Der Königssee - Eine limnologische Projektstudie
Forschungsbericht 5
O. Siebeck 1982
132 Seiten, 7 Tafeln, 96 Grafiken
Inhaltsverzeichnis
Der Königssee
Eine limnologische Projektstudie
O. Siebeck,132 S., 7 Tafeln, 96 Grafiken, 1982
1. Einleitung und Dank 5
2. Problemstellung 8
3. Erdgeschichte der Königssee-Landschaft 9
3.1 Die Entstehung der alpinen Kettengebirge 9
3.2 Die alpine Trias im Berchtesgadener Raum 9
3.2.1 Die Trias in der Tirolischen Facies 10
3.2.2 Der Jura in der Tirolischen Facies 12
3.3 Zur Großtetonik der Berchtesgadener Alpen13
3.4 Die Entstehung des Königssees 13
4. Das hydrologische System "Königssee" 15
4.1 Der See als Teil eines hydrologischen Systems 15
4.2 Das Königssee-Einzugsgebiet 16
4.2.1 Orographische Eigenschaften 16
4.2.2 Hydrologische Eigenschaften 17
4.2.3 Geologische Eigenschaften 17
4.2.4 Vegetation 21
4.2.5 Anthropogene Einflüsse 21
4.3 Morphometrische Eigenschaften des Seebeckens 24
5. Der Königssee als Lebensraum 34
5.1 Strukturelle Gliederung eines Sees 34
5.2 Die Sonnenstrahlung als Energielieferant 35
5.3 Die Eigenschaften des Pelagials 35
5.3.1 Transmissionseigenschaften 35
5.3.2 Thermik 38
5.3.2.1 Schichtung und Zirkulation 38
5.3.2.2 Wärmeinhalt 38
5.3.2.3 Jahreszeitlicher Temperaturverlauf 40
5.3.2.4 Vertikale Temperaturschichtung 42
5.3.2.5 Zirkulationsverhalten 45
5.3.2.6 Relativer thermischer Widerstand und Stabilit?t 45
5.3.3 Die chemischen Eigenschaften 48
5.3.3.1 Prinzipielle Vorbemerkungen 48
5.3.3.1.1 Pflanzennährstoffe, Herkunft 48
5.3.3.1.2 Chemische Schichtungen in Abhängigkeit vom Trophiegrad 50
5.3.3.2 Salinität und Ionenzusammensetzungen 50
5.3.3.3 Karbonate, Leitfähigkeit und Ph 55
5.3.3.4 Nitrat 58
5.3.3.5 Silikat 59
5.3.3.6 Sulfat 61
5.3.3.7 Phosphat 61
5.3.3.8 Sauerstoff 64
5.3.3.8.1 Verteilung im oligotrophen und eutrophen See 65
5.3.3.8.2 Verteilung in Raum und Zeit 65
5.3.3.8.3 Aktuelles und relatives Sauerstoff-Defizit 67
5.3.3.8.4 Dynamik der Konzentrationsver?nderungen 68
5.3.3.8.5 Größe und Tiefenabhängigkeit der Zehrung im Hypolimnion 71
5.3.3.8.6 Ursachen der tiefenabhängigen Zehrungsunterschiede 71
5.4 Abschätzung des Nährstoffimportes 71
5.5 Abschätzung der kritischen Belastungsgrenzen 79
6. Ausgewählte Organismengesellschaften des Ökosystems Königssee 83
6.1 Organismen des Benthals 83
6.1.1 Die submerse Makrophytenvegetation 83
6.1.2 Die Chironomiden 87
6.2 Organismen des Pelagials 88
6.2.1 Das Phytoplankton 88
6.2.1.1 Artenzusammensetzung 88
6.2.1.2 Veränderung im Jahreslauf 93
6.2.1.3 Biomasse und Chlorophyll 100
6.2.2 Das Crustaceenplankton 103
6.2.2.1 Artenzusammensetzung 103
6.2.2.2 Tiefenverteilung 106
6.2.2.3 Populationsdynamik 108
6.2.2.4 Biomasse 111
6.2.3 Das Rotatorienplankton 114
6.2.3.1 Artenzusammensetzung 114
6.2.4 Die Fische 116
6.3.4.1 Artenzusammensetzung 116
7. Der Aufbau organischer Substanz 119
7.1 Die photoautotrophe Primärproduktion im Lebensraum Pelagial 119
7.1.1 Vorbemerkungen 119
7.1.2 Vertikale Produktionsverteilung 121
7.1.3 Schätzung der Tages- und Jahresproduktion 123
7.1.4 Aktivität, photosynthetische Kapazität, Turnover und Effektivität 124
8. Zusammenfassung 126
8.1 Entstehung, Geologie, Hydrologie, Morphometrie 126
8.2 Hydrographie 126
8.3 Chemische Eigenschaften 126
8.4 Organismengesellschaften 127
8.5 Populationsdynamik der Planktoncrustaceen 127
8.6 Phytoplanktonmasse und Primärproduktion 127
8.7 Anthropogene Beeinflussung des Königssees 128
8.8 Indikatoren für den gegenwärtigen oligotrophen Status des Königssees 128
9. Literaturverzeichnis 129
Zusammenfassung
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8.1 Entstehung, Geologie, Hydrologie, Morphometrie
8.1.1 Der Königssee existiert seit ca. 10 000 Jahren. Sein in Dachsteinkalk liegendes Seebecken ist wahrscheinlich im ausgehenden Jura vor ca. 140 Millionen Jahren als Grabenbruch angelegt worden. Die endgültige Trogform erhielt es durch Eiserosion während der Würmeiszeit. Obersee und Königssee waren von Anfang an durch eine Wallmoräne getrennt.
8.1.2 Das orographische Einzugsgebiet (131,13 km2) ist um den Faktor 25,2 größer als das Seeareal. Es läßt sich in 5 Zuflußgebiete aufteilen: Schrainbach (50,4 km2), Obersee (39,2 km2), Kesselbach (15,5 km2), Eisgraben (14,7 km2) und Königsbach (11,23 km2).
8.1.3 Das Jahresmittel der Zuflüsse aus dem orographischen Einzugsgebiet und durch Niederschläge auf die Seeoberfläche beträgt 213,68x106 m3 bzw. 8,48x106 m3.
8.1.4 Im Einzugsgebiet des Königssees dominieren Dachsteinkalk (>90%) und Dolomit (<10%). Nur im Bereich des Eisgrabens gewinnt Dolomit (.50%) an Bedeutung. Kieselgesteine kommen vor allem im Einzugsgebiet des kesselbachs vor.
8.1.5 Das Einzugsgebiet des Königssees ist zu 63,6% mit natürlichen Pflanzengesellschaften, zu 28% mit Wald und zu 8,4% mit Wirtschaftswiesen (Almen) bedeckt.
8.1.6 Mit einer maximalen Tiefe von 190m und einer Seeoberfläche von 5,2 km2 umfaßt der Königssee eine Wassermenge von 511x106m3, die aufgrund der Abflußmenge in die Königsseeache 2,3 Jahren (theoretische Wassererneuerungszeit) austauschbar wäre.
8.1.7 Ein besonderes morphometrisches Kennzeichen des Königssees ist seine in bezug auf die Seeoberfläche große Tiefe. Mit der relativen Tiefe von 7,4% steht der Königssee an der Spitze der meisten Seen mit gleicher oder größerer Seeoberfläche und ähnelt damit den Krater- und Fjordseen.
8.2 Hydrographie
8.2.1 Mit einer Lichttransmission von 85-90% im Bereich der blaugrünen Strahlung gehört der Königssee zu den klarsten Gewässern Europas. Seine optische Kennzahl ist 798;die 1%-Grenze der photsynthetisch nutzbaren Strahlung liegt im Jahresmittel bei 20m Wassertiefe. Die Sichttiefen variieren zwischen 6-18m.
8.2.2 Infolge seiner fjordartigen Einbettung in das Gebirge ist der Königssee von der Sonnenstrahlung stark abgeschirmt. Sein Jahreswärmegewinn von ca. 12 000 cal/cm2 ist daher im Vergleich zu den Voralpenseen gering (Tabelle 12).
8.2.3 Infolge seiner fjordartigen Einbettung in das Gebirge ist der Königssee stark windgeschützt. Die für die Voralpenseen typische windbedingte Wärmeverteilung, die in der warmen Jahreszeit zur Bildung des Epilimnions führt, unterbleibt daher weitgehend. Die thermische Dichteschichtung beginnt knapp unter der Seeoberfläche und reicht bis ca. 20m.
8.2.4 Das höchste Temperaturmonatsmittel der Seeoberfläche wird im August mit 16°C erreicht. In 5m Wassertiefe steigt das Monatsmittel der Temperatur nicht über 12°C, in 10m Wassertiefe nicht über 8°C und in 20m Wassertiefe nicht über 6°C.
8.2.5 Im Tiefenbereich zwischen 75-100m Wassertiefe erfolgt ab 4,2°C eine Temperaturinversion: Die Temperatur steigt bis zum Grund um 0,2-0,3°C an. Die thermisch bedingte Dichteverminderung wird durch den konzentrationsbedingten Dichtegradienten überkompensiert.
8.2.6 Infolge der windgeschützten Lage des Königssees werden im Verlauf der Herbstzirkulation die Wasserschichten in Tiefen über 20-30m erst im Spätherbst bis Winteranfang erfaßt. Bei nachfolgender Eisbedeckung kann diese Zirkulationsphase unterbrochen und nach dem meist späten Eisbruch für einige Zeit fortgesetzt werden. Dennoch ist der Königssee ein dimiktischer (mitunter monomiktischer?) See.
8.2.7 Der Königssee ist kein holomiktischer See. Es lassen sich drei Wasserschichten unterscheiden: a) eine Oberschicht von ca. 0-20m, die während jeder Zirkulationsphase voll durchmischt wird, b) eine Übergangsschicht von 20-120m, die mit wachsender Tiefe immer weniger in den Durchmischungsprozeß einbezogen wird, und c) eine Tiefenschicht ab 120m, die am Austauschgeschehen nur noch wenig beteiligt ist (ca. einmal in sechs Jahren).
8.3 Chemische Eigenschaften
8.3.1 Mit eine Härte von 4,3-6,1°dH (1,5-2,2mval/l) ist der Königssee ein im Vergleich zu den Voralpenseen weiches Gewässer, in welchem unter den Kationen Ca2+(25-36,5mg/l) und Mg2+(1,9-6,9mg/l) und unter den Anionen HCO3-(60-80mg/l) vorherrschen. Der Gesamtsalzgehalt beträgt ca. 156mg/l.
8.3.2 Die chemischen Meßdaten sind in den Tabellen 16 und 17 zum Vergleich mit anderen Seen zusammengestellt. Insgesamt erweist sich der Königssee als verhältnismäßig nährstoffarmes Gewässer, vor allem hinsichtlich des NO3-N (0,3-0,6mg/l) und des relativen PO4-P (n.n.-2,0:g/l). Lediglich im Raum St. Bartholomä und Sallet wurden gelegentlich bis zu 7 :g/l nachgewiesen. NH4+ und NO2- liegen unter der Nachweisgrenze (>0,02 mg/l). Mit Silikatkonzentrationen zwischen 0,2-5,3 mg/l unterscheidet sich der Königssee jedoch nicht wesentlich vom Starnberger See, Ammersee und Bodensee.
8.3.3 Der Königssee ist bis zum Seegrund (6-7 mg/l) mit Sauerstoff versorgt. Die Entstehung des mäßig klinograden Verlaufs der Sauerstoff-Verteilung im Sommer wird durch die Temperaturschichtung in der trophogenen Zone begünstigt.
8.3.4 Infolge der sommerlichen Temperaturschichtung in der trophogenen Zone ist im anschließenden Hypolimnion eine relativ ungestörte Sauerstoff-Zehrung mit einer Rate von 0,029 mg/cm2/Tag nachweisbar. Im Jahre 1980 führte sie innerhalb der Sommerstagnation (154 Tage) zu einem hypolimnischen Sauerstoff-Verbrauch von 185,6 Tonnen.
8.3.5 Das im Verlauf der sommerlichen Sauerstoff-Zehrung entstehende "relative Sauerstoff-Defizit" ist nur bis in Tiefen um 60-90m nachweisbar. Aus experimentellen Zehrungsmessungen, Sedimentationsmessungen und Messungen zur Vertilalverteilung von Chlorophyll a und partikulärem organischem Kohlenstoff wird der Schluß gezogen, dass die aerobe Dekomposition der absinkenden, leicht abbaubaren organischen Substanzen nach Erreichen dieser Tiefenzone im wesentlichen abgeschlossen ist. Der restliche Anteil (40-60%) schwer abbaubarer organischer Substanzen erreicht den Seegrund.
8.3.6 Die jährlichen Nährstoffimporte in den See aus seinem Einzugsgebiet und über die Niederschläge und die Nährstoffexporte in die Königsseeache wurden geschätzt. Danach beträgt der Nettoimport für PO4-Ptotal:0,04-0,07g/m2, für NO3-N: 7,6-9,6 g/m2.
8.4 Organismengesellschaften
8.4.1 Im Litoral des Königssees kommen zehn submerse Makrophyten vor, unter welchen die Characeen mit Chara strigosa und Chara aspera und die Ranunculaceenart R. trichophyllus vorherrschen (Tabelle 26).
8.4.2 Im Profundal des Königssees dominieren bei Vernachlässigung wesentlich kleinerer Formen (z.B. Nematoden) die Oligochaeten (bis 800/m2) und die Chironomiden (bis 300/m2).
8.4.3 Unter Einbeziehung früherer Sammelergebnisse aus dem Litoral und Profundal wurden bisher 30 quantitative Zusammensetzung keine Informationen vorliegen (Tabelle 27).
8.4.4 Im Pelagial des Königssees wurden 49 Phytoplanktonarten nachgewiesen. Die höchsten Artenzahlen (17) entfallen auf die Chrysophyceen und Bacillariophyceen (8). Die vorherrschende Art ist Cyclotlla comta (maximal bis 6x106 Zellen/l) übertroffen werden. In diesem Fall sind Vegetationsfärbungen bemerkbar (Tabelle 28).
8.4.5 Im Pelagial des Königssees existieren 5 Crustaceenarten. 2 Copepoden: Arctodiaptomus alpinus und Cyclops abyssorum und 3 Cladoceren: Bosmina longispina, Daphnia hyalina und Ceriodaphnia quadrangula. Die Copepoden übertreffen die Cladoceren an Zahl und Biomasse. Unter den Copipoden dominiert Cyclops abyssorum (Tabelle 31).
8.4.6 Unter den pelagischen Rotaorien des Königssees wurden bisher 19 Arten bzw. Vertreter von Formenkreisen nachgewiesen, unter welchen zeitweise u.a. Filinia terminalis, Keratella cochlearis, Keratella hiemalis und Kellicottia longispina vorherrschen (Tabelle 33).
8.4.7 Der Königssee ist ein Salmoniden-Gewässer. Es gibt 6 Salmonidenarten, unter welchen Seesaiblinge und Renken dominieren. Unter den übrigen Fischen spielt der häufig vorkommende Hecht als größter Raubfisch und als Endwirt des Fischbandwurmes Triaenophorus nodulosus eine besondere Rolle.
8.5 Populationsdynamik der Planktoncrustaceen
8.5.1 Alle Crustaceenarten bilden pro Jahr nur eine Generation aus.
8.5.2 Die Maxima der ausgewachsenen Crustaceen fallen bei allen Arten in die Zeit zwischen Juli/August. Daphnia hyalina und Ceriodaphnia quadrangula sind nur zwischen Juni bis Mitte November in nennenswerter Menge vertreten. Sie überwintern vor allem durch Ephippien. Bosmina longispina ist ganzjährig, in den Wintermonaten aber nur in sehr geringer Dichte (0,2/l) nachweisbar. Cyclops abyssorum und Arfctodiaptomus alpinus sind im Winter und Frühjahr durch ihre Jugendstadien vertreten.
8.5.3 Aufgrund von Trockengewichtsberechnungen ergibt sich folgende Reihung in der Crustaceenbiomasse:
Cyclops abyssorium 1,5-8,7 mg/m3
Arctodiaptomus alpinus >0,1-8,7 mg/m3
Bosmina longispina >0,01-4,7 mg/m3
Daphnia hyalina 0-4,2 (0,5) mg/m3
Ceriodaphnia quadrangula 0-0,5 mg/m3
8.6 Phytoplanktonbiomasse und Primärproduktion
8.6.1 Die Phytoplanktonmasse der trophogenen Zone beträgt im Jahresmittel 0,31 mg/m3 bzw. 6,83 g/m2 Frischgewicht und 1,61 mg/m3 bzw. 33,7 mg/m2 Chlorophyll a.
8.6.2 Die Vertikalverteilung der Primärproduktion ist orthograd bis mäßig klinograd. Der V max/O-Wert liegt zwischen 6-10%.
8.6.3 Die mittlere Tagesproduktion beträt 0,23 ± 0,1g C/m2. Die Jahresproduktion wird auf 77 g C/m2 geschätzt. Der maximale Produktionswert/m3 betrug 6mg C/h.
8.6.4 Die photosynthetische Aktivität beträgt: 0,03-0,15 mg C/mg C @ h; die Umsatzzeit: 0,3-1,5 Tage und die mittlere photosynthetische Kapazität: 1,72 mg C/mg Chl a @ h.
8.7 Anthropogene Beeinflussung des Königssees
8.7.1 Es wird zwischen folgenden Einflüssen unterschieden:
a. Nährstoffimporte über die Zuflüsse
b. Nährstoffimporte über die Niederschläge
c. Nährstoffimporte über das Sickerwasser ("diffuse Belastung")
d. Herabsetzung der spektralen Transmission durch den Schiffsverkehr (Aufwirbelung des Seegrundes in hinreichend flachen Teilen des Seebeckens)
e. Fischfang und Fischbesatz
8.7.2 Die Nährstoffimporte aus den Zuflüssen und Niederschlägen lassen hinsichtlich ihrer naturgegebenen bzw. anthrogenen Herkunft keine Differenzierung zu. Sie wurden mit 0,23 g P/m2 @ Jahr und 24,6 g N/m2 @ Jahr geschätzt.
8.7.3 Der Mittelwert der nach vier verschiedenen Verfahren berechneten kritischen Belastungsgrenzen (Tabelle 24) des Königssees beträgt: 0,741 ± 0,04 g P/m2 @ Jahr.
8.7.4 Es liegen keine Informationen über Nährstoffimporte durch das Sickerwasser vor. Nach Schätzungen (vgl. Tabelle 22) werden im Raum Sallet und St. Bartholomä jährlich ca. 533 kg Phosphor und 2,9 t Stickstoff unweit des Ufers im schottergaltigen Untergrund deponiert.
8.7.5 Es gibt Hinweise für eine mögliche Düngung des Königssees aus dem Nährstoffdepot beit St. Bartholomä und Sallet:
a. die höchsten im Untersuchungszeitraum ermittelten Konzentrationen von reaktiven PO4- P ( # 7 :g/l) wurden im Litoralbereich um St. Bartholomä und Sallit gefunden.
b. Der Seeboden ist in den Flachwasserbereichen um die Sallet-Landungsstege im Sommer mit ausgedehnten Algenwatten (Spirogyra) überzogen.
c. Durch Uroglena americana hervorgerufene Vegetationsfärbungen nehmen mit großer Wahrscheinlichkeit vom Südteil des Königssees ihren Ausgang.
8.7.6 Baumaßnahmen am Ufer von St. Bartholomä bewirkten zeitweise starke Wassertrübungen, durch welche die Transparenz herabgesetzt und damit das untere Ende der trophogenen Zone in richtung Seeoberfläche verlagert wird. Spuren von Schiffschrauben in den Seekreidebänken bei Sallet sprechen für einen ähnlichen Effekt durch Fahrgastschiffe. Seine Folgen lassen sich noch nicht abschätzen. Aufgrund der beobachteten Tendenz zur Meromixie ist jedoch eine über die thermische Schichtung hinausgehende sauerstoffproduzierende Schicht erwünscht.
8.7.7 Über den Einfluß von Fischfang und Fischbesatz auf das Ökosystem Königssee liegen bisher keine Informationen vor.
8.8 Indikatoren für den gegenwärtigen oligotrophen Status des Königssees
8.8.1 Blaugrüne Eigenfarbe des Wassers. Optische Kennzahl 798. Tiefenausdehnung der trophogenen Zone (-20m)
8.8.2 Niedrige phytoplanktische Biomasse (Chlorophyll-a-Werte) : 1,5-1,8 :g/l.
8.8.3 Niedrige hfypolimnische Rate der Sauerstoff-Zehrung: 0,029 mg/cm2 @ Tag.
8.8.4 Niedrige Primärproduktionsrate: 0,008-0,46 g C/m2 @ Tag.
8.8.5 Niedriger Anteil der maximalen volumenbezogenen Produktion an der flächen bezogenen Produktion Vmax/O=6-10%.
8.8.6 Niedrige "mittlere photosynthetische Kapazität": 1,72 mg C/mg Chl a @ h.
8.8.7 Zahlreiche Indikatororganismen für Oligotrophie:
a. Phytoplankton: Cyclotella-Arten
Uroglena americana
b. Submerse Makrophyten: Chara strigosa
c. Chironomiden: Macropelopia fehlmanni
Protanypus caudatus
Paracladopelma nigritula
d. Planktonrotatorien Keratella hiemalis
Conochilus unicornis
Ascomorpha saltans
e. Planktoncrustaceen: Bosmina longospina
Ceriodaphnia quadrangula
f. Fische: alle Salmoniden und die Koppe