Der Fe/P-Quotient des Sediments als Merkmal des Stoffumsatzes in Brackwässern

Helgoland Marine Research, Oct 1964

1. Zur Untersuchung des Phosphathaushalts der Rügenschen Brackwässer (Ostsee) wurden zahlreiche Sedimentanalysen durchgeführt, und dabei Wassergehalt, Glühverlust, Eisen, Phosphor und Stickstoff untersucht. Die bis 10 cm langen Sedimentprofile wurden hierzu in 1 cm lange Abschnitte zerlegt. 2. In methodischen Untersuchungen wurde festgestellt, daß ein Salzgehalt von 1 % NaCl die Phosphatbestimmung nicht beeinflußt. Erst ab 3 % NaCl wurde ein deutlicher Salzfehler festgestellt. Zwei miteinander verglichene Verfahren der Gesamt-Phosphorbestimmung (Schwefelsäure- und Salzsäureaufschluß) ergaben eine befriedigende Übereinstimmung. 3. In den Rügenschen Brackwässern steigt der Phosphorgehalt mit steigender Entfernung von der Ostsee stark an und erreicht im Gesamt-Phosphat Were von mehr als 2 mg P/l. Gleichzeitig steigt auch die Produktion stark an. 4. Organische Substanz (Glühverlust), eisen und Phosphor des Sediments sind eng miteinander verknüpft: Bei Sedimenten mit weniger als 5 % Glühverlust ist der Eisen- und Phosphorgehalt gering, der Fe/P-Quotient liegt bei 12. Mit steigender Menge an organischer Substanz steigt der Eisen- und Phosphorgehalt des Sediments an, wobei Eisen den vierfachen, Phosphor aber nur den doppelten Wert erreicht. Hierdurch verschiebt sich der Fe/P-Quotient zugunsten des Eisens im Mittel auf 23. Da der Eisengehalt im Vergleich zu Süßwassersedimenten mit gleichem Glühverlust nicht erhöht ist, der Phosphorgehalt dagegen sehr niedrig liegt, ist der Fe/P-Quotient nicht durch eine Eisenanreicherung im Schlamm, sondern vielmehr durch eine Phosphorabgabe aus dem Schlamm so stark verschoben. 5. Voraussetzung für diese Prozesse im Brackwassersediment ist der hohe Sulfatgehalt des Brackwassers und die damit verknüpfte hohe Sulfatreduktion, die zur Eisensulfidbildung und damit zur Lösung der adsorptiven Bindung zwischen Ferrihydroxyd und Phosphat führt. Die aus der Bindung befreiten Phosphat-Ionen gehen wieder in Lösung, während Eisen als Sulfid im Sediment festgelegt wird. Der Sulfatgehalt ist also für den Phosphathaushalt von entscheidender Bedeutung. 6. Im Sediment des sulfatärmeren Süßwassers fehlt die Korrelation zwischen organischer Substanz und Fe/P-Quotient. Der Fe/P-Quotient verändert sich hier vielmehr unabhängig vom Glühverlust. Die Korrelation zwischen Fe/P-Quotient und Glühverlust ist also vom Sulfatgehalt abhängig. 7. Nur in den hochproduktiven Abschnitten des Brackwassers ist der Fe/P-Quotient so extrem verschoben. Ein hoher Fe/P-Quotient, starke Phosphatmobilisierung und hohe Produktion sind also ursächlich miteinander verknüpft. Der Fe/P-Quotient kann daher direkt als Indikator für eine Hochproduktion im Brackwasser angesehen werden. 8. Auch der N/P-Quotient und der Wassergehalt des Brackwassersediments sind mit dem Glühverlust verbunden und steigen mit dem Glühverlust an. 9. Zwei Hauptprinzipien sind für die riesige Produktion in den Rügenschen Brackwässern verantwortlich: die hohe Phosphorabgabe aus dem Schlamm und die bereits früher festgestellte gewaltige Nannoplanktonentwicklung.

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Der Fe/P-Quotient des Sediments als Merkmal des Stoffumsatzes in Brackwässern

Der Fe/P-Quotient des Sediments als Merkmal des Stoffumsatzes in Brackw issern 0 Hydrobiologische Anstah der Max-Planck-GeselIschafl , Pl6n, Holstein The Fe/P-quotient of mud as an indicator of the turn-over in brackish waters. The relation between phosphate and iron is of great importance in assessing the phosphate content of natural waters, since Fe(OH)8, which is formed in the presence of oxygen, binds phosphate and fixes it in the sediment. Through ex&ange of ferric hydroxide with iron sulphide by means of hydrogen sulphide, the adsorptive linkage between iron and phosphorus is broken, and the phosphate ions witl go ba& into solution. The sulphate content of the natural waters and the bacterial sulphate reduction connected with it are therefore of great importance for the phosphate content. In marine and brackish waters liberation of phosphate reaches extremely high intensities because of the high sulphate content. This situation was studied in the brackish waters of the Isle of Riigen (Baltic Sea) by means of sediment analyses. More than 70 soil profiles were collected and analyzed with respect to organic substances, iron and phosphate content. Considering the relationships between these three factors, it could be shown that in sediments containing less than 5 % organic substances, the iron and phosphorus content is lower, and the iron/phosphorus quotient is about 12. With rising concentrations of organic substances, the iron and phosphorus content increases, iron increasing fourfold and phosphorus only doubling. Thus the iron-phosphorus quotient reaches an average of 23. Only in highly productive brackish water areas does the Fe/P quotient attain su& a high value. An extensive production of organic material, an effective phosphate mobilization and a high Fe/P quotient are thus causally combined. - E I N L E I T U N G Nachdem in einer friiheren Mitteilung (OvERBtCK i962) der iiberragende Anteil des Nannoplanktons an der Planktonproduktion der Riigenschen Brackw~isser dargestellt wurde, soll in der vorliegenden Arbeit der Einflug des Sediments auf die ProduktionshShe untersucht werden. Der Austausch zwischen Schlamm und Wasser hat bekanntlich eine entscheidende Bedeutung ffir die N~hrstoffversorgung eines Gew~issers. Die Bakterienmassen des Sediments ftihren die aeroben und anaeroben Umsetzungen durch, die schlieglich die Mineralisierung der geformten organischen Substanz verursachen. Aus dem Sediment werden die aus organischer Bindung befreiten Mineralien durch den Schlamm-Wasseraustausch erneut dem Wasser und damit der pflanzlichen Produktion zugefiihrt. Der Schtamm ist hierbei das riesige Reservoir, aus dem die Nahrstoffe in das Wasser gelangen. E i n Mechanismus Rir diesen Austausch - spezM1 ftir die Abgabe yon Phosphat aus dem Schlamm - ist bekanntlich yon ganz besonderer Wichtigkeit, n~imlichdas Eisen-Phosphor-Verh~itmis. Auf die Verkettung des Phosphathaushalts mit dem des Eisens haben zuerst EINSeLE (1936) und OnrE (1937) hingewiesen. Nach diesen Untersuchungen scheidet Fe(HCO~)~-haltiges Wasser bei Anwesenheit yon Sauerstoff Eisen als Fe(OH)~ ab. Im Wasser gel/Sstes Phosphat wird dabei unter adsorptiver Bindung an Fe(OH)3 aus dem Phosphatkreislauf ausgeschieden und im Sediment festgelegt (EINSrLE 1936). Die Adsorption des PO4-Anions an das kolloidale Fe(OH)3 ist pH-abh~ingig und ist im alkalischen Bereich stark zurilckgedr~ingt (OHLE 1937). Auch werden die Prozesse unter anderem dadurch kompliziert, daf~ in kalkarmen Braunwasserseen die dort reich vorhandenen Humins~iureverbindungen Eisen adsorbieren, wodurch eine friihzeitige Ausf~illung des Eisenhydroxyds verhindert wird (OHLE 1935). Wichtig ist nun, dai~ die Eisen-Phosphor-Beziehung durch den Sulfat- bzw. I-I~SGehalt des Gew~issersoder des Schlammes entscheidend beeinfluf~twird: Die bakterielle Sulfatreduktion nimmt eine beherrschende Stellung im Sediment ein. Durch den entstandenen Schwefelwasserstoff wird das Eisen als Sulfid ausgef~illt oder bei aeroben Verh~iltnissen im Schlamm dazu umgewandelt. Dadurch wird die Phosphatfestlegung durch Ferrihydroxyd aufgehoben, die Phosphationen bleiben in L~Ssungoder gelangen aus dem Sediment in das Wasser. Die Bedeutung des Sulfats f[ir diese Phosphatmobilisierung ist gar nicht hoch genug einzusc~itzen, und mit vollem Recht wurde Sulfat daher als ,,Katalysator" des limnischen Stoffkreislaufs bezeichnet (OHLE 1954a). Wenn der Schlamm eine so groi~eReduktionskapazit~it besitzt, dai~ er auch durch Kontakt mit sauerstoffhaltigem Wasser nicht oxydiert wird, erfolgt iiberhaupt keine Phosphatfestlegung mehr oder doch nur insoweit, als die Phosphationen in Organismen gebunden werden. Infolge der stiirmisch verlaufenden bakteriellen Umsetzungen im Sediment wird auch dieser Phosphatanteil schnell wieder mineralisiert. ,,Ein See, der diesen Zustand erreicht hat, ist wahrhatt als eutroph zu bezeichnen" (OHLE 1953). Fiir Meerwasser und Brackwasser hat dieser Mechanismus infolge des im Vergleich zum Siif~wasser erheblich erh/Shten Sulfatgehalts (Verh~iltnis etwa 1:100) zweifellos eine ganz besondere Bedeutung. Auf dieser Tatsache beruhen ja die Schwierigkeiten der Abwasserbeseitigung ki~stennaher Grof~st~idte durch eine einfache Einleitung ohne vorherige Aufbereitung in Meeresbuchten (OM~E 1954 b). Der Zweck der vorliegenden Untersuchung ist es, diese Verh~iltnisse in den Riigenschen Brackw~issernzu er~Srtern und speziell dutch Sedimentanalysen einen Einblick in die Phosphat-Eisen-Verkettung im Brackwasser zu vermitteln. Denn die durch hohen Sulfatgehalt des Wassers gesteigerte Phosphatmobilisierung mutate fiir den Phosphatgehalt dieses Brackwassergebietes und damit fi~r die HShe der Planktonproduktion yon entscheidender Bedeutung sein. UNTERSUCHUNGSMETHODEN Fi~r die Sedimentenmahme verwendeten wir einen selbstkonstruierten Bodenstecher mit Gest~inge und auswechselbarem Glasrohr (OvER~ECK 1957). Der Bodenstecher besitzt eine Metallh[ilse mit scharfer Schneide, die mit Hilfe des Gest~inges auch bei hartem Sandboden eine Probenenmahme gestattet. Hiermit wurden im Mai, Juli, Septe mber und Dezember 1954 sowie im April und Oktober 1955 fiber 70 Bodenprofile entnommen und nach Zerteilung in 1 cm lange Abschnitte (ca. 300 Proben) auf ihren Wassergehalt, Gehalt an organischer Substanz (Gltihverlust), Stickstoff, GesamtPhosphat und Eisen untersucht. Im einzelnen wurde wie folgt verfahren: Zur Bestimmung des W a s s e r g e h a 1t e s liegen wit eine eingewogene Menge Feuchtschlamm (ca. 5 g) 2 X 24 Stunden bei 100° C im Porzellantiegel trocknen und verwogen bis zur Gewichtskonstanz. Zur Bestimmung des G 1ii h v e r 1u s t e s wurden die Proben 2 Stunden bei 600° C gegliiht und nach dem Abktihlen im Exsikkator bis zur Gewichtskonstanz verwogen. Bei 600° C beginnt zwar bereits die Zersetzung yon CaCO8 (UNGEMACH1960) , da aber die Sedimente kalkarm sind, diir~e dieser Fehler nicht ins Gewicht fallen. Der G e s a m t - S t i c k s t o f f wurde in iiblicher Weise nach dem Kjeldahl-Verfahren bestimmt. 100 mg des getro&neten, pulverisierten und gesiebten (0,5 mm) Sediments wurden unter Zusatz des Selenreaktionsgemisches nach WIENING~I~ (Merck Nr. 8030) und 2 ml konzentrierter Schwefels~iure in einem Kjeldahlkolben auf dem Sandbad aufgeschlossen, dann das Ammoniak in einer Mikroapparatur abdestilliert und in der Vorlage titrimetrisch bestimmt. Der G e s a m t - P h o s p h o r wurde in den meisten F/illen vergleichend nach zwei Verfahren bestimmt: nach der yon OHLE (1938) angegebenen Methodik und nach einem von THoMas (i955) verSffentlichten Bestimmungsverfahren. Bei dem Verfahren nach OHLE wird das luittrockene Sediment mit konzentrierter Schwefels~iure aufgeschlossen, bei der Bestimmung nach THOMAS abweichend hiervon 2 Stunden in 10°/0iger HC1 auf dem Sandbad gekocht. Da die Bestimmungsmethodik fiir unsere Ergebnisse prinzipielle Bedeutung besitzt, seien beide Verfahren bier dargestellt. Gesamtphosphorbestirnrnung mit Schwefelsiiureaufschlufi 50 mg des luf~tro&enen, pulverisierten Sediments wurden in den yon OHL~ beschriebenen Glasschiffchen quantitativ in einen 100 ml Erlenmeyerkolben gebracht, mit 0,4 ml H~SO4 conc. und 10 ml Aqua destillata versetzt und auf dem Sandbad bis zum Auftreten yon SO~-D~impfen erhitzt. Nach dem Abkiihlen gaben wir unter leichtem Erw~irmen 2 Y, 5 Tropfen Perhydrol (bei kohlenstoffreichem Sediment mehr) zum Aufschlut~, wodurch der Kohlenstoff vollst~indig oxydiert und die Schmelze farblos wird. Dann wurde wie vorgeschrieben verfahren (OHL~ 1938: Neutralisieren mit Ammoniak 2,5 °/0, Zusatz yon 2 ml n Schwefels~iure, Zentrifugieren, Zusatz yon 1 ml 0,010/0iger KCN-L&ung). Bei vorschriftsm~if~iger Durchfiihrung des Bestimmungsganges erh~ilt man ausgezeichnet reproduzierbare Werte. Die Notwendigkeit, neben dem SchwefetsS.ureaufschlug auch einen Salzs~iureaufschlutg zu verwenden, ergab sich daraus, dab Tt~AHMS(1941) mit einem Salzs~iureaufschlug im Sediment des Grogen Jasmunder Boddens erheblich htShere Phosphatwerte als wir ermittelte. Es war daher auch ein Salzs~iureaufschluf~ zu iiberpriifen. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, daf~ beide Aufschluf~verfahren recht gut iibereinstimmen und die TwAHMsschenWerte als zu hoch anzusehen sind. Wahrscheinlich ist der hohe Phosphatgehalt bei TRAHMSauf die unzui~ssige, getrennte Zugabe yon Ammoniummolybdat und Schwefelsiiure zuriickzufilhren, wodurch die Bildung yon Silicomolybd~inblau geftirdert wird. Gesamtphosphorbestimmung mit SalzdiureaufschIu/3 Beim Salzs~ureaufschlui~ werden 500 mg des trockenen Sediments im Kjeldahlkolben 2 Stunden in 50 ml 10°/0iger HC1 au£ dem Sandbad gekocht. Dana& wird die Probe in einen 100-mi-Mef~kolben filtriert, auf Marke aufgeftillt und 1:10 verdiinnt (10 auf 100 ml). Von dieser 2. Verd~innungsstufe werden 10 ml enmommen und mit Paranitrophenol (0,2°/0ig, 2 Tropfen) als Indikator mit Ammoniak (2,5 %) bis zum Neutralpunkt titriert. Die neutralisierte LSsung wird in einen 100-ml-Mef~kolben gespiilt, nach Zugabe von 1 ml Ammonmolybdat-Schwefels~iure und 0,12 ml SnCi~ (nach OttL~) auf Marke aufgeftillt und nach genau 10 Minuten im Pulfrichphotometer wie beim Schwefels~iureaufschluf~gemessen (15 cm Absorptionsrohr, Filter S 43). Aus der 2. Verdiinnungsstufe des Salzs~iureaufschlusses wurden 25 ml entnommen und unter Zusatz yon 3 Tropfen Perhydrol mit 1,3 ml HC1 conc. auf ungef~ihr 20 ml eingedamplY, wobei E i s e n in die dreiwertige Stufe iiberfiihrt wird. Nach dem Erkalten wird die Probe in einen 25-ml-Met~kolben iiberfiihrt und unter Zusatz yon 2,5 ml 500/0iger AmmonrhodanidlSsung auf Marke aufgefiillt und nach 5 Minuten im Pulfrichphotometer in der 5 c m Kiivette gemessen (MOLLER1954 ). METHODISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR GESAMTPHOSPHOR BESTIMMUNG IM BRACKWASSERSEDIMENT Zusammenfassend sei tiber einige methodis&e Untersuchungen berichtet, die zur Sicherung der Ergebnisse in grol~en Reihen durchgefiihrt wurden. Vergleich verschiedener AufschIuJ~mittel Um die Wirksamkeit verschiedener AufschluBverfahren zu ermitteln, wurden Sedimentproben aus dem Breeger Bodden (Abb. 1) vergleichend mit konzentrierter Salzs~iure bzw. Aqua destillata aufgeschlossen. Mit dem Aqua destillata-Aufs&lui~ wurde 82 % des Phosphors im Verh~,ilmis zum Salzs~iureau£schlui~erhalten. Eine Versuchsreihe mit KSnigswasser, HC1 cone., H~SO~ conc. und Aqua destillata ergab in der Reihenfolge der Aufschlui~mittel einen Phosphorgehalt yon 100%, 96o/0, 95 °/0 bzw. 91%. Die Untersuchungen zeigen also, daf~ nur ein ganz geringer Anteil des Phosphats festgelegt ist und der Hauptteil in wasserlSsticher Form vorliegt. Dieses Ergebnis ist yon grof~er Wichtigkeit, beweist es doch die postulierte Phosphatmobilit~it des Brackwassersediments, die Gegenstand der vorliegenden Untersuchung ist. Der grSi~te Tell des Eisens liegt im Sediment als Sulfid vor (tiefschwarzes Sediment, das nach Zugabe yon S~iure penetrant nach H2S riecht), Phosphat wird also nicht adsorbiert. Hinzu kommt, dai~ in dem alkalischen Schlamm (pH etwa 7,5-8,5) die Adsorption der PO~-Anionen an eventuell vorhandene an&re kolloidale Tr~iger erheblich zurtickgedr~,ingt sdn mu~, da organische Kolloide, um die es sich im wesentlichen handeln diiri%, im alkalischen Bereich negativ geladen sind (OHLE 1937). Auch wird die Mineralisierung in dem organisch reichen Flachwassersediment sehr rasch ablaufen. J. Ov~RB~CK Ferner wissen wit aus den Untersuchungen der letzten Jahre, daf~ die postmortale Abgabe yon Phosphat aus pflanzlichen und tierischen Zellen aui~erordentlich hoch ist. Nad~ KRAUSE (1961) erreicht sie beispielsweise bei Zooplankton im Extremfall 95 °/o in 24 Stunden, das heifer 95 °/0 des in den Zellen gebundenen Phosphats ist berelts nach einem Tag frei verftigbar. Die Summe aller Faktoren bewirkt, daf~ das Phosphat gr/Sf~tenteils in wasserl&licher, nicht gebundener Form im Brackwassersediment vorliegt. Es ist also wirklich mobilisiert. Einflufl yon NaCI auf die Phosphatbestimmung Da wit es mit einem Brackwassersediment zu tun haben, war es notwendig, den Einfluf~ des Salzgehalts auf die Gesamtphosphorbestimmung zu untersuchen. Das Ergebnis ist aus folgenden Daten zu ersehen: gefunden 10,1 7 10,1 7 9,4 8,8 y gefunden 29,6 29,6 ?~ 28,2 27,8 Man sieht, dat~ mit zunehmendem Salzgehalt die Phosphatreaktion nicht unerheblich gehemmt wird. Da aber der Salzgehalt im Untersuchungsgebiet stets unter 1 % liegt, kann man diese Salzhemmung vernachlassigen. Der Einflui~ des Salzgehalts auf die Bestimmung des anorganischen Phosphats ist aus den folgenden Analysendaten zu erkennen: Der Faktor fiir den ,,Salzfehler" betr~igt bei 3 °/0 NaC1 1,07 und entspricht damit vollst~indig den von CoowR (1938/39) zusammengestellten Werten fiir den ,,salt error". Auch hier gilt, daf~ die Phosphatbestimmung durch den n i e d r i g e n Salzgehalt des Standorts nicht beeinfluf~t wird. Dagegen wird in Ubereinstimmung mit KALL~(1935) eine deutliche Hemmung der Phosphatreaktion durch Kupfersulfat bewirkt. So ergab ein Zusatz yon n/1000 CuSO4 eine Schw~ichungder Farbintensit~it um 12°/0. eingewogen 10 7 P pro 10 ml destilliertes Wasser eingewogen 30 7 P pro 1 1 destilliertes Wasser Salzgehalt Aqua destillata ohne NaC1 q- 1 °/o NaC1 + 2 °/0 NaC1 + 3 °/0 NaC1 Salzgehalt Aqua destillata ohne NaC1 + 1 °/0 NaCI + 2 °/0 NaCI + 3 °/o NaC1 t j 1 ! Abbildung 1 gibt einen Uberblick tiber das Untersuchungsgebiet. Die Rtigenschen Bodden sind tlache, mit der Ostsee kommunizierende Wasserbecken, die sich in langer Kette bis weit in das Innere der Insel Rtigen hinein erstrecken. Da trennende Untiefen fehlen, bilden sie ein zusammenh~ingendes Gew~issersystem, dessen Durchschnittstiefe etwa 2,5 m betr~igt. Tiefere Be&en sind vor allem im Grol~en Jasmunder Bodden Abb. 1: l~bersichttiber das Untersuchungsgebiet. Die Zahlen 1 bis 6 bezeichnendie i3rtlichkeiten, an welchen die Proben enmommen wurden. Die rechts oben aufgeftihrten Daten repr~isentieren Mittelwerte aus allen Tiefenstufen (1-m-Intervalle) im September 1957 (Maximaltiefe etwa 8 bis 9 m) und in kleinerem Umfange auch im Wieker Bodden vorhanden. Die geringe Tiefe und die windbedingte Turbulenz verhindern die Ausbildung einer Sprungschicht. Die Gew~isser sind vielmehr bis zum Grunde gut dur&liiftet. Lediglich unmittelbar tiber dem Schlamm kommt es zu Sauerstoffzehrungen. Der Boden der flachen Gew~isser ist sandig und teilweise dicht bewachsen. Die tieferen Be&en und Rinnen sind mit schwarzem, eisensulfidreichem Faulschlamm angeffillt. In Abbildung 2 sind die grof~en Faulschlammbecken in den Riigenschen Bodden eingezeichnet. Der Schwarze Faulschlarnm in den Senken des Grogen Jasmunder Boddens hat nach Bohrungen yon WASMUND(1939) eine St~irke yon 3 bis 4 m und enth~ilt an der Oberfl~iche 90 % Wasser. Eine eigentliche Grenze gegen das Wasser besteht nach WASMVND nicht. Der oberste Meter ist ein allmiihlicher Ubergang yon Wasser zu Schlamrn. Das mikroskopische Bild zeigt Feindetritus mit Resten pflanzticher Zellverb~inde, tierischen Resten, Diatomeen, Markasit, Pyrit und Sandbeimischungen. Der pH-Wert betr~igt an der Oberfl~iche 7,2 bis 8,8. Der Calciumgehalt ist gering (etwa 0,3 bis 0,7°/0 Ca der Trockensubstanz; Tl~ArtMS 1941). Ausftihrliche Beschreibungen des Untersuchungsgebietes findet man bei GrSSNER (1937), TRAHMS& STOLL (1938) und OVEI~BECK(1956). Wie Abbildung 1 zeigt, verringert sich der Salz- und Sulfatgehalt kontinuierlich mit steigender Entfernung yon der Ostsee und erreicht im Grol~en Jasmunder Bodden die niedrigsten Werte. Die ,,marinen" Bestandteile des Brackwassers, hoher Salz- und Sulfatgehalt, verringern sich also mit stelgender Verdtinnung des Meerwassers. Abet noch im Groi~en Jasmunder Bodden ~ibertriflt die Sulfatkonzentration mit mehr als 500 mg SO4--/1 den Sulfatgehalt des Stil~wassers um etwa das Zwanzigfache. Umgekehrt steigt die Menge des Phosphats mit steigender Entfernung vom Meer stark an und erreicht im GroBen Jasmunder Bodden mehr als 2 mg Gesamt-Phosphor/1, wobei ein deutlicher Anstieg vom Rassower Strom zum GroBen Jasmunder Bodden festzustellen ist. Die Gesamt-Phosphorwerte erscheinen sehr hoch, lie~en sich aber in zahlreichen Einzelproben best~ttigen. Im Grot~en Jasmunder Bodden wurden im September 1957 insgesamt 14 Doppelbestimmungen aus allen Tiefenstufen untersucht; sie liegen ausgezeichnet parallel. Mit gleicher Methodik (OHLE 1938) durchgefiJhrte Gesamt-Phosphorbestimmungen yon Oberfl~tchenwasser aus dem Arkona-, Bornholm- und Gotlandbecken ergaben unmef~bar kleine Phosphorwerte. Es liegt also zweifellos kein Verfahrensfehler vor. STANG~NBEI~G(1958) hat in einem Brackwassergebiet ganz ~,ihnlicher Struktur, dem Frischen Haft, Gesamt-Phosphorwerte gleicher GrSf~enordnung gemessen. Bei zukiJnfLigen Untersuchungen ist die Frage des Gesamt-Phosphorwertes besonders zu beachten. Im eutrophen Siit~wasser mif~t man vie! geringere Werte. So erhielten wit bei langj~ihrigen Untersuchungen yon stark eutrophiertem Havelwasser im Mittel yon mehreren hundert Analysen einen Gesamt-Phosphorwert yon 610 y P/1. Parallel mit dem starken Anstieg des Phosphorgehalts in den RiJgenschen Brackwiissern steigt auch der Trophiegrad an nnd der Grof~e Jasmunder Bodden ist ein euproduktives Gew~isser. Auf diesen Zusammenhang zwischen Phosphatangebot und Trophiegrad ist bei den entsprechenden Untersuchungen der Riigenschen Bodden immer wieder hingewiesen worden. Die Aufgabe der vortiegenden Arbeit war es deshalb, die Bedeutung des Sediments fi~r die Phosphoranreicherung im Wasser und damit ftir die H~She der Produktion in den Rtigenschen Bodden quantitativ zu untersuchen, zumal grSt~ere Abwassereinfltisse fehlen und deshalb die Phosphorlieferung aus dem Sediment allein £ir die ProduktionshShe mat~geblich sein mui~te. Stickstoft liegt im Wasser der Rtigenschen Bodden vorwiegend als Nitrat vor. Die Werte liegen im Bereich yon 40 bis 100 ~ NOs/1. Ein v~lliger Verbrauch wurde nie beobachtet. Nitrit und Ammonlak tiei~en sich hSchstens in Spuren nachweisen. Schwefelwasserstoft trat nirgends frei im Wasser auf. Anscheinend wird er nach Freisetzung aus dem sulfidreichen Sediment sofort oxydiert (OvERB~CX1956). DIE SEDIMENTANALYSEN Gliihverlust, Eisen- und Phosphorgehalt der Sedimente Einen zusammenfassenden Oberblick ~iber den Ollihverlust und Eisen- und Phosphorgehalt der Sedimente gibt Abbildung 2. Der G l f i h v e r l u s t ist im sandigen Sediment des Libben am geringsten, jenem zwischen Hiddensee und RiJgen gelegenen, I~ ~ T ~ ~ ~ RasIsower W2ieker W3ieker Bre4etzer Bre5~jer norJas6munder Abb. 2: Untersuchungsgebiet mit den Faulschlammbe&en im Grof~en Jasmunder Bodden (6) und Wieker Bodden Stid (2). Die rechts oben aufgefiihrten Daten repr~isentierenMittelwerte der Sedimentanalysen (74 Profile mit 295 Zentimeter-Intervatl-Proben) zur eigentlidaen Ostsee iiberleitenden Meeresteil. Er betr~igt hier nur 0,6 °/o der Trokkensubstanz. In allen flachen Bodden mit sandreichem Sediment betriigt der Gltihverlust, wie die rechts oben in Abbildung 2 aufgefiihrten Werte zeigen, recht einheitlich etwa 5 °/0. In den tieferen Faulschlammbecken des Groi~en Jasmunder Boddens und Wieker Boddens (Siid) ist dagegen erheblich mehr organische Substanz angereichert. Der Gltihverlust betriigt bier im Mittel 20,2 bzw. 15,5o/0 der Trockensubstanz. Der hSchste gemessene Wert im Grof~en Jasmunder Bodden erreichte sogar 27,40/0. Auf Grund ihres Gltihverlustes lassen sich unsere Sedimente zwanglos in zwei Gruppen teilen, in Gyttjen, deren Gliihverlust etwa 10 bis 25 °/0 der Trockensubstanz betr~igt (UNGEMACH1960) und in Mineralsedimente mit weniger als 10°/0 Gltihverlust. Auch bezfiglich des E i s e n - und P h o s p h o r g e h a 1t s lassen sich zwei Gruppen yon Sedimenten unterschelden, die eng mit dem Gliihverlust verbunden sind. Denn die Bodden mit dem geringeren Gliihverlust haben den niedrigsten Eisen- und Phosphor J. Ove~BeCK gehalt. Ebenso wie beim Gltihverlust liegen die Werte wieder sehr einheitlich und betragen far Eisen im MitteI 0,54°/0 der Tro&ensubstanz, fiir Phosphor 0,0340/0 (Abb. 2). Auch die Eisen/Phosphor-Quotienten dieser Sedimente gleichen si& sehr und liegen recht einheitlich bei 16. Die tieferen Be&en bilden erneut eine in sich geschlossene Gruppe. Denn mit steigendem Gltihverlust steigt auch die Eisen- und Phosphormenge im Sediment an, wobei sich der Fe/P-Quotient zugunsten des Eisens verschiebt. Tabelle 1 gibt einen l[lberbli& tiber diese Verhiilmisse. Hier wurden der Eisen- und Tabelle 1 Gliihverlust, Eisen- und Gesamtphosphorgehalt sowie der Eisen/Phosphor-Quotient in den Rtigenschen Bodden und im Grogen Pl~SnerSee. Ein Vergleich der beiden Sedimenttypen des Rtigenschen Bra&wassers mit einem SiiI~wassersediment(GyttSa aus dem Gr. PilSner See, Werte aus UNC~aAC~t1960) RiigenscheBodden Gr. P1/SnerSee Gllihverlust Eisen (Fe) Ges.-Phosphor (P) Quotient Fe/P Phosphorgehalt und der Fe/P-Quotient der beiden Sedimentgruppen zusammengestellt. Man sieht, daf~ bei Sedimenten mit weniger als 5 % Gltihverlust der Eisen- und Phosphorgehalt gering ist und der Fe/P-Quotient bei 12 liegt. Mit steigender Menge an organischer Substanz steigt auch die Eisen- und Phosphormenge an, wobei die Eisenmenge den vierfachen, die Phosphormenge jedoch nur den doppelten Wert erreicht. Hierdurch verschiebt sich der Fe/P-Quotient zugunsten des Eisens im Mittel auf 23. Die Erh~Shung des Fe/P-Quotienten mit steigendem Gltihverlust ist statistis& gut gesichert. Es besteht eine e&te Korrelation (r = 0,85) zwis&en Gliihverlust und Fe/P-Quotient; wenn der Gltihverlust steigt, steigt auch der Fe/P-Quotient. Ein Vergleich der absoluten Eisen- und Phosphormengen mit entsprechenden Analysen anderer Sedimente zeigt, dai~ der Phosphorgehalt des Bra&wasserschlammes sehr niedrig und der Eisengehalt dur&aus nicht erh~iht ist. So betrS.gt beispielsweise b d einem Gliihverlust yon 190/0 der Tro&ensubstanz der Eisengehalt im Nordbe&en des Grolgen P1/Sner Sees 1,10/0, der Phosphorgehalt 0,110/0 und der Fe/P-Quotient dementsprechend 10 (vgl. Tab. 1). Der Fe-P-Quotient des Bra&wassersediments ist also ni&t durch eine Eisenanreicherung, sondern vielmehr durch eine Phosphorabgabe so hoch gestiegen. Nur in den hochproduktiven Abs&nitten des Bra&wassers ist der Quotient, wie unsere Untersuchungen zeigen, so extrem verschoben. Wir erinnern daran, dat~ gerade in diesen hochproduktiven Abschnitten des Rtigenschen Bra&wassers in ldbereinstimmung mit dem hohen Fe-P-Quotienten, also der starken Phosphorabgabe aus dem Schlamm, so extrem hohe Gesamt-Phosphormengen bestimmt wurden. Ein hoher Fe/P-Quotient, starke Phosphatmobilit~it und hohe Produktion sind also ursS_chlichmiteinander verbunden. Der Fe/P-Quotient kann daher direkt als Indikator ftir eine Ho&produktion im Bra&wasser angesehen werden. Wie ist die Korrelation zwis&en Gltihverlust und Fe/P-Quotient zu erklgren? Offensichtlich sind eine Reihe yon Prozessen verknlipt~, die letztIi& zu einer Vers&iebung des Fe/P-Quotienten fiihren: Je h6her der Gliihverlust, also je gr6ger die Menge der organis&en Substanz, desto grSger ist die Bakterienzahl im Sediment. So ist beispietsweise aus den Kurven yon M~CHTIEVA(1963) eine nahezu lineare Beziehung zwischen Bakterienzahl und abbauf~ihiger organis&er Substanz zu ersehen. Je hgher die Bakterienzahl im O~-freien Sediment ist, desto intensiver verlaufen die anaeroben Stoffwechselprozesse einschlieglich der Bildung yon Schwefelwasserstoff. In Zusammenhang mit reduktiven Prozessen sinkt das Redoxpotential stindig ab. Dieser Vorgang 15ufc bei natiirlicher Pufferung des Substrats soweit, dag die Schlammoberfl~iche, selbst bei Kontakt mit O.9-haltigem Wasser, ni&t mehr oxydiert wird, die reduktiven Prozesse sich vMmehr bis in das Wasser hinein ausdehnen. Deshalb kommt es zu einer I ??/1 P Fe 100 400 I I I I I I 1 2 3 4 5 6 unbelOftet sterilisiert ~ p weitgehenden Reduktion des Eisens und Festlegung als Sutfid, verbunden mit der LSsung des Phosphats aus der Eisenbindung, was dann zu der geschilderten ErhShung des Fe/P-Quotienten ffihrt. Voraussetzung fiir den ungestSrten Ablauf dieser Prozesse ist der hohe Sulfatgehah des Brackwassers. Ohne ihn w~ire eine Abh~ngigkeit des Fe/P-Quotienten yore Gliihverlust nicht m6glich, wie wir am Beispiel der Siif~wassersedimente noch zeigen werden. Bei der Verschiebung des Fe/P-Quotienten handeh es sich also offensichtlich um einen mikrobiologischen Prozef~, dessen Intensitit yon der Menge der organischen J. OV~RBECK Substanz im Sediment abh~ingt. Die grot~e Bedeutung der Mikroflora lief~sich auch in einem Flaschenversuch unter Verwendung yon nichtsterilisiertem bzw. sterilisiertem Sediment demonstrieren. Hierzu wurde in einer Flasche zweimal autoklaviertes Sediment aus dem Grof~en Jasmunder Bodden und ebenso behandeltes Wasser yore glelchen Standort sterit angesetzt. In zwei weiteren Flaschen kam nichtsterilisiertes Sediment zur Verwendung. Das Ergebnis des Versuches zeigt Abbildung 3. Man sleht, dag in der beli~fteten, nichtsterilislerten Versuchsanordnung der Eisen- und gMchzeitig auch der Phosphorgehalt stark abslnken: Das oxydierte dreiwertige Eisen hat den Phosphor mit zu Boden gerissen. Es kommt zu keiner Phosphorabgabe aus dem Sediment. In der unbeli~tteten, nichtsterilisierten, bis zum Stopfen mit Wasser geftillten Flasche gibt der Schlamm dagegen grot~e Mengen yon Phosphor an das iiberstehende Wasser ab. Denn infolge starker Reduktionen wird Phosphor aus der Bindung an das Eisen entlassen und ist als gelSstes anorganisches Phosphat im Wasser nachzuweisen. Ganz andere Verh~ilmisse liegen dagegen in der Flasche mit sterilisiertem Sediment vor. Obwohl ebenfalls nicht belii~et wurde, wird kein Phosphor aus dem Schlamm abgegeben. Denn ohne die T~itigkeit yon Mikroorganismen wird kein Schwefelwasserstoff gebildet, das Eisen damit nicht als Sulfid festgelegt und Phosphor nicht aus der Bindung an das Eisen freigesetzt. Wit stimmen hinsichtlich dieser Interpretation der Vorg~inge im Brackwassersediment vSllig [iberein mit den Ergebnissen OHLEs (1955), der eine nahezu lineare Beziehung zwischen der Sulfatkonzentration und der Schwefelwasserstoffproduktion experimentell bei Konstanthaltung der tibrigen Faktoren ermittelte. OHL~ konnte in experimentellen Untersuchungen aui~erdem zeigen, daf~ die Menge des produzierten Schwefelwasserstoffs aul~er yon der Sulfatkonzentration yon der Menge der ftir die Bakterien zur VerRigung stehenden organischen Substanz bestimmt wird. Die vertikale Verteilung yon Eisen und Phosphor in den Sedimenten Die vertikale Verteilung yon Eisen und Phosphor in den Sedimenten bietet keine I3berraschungen, denn der Eisen- und Phosphorgehait bleibt in den 5 bis 10 cm langen Profilen etwa konstant, was sich auch in den gleichbleibenden Fe/P-Quotienten ausdrtickt. Die Korretation zwischen Gliihverlust und Fe/P-Quotient ist deutlich. GeIegentli&, aber durchaus nicht regelm~iffig, ist der Fe/P-Quotient an der Sedimentoberfl~/che erhSht, etwa bei m Rassower Strom im September 1954 und beim Wieker Bodden Stid im Oktober I955. In beiden F~illen liegen GRihverlust und Eisengehalt direkt an der Sedimentoberfl~iche sehr hoch bei nur wenig erhShtem Phosphorgehalt, wodurch sich der Fe/P-Quotient zugunsten des Eisens verschiebt. Wahrscheinlich kam es in beiden F~illen in Zusammenhang mit der starken ErhShung der organischen Substanz zu einer erhShten Festlegung des Eisens als Sulfid an der Sedimentoberfl~iche unter Freisetzung yon Phosphor. Gelegentlich wurden auch unregelm~ittige Schwankungen des Fe/P-Quotienten in der Sediments~iule festgestellt, meist bedingt durch herausfallende Eisen- oder Phosphorwerte, die vielleicht nicht real sind. Herausfallende Werte wurden auch i m Breeger Bodden im Mai 1954 beobachtet. Hier wurden in einem Profil trotz des niedrigen Gliihverlustes (2,1%) hohe Fe/P-Quotienten ermittelt. Aber dies alles sind nur Ausnahmen der gesicherten Regel, daf~ der Fe/P-Quotient mit der HShe des Gliihverlustes parallel l~iufL Der StiekstoffgehaIt und der N/P-Quotient der Sedimente Nach UNGEMACH(1960) enthalten die typischen Gyttjen 0,55 bis 1,0o/0 GesamtStickstoff der Trockensubstanz, w~ihrend die Mineralsedimente weniger als 0,5 his 0,020 0/0 Gesamt-N der Trockensubstanz enthalten. Unsere Werte liegen, wie Tabelle 2 Tabelle 2 Gliihverlust, Wasser- und Stickstoffgehalt sowie die Quofienten NIP und Organische Substanz/P der R~igenschen Brackwassersedimente. Angaben in °/0 der Trockensubstanz; Wasser in °/0 der Frischsubstanz Gltihverlust Wassergehalt Gesamt N NIP Organ. Substanz/P Wieker Rassower Bodden Strom Slid 6,9 28 0,06 2,4 216 15,5 45 0,30 4,1 277 Wieker Bodden Nord 8,1 42 0,23 4,1 176 Breetzer Bodden zeigt, genau in diesem Bereich: Die mehr mineralischen Sedimente haben einen Stickstoffgehalt yon weniger als 0,5 °/0, der Grof~e Jasmunder Bodden enth~ilt mehr als 0,5 0/0 Gesamt-N der Trockensubstanz. Hierbei besteht eine vollst~/ndige Parallelit~it zwischen Glfihverlust - also organischer Substanz - und Gesamt-Stickstoff, die statistisch sehr gut gesichert ist (r = 0,9) und die mit den vorliegenden Ergebnissen an zahlreichen Sedimenten gut tibereinstimmt. Der N/P-Quotient schwankt zwischen 2,4 und 14,6 bei einem Mittelwert yon 4,9 (Tab. 2). Er sthnmt damit mit den in der Literatur vorliegenden Werten gut iiberein. Die HShe des N/P-Quotienten ist deutlich yore Gliihverlust abh~inglg mit einer gesicherten Korrelation zwischen beiden (r = 0,5). Der Quotient steigt also mit steigendem Gliihverlust an: Es ist relativ mehr Stickstoff in den an organischen Stoffen reicheten Sedimenten vorhanden. Diese Verschlebung des N/P-Quotienten dtirfte Ietztlich auf die gleichen Vorg~nge zurtickzufiihren sein, die auch die Verschiebung des Fe/PQuotienten bewirkten, n~mlich auf die verst~irkte Freisetzung yon Phosphor aus Sedimenten mit reicherem organischem Anteil, wodurch sich der Anteil des Stickstoffs im Verh~iltnis zum Phosphor relativ erhSht. Das gleiche drtickt sich auch im Quotienten Organische Substanz (Gliihverlust) : P aus (Tab. 2), der parallel zum Fe/P-Quotienten und N/P-Quotienten ebenfalls im Grof~en Jasmunder Bodden den bei weitem h6chsten Wert erreicht. An zweiter Stelle steht wie beim Fe/P-Quotienten wiederum der Wieker Bodden Slid. In der vertikalen Verteilung des Gesamt-Stickstoffs im Sediment ist, sowelt unsere Daten eine Aussage zulassen, eine Abnahme des Stickstoffs mit zunehmender Sedimenttiefe festzustellen. J. OVERB~CK Der Wassergehah der Sedimente Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, besteht eine deutliche Parallelit~it zwischen Gliihverlust und Wassergehalt der Sedimente. Der Grotge Jasmunder Bodden hat bei grSgtern Gliihverlust au& den hS&sten Wassergehalt. Der hiS&ste Mittelwert fiir eine Sediments~iule betr~igt 87,5 % Wasser (Grot~er Jasmunder Bodden), der absolut h/i&ste Weft im glei&en Bodden 91,1 °/o, der absolut niedrigste 5 °/0 (Rassower Strom). Abet auch im Rassower Strom steigt der Wassergehalt sofort an, wenn der Gliihverlust der Sedimente ansteigt (April 1955: Mittelwert Gliihverlust 15,5 0/0,Wassergehalt 76,5 °/0). Die Korrelation zwischen Gltihverlust und Wassergehalt ist statistis& gesichert (r = 0,6). Vielfa& ist die oberste Sedimentschi&t am wasserrei&sten (in 57 0/0 aller Profile). HS.ufig ist ein Sprung im Wassergehalt vom ersten zum zweiten Zentimeter zu beobachten, der teilweise sehr erheblich sein kann (beispielsweise yon 75,4 0/0 auf 47,6 °/0). Au& UNGeMAC~weist auf die auss&Iaggebende Bedeutung der organis&en Substanz fiir den Wassergehalt der Sedimente bin, die auf Grund ihres QuellungsvermSgens eine hohe Wasserkapazit~it besitzt. Bei Fehlen dieses Quellk~Srpers in den mineralis&en Sedimenten nimmt der Wassergehalt sofort stark ab. Ein dur&s&nittli&er Wassergehalt yon 78 %, wie er im Grogen Jasmunder Bodden gefunden wurde, entspricht einem Sediment vom Gyttja-Typ; ein Wassergehalt yon 20 bis 40 °/0 wird £iir mineralische Sedimente angegeben (UNoEMACH1960). Unsere Sedimente lassen sich also au& na& dem Wassergehalt - ebenso wie nach dem Gliihverlust, dem Eisen- und Phosphorgehalt und dem Fe/P-Quotienten - in zwei Gruppen gliedern, was auf die urs~ichli&e Verkntipfung dieser Faktoren hinweist. BESPRECHUNG DER ERGEBNISSE Die untersuchten Sedimente vom Gyttja-Typ des Rtigenschen Brackwassers enthalten etwa 1 bis 2 % Eisen und etwa 0,05 % Phosphor der Trockensubstanz. Es konnte festgestellt werden, datg sich der Fe/P-Quotient gesetzm~iffigmit Erh~Shung des GRihverlustes zugunsten des Eisens verschiebt. So sind die an den organischen Stoffen reicheren Sedimente dutch einen hohen Fe/P-Quotienten gekennzeichnet. Die Verschiebung des Fe/P-Quotienten ist statistis& signifikant. Die Verschiebung des Fe/P-Quotienten ist im wesentlichen dur& die im sulfatreichen Bra&wasser erhShte Festlegung des Eisens als Sulfid und die damit verbundene Freisetzung des Phosphors aus dem Sediment bedingt. Diese Verh~iltnisse gelten zun~i&st nur far die untersuchten Riigenschen Bra&w~isser. Es ist anzunehmen, dafg in ~ihnli&en Bra&w~issern grunds~itzlich glei&e Abl~iufe auftreten werden. Jedo& kgSnntenallo&thone Einfltisse, besonders die Zufuhr yon Eisen und Humins~iuren, den Fe/P-Quotienten stark beeinflussen. In sol&en Fallen diirfte dann die far die Riigenschen Bra&w~isser giiltige Korrelation zwischen Gliihverlust und Fe/P-Quotient gesdSrt sein. Na& den Anatysen yon STANG~NBERO(1958) aus dem Frischen Haft errechnet sich fiir das Sediment dieses Bra&wassers ein Fe/P-Quotient yon I5 bis 19. UNGEMACH (i960) hat bei seinen Untersuchungen des Sedimentchemismus yon 40 europ~iischen Seen auch zwei Bra&w~isser mit einbezogen, den Waterneverstorfer Binnensee und das Windebyer Noor, die beide - wenn auch dur& Schleusen abgetrennt - mit der Ostsee in Verbindung stehen und deren Chemismus, soweit fiir unsere Betrachtungen wichtig, zusammen mit den Werten des Groi~en Jasmunder Boddens in Tabelle 3 wiedergegeben Tabelle 3 Chemismus dreier Brackgew~isser.Angaben in % der Trockensubstanz (Wasserin % der Frischsubstanz). Waterneverstorfer Binnensee und Windebyer Noor nach Werten yon UNG~MACH (1960); Groger Jasmunder Bodden nach eigenenDaten Waterneverstorfer Binnensee Windebyer Noor Gr. Jasmunder Bodden Im Schlamm: Gliihverlust Gesamtstickstoff Gesamtphosphor Eisen Wasser FetP-Quotient N/P-Quotient Irn Wasser: SO4-- rag/1 NaC1% 22 1,4 0,12 1,80 84 15 12 52 3,33 18 0,8 0,087 1,90 80 22 9 370 4,18 20 0,8 0,056 1,56 78 28 14 ist. Das Windebyer Noor entspricht weitgehend dem Groi~en Jasmunder Bodden mit dem Unterschied, dat~ der R~igenscheBodden einen hSheren Sulfat- und Salzgehalt besitzt. Sein Phosphorgehalt ist etwas niedriger, dementsprechend steigt der Fe/P-Quotient des Groi~en Jasmunder Boddens iiber den Weft des Windebyer Noors. Anders dagegen der Waterneverstorfer Binnensee, der bei gleichen Eisenwerten einen erheblich hSheren Phosphorgehalt und einen dementspre&end niedrigeren Fe/P-Quotienten besitzt. Der Sulfatgehalt betr~gt bier nur 1/10des Wertes vom Grof~en Jasmunder Bodden. Man ist versucht, die Unterschiede im Phosphatgehalt der drei Sedimente und damit auch der Fe/P-Quotienten direkt in Abh~ngigkeit yore abgestui%n Sulfatgehalt zu sehen, also eine Korrelation zwischen Sulfatgehalt und Fe/P-Quotienten anzunehmen. Hiermit wiirde dann noch einmal mit aller Deutlichkeit die Bedeutung des Sulfats fiir den Stoffhaushalt, spezM1 fiir die Phosphatfreisetzung aus dem Sediment, unterstrichen. Innerhaib eines Gew~issersystems mit etwa gleichhohem Sulfatgehalt, wie es die Riigenschen Brackw~sser darstellen, ist dann der Gehalt an organischer Substanz des Sediments fiir den Fe/P-Quotienten, also £fir die Abgabe von Phosphor aus dem Sediment, verantwortlich, wie aus der gesicherten Korrelation zwischen organischer Substanz und Fe/P-Quotient hervorgeht. Wie wirksam dieser Mechanismus der Phosphorabgabe sein muff, zeigt folgende "(3berlegung: Die sehr hohe Planktonproduktion im Grof~en Jasmunder Bodden beruht auf einer riesigen Blaualgen- und Nannoplanktonentwicklung, die mehrere Millionen Zellen im Milliliter betragen kann (OvERB~CI~ 1962). Dementsprechend ist die Sedimentationsrate sehr hoch und betr~gt nach Angaben yon WASMUND (1939) j~hrlich 3 bis 4 cm. Bei dieser Sedimentationsrate h~itte man eine Phosphoranreicherung an der Sedimentoberfl~che erwarten mlissen. Jedoch das Gegenteil ist der Fall: Das Sediment ist an Phosphor verarmt. Es mug sich also ein Gleichgewicht zwischen Sedimentation, J. OvERB~CK Mineralisierung und Freisetzung yon Phosphor eingestellt haben, das den Phosphorgehalt des Schlammes auf so niedriger H/She h~ilt. Der hohe Anteil yon wasserlSslichem Phosphat im Sediment gibt einen Begriff yon der Phosphatmobilisierung. Das bisher Ausgefi~hrte galt ausschlie~lich fiir das Bra&wasser. Zur Priifung der Verh~iltnisse im Siif~wassersediment berechneten wir aus den Analysendaten yon UNGEMACH(1960) f[ir die Seen mit Gyttjen die Korrelation zwischen Gliihverlust und Fe/P-Quotient, Fe/P-Quotient und Gesamt-Schwefel sowle Fe/P-Quotient und Sulfidgehalt der Sedimente. Es konnte in keinem Falle eine gesicherte Korrelation ermittelt werden. Auch UNGrMACH (1960) mit3t dem Fe/P-Quotienten des Siil3wassersediments keine indikatorische Bedeutung bei. Der Quotient ver~ndert sich vietmehr unabh~ingig yore Gl~ihverlust in uniibersichtlicher Weise. Das gleiche Ergebnis brachten auch Berechnungen an Mineralsedimenten des SLil~wassers.Damit kommen wir zu einem wichtigen Unterschied zwischen S[it~wasser- und Bra&wassersedlment: Die Schwefelwasserstoffbzw. Eisensulfidbildung ist, wie oben ausgef~ihrt, yon zwei Faktoren abh~ngig, Sulfatangebot und abbauf~hlger organischer Substanz. Da im Brac~wasser stets geniigend Sulfat vorhanden ist, h~ingt hier die Sulfidbildung allein yon der Menge der organis&en Substanz ab. Die organische Substanz des Sedimentes, deren Menge yon der Planktonproduktlon bedingt ist, bestimmt damit die Gr~5t3e des Fe/P-Quotienten. Der Fe/PQuotient ist somit zu einem produktionsbiologis&en Indikator des Brackwassers geworden. Im Gegensatz hierzu fehlt im Siii~wasser der domlnierende Sulfat-Faktor, wodur& es zu unregelmiif~igen und uniibersichtlichen Vers&iebungen des Fe/P-Quotienten kommt. Wir verstehen jetzt das Wesen der aut~erordentlich hohen Produktion im Bra&wasser: Weitgehende Phosphatmobilisierung h~ilt die Produktion stets auf grof~er H/She. Die Nutzniet~er des hohen Phosphatangebots und damit die wichtigsten Produzenten sind neben Blauaigen die Phytoplankter vorn Nannoplankton-Typ. Mobilisiertes Phosphat und Nannoplankton, das slnd die beiden S~,iulen der riesigen Produktlon des Riigens&en Bra&wassers. Fiir die Beurteilung der jeweiligen Situation bietet sich der Fe/P-Quotient als ni~tzlicher Indikator an. Ausfiihrliche Analysentabellen k~Snnen beim Verfasser angefordert werden. ZUSAMMENFASSUNG 1. Zur Untersuchung des Phosphathaushalts der Riigenschen Brackw~sser (Ostsee) wurden zahlreiche Sedimentanalysen dur&gefiihrt, und dabei Wassergehalt, Gliihverlust, Eisen, Phosphor und Sti&stoff untersucht. Die bis 10 cm langen Sedimentprofile wurden hierzu in 1 cm lange Abschnitte zertegt. 2. In methodischen Untersuchungen wurde festgestellt, dat~ ein Salzgehalt yon 1 °/0 NaC1 die Phosphatbestimmung nicht beeinfluf~t. Erst ab 3 °/0 NaC1 wurde ein deutlicher Salzfehler festgestellt. Zwei miteinander verglichene Verfahren der GesamtPhosphorbestimmung (Schwefels~iure- und Salzs~iureaufschluf~) ergaben eine befriedigende Ubereinstimmung. 3. In den Riigens&en BrackwSssern steigt der Phosphorgehatt mit steigender Entferhung yon der Ostsee stark an und errelcht im Gesamt-Phosphat Werte yon mehr als 2 mg P/1. Gleichzeitig steigt auch die Produktion stark an. Die Untersuchungen wurden an der BiologischenForschungsanstalt Hiddensee der Universit~tt GreifswaId und dem Botanis&en Institut Potsdam-Sanssouci durchgeftihrt und an der Hydrobiologischen Anstalt der Max-Planck-GesellschaRzum Abschlui~ gebracht. Frau Gertrud NOTNIsei fiir ihre unermtidli&e Hilfe herzlich gedankt. Sehr zu Dank verpfiichtet bin ich auch Frau Dr. RAGNA RATHSAClf-KONz~NBAC~tfiir ihre unentbehrliche Flilfe bei der Probenenmahme. Herrn Prof. Dr. W. OHLEdanke ich fiir die kritische Durchsicht des Manuskriptes und wertvolle Anregungen. ZITIERTE LITERATUR COOVER,L. N. H., 1938/39. Salt error in determinations of phosphate in sea water. J. mar. biol. Ass. U.K. 23, 171-178. EmSELE,W., 1936. I3ber die Beziehungen des Eisenkreislaufs zum Phosphatkreislauf im eutrophen See. Arch. HydrobioI. 29, 664-686, GESSN~R,F., 1937. Hydrographie und Hydrobiologie der Brackw~isserRiigens und des Dart~. Kieler Meeresforsch. 2, 1-80. Diskussion irn Anschlufl an den Vortrag OVERBECK JARKE: Wel&er Abs&nitt des Sediments wurde untersucht und den Angaben in den TabeIlen zugrunde gelegt? OV~t~BECX: Die Bodenstecherproben wurden in 1 cm lange Abschnitte zerlegt und zentimeterweise untersucht. Die LS.nge der Profile betrug maximal 12 cm. Die Werte in den Tabellen sind Mittelwerte aus fund 260 Einzelproben. JAt~KE: Aus wel&en Gr~inden ~nderten sich um 1860 - offenbar ziemli& pl&zli& - die Sedimentationsverhiilmisse; weshatb wurde um diese Zeit die Gyttja-Sedimentation dutch eine Sapropelsedimentation abgei6st? OWt~ECK: Wie Bohrungen yon WASMUND(1939) zeigten, geht etwa ab 1860 (Datierung dur& massiertes Auftreten yon Kiefernpoilen aus Aufforstungen der Zeit) die Gyttja des Groflen Jasmunder Boddens in Faulschlamm fiber. In den letzten hundert Jahren hat sich eine 3 his 4 m dicke Faulschlammschicht am Boden des Groflen Jasmunder Boddens abgesetzt. Fiir diesen pl~Stzlichen Umschlag zur Faulschlammbildung di~rfie eine Reihe yon Gr~nden anzufiihren sein: Durch den Bau der Bahnstrecke Stralsund-Sat~nitz wurde der GrolSe Jasmunder Bodden yore Kleinen Jasmunder Bodden abgeschnitten, wodurch zweifellos der Durchfluf~ verringert wurde. Dutch Straflenbau und D~inenschutz auf der Schaabe, einer schmalen Nehrung, die den Bodden yon der Ostsee abtrennt, wurden Sturmflutdurchbrikhe und damit die Zufuhr frischen Salzwassers abgestoppt. Entscheidend di.irfie abet sein, daf~ zu diesem Zeitpunkt (1860) das Gew~isser so flach geworden war, dag eine dauernde Durchmischung bis zum Grunde die RegeI ist. Hierdurch wird der mineralisierte und aus der Bindung an das Eisen befreite Phosphor sofort wieder der Produktionszone zugefiihrt und es kommt zu der oben geschilderten aut~erordentlichen Produktionsh~She, die von elner gleich hohen Sedimentation (3-4 cm im Jahr) begIeitet ist. Das Uberangebot yon organischer Substanz im Sediment fi~hrt zur Bildung yon Faulschlamm. Nach Angaben von HOBrL (unpublizierte, briefliche Mitt.) erreicht die maxlmale Produktion im Groi~en Jasmunder Bodden den riesigen Weft yon 5,7 g C/mS/Tag. Die bisher in der Literatur bekannten maximalen Werte liegen im Bereich yon 4 g C/m~/Tag. 4. Organische Substanz ( Gliihverlust), Eisen und Phosphor des Sediments sind eng miteinander verkniipt~: Bei Sedimenten mit weniger als 5 % Gltihverlust ist der Eisen- und Phosphorgehalt gering, der Fe/P-Quotient liegt bei 12. Mit steigender Menge an organischer Substanz steigt der Eisen- und Phosphorgehalt des Sediments an, wobei Eisen den vierfachen, Phosphor abet nur den doppelten Wert erreicht. Hierdurch verschiebt sich der Fe/P-Quotient zugunsten des Eisens im Mittel auf 23 . Da der Eisengehalt im Vergleich zu Stii~wassersedimenten mit gleichem Gltihverlust nicht erh/Sht ist, der Phosphorgehalt dagegen sehr niedrig liegt, ist der Fe/P-Quotient nicht dutch eine Eisenanreicherung im Schlamm, sondern vielmehr dutch eine Phosphorabgabe aus dem Schlamm so stark verschoben . 5. Voraussetzung ftir diese Prozesse im Brackwassersediment ist der hohe Sulfatgehalt des Brackwassers und die damit verkntipRe hohe Sulfatreduktion, die zur Eisensulfidbildung und damit zur L~Ssung der adsorptiven Bindung zwischen Ferrihydroxyd und Phosphat fiihrt. Die aus der Bindung befreiten Phosphat-Ionen gehen wieder in L~Ssung,w~ihrend Eisen als Sulfid ira Sediment festgelegt wird. Der Sulfatgehalt ist also ftir den Phosphathaushalt yon entscheidender Bedeutung . 6. Im Sediment des sulfat~irmeren Stii~wassers fehlt die Korrelation zwischen organischer Substanz und Fe/P-Quotient . Der Fe/P-Quotient ver~indert sich bier vielmehr unabh~ingig vom Gltihverlust. Die Korrelation zwischen Fe/P-Quotient und Gltihverlust ist also yore Sutfatgehalt abh~ngig. 7. Nur in den hochproduktiven Abschnitten des Brackwassers ist der Fe/P-Quotient so extrem verschoben. Ein hoher Fe/P-Quotient, starke Phosphatmobilisierung und hohe Produktion sind also urs~ichlich miteinander verkniipit. Der Fe/P-Quotient kann daher direkt als Indikator fiir eine Hochproduktion im Bra&wasser angesehen werden . 8. Auch der N /P-Quotient und der Wassergehalt des Brackwassersediments sind mit dem Gliihverlust verbunden und steigen mit dem Gliihverlust an . 9. Zwei Hauptprinzipien sind ftir die riesige Produktion in den Riigenschen Brackw~issern verantwortlich: die hohe Phosphorabgabe aus dem Schlamm und die bereits frtiher £estgestellte gewaltige Nannoplanktonentwicklung . KALLE , K. , 1935 . Meereskundli& e &emische Untersuchungen mit Hilfe des Zeig's&en Pulfri & - Photometers . IV. Mittl. Der Einflul~ &emischer Stoffe auf die Phosphatgehaltsbestimmung . Annln Hydrogr. Berl . 63 , 58 - 65 . KI~AusE , H. R. , 1961 . Einige Bemerkungen tiber den postmortalen Abbau yon SiigwasserZooplankton unter Laboratoriums- und Freilandbedingungen . Arch. Hydrobiol . 57 , 539 - 543 . MEC~TIEVA , W. L. , 1963 . Microflora distribution in modern deposits of the Great Sevan Lake. (Russ. mit engl . Zusammenfsg.) MikrobioL, Moskva 32 , 113 - 120 . M/tiLLER ,G.-O., 1954 . Praktikum der quantitativen chemis&en Analyse. 3 . Aufl . Hirzet, Leipzig, 407 pp. OHI .E, W., 1935 . Organis& e Kolloide in ihrer Wirkung auf den Stoffhaushalt der Gew~isser . 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Jürgen Overbeck. Der Fe/P-Quotient des Sediments als Merkmal des Stoffumsatzes in Brackwässern, Helgoland Marine Research, 1964, 430-447, DOI: 10.1007/BF01626124