Die Limnologie ist die Wissenschaft von der Süßwasser- oder Binnengewässerkunde. Sie erforscht die Struktur und den Stoff- und Energiehaushalt der Gewässer-Ökosysteme. Das "Lehrbuch der Limnologie" vermittelt die grundlegenden Beziehungen in den limnischen Ökosystemen sowie praxisrelevante Aspekte. Diese vollständig überarbeitete Auflage ist in 19 Kapitel gegliedert. Die wichtigsten sind: Geschichte der Limnologie,die limnischen Lebensräume als Ökosystem, Wasserkreislauf, Grundwasser, Quellen, Fließgewässer, Standgewässer, Geographie der Gewässer, Ziele der angewandten Limnologie, Gesetzgebung, Organische Belastung der Gewässer, Herkunft und Reinigung des Abwassers, Anorganische und toxische Belastung der Gewässer, Grenzwerte und Monitoring, Gewässertherapie, Künstliche Seen. Im Kapitel der "Grundlagen der Limnologie" werden die einzelnen limnischen Gewässer-Ökosysteme besprochen. Die Allgemeine Limnologie ist in die jeweiligen Abschnitte integriert. Stets werden die Zusammenhänge der Gewässer mit der Umwelt sowie der abiotischen (Geologie, Klima, physikalisch-chemische Faktoren etc.) und biotischen (Konkurrenz, Nahrungsnetze, Genfluss) Interaktionen ausführlich dargestellt. Die völlig neu bearbeitete Auflage wurde um über 250 aktuelle Zitate erweitert, 29 neue Abbildungen und 5 neue Tabellen sowie ein umfangreiches Glossar und das Abkürzungsverzeichnis kamen hinzu. Die Bedeutung der Protisten und der Biofilme in den limnischen Ökosystemen wurden mehr in den Vordergrund gerückt. Die Themengebiete Hydrodynamik und Geomorphologie der Fließgewässer, Kleingewässer, limnologische Nachweise des Klimawandels und Abwehrreaktionen der Gewässer wurden umstrukturiert und neue Erkenntnisse integriert. Im Teil zur "Angewandten Limnologie" sind nun die Regelungen und Vorgaben der Wasserrahmenrichtlinie sowie die Belastung der Gewässer, Abwasserreinigung und Gewässerschutz beschrieben. Sowohl die neue Gesetzgebung als auch erste Ergebnisse der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen im Rahmen der WRRL werden erläutert. Dieses Lehrbuch eignet sich für Studierende der Biologie mit den Schwerpunkten Limnologie/Ökologie und für den wasserwirtschaftlichen Praktiker. Auch den Nebenfächler wird es als Nachschlagewerk ansprechen.
/ AUS DEM INHALT: / / /
Vorwort zur 2. Auflage V
Vorwort zur 1. Auflage VI
Abkürzungsverzeichnis VII
Teil I Theoretische Limnologie
(Grundlagen der Limnologie)
1. Zur Geschichte der Limnologie 1
2. Gliederung der Limnologie 7
3. Die limnischen Lebensräume als Ökosysteme 8
4. Der Wasserkreislauf 11
5. Das Grundwasser 17
5.1. Definition und Bildung 17
5.2. Struktur der Grundwasser-Räume 18
5.3. Physikalische und chemische Besonderheiten 22
5.4. Lebensbedingungen im Grundwasser 24
5.5. Organismen des Grundwassers 25
5.6. Herkunft der Grundwassertiere und die Zeit ihrer Einwanderung ... 34
5.7. Stoffhaushalt und Energiefluss in Grundwasser-Ökosystemen 36
5.8. Belastung des Grundwassers 39
6. Die Quellen 41
6.1. Definition, geologischer Aufbau und geohydrologische Klassifikation 41
6.2. Physikalische und chemische Klassifikation 43
6.3. Chemische Besonderheiten der Akratopegen 44
6.4. Limnologische Klassifikation 47
6.5. Lebensbedingungen in den Quellen 49
6.6. Organismen der Quellen 50
6.7. Anpassungen der Organismen an die Quellbedingungen 52
6.8. Herkunft der Quellbewohner 54
6.9. Stoffhaushalt und Energiefluss 54
6.10. Thermalquellen 57
6.11. Verbauung und Belastung, Renaturierung und Wiederbesiedlung der Quellen 59
7. Die Fließgewässer 63
7.1. Definition und Besonderheiten 63
7.2. Physikalische und chemische Besonderheiten im Fließgewässer... 65
7.2.1. Hydrodynamik 65
7.2.2. Einzugsgebiet und Abflussdynamik 76
7.2.3. Licht 80
7.2.4. Temperatur 83
7.2.5. Gelöste und Feststofffracht 85
7.3. Ökologisch relevante geomorphologische Prozesse der Fließgewässergenese 87
7.3.1. Sedimentbewegung und Strukturbildung im Fließgewässer 89
7.3.2. Genese und Topographie der Fließgewässer 97
7.3.3. Die Fließgewässer und ihre Täler 105
7.4. Biologie der Fließgewässer 106
7.4.1. Biozönotische Längszonierung 106
7.4.2. Querprofile 112
7.4.3. Plankton 113
7.4.4. Hyporheal 117
7.4.5. Biofilm 125
7.4.6. Morphologische Anpassungen an die Strömung 130
7.4.7. Verhalten als Anpassung 132
7.4.8. Tierische Ernährungstypen und ihre Verteilung 133
7.4.9. Instabilität der Habitate durch Störung und die Besiedlungsdynamik 136
7.4.10. Wiederbesiedlung der Fließgewässer nach Störungen 144
7.4.10.1. Organismische Drift und Gegenstrombewegung 144
7.4.10.2. Überdauerungsstrategien in temporären Fließgewässern 147
7.4.10.3. Wiederbesiedlungspfade nach einer Störung 148
7.4.11. Flussmündungen 148
7.4.12. Aue 153
7.5. Stoffhaushalt der Fließgewässer 162
7.5.1. Trophie und Saprobie 162
7.5.2. Sauerstoffhaushalt 167
7.5.2.1. Sauerstoffeintrag 167
7.5.2.2. Sauerstoffverbrauch 170
7.5.2.3. Sauerstoffhaushalt und Sauerstoffbilanz 171
7.5.3. Kohlenstoffhaushalt 173
7.5.4. Stickstoffhaushalt 175
7.5.5. Phosphorhaushalt 177
7.5.6. Schwefelhaushalt 178
7.5.7. Transport und biogene Retention gelöster und partikulärer Stoffe .. 179
7.5.8. Allochthoner Eintrag und Abbau partikulärer organischer Substanz 181
7.5.9. Eintrag und Abbau von gelöstem organischen Material 189
7.6. Produktionsbiologie der Fließgewässer 194
7.6.1. Primärproduktion (PP) (s. I. 7.5.1.) 195
7.6.2. Sekundärproduktion (SP) 197
7.6.3. Stoffspiralen und Energiefluss 198
7.7. Allgemeine Aspekte der Fließgewässerbiologie und Zusammenfassung 203
7.7.1. Einheit des Fließgewässerökosystems 203
7.7.2. Funktionen der Fließgewässer im globalen Wasser- und Stoffhaushalt 207
8. Die Standgewässer 209
8.1. Geschichtete Seen 209
8.1.1. Definition, allgemeine Charakterisierung 209
8.1.2. Entstehung der Seen (geomorphologische Prozesse) 210
8.1.2.1. Seen vulkanischen Ursprungs 210
8.1.2.2. Seen tektonischen Ursprungs 213
8.1.2.3. Dammseen 213
8.1.2.4. Seen glazialen Ursprungs 214
8.1.2.5. Karstseen 215
8.1.2.6. Besondere Entstehungsweisen von Seen 217
8.1.3. Wasserhaushalt und Wasserbilanz der Seen 217
8.1.4. Morphometrie der Seen 220
8.1.5. Geomorphologisch-ökosystemare Relation 222
8.1.6. Einzugsgebiet der Seen 224
8.1.7. Verbreitung der Seen auf der Erde 225
8.1.8. Seenalterung und Aufbau der Seen 226
8.1.9. Physikalische und chemische Faktoren 230
8.1.9.1. Temperatur und Durchmischung 230
8.1.9.2. Wasserbewegungen 237
8.1.9.3. Licht (Strahlungsklima) 241
8.1.9.4. Sauerstoff und Kohlendioxid 243
8.1.9.5. Gasförmige Stickstoff-, Schwefel- und Wasserstoffverbindungen im Gewässer 248
8.1.9.6. Kreisläufe der Elemente Stickstoff, Phosphor und Schwefel 251
8.1.9.6.1. Stickstoff 251
8.1.9.6.2. Phosphor 252
8.1.9.6.3. Schwefel 256
8.1.9.7. Calcium, Magnesium, Natrium, Kalium und ihre Salze 258
8.1.9.8. Eisen, Mangan und Silizium 259
8.1.9.9. Organische Verbindungen im See 261
8.1.10. Lebensgemeinschaft des Pelagials 266
8.1.10.1. Organismen und ihre Anpassungen 269
8.1.10.2. Vertikalwanderung 274
8.1.10.3. Phytoplankton (Cyanobakterien und Algen) 275
8.1.10.3.1. Wichtige Phytoplanktongruppen 275
8.1.10.3.2. Nährstoffe 277
8.1.10.3.3. Photosynthese und Primärproduktion des Phytoplanktons 281
8.1.10.3.4. Phytoplankton im Zusammenhang mit der pelagischen Umgebung . 288
8.1.10.4. Bakterio- und Mykoplankton (mit Ausnahme der Cyanobakterien) .. 291
8.1.10.5. Zooplankton 292
8.1.10.5.1. Wichtige Zooplanktongruppen 292
8.1.10.5.2. Ernährung des Zooplanktons 295
8.1.10.5.3. Produktion des Zooplanktons 301
8.1.10.6. Fische 304
8.1.10.6.1. Einteilung der Seen nach Leitfischen 304
8.1.10.6.2. Ernährung 305
8.1.10.6.3. Produktion der Fische 306
8.1.10.7. Piscivore und benthivore Vögel und Säugetiere 308
8.1.10.8. Biozönotische Beziehungen im Pelagial 308
8.1.10.9. Interaktionen zwischen Pelagial und Benthal (Bentho-pelagische Kopplung) 319
8.1.11. Lebensgemeinschaften des Benthals 324
8.1.11.1. Litoral 324
8.1.11.1.1. Litoraler Pflanzengürtel 324
8.1.11.1.2. Algenaufwuchs 329
8.1.11.1.3. Nährstoffhaushalt und Primärproduktion im Litoral 332
8.1.11.1.4. Bakterien 337
8.1.11.1.5. Zoobenthos 337
8.1.11.1.6. Lebensraum Litoral 344
8.1.11.2. Profundal 349
8.1.11.2.1. Allgemeine Lebensbedingungen 349
8.1.11.2.2. Bakterien 355
8.1.11.2.3. Zoobenthos 355
8.1.11.2.4. Bedeutung des Profundais in der klassischen Limnologie 360
8.1.12. Paläolimnologie der Seen 362
8.2. Flachgewässer 371
8.2.1. Allgemeine Charakteristik 371
8.2.2. Abiotische Besonderheiten 372
8.2.3. Plankton und Makrophyten 374
8.2.4. Produktion 375
8.2.5. Typische Besiedler von Flachgewässern 375
8.2.6. Solle 376
8.3. Moore 377
8.3.1. Entstehung und Charakterisierung der Moore 378
8.3.2. Moortypen 380
8.3.3. Flora und Fauna der Moore 383
8.3.4. Alter der Moore 384
8.3.5. Bedeutung der Moore für den Wasserhaushalt 385
8.3.6. Nutzung und Schutz der Moore 386
8.4. Kleingewässer 387
8.4.1. Tümpel 389
8.4.2. Pfützen 395
8.4.3. Phytotelmen 397
8.4.4. Lithotelmen 401
8.4.5. Bedeutung der Culiciden (Stechmücken) in Kleingewässern 402
8.5. Organismen des Schnees und der Gletscher 404
8.5.1. Kryoflora 404
8.5.2. Kryofauna und Ökosystemare Beziehungen 405
9. Geographische Aspekte der Limnologie und die Verbreitung limnischer Organismen 406
9.1. Fließgewässer 407
9.2. Seen 410
9.3. Geographische Aspekte der Verbreitung limnischer Organismen... 416
9.4. Neophyten und Neozoen 417
10. Abwehrreaktionen der Gewässer auf allochthone Einflussfaktoren 419
Teil II Angewandte Limnologie
1. Ziele der Angewandten Limnologie 424
2. Grenzwerte und wichtige Rechtsgrundlagen 428
3. Anthropogen bedingte Belastungen der Gewässer und Gewässergüteindikation 430
4. Herkunft und Reinigung des Abwassers 443
4.1. Wasserentnahme 444
4.2. Wasseraufbereitung 446
4.3. Wassertransport zu den Nutzern 450
4.4. Nutzung des Wassers und Charakterisierung des Abwassers 450
4.5. Transport des Abwassers zur Kläranlage 453
4.6. Technische Kläranlagen 454
4.6.1. Mechanische Reinigungsstufe 454
4.6.2. Biologische Reinigungsstufe 454
4.6.2.1. Belebtschlammanlage 454
4.6.2.2. Tropfkörperanlagen 458
4.6.2.3. Vergleich zwischen Belebtschlamm- und Tropfkörperverfahren .... 460
4.6.2.4. Dritte Reinigungsstufe 461
4.6.2.5. Stickstoffeliminierung 462
4.6.2.6. Phosphateliminierung 462
4.6.2.7. Schlammbehandlung 465
4.7. Naturnahe Kläranlagen und -verfahren 467
5. Biologie der anorganischen und toxischen anthropogenen
Belastungen der Gewässer 470
5.1. Schwermetalle 471
5.1.1. Natürliches Vorkommen und Toxizität 471
5.1.2. Bioakkumulation von Schwermetallen 474
5.2. Synthetische Wasch- und Spülmittel (Detergentien) 476
5.3. Pestizide 478
5.4. Versauerung 484
5.5. Radioaktivität 487
5.6. Versalzung 489
5.7. Häufige Xenobiotika im Gewässer (ausgenommen Pestizide und Detergentien) 494
5.8. Thermische Belastungen 499
5.9. Biotestverfahren 501
6. Grenzwerte und Monitoring 506
7. Renaturierung geschädigter Gewässer (Gewässertherapie).... 514
7.1. Renaturierung von Fließgewässern und ihrer Auen 514
7.1.1. Nutzung und Ausbau der Fließgewässer 516
7.1.2. Naturnaher und ingenieurbiologischer Ausbau der Fließgewässer. . 524
7.1.3. Renaturierungsmaßnahmen im Fließgewässer 531
7.1.4. Renaturierungsmaßnahmen angrenzender Uferbereiche und der Aue 534
7.1.5. Erfolg der Renaturierungsmaßnahmen 537
7.2. Renaturierung von Seen und deren Einzugsgebiete 538
7.2.1. Therapieansätze bei Seen 538
7.2.2. Reaktionsverzögerung von See-Ökosystemen bei Nährstoffdrosselung 539
7.2.3. Wichtige Restaurierungsmaßnahmen 539
7.2.4. Sanierung des Einzugsgebietes 544
7.2.5. Kalkung versauerter Gewässer 545
7.2.6. Schädigung der Seeufer und Schilfbestände 545
7.2.7. Maßnahmen zur Renaturierung geschädigter Seeufer und Schilfbestände 546
8. Künstliche Seen 547
8.1. Talsperren und Stauseen 547
8.1.1. Geschichte der Talsperren 547
8.1.2. Unterschiede zum natürlichen See 548
8.1.3. Aufgaben und Bewirtschaftung der Talsperren 549
8.1.4. Aufbau von Talsperren 550
8.1.5. Erzeugung von Elektrizität durch Talsperren 552
8.1.6. Hochwasserschutz 553
8.1.7. Schichtung und Einschichtung in Talsperren 554
8.1.8. Sedimentation in Talsperren 555
8.1.9. Stoffhaushalt und Klärfunktion von Talsperren 556
8.1.10. Biologie der Stauseen 558
8.1.11. Limnologie des Fließgewässers unterhalb der Sperrmauer 559
8.1.12. Nutzung der Reinigungsleistung von Talsperren 562
8.1.13. Restaurierung von Talsperren 562
8.1.14. Vor-und Nachteile von Stauseen 563
8.2. Baggerseen 563
8.3. Tagebaurestseen 564
9. Voraussage des Trophiegrades, der Wassergüte und des
Verhaltens von limnischen Ökosystem-kompartimenten 567
9.1. Chlorophyllgehalt und Nährstoffkonzentration 568
9.2. Voraussage der Trophie von Stauseen 569
9.3. Voraussage des Sauerstoffgehaltes (vgl. I. 7.5.2.) 570
9.4. Voraussage des Verhaltens von Ökosystem-Kompartimenten 572
Literaturverzeichnis 574
Glossar 631
Sachverzeichnis 649
Organismenverzeichnis 661