinsicht wichtig: Als Lebensraum bietet es Brutplätze und Unterschlupf für Wasservögel, Fische und Insekten. Ein intakter Schilfgürtel dämpft den Wellenschlag, der durch Schiffs- und Bootsverkehr oder starken Wind entsteht. Er befestigt das Ufer und verhindert so starke Erosion. Gleichzeitig unterstützt Schilf die Selbstreinigungskraft des Gewässers, indem es überschüssige Nährstoffe entzieht.
Seit den 1950er Jahren sind viele Seen in Europa vom Schilfsterben betroffen. In Berlin wurden Maßnahmen ergriffen, um den Schilfrückgang zu bekämpfen. Trotz Bemühungen, die Bestände zu stabilisieren und zu vermehren, wurde seit 2010 an einigen Ufern der durchflossenen Seen im Berliner Stadtgebiet ein erneuter Rückgang dokumentiert. Nach einer längeren Phase des Schilfsterbens hatten sich die Bestände zwischenzeitlich wieder etwas erholt. Diese Entwicklung veranlasste die Wissenschaftler, nach weiteren Ursachen zu forschen und dabei steigende Sulfatkonzentrationen ins Visier zu nehmen.
„Dass der Zusammenhang so deutlich ist, hat uns selbst überrascht. Wären die Sulfatkonzentrationen nicht gestiegen, gäbe es heute rechnerisch rund 20 Prozent mehr Schilf an den Seen“, erklärt Autor Dominik Zak, der am IGB und an der dänischen Universität Aarhus forscht.
Diese Berechnung basiert auf den Ergebnissen der statistischen Auswertung und muss durch weitere Untersuchungen verifiziert werden. Hohe Nährstoffkonzentrationen von Phosphor und Nitrat, die in früheren Studien als Einflussfaktoren für das Schilfsterben identifiziert worden waren, spielten dagegen in den untersuchten Berliner Seen keine signifikante Rolle.
Pflanzentoxisches Sulfid kann im Gewässergrund entstehen
Normalerweise sind hohe Sulfatkonzentrationen für Schilfpflanzen nicht toxisch und in Gegenwart von Sauerstoff stabil. Unter sauerstofffreien Bedingungen und bei hohen Sulfatkonzentrationen kann jedoch pflanzentoxisches Sulfid im Gewässergrund entstehen. Dies kann passieren, wenn sich viel organisches Material in der Uferzone ansammelt und zersetzt, wodurch die Aktivität sulfatreduzierender Bakterien gefördert wird. In der Regel wird das im Gewässersediment gebildete Sulfid durch das vorhandene Eisen schnell gebunden.
„Es müsste nun untersucht werden, warum dieser Entgiftungsprozess in einigen der sulfatbelasteten Seen wie dem Müggelsee gestört ist“, erläutert Dominik Zak.
Vor allem im Bereich der Entnahmestellen für Trinkwasser durch Uferfiltrat kann die Sulfidbelastung möglicherweise zunehmen. Denn dort gelangt verstärkt Sulfat in die Wurzelzone und gleichzeitig liegt weniger Eisen vor, welches Sulfid chemisch bindet. Inwieweit dieser bekannte Entgiftungsprozess tatsächlich durch eine Uferfiltration beeinflusst wird, bedarf weiterer Untersuchungen.
Ergebnisse sind auch für die Zukunft relevant
Andere Faktoren, wie der Baumbestand am Ufer, sind derzeit relevanter für den Schilfrückgang, wie Untersuchungen gezeigt haben. Es muss jedoch mit einem Sulfateintrag von unbekannter Dauer gerechnet werden. Die Ergebnisse der Studie sind daher auch für die Zukunft relevant. Wenn aktuelle Sulfatkonzentrationen bereits einen negativen Zusammenhang mit dem Schilfbestand zeigen, könnte bei weiter steigenden Konzentrationen ein stärkerer Einfluss zu erwarten sein.
Die Forschenden konnten in ihren Berechnungen auch zeigen, dass Schutzmaßnahmen sinnvoll sind. Zum Beispiel fördern Faschinen als Wellenbrecher die Schilfentwicklung.
„Aber nicht an jedem Standort sind solche Maßnahmen erfolgreich, die Gründe dafür sind nicht immer nachvollziehbar. Deshalb ist es wichtig, weitere mögliche Ursachen genauer zu erforschen, um Maßnahmen gegen das Schilfsterben gezielter einsetzen zu können“, sagt Dominik Zak.
Zum Beispiel wird das Problem des Fraßes durch Wasserratten und Nutrias immer größer. Auch dieser Faktor muss in Zukunft stärker berücksichtigt werden.
„Eine zentrale Botschaft ist aber schon jetzt klar: Sulfat trägt eine Mitschuld am Schilfrückgang, die Emissionen sollten daher dringend reduziert werden“, betont Dominik Zak.
Der IGB-Forscher Tobias Goldhammer, der am IGB das Monitoringprogramm zur Sulfatbelastung der Spree koordiniert, ergänzt: „Die Studie zeigt, dass die hohen Sulfatfrachten in der Spree nicht nur ein Grenzwertproblem für die Trinkwassergewinnung darstellen, sondern auch bisher nicht berücksichtigte Auswirkungen auf die natürlichen Stoffkreisläufe haben können, die sich negativ auf die Ökologie der angeschlossenen Berliner Oberflächengewässer auswirken.“
Sulfat wurde durch Bergbau freigesetzt
Das Sulfat in den Berliner Gewässern stammt aus dem Lausitzer Braunkohlerevier im oberen Einzugsgebiet der Spree. Es entsteht aus Eisensulfiden, die beim Bergbau aus tieferen Bodenschichten freigesetzt werden und an der Luft Schwefelsäure, Eisen und später Sulfat bilden, das dann in die Gewässer gelangt.Die Eisenverbindungen fallen als braunrote Verockerungen bei Luftzutritt und neutralem pH-Wert im Gewässer aus und werden nur zum Teil flussabwärts transportiert. Sulfat hingegen bleibt unsichtbar und im Wasser gelöst und kann durch seine vergleichsweise geringe Reaktivität über weite Strecken transportiert werden.
Wegen seiner möglichen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sind für Sulfat Grenzwerte für die Trinkwassergewinnung festgelegt. Aber auch ökologische Auswirkungen auf Gewässer sind bekannt, wie die Rücklösung von Phosphat aus dem Sediment sowie toxische Wirkungen auf Lebewesen im Gewässer durch die Bildung von Schwefelwasserstoff unter sauerstofffreien Bedingungen.
