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Die Phosphorkonzentration im See ist der Leitindikator für die Nährstoffbelastung. Zu viel Phosphor führt zu übermässigem Algenwachstum. Gegenüber 1980 ist die Phosphorkonzentration im Hallwilersee stark zurückgegangen.
Die Abwässer der angrenzenden Aargauer Gemeinden werden seit 1963 unterhalb des Sees gereinigt. Dies hatte zu einer vorübergehenden Abnahme des Phosphorgehalts geführt. Die Trendwende erfolgte aber erst mit der Abwassersanierung im Kanton Luzern und dem dadurch verbesserten Zustand des Baldeggersees. Zudem trugen die umgesetzten Massnahmen in der Landwirtschaft zur Reduktion des Phosphoreintrages in den See bei ().
Dank den sinkenden Phosphor-Konzentrationen ging das Wachstum der Grünalgen im Hallwilersee stark zurück. Dies führte dazu, dass mehr Licht in die etwas tiefer liegenden Wasserschichten eindringen konnte. Davon profitierte die Burgunderblutalge (die Blaualge, Planktothrix rubescens), welche typischerweise in 10 – 15 Meter Tiefe eingeschichtet ist und bei mittleren Nährstoffgehalten in einem See besonders gut wächst. Sie wurde zur dominanten Alge im Hallwilersee und führte insbesondere Ende der 1990-er Jahre bis Mitte der 2000-er Jahre zu ungewünschten Blüten, dieser fädigen, für Planktontiere schwer verdaulichen Alge. Mit der weiteren Reduktion des Phosphorgehaltes im Hallwilersee sollte auch das Wachstum der Burgunderblutalge noch weiter zurückgehen.
Der gesamte Phosphoreintrag in den Hallwilersee liegt noch über den angestrebten 2.5 Tonnen pro Jahr, was zu einer übermässigen Algenproduktion führt. Der biologische Abbau dieser Algen im Tiefenwasser verursacht eine zu hohe Sauerstoffzehrung, wodurch die Sauerstoffkonzentration im Tiefenwasser im Herbst sehr gering wird.
Zur Zeit der Phase der stärksten Nährstoffbelastung (vor 1985) lebten im Hallwilersee in den Sedimenten unterhalb von 25 Meter Seetiefe keine Würmer oder Insektenlarven mehr. Mit den fortlaufenden Sanierungsmassnahmen konnte erreicht werden, dass Würmer und Insektenlarven die Sedimente wieder bis auf 46 m Tiefe besiedeln. Diese Kleinlebewesen sind wichtig für die Umschichtung, Belüftung und Regeneration der Seesedimente.
|Hallwilersee||Sanierungsziele||Situation 2018|
|Phosphorgehalt||10–20 Milligramm pro Kubikmeter||17 Milligramm pro Kubikmeter|
|Phosphorbelastung||2,5 Tonnen pro Jahr||rund 3 Tonnen pro Jahr|
|Algenproduktion||mässig, wenig Burgunderblutalgen||noch Burgunderblutalgen, weniger Algenblüten|
|Sauerstoffversorgung des Seegrunds||natürlicherweise ausreichend für Überleben von Würmern||Belüftung noch erforderlich im Sommer und Winter|
|Fortpflanzung der Felchen||Felcheneier können sich am Sediment entwickeln||kaum natürliche Fortpflanzung möglich|
Die ursprünglich angestrebten Phosphor-Konzentrationen wurden für den Hallwilersee erreicht. Sie blieben seit 2013 stets unter 20 mg/m3. Die Phosphor-Einträge in den See liegen mit ca. 3 Tonnen weiterhin über dem angestrebten Ziel. Die Algenproduktion und die Sauerstoffzehrung im Tiefenwasser sind dadurch noch zu hoch. Mit der fortschreitenden Sanierung haben zwar die Würmer und Insektenlarven den Seegrund bis auf 45 m Tiefe wieder besiedelt. Ohne die künstliche Seebelüftung im Sommer und ohne die Zirkulationshilfe im Winter könnten diese Kleinlebewesen aus dem Sediment der Tieferen Zonen im See wieder verschwinden. Auch die Fische würden ohne die Belüftung noch stärker unter den zu schlechten Sauerstoffverhältnissen leiden. Die natürliche Verlaichung der Felchen, welche ihre Eier bevorzugt ins Sediment der tieferen Zonen des Sees legen, findet im Hallwilersee kaum statt. Der Sauerstoffgehalt im und direkt über dem Sediment ist für eine Entwicklung der Felcheneier aktuell zu gering.