Senken und Habitatfunktion von Söllen als integrale Indikatoren für Wirkungen von Naturraumeigenschaften und Landnutzungsänderungen in Binneneinzugsgebieten der jungpleistozänen Agrarlandschaft

DFG-Projekt "Untersuchungen zur Auswirkung von Stoffakkumulation und Wasserdynamik auf die Ausprägung von Flora und Vegetation in Söllen

Projektleiter: Dr. T. Kalettka, Prof. Dr. J. Quast
Bearbeiterin/Doktorandin: Dipl.-Biol. C. Rudat
Laufzeit: 05/1995-07/1997

Problem- und Zielstellung

Jungmoränengebiete besitzen hohe Anteile von Binneneinzugsgebieten. Typische Elemente ihrer Senken sind natürlich abflusslose Sölle (wasserführende Hohlformen < 1 ha). Es sind meist temporäre, z.T. perennierende oder verlandete Stillgewässer. Sie liegen oft grundwasserfern und werden dann nur vom Niederschlag und den Zuflüssen gespeist. Die Versickerung durch ihre Stauschicht ist als gering anzunehmen. Hinzu kommt in Nordostdeutschland eine negative klimatische Wasserbilanz (450-600 mm*a-1 Niederschlag < 600-650 mm*a-1 potentielle Evapotranspiration). Folglich weisen Sölle meist eine starke Wasserdynamik auf. Durch hohe Variabilität der Standortfaktoren besitzen sie ein hohes Potential für Arten- und Typenvielfalt. Ihnen kommt eine hohe Bedeutung im Biotopverbund zu. Sie sind integrale Indikatoren für Wirkungen der Landnutzung, des Naturraumes und klimatischer Veränderungen.

In Nordostdeutschland kommen mehrere 10000 Sölle unregelmäßig zerstreut (0,6-40*km^-2) vor. Sie befinden sich oft in der intensiv genutzten Agrarlandschaft und nehmen bis 5 % der Ackerfläche ein. Daraus folgen Konflikte zwischen der Landnutzung und der Habitatfunktion von Söllen. Im Umfeld existiert ein steiler Feuchte- und Stoffgradient mit Ertragsausfällen durch Trockenheit und Erosion auf den Kuppen sowie Vernässung und Akkumulation in den Senken. Viele Sölle sind durch Verfüllung, Entwässerung, Eutrophierung und Isolierung gefährdet.

Ziel der Untersuchungen ist die Charakterisierung des Einflusses von Naturraumeigenschaften, nutzungsbedingter Belastungen und Nutzungsänderungen auf die Senken- und Habitatfunktion von Solltypen. Dabei soll die Wechselwirkung innerer (Senke) und äußerer (Klima, Einzugsgebiet, Nutzung) Standortfaktoren mit der Habitatfunktion quantifiziert werden. Weiterhin ist die Frage möglicher Versalzungserscheinungen von Söllen infolge ihrer Senkenfunktion zu klären. Es sind Leitparameter, Bioindikatoren und Methoden zur Bewertung abzuleiten. Im Ergebnis ist ein Entscheidungshilfesystem für den nachhaltigen Schutz und die Restaurierung von Söllen sowie eine ökologiegerechte Nutzung und Sanierung ihrer Binneneinzugsgebiete zu entwickeln.

Methoden

In 3 intensiv genutzten Acker-Gebieten Brandenburgs (106 Sölle, 1325 ha, grundwasserferne Grundmoräne) mit Unterschieden in der Solldichte und dem Relief wurden Sölle bezüglich der Hydrographie, Vernässung und Vegetation klassifiziert sowie Solltypen abgeleitet. Zur Analyse der Wechselwirkung von Standortfaktoren (Wasserdynamik, Wassergüte, Sediment) mit der Vegetation wurden 26 Sölle ausgewählt und 11 Sölle mit Transekten durch die Verlandungsreihe (aquatisch: aq1, aq2; amphibisch: am; terrestrisch: te1, te2) zur Dauerbeobachtung ausgestattet. Die vergleichende Auswertung der Funktionen von Solltypen erfolgte in Kopplung von Ganglinien, Belastungsindikation, Sedimentprofilen und Vegetationsformen.

Ergebnisse

Wasserdynamik

Die Wasserführung von Ackersöllen wird von den Zuflüssen im Winter/Frühjahr dominiert. Große Bedeutung hat der Oberflächenabfluss auf Frostboden, besonders bei Schneeschmelze (Abb. 1). Bei Söllen mit hoher Stoffeintragsdisposition kommt es zum schnellen Füllen bis Ausufern. In frostarmen niederschlagsreichen Wintern kann ein Teil der Niederschläge im Einzugsgebiet versickern und wird verzögert über Interflow auf Stauschichten in den Söllen wirksam.Über den Anteil am Zufluss besteht noch keine Klarheit. Sommerliche Starkregen führen im Vergleich zum Winter oft zu geringeren Pegelanstiegen über Oberflächenabfluss, was vermutlich größtenteils auf hohe Verdunstung über die Vegetation zurückzuführen ist. Offen bleibt die Bestätigung der Hypothese einer geringen Perkolation aus Söllen.

Bei Niederschlagsmangel im Winter und Frühsommer kommt es oft zum Austrocknen vieler kleiner Sölle. Insgesamt ist infolge der negativen klimatischen Wasserbilanz und der starken Entwicklung der Sollvegetation in der Regel ein Rückgang der Pegel im Sommer/Herbst zu verzeichnen. Die Wasserdynamik der Sölle ist abhängig von der Einzugsgebietsgröße, dem Relief, den Eintrittspfaden, ihrer Größe und Morphologie sowie der Vegetation. Es lassen sich hydrogeomorphologische Solltypen unterscheiden (Ausuferungs- und Kesseltypen). Ausuferungstypen führen durch zeitweilige Ackervernässung zu Konflikten mit den Landwirten.

Stoffakkumulation

Die erosive Verlandung seit der Entstehung der Agrarlandschaft wird durch 0,5-3 m mächtige Sedimente über dem postglazialen A-Horizont von Söllen deutlich. Die Ergebnisse belegen weiterhin eine starke Wirkung intensiver Landnutzung auf die Sedimentchemie von Ackersöllen. Sölle mit großem Einzugsgebiet, starker Reliefierung und schmalen Uferrandstreifen wiesen die höchste Akkumulation an Makronährstoffen (N, P, K, Mg) und Schwermetallen (Cu, Cd, Zn, Fe, Pb, Mn, As) auf. Innerhalb der Verlandungsreihen zeigte sich in der Regel eine Zunahme der Anreicherungen in oberflächennahen Sedimenten von der terrestrischen bis zur aquatischen Zone. Bei partikular transportierten Stoffen waren randverwallte obere Ufer und breite Röhrichte zusätzliche Akkumulationsorte. Ursachen für die Anreicherung von Schwermetallen sind der Einsatz von Gülle (Cu, Zn), Saatgutbeize (As), Fungiziden (Cu) und bestimmter P-Dünger (Cd, Pb). Die Konzentrationen von Cd, Pb und As überschritten z.T. amtliche Grenzwerte, was bei Entschlammungen von Söllen bedeutsam ist. In der Folge zeigte sich eine Akkumulation von Cu, Cd, Zn und Mn (nicht Pb) in der stehenden Biomasse der Makrophyten, was offenbar auch artspezifisch ist. Im Falle des Cd wurde sogar eine Entsorgungsfunktion der Biomasse festgestellt (Abb. 2). Weiterhin hatten Ackersölle infolge erosiver Stoffeinträge und schneller Mineralisierung meist Silikat-Mudden. Die Hypothese einer Versalzung von Söllen als abflusslose Senken unter den Bedingungen intensiver Landnutzung konnte nicht eindeutig belegt werden. Salzzeiger der Makrophyten wurden nicht beobachtet. Die Stoffakkumulation in der standortypischen Vegetation deutet jedoch auf eine Tolerierung erhöhter Belastung hin. Die Leitfähigkeit belasteter Sölle war mit 600-1800 µS/cm erhöht, aber noch nicht im Bereich von Brackwasser. Offen bleibt die Frage, welcher Anteil der Stoffeinträge durch Versickerung aus den Söllen verlorengeht und welche Rolle die Festlegung im Sediment spielt.

Eutrophierung

Die meisten Ackersölle sind stark eutrophiert (polytroph) und durch hohe Schwankungen ihrer Wassergüteparameter gekennzeichnet. Solche Sölle sind oft kleiner und ohne Uferrandstreifen. Eutroph sind wenige oft große Sölle mit breiten Ufern/-randstreifen. Die Trophie ist besonders abhängig von den Zuflussbedingungen im Frühjahr und der internen Dynamik bei O₂-Zehrung. Die Eutrophierung äußert sich im Gegensatz zu Seen in dichter Besiedlung durch Makrophyten und Fadenalgen in der Sommerperiode sowie Phytoplankton-Maxima in der Winterperiode. Belastete Sölle weisen starke O₂-Zehrungen bei erhöhter Bioproduktion im Sommer sowie unter Eis auf. Damit verbunden ist die interne Freisetzung von PO4^3- und NH⁴⁺ sowie ein hoher Anteil gut löslicher P-Verbindungen im Sediment. Zur Trophieindikation wurden Bewertungssysteme für Seen modifiziert auf Sölle angewendet. Die Methodik muss durch Einbeziehung geringer eutrophierter Sölle, die bisher nur wenig vertreten waren, weiter überprüft werden.

Die Eutrophierung kann sich auf die Freisetzung klimarelevanter Spurengase auswirken. Ufer eutrophierter Sölle sind offenbar ebenso starke Lachgasquellen wie degradierte Niedermoore und ebenso bedeutsame Methanquellen wie wiedervernässte Niedermoore.

Vegetation

Mit 275 Arten der Makrophyten (28 gefährdet) zeigte sich eine potentiell hohe Diversität an Ackersöllen. Infolge der Eutrophierung und hohen Wasserdynamik waren nur 25 % der Arten häufig, was vor allem im Mangel an Hydrophyten deutlich wird. Artenreich waren besonders große Sölle mit breiten Ufern/-randstreifen, guter Wasserversorgung und mäßiger Eutrophierung. Die überwiegenden gestörten Ackersölle waren oft artenarm (15-50). Für die Besiedlung der aquatischen Zone ist offenbar die Trophie bedeutsam, während in der amphibischen Zone eher hydrogeomorphologische Merkmale und die Konkurrenz entscheidend sind. Die terrestrische Zone wies die größte Diversität auf, wobei sich an der Ackergrenze meist artenarme nitrophile Staudenfluren ausbildeten. Die Vegetation ist oft kleinräumig zoniert und verzahnt sowie durch schnelle Sukzessionen gekennzeichnet. Kleine temporäre Ackersölle waren von annuellen Fluren, große semi- bis perennierende Sölle von ausdauernden Röhrichten dominiert. Eine Typisierung von Söllen ist über Sukzessionsstadien möglich. Saumtypen dominieren, Röhrichttypen sind weniger, Gehölztypen selten und Graslandtypen gar nicht vorhanden. Ansätze zur typabhängigen Indikation der Wirkung der Landnutzung auf die Habitatfunktion über Vegetationsformen (bisher 29) müssen noch weiterentwickelt werden. Prägend sind das Stoffeintragspotential, die Hydrographie, die Wasserdynamik, die Nutzung und der Solltyp. Offen ist die Frage tolerierbarer Belastungen und der Abschätzung langfristiger Entwicklungen von Söllen. Weiterhin mangelt es an Analysen zur Wechselwirkung der Sölle im Biotopverbund.

Weiterführende Arbeiten zur Entwicklung von Entscheidungshilfen für Schutzmaßnahmen an Söllen werden 1998-2000 durch den Naturschutzfond Brandenburg gefördert.

Literatur

Merbach, W.; Augustin, J.; Kalettka, Th.; Jacob, H.J. (1996):

Nitrous Oxide and Methane Emissions from Riparian Areas of Ponded Depressions of Northeast Germany. J. Applied Botany 70, 134-136.

Kalettka, T. (1996):

Die Problematik der Sölle (Kleinhohlformen) im Jungmoränengebiet Nordostdeutschlands.

- Nat.schutz und Landschaftspflege in Brandenburg, Sonderheft "Sölle": 4-12; Golm (UNZE).

Kalettka, T., C. Rudat (1997):

Untersuchungen zur Senken- und Habitatfunktion von Söllen. - Tagungsber. Dt. Ges. Limn. (DGL) u. dt./öst. Sekt. Soc. Int. Limn. (SIL) 1996 (Schwedt): 552-556; Krefeld (H. Kaltenm.).

Kalettka, T.; Rudat, C. (1998):

Stoffakkumulation und -dynamik von wasserführenden Söllen des Jungpleistozäns Brandenburgs. Mitt. Deutsche Bodenkundl. Ges. 88: 117-119, Müncheberg.

Kalettka, T.; Augustin, J.; Wirth, S. (1998):

Pollution, microbial activity and trace gas emissions in riparian areas of potholes in Northeast Germany. 16^th World Congress of Soil Science, CD-ROM, Montpellier 19.-26.8.1998, France.

Abb. 1: Wasserdynamik von Ackersöllen mit starker Beeinflussung durch Oberflächenabfluss (9/1993-3/1998)

Abb. 2: Belastung der Sedimente und Makrophyten-Biomasse durch Cadmium in Transekten durch die Verlandungsreihen (a1=Sollmitte bis te2=Ackerkante) von Söllen (E6, E19, E-20, Li-18, Li-18b) (aq=aquatisch, am=amphibisch, te=terrestrisch)

zurück