Zusammenfassung
Erhöhte Nährstoffzufuhr (Eutrophierung) und Klimaerwärmung stellen ernsthafte Bedrohungen für das sensible Ökosystem See dar und greifen in physikalische und biologische Prozesse ein. Umso wichtiger ist es, diese Veränderungen regelmäßig durch Probenahmen zu erfassen und zu bewerten. Nur Langzeitdatensätze ermöglichen es, die Zusammenhänge umfassend aufzuklären und die Basis für nachhaltige Strategiemaßnahmen zu bilden. Das Monitoring des Mondsees hat eine lange Tradition und ermöglicht auf der Basis einer 45-jährigen Datengrundlage einen Einblick auf die Auswirkungen der Eutrophierung und der Klimaerwärmung. In der Eutrophierungsphase (1970er) standen hauptsächlich die Nährstoffmengen (besonders Phosphor), die Sauerstoffkonzentrationen und die Algenproduktion im Vordergrund. Während dieser Zeit wurden die höchsten Nährstoffwerte im Mondsee gemessen, die gleichzeitig mit einem Rückgang der Sauerstoffkonzentration und mit der Massenentwicklung von Algen und Cyanobakterien (Planktothrix rubescens) einhergingen. Erst durch gezielte Sanierungsmaßnahmen (Fernhaltung und Reinigung der Abwässer) konnten diese Effekte umgekehrt und der Mondsee vom nährstoffreichen (eutroph) in einen nährstoffärmeren Zustand (meso-oligotroph) zurückgeführt werden. Im weiteren Verlauf des Monitorings zeigte sich jedoch, dass trotz geringerer Nährstoffkonzentrationen ab Mitte der 1990er-Jahre wieder vermehrt eine Sauerstoffzehrung im Tiefenwasser auftrat. Die Analysen der Temperaturdatenreihen deckten auf, dass in Zusammenhang mit der Zunahme der Wassertemperaturen um etwa 1,8 °C auch bereits signifikante Veränderungen im Durchmischungsverhalten und in der Schichtungsdauer feststellbar waren. Im Tiefenwasser erreichen mittlerweile einige Parameter (z. B. Sauerstoffzehrung, Phosphor- und Ammoniumgehalt) wieder vergleichbar schlechte Werte wie zur Zeit der massivsten Eutrophierung. Wie sich diese Tendenz fortsetzen wird, werden die nächsten Jahre zeigen. Jedenfalls wird das gewohnte Erscheinungsbild unserer Seen massiv von der weiteren Entwicklung der Klimaerwärmung abhängen.
Abstract
Nutrient loading (eutrophication) and increasing water temperatures by global warming are the main stressors for lakes. The causes and consequences are complex and affect the abiotic and biotic environment. To monitor and evaluate these effects, regular sampling events are prerequisite as long-term data sets are fundamental for further management strategies. The monitoring of Lake Mondsee (Austria) has a long tradition and sheds light on the effects of eutrophication and climate warming. During the eutrophication phase in the late 1970s, the focus was mainly on nutrient loading (especially of phosphorus), oxygen concentration and algal production. At that time, nutrient loading peaked while oxygen concentration dropped and subsequently, algal and cyanobacterial blooms of Planktothrix rubescens appeared. After beginning with sewage treatments, the nutrient rich (eutrophic) status turned back steadily to a lower nutrient level (meso-oligotrophic). Since mid of the 1990s, an oxygen-depleted zone started to expand again in deep water layers despite low phosphorus levels. Detailed analyses of water temperatures revealed an increase in surface temperatures and changes of the mixing regime and the prolongation of the stratification period. Above the lake bottom, we observed again similar concentration levels of nutrients and oxygen found during eutrophication phase. These effects led to conclude that the ecosystem of Lake Mondsee has been already affected by climate warming. To keep the process of global warming under control and to protect our lakes for future generations, swift and sustainable action is mandatory.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Literatur
Achleitner, D., Gassner, H., Jagsch, A. (2007): Die limnologische Langzeitentwicklung des Mondsees und Irrsees. Schriftenreihe BAW, 26, Bundesamt für Wasserwirtschaft, Wien
Adrian, R., O’Reilly, C.M., Zagarese, H. et al (2009): Lakes as sentinels of climate change. Limnol Oceanogr 54:2283–2297. https://doi.org/10.4319/lo.2009.54.6_part_2.2283
Anderson, D.M., Glibert, P.M., Burkholder, J.M. (2002): Harmful algal blooms and eutrophication: Nutrient sources, composition, and consequences. Estuaries 25:704–726. https://doi.org/10.1007/BF02804901
Arend, K.K., Beletsky, D., DePinto, J.V. et al (2010): Seasonal and interannual effects of hypoxia on fish habitat quality in central Lake Erie. Freshw Biol 56:366–383. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2010.02504.x
Auer, I., Böhm, R., Jurkovic, A. et al (2007): HISTALP—historical instrumental climatological surface time series of the Greater Alpine Region. Int J Climatol 27:17–46. https://doi.org/10.1002/joc.1377
Auer, I., Foelsche, U., Böhm, R. et al (2014): Vergangene Klimaänderung in Österreich. In: Kromp-Kolb H, Nakicenovic N, Steininger K et al (Hrsg) Österreichischer Sachstandsbericht Klimawandel 2014 Verlag der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Wien, https://doi.org/10.1553/aar14s227.
Barbarossa, V., Bosmans, J., Wanders, N. et al (2021): Threats of global warming to the world’s freshwater fishes. Nat Commun 12:1701. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21655-w
Blatterer, H., Luger, M. (2013): Global warming prolongs the thermal stratification of dimictic lake Mondsee. Geophys Res Abstracts, Vol. 15, EGU General Assembly
Carpenter, S.R., Fisher, S.G., Grimm, N.B., Kitchell, J.F. (1992): Global change and freshwater ecosystems. Annu Rev Ecol Syst 23:119–139
Chorus, I., Welker, M. (2021): Toxic Cyanobacteria in water, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton (FL), on behalf of the World Health Organization, Geneva. https://doi.org/10.1201/9781003081449
Danecker, E. (1969): Bedenklicher Zustand des Mondsees im Herbst 1968. Österreichs Fischerei 22:25–31
DeMott, W.R., Gulati, R.D., Van Donk, E. (2001): Daphnia food limitation in three hypereutrophic Dutch lakes: Evidence for exclusion of large-bodied species by interfering filaments of cyanobacteria. Limnol Oceanogr 8:2054–2060. https://doi.org/10.4319/lo.2001.46.8.2054.
Dokulil, M.T. (2017): Alpenrandseen im Anthropocän: Verschlechterung und Sanierung – eine österreichische Erfolgsgeschichte. Acta ZooBot Austria 154:1–53
Dokulil, M., Skolaut, C. (1986): Succession of phytoplankton in a deep stratifying lake: Mondsee, Austria. Hydrobiologia 138:9–24. https://doi.org/10.1007/BF00027229
Dokulil, M., Teubner, K. (2012): Deep living Planktothrix rubescens modulated by environmental constraints and climate forcing. Hydrobiologia 698:29–46. https://doi.org/10.1007/s10750-012-1020-5
Dokulil, M.T., Jagsch, A. (1992): The effects of reduced phosphorus and nitrogen loading on phytoplankton in Mondsee, Austria. Hydrobiologia 243:389–394. https://doi.org/10.1007/BF00007055
Dokulil, M.T., Teubner, K. (2000): Cyanobacterial dominance in lakes. Hydrobiologia 438:1–12. https://doi.org/10.1023/A:1004155810302
Dokulil, M.T., Teubner, K. (2005): Do phytoplankton assemblages correctly track trophic changes?—An assessment using directly measured and palaeolimnological data. Freshw Biol 50:1594–1604. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2005.01431.x
Dokulil, M.T., de Eyto, E., Maberly, S.C. et al (2021): Increasing maximum lake surface temperature under climate change. Climatic Change 165:56. https://doi.org/10.1007/s10584-021-03085-1
Donabaum, K. (1992): Der Chlorophyll‑a Gehalt von Planktonalgen: Untersuchungen in statischer und kontinuierlicher Kultur. Dissertation, Universität Wien
Feuillade, M., Davies, A. (1994): Studies on Lake Nantua. Seasonal variations and long-term trends in phytoplankton pigments. Arch Hydrobiol Beih Ergebn Limnol 41:95–111
Ficker, H., Luger, M., Gassner, H. (2017): From dimictic to monomictic: empirical evidence of thermal regime transitions in three deep alpine lakes in Austria induced by climate change. Freshw Biol 62:1335–1345. https://doi.org/10.1111/fwb.12946
Findenegg, I. (1969): Die Eutrophierung des Mondsees im Salzkammergut. Wasser und Abwasserforschung 4:139–144
Gassner, H., Zick, D., Bruschek, G., Frey, I., Mayrhofer, K., Jagsch, A. (2006): Die Wassergüte ausgewählter Seen des oberösterreichischen und steirischen Salzkammergutes 2001–2005. Schriftenreihe BAW, 24, Bundesamt für Wasserwirtschaft, Wien
Greisberger, S., Teubner, K. (2007): Does pigment composition reflect phytoplankton community structure in differing temperature and light conditions in a deep alpine lake? An approach using HPLC and delayed fluorescence techniques. J Phycol 73:1108–1119. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2007.00404.x
GZÜV (Gewässerzustandsüberwachungsverordnung) (2006): BGBl. II Nr. 479/2006i.d.g.F
Hansson, L.A., Gustafsson, S., Rengefors, K., Bomark, L. (2007): Cyanobacterial chemical warfare affects zooplankton community composition. Freshw Biol 52:1290–1301. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2007.01765.x
Van Husen, D. (2003): Als unsere Seen Gletscher waren, Die eiszeitliche Entwicklung im Salzkammergut – Gmundner Geo-Studien 2:215–222.
Jagsch, A. (1980): Untersuchungen von Mondsee und Irrsee 1979. Arb Lab Weyregg 4:127–152
Jagsch, A., Dokulil, M. (1989): Mondsee. In: Wurzer E (Hrsg) Seenreinhaltung in Österreich Fortschreibung 1981–1987, Heft 6a der Schriftenreihe: Wasserwirtschaft, BMLF, Wien, S 155–163
Jagsch, A., Megay, K. (1982): Mondsee. In: Wurzer E (Hrsg) Seenreinhaltung in Österreich, Heft 6 der Schriftenreihe: Wasserwirtschaft, BMLF, Wien, S 155–163
Jeppesen, E., Meerhoff, M., Holmgren, K. et al (2010): Impacts of climate warming on lake fish community structure and potential effects on ecosystem function. Hydrobiologia 646:73–90. https://doi.org/10.1007/s10750-010-0171-5
Jeppesen, E., Mehner, T., Winfield, I.J. et al (2012): Impacts of climate warming on the long-term dynamics of key fish species in 24 European lakes. Hydrobiologia 694:1–39. https://doi.org/10.1007/s10750-012-1182-1
Knapp, D., Posch, T. (2021): Burgunderblutalge im Zürichsee. Populationsdynamik und Einfluss des Klimawandels. Aqua & Gas 4:14–21.
Kowalczewska-Madura, K., Dondajewska, R., Gołdyn, R. et al (2018): Internal phosphorus loading from the bottom sediments of a dimictic lake during its sustainable restoration. Water Air Soil Pollut 229:280. https://doi.org/10.1007/s11270-018-3937-4.
Lappalainen, J., Lehtonen, H. (1997): Temperature habitats for freshwater fishes in a warming climate. Boreal Environ Res 2:69–84.
Le Moal, M., Gascuel-Odoux, C., Ménesguen, A. et al (2019): Eutrophication: a new wine in an old bottle? Sci Total Environ 651:1–11. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.139
Lehtonen, H. (1996): Potential effects of global warming on northern European freshwater fish and fisheries. Fisheries Manag Ecol 3:59–71. https://doi.org/10.1111/j.1365-2400.1996.tb00130.x
Lürling, M., Van Oosterhout, F., Faassen, E. (2017): Eutrophication and warming boost cyanobacterial biomass and microcystins. Toxins 9:64. https://doi.org/10.3390/toxins9020064
Moustaka-Gouni, M., Sommer, U. (2020): Effects of harmful blooms of large-sized and colonial cyanobacteria on aquatic food webs. Water 12:1587. https://doi.org/10.3390/w12061587
Müller, B., Bryant, L.D., Matzinger, A., Wue, A. (2012): Hypolimnetic oxygen depletion in eutrophic lakes. Environ Sci Technol 46:9964–9971. https://doi.org/10.1021/es301422r
OECD (1982): Eutrophication of waters: Monitoring, assessment and control. Organization for Economic Co-Operation and Development, Paris
ÖNORM M 6231 (2001): Richtlinien für die ökologische Untersuchung und Bewertung von stehenden Gewässern. Österreichisches Normungsinstitut, Wien
O’Reilly, C.M., Sharma, S., Gray, D.K. et al (2015): Rapid and highly variable warming of lake surface waters around the globe. Geophys Res Lett 42:10773–10781. https://doi.org/10.1002/2015GL066235
Posch, T., Köster, O., Salcher, M., Pernthaler, J. (2012): Harmful filamentous cyanobacteria favoured by reduced water turnover with lake warming. Nature Clim Change 2:809–813. https://doi.org/10.1038/nclimate1581
Schaber, P. (2015): Die Reoligotrophierung der Salzburger Vorlandseen Mattsee, Obertrumer See, Grabensee und Wallersee. In: Land Salzburg (Hrsg) Die großen Seen Salzburgs, Reihe Gewässerschutz, Band 17, S 21–72
Schadler, J. (1959): Zur Geologie der Salzkammergutseen. Österreichs Fischerei 12:36–54.
Schagerl, M., Donabaum, K. (2003): Patterns of major photosynthetic pigments in freshwater algae. 1. Cyanoprokaryota, Rhodophyta and Cryptophyta. Ann Limnol—Int J Lim 39:35–47. https://doi.org/10.1051/limn/2003003
Schindler, D.W. (1971): Carbon, nitrogen and phosphorus and the eutrophication of freshwater lakes. J Phycol 7:321–329. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.1971.tb01527.x
Schindler, D.W. (1974): Eutrophication and recovery in experimental lakes: implications for lake management. Science 174:897–899. ttps://doi:10.1126/science.184.4139.897
Schindler, D.W. (2006): Recent advances in the understanding and management of eutrophication. Limnol Oceanogr, 51: 356–363. https://doi.org/10.4319/lo.2006.51.1_part_2.0356.
Schindler, D.W., Hesslein, R.H., Turner, M.A. (1987): Exchange of nutrients between sediments and water after 15 years of experimental eutrophication. Can J Fish Aquat Sci 44:26–33. https://doi.org/10.1139/f87-277
Schwarz, K. (1979): Entwicklung des Phytoplanktons im Mondsee von 1968–1978. Österreichs Fischerei 32:213–216
Schwörbel, J., Brendelberger, H. (2005): Einführung in die Limnologie. Spektrum Akademischer Verlag, München, Heidelberg
Sharma, S., Blagrave, K., Magnuson, J.J. et al (2019): Widespread loss of lake ice around the Northern Hemisphere in a warming world. Nat Clim Chang 9:227–231. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0393-5
Smith, V. H. (2003): Eutrophication of freshwater and marine ecosystems: a global problem. Environ Sci Pollut Res Int 10:126–1393. https://doi.org/10.1065/espr2002.12.142.
Somero, G.N. (2010): The physiology of climate change: how potentials for acclimatization and genetic adaptation will determine “winners” and “losers”. The J Exp Biol 213:912–920. https://doi.org/10.1242/jeb.037473
Stocker, T.F., Qin, D., Plattner, G.K. et al (2013): Technical Summary. In: Stocker TF, Qin D, Plattner GK et al (Hrsg) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, New York
Trippel, E.A., Eckmann, R., Hartmann, J. (1991): Potential Effects of Global Warming on Whitefish in Lake Constance, Germany. Ambio 20, 6: 226–231. Accessed May 25, 2021. http://www.jstor.org/stable/4313830.
Vollenweider, R.A. (1968): Scientific fundamentals of the eutrophication of lakes and flowing waters, with particular reference to nitrogen and phosphorus as factors in eutrophication. Tech Rep DAS/CS/68.27, OECD, Paris
Vollenweider, R.A. (1976): Advances in defining critical loading levels for phosphorus in lake eutrophication. Mem Ist Ital Idrobiol 33:53–83.
Whitney, J.E., Al-Chokhachy, R., Bunnel, D.B. et al. (2016): Physiological Basis of Climate Change Impacts on North American Inland Fishes. Fisheries 41:332–345. https://doi.org/10.1080/03632415.2016.1186656
Woolway, R.I., Kraemer, B.M., Lenters, J.D. et al (2020): Global lake responses to climate change. Nat Rev Earth Environ 1:388–403. https://doi.org/10.1038/s43017-020-0067-5
Woolway, R.I., Sharma, S., Weyhenmeyer, G.A. et al (2021): Phenological shifts in lake stratification under climate change. Nat Commun 12:2318. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22657-4
Danksagung
Die Autoren widmen diese Arbeit HR Dr. Albert Jagsch, dem langjährigen Leiter des Instituts für Gewässerökologie und Fischereiwirtschaft, der in den 1970er-Jahren die limnologischen Untersuchungen an den Salzkammergutseen ausbaute und sich Zeit seines Wirkens für die Fortführung dieser Langzeitdatenreihen eingesetzt hat. Danke auch an Prof. Dr. Martin Dokulil für die Chlorophyll-a-Daten von 1986 bis 1993. Ein großes Dankeschön gebührt auch den vielen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des BAW-IGF, welche in den vergangenen Jahrzehnten zum Aufbau der langjährigen Datenbasis beigetragen haben.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Hinweis des Verlags
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Luger, M., Kammerlander, B., Blatterer, H. et al. Von der Eutrophierung in die Klimaerwärmung – 45 Jahre limnologisches Monitoring Mondsee. Österr Wasser- und Abfallw 73, 418–425 (2021). https://doi.org/10.1007/s00506-021-00786-w
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s00506-021-00786-w
Schlüsselwörter
- Algenblüte
- Klimawandel
- Eutrophierung
- Süßwasser
- See
- Mixis
- Mondsee
- Nährstoffe
- Sauerstoff
- Phosphor
- Planktothrix
- Schichtung