Experimente mit einem dynamischen ökologischen Modell der Freiwasserregion von Talsperren und Seen
Authors: Benndorf J. , Recknagel F. 
Published: February 2007

‐ Sowohl im Hinblick auf die langfristige Sicherung der vielfältigen Nutzungen gestauter und stehender Gewässer als auch für die vertiefte Kausalanalyse der Funktionsprinzipien, denen diese Ökosysteme unterliegen, haben Simulations‐ und Vorhersagemodelle der Eutrophierungsprozesse eine große Bedeutung;

‐ es wird ein Modell vorgestellt, das nach allen Richtungen (z. B. hydrodynamische Transportvorgänge, Einbeziehung weiterer biologischer Komponenten, Verstärkung der räumlichen Gliederung, Berücksichtigung stochastischer Einflußgrößen) erweiterungsfähig ist. Bei dem gegenwärtigen Stand der Bearbeitung sind folgende Systemkomponenten im Modell vertreten: Phosphat (getrennt für Epilimnion und Hypolimnion), Phytoplankton, Zooplankton, Licht im Gewässer; die Fische werden vorerst nur als „black box”︁‐Größe bezüglich ihrer Fraßleistung berücksichtigt;

‐ Eingangsgrößen (in Form diskreter Werte) sind: Volumina der beiden Schichten (Epi‐ und Hypolimnion), Wassertemperatur im Epilimnion und Hypolimnion, Strahlung an der Wasseroberfläche, Durchmischungstiefe (Tiefenhorizont der Grenze zwischen den beiden Schichten), Wasserzufluß und ‐abfluß, Orthophosphatkonzentration im Zufluß sowie ein dimensionsloser Wert für Starkregenereignisse (bzw. Schneeschmelze);

‐ schon für dieses einfache Modell sind 46 Konstanten erforderlich. Wegen der angestrebten hohen Verallgemeinerungsfähigkeit des Modells wurden fast ausschließlich Konstanten benutzt, die physikalisch, biochemisch oder biologisch gut erklärbar sind. Die numerischen Werte wurden im ersten Schritt der Bearbeitung bewußt nicht durch Optimierungsverfahren, sondern ausschließlich durch Laboratoriumsexperimente oder Freilandmessungen bestimmt;

‐ das Modellverhalten ist dem Originalverhalten in wesentlichen Punkten ähnlich. Diese Tatsache wird durch verschiedene simulierte Jahresgänge demonstriert, die auf der Basis von Eingangsdaten der Talsperre Saidenbach erhalten wurden. Die vorhandenen Abweichungen dürften vor allem auf die im Modell noch nicht berücksichtigten Konkurrenz‐ und Selektionserscheinungen innerhalb des Phyto‐ und Zooplanktons zurückzuführen sein. Die Annahme einer konkurrenzlosen Entwicklungsmöglichkeit nur jeweils einer Komponente bedingt vor allem in der zweiten Jahreshälfte eine zu geringe Dynamik im Modellökosystem;

‐ in der Annahme. daß die Realitätsnähe des Modells für das Studium einiger wesentlicher Teilprozesse hinreichend groß ist, wurden solche Teilprozesse aus dem Modell entfernt und das Resultat dieser Modellexperimente mit Modellausgängen verglichen. die mit Hilfe des kompletten Modells erhalten wurden. Diese Vergleiche zeigen: (1) Die Freßtätigkeit des Zooplanktons hat einen hervorragenden Anteil an den Phytoplanktionverlusten: (2) die Phytoplanktonverluste durch Zooplanktonfraß übersteigen um ein Mehrfaches den Phytoplanktonzuwachs, der durch das vom Zooplankton remineralisierte Phosphat ausgelöst wird; (3) eine beträchtliche Verringerung des Phytoplanktons ist durch eine starke Verminderung der Zooplanktonverluste möglich.