A.7 Probenahme- und Analysemethoden
A.7.1 Makrozoobenthosuntersuchungen
Untersuchungen der Baggergutablagerungsfläche Twielenfleth
Die Probenahme im Bereich der Baggergutablagerungsfläche (BAF) wurde am 28. und 29.04.03 durchgeführt. Die Terminierung der Probenahme erfolgte unter Berücksichtigung der Wassertemperaturen (ca. 13°C.), um ähnliche Randbedingungen wie bei den vorangegangenen Probenahmen sicherzustellen. Angaben zum Probenahmedatum, der Position der Stationen (geographische Position), Eindringtiefe des Greifers und Sedimentcharakter sind dem Gutachten selbst zu entnehmen.
Insgesamt sind 2003 17 Stationen im Bereich der Baggergutablagerungsfläche (BAF) Twielenfleth beprobt worden. Die Lage der Stationen ist in Abbildung A.7.1-1 dargestellt und mit denjenigen der Status-quo-ante-Untersuchung bis auf zwei Ausnahmen identisch. Die Stationen L1 und L17, die 1999/2001 als Einzelstationen relativ isoliert von der BA positioniert waren (vgl. BIOCONSULT 1999), wurden ab 2002 nicht mehr beprobt, da sie aufgrund ihrer Rahmenbedingungen als Referenzstationen für die Entwicklung der Benthosgemeinschaft auf der BA nicht geeignet waren. Um die Anzahl der Stationen für eine genauere Dokumentation der faunistischen Entwicklung auf der Ablagerungsfläche zu erhöhen, ist ab 2002 für den Wegfall der genannten äußeren Stationen jeweils eine zusätzliche Station im östlichen (L17) sowie westlichen (L1) Bereich der Baggergutablagerungsfläche positioniert worden. Die Bezeichnung der Stationen mit L1 und L17 blieb erhalten.
Abb. A.7.1-1: Lage der Untersuchungsstationen im Bereich der BA Twielenfleth
Rot umrandet, Referenz: blau umrandet
Probenahme und Probenbearbeitung
Für jede Station wurden die folgenden abiotischen Parameter erhoben: Datum, Uhrzeit, Koordinaten (Gauß-Krüger), Tidephase, Wassertiefe, Temperatur (an einigen Stationen), Sedimentzusammensetzung (Fingerprobe). Die Sedimente wurden wie folgt klassifiziert: Grobsand, Mittelsand, Feinsand, Schlick und Schill bzw. die verschiedenen Mischformen. Der Anteil einer jeweiligen Sedimentfraktion wurde vor Ort für jeden entnommenen Greifer geschätzt. Die Dokumentation ist dem Bericht als Anhang 1b beigefügt.
An jeder der o. g. Stationen wurden 6 Van-Veen-Greifer à 0,1 m² entnommen. Der Befüllungsgrad der verwerteten Greifer betrug mindestens 50 %. Greifer mit geringerer Füllung wurden verworfen. Jedem Greifer wurde mittels Stechrohr eine Unterprobe entnommen (Ø 4,5 cm). Der eigentliche Greiferinhalt wurde in eine Wanne überführt und anschließend über 1000 µm Maschenweite gesiebt. Der Rückstand wurde in 70%igem Alkohol zur taxonomischen Bestimmung fixiert. Das Material der Stechrohr-Unterproben wurde vor Ort mit Formol (4%, gepuffert) konserviert und im Labor weiter bearbeitet. Die aus den unterschiedlichen Beprobungsmethoden resultierenden Ergebnisse sind getrennt ausgewertet worden, da v. a. unter quantitativen Gesichtspunkten ein Zusammenführen der 1000 µm- und der 250 µm-Fraktion nicht sinnvoll möglich ist. Die Stechrohr-Auswertung fokussierte dabei auf die Oligochaetenfauna und Scolecida, während bei der Auswertung der van-Veen-Greifer die übrigen Makrozoobenthosgruppen berücksichtigt wurden.
Das Material wurde im Labor aufbereitet und anschließend taxonomisch bearbeitet; Muscheln (wenn vorhanden) wurden zusätzlich vermessen. Eine Belegsammlung wurde angelegt. Soweit möglich, wurden die einzelnen Individuen der erfassten Taxa in juvenile und adulte unterschieden. Folgende Kriterien lagen der Klassifizierung zugrunde: Muscheln galten bei Schalenlängen <5 mm als juvenil, Polychaeten (hier Marenzelleria) wurden als juvenil bezeichnet, wenn das 7. Segment <2 mm breit war. Gammariden wurden bei Größen von <4 mm als juvenil bezeichnet. Für die Gattung Bathyporeia wurde auf eine Unterteilung verzichtet, da die Bestimmung der Arten dieser Gruppe ohnehin erst ab einer Größe von <4 mm möglich ist. Zur Klassifizierung der Oligochaeten s. u..
Die Auswertung umfasst eine Darstellung im Hinblick auf abiotische Rahmenbedingungen, Artenspektrum, Artenzahl, Zusammensetzung der Fauna auf Phyla-Niveau sowie Individuendichte, Dominanz- und so weit möglich die Betrachtung der Altersstruktur. Anhand dieser Parameter erfolgt der räumliche (Eingriffsbereich-Referenz) sowie der zeitliche (Status quo ante 1998/99-2003) Vergleich der Makrozoobenthos-Besiedlung. Die Abundanzvergleiche wurden summarisch auf Basis der Gesamtabundanz und auch auf Phyla-Ebene, z. T. mittels Box-und-Whisker-Plots, durchgeführt.
Untersuchungen in der Fahrrinne der Unterelbe
Die Probenahme in der Unterelbe wurde vom 28.4. - 30.4.03 durchgeführt. Die Wassertemperaturen betrugen etwa 13,5°C. Die Terminfestlegung erfolgte auch in Abhängigkeit zur Wassertemperatur, da vorgesehen war, die Probenahme unter ähnlichen Frühjahrsbedingungen durchzuführen, wie bei der Status quo-ante Aufnahme Ende April 1999. Zum damaligen Zeitpunkt lagen die Wassertemperaturen zwischen 12,5 und 13,1°C. Bezüglich dieser Umweltvariablen ist von einer Vergleichbarkeit der Frühjahrsentwicklung des Makrozoobenthos auszugehen.
Lage der Stationen
In diesem Untersuchungsabschnitt wurden insgesamt 20 Stationen in der Fahrrinne beprobt. Die Untersuchungsstationen im Bereich der Ausbaustrecke sind z. T. als Einzelstationen in der Fahrrinnenmitte (BL18, 22, 28, 30), z. T. als Quertransekte in der Fahrrinne positioniert (BL 20-21, BL25-27, BL31-33). Die Referenzstationen in der Fahrrinne sind in ähnlicher Weise angeordnet. So repräsentieren RL40-42 und RL 45-47 Quertransekte, während RL48 als Einzelstation in der Fahrrinnenmitte positioniert wurde.
Die Lage der Probenahmestationen ist der Abbildung A.7.1-2 zu entnehmen. Sie entsprechen denjenigen der Vorjahre.
Ausbaustrecke km 648,5-653
In diesem Bereich wurden insgesamt 13 Stationen in der Fahrrinne beprobt, die zum einen eine Längsschnitt- (von km 648,5 - km 653) und zum anderen eine Querschnittbetrachtung ermöglichen.
Referenz km 647-648
Zwischen km 647 und 648 wurden 7 Stationen beprobt, die als Referenzstandorte für die 13 Fahrrinnen-Stationen zwischen km 649-653 fungieren sollen. 6 der insgesamt 7 Referenzstationen sind als Querschnitte angeordnet.
Abb. A.7.1-2: Lage der Untersuchungsstationen im Bereich der Fahrrinne zwischen km 647 bis km 653
Vertiefungsbereich-Baggerstrecke: Rot umrandet, Referenz: blau umrandet.
Um eine optimale Erfassung der Makrozoobenthos-Gemeinschaft v.a. die der Oligochaeta zu gewährleisten, sind unterschiedliche Methoden angewandt worden. So erfolgte eine getrennte Erfassung von größeren (van-Veen-Greifer, 1000 µm-Fraktion) und kleineren Organismen (Stechrohrunterproben, 250µm-Fraktion). Die Bearbeitung der 250 µm-Fraktion fokussierte dabei auf die Oligochaeten-Fauna, während bei der Auswertung der 1000 µm-Fraktion die übrigen Makrozoobenthosgruppen berücksichtigt wurden. Die aus den unterschiedlichen Beprobungsmethoden resultierenden Daten sind jeweils als eigenständiger Datensatz ausgewertet worden, da v. a. unter quantitativen Gesichtspunkten ein Zusammenführen der 1000 µm- und der 250 µm-Fraktion nicht sinnvoll ist.
Van-Veen-Greifer (1000µm-Fraktion)
An jeder der o. g. Stationen wurden 6 van-Veen-Greifer (Fläche = 0,1 m²) entnommen. Der Befüllungsgrad der verwerteten Greifer betrug mindestens 50 %. Greifer mit geringerer Füllung wurden verworfen. Der Greiferinhalt wurde in eine Wanne überführt und anschließend vor Ort unter vorsichtiger Spülung mit Elbewasser über 1000 µm Maschenweite gesiebt. Der Rückstand wurde in 70 %igem Alkohol zur taxonomischen Bestimmung fixiert.
Stechrohrprobe (250µm-Fraktion)
Jedem van-Veen-Greifer wurde mittels Stechrohr (Ø 4,5cm) eine Unterprobe entnommen und vor Ort in Formol (4 %) fixiert. Das Material der Stechrohr-Unterproben wurde im Labor mittels eines Elutrationsverfahrens gespült, wobei der Überstand über 250 µm Maschenweite aufkonzentriert wurde. Auf die konventionelle Siebung des Probenmaterials wurde verzichtet, da durch die mechanische Beanspruchung erfahrungsgemäß viele Oligochaeten beschädigt werden.
Aufarbeitung des Probenmaterials
Die Organismen (sowohl der 1000 µm- als auch der 250 µm-Fraktion) wurden im Labor aus den jeweiligen Siebrückständen aussortiert und anschließend taxonomisch bearbeitet. Von jeder identifizierten Art sind einige Exemplare in eine Belegsammlung überführt worden.
Soweit möglich, wurden die einzelnen Individuen der erfassten Taxa in "juvenil" und "adult" unterschieden. Folgende Kriterien lagen der Klassifizierung zugrunde: Muscheln galten bei Schalenlängen <5 mm als juvenil, Polychaeten (hier Marenzelleria) wurden als juvenil bezeichnet, wenn das 7. Segment <2 mm breit war. Gammariden wurden bei Größen von <4 mm als juvenil eingestuft. Die Klassifizierung der Oligochaeta ist dem entsprechenden Kapitel zu entnehmen. Für die Gattung Bathyporeia wurde auf eine Unterteilung in "juvenil" und "adult" verzichtet, da die Bestimmung der Arten dieser Gruppe erst ab einer bestimmten Größe möglich ist. Zur Frage der Differenzierung des Altersstadiums bei den Organismen der 250 µm-Fraktion siehe Kap. 3.1.3 im Berichtsteil.
Rahmenparameter
Als abiotische Parameter wurden erhoben: Datum, Uhrzeit, Koordinaten (Gauß-Krüger), Tidephase, Wassertiefe, Temperatur (an einigen Stationen), Sedimentzusammensetzung (Fingerprobe). Die Sedimente wurden wie folgt klassifiziert: Grobsand, Mittelsand, Feinsand, Schlick und Schill. Der Anteil einer jeweiligen Sedimentfraktion wurde vor Ort für jeden entnommenen Greifer geschätzt.
Die Auswertung umfasst eine Darstellung der verschiedenen untersuchten Elbe-Bereiche im Hinblick auf abiotische Rahmenbedingungen, Artenspektrum, Artenzahl, Zusammensetzung der Fauna auf Phyla-Niveau, Individuendichte und Dominanzstruktur. Der räumliche (Eingriffs-, Referenzbereich) sowie der zeitliche (vorliegende Daten mit Status quo ante 1999) Vergleich der Makrozoobenthos-Besiedlungen basiert auf den Kennwerten Artenzahl, Dominanzstruktur und Abundanzen. Die Abundanzvergleiche erfolgen sowohl summarisch auf Basis der Gesamtabundanz als auch auf Phyla-Ebene mittels Box-Whisker-Plots. Die Prüfung möglicher quantitativer Besiedlungsunterschiede (Artenzahlen, Abundanzen) sowohl auf räumlicher als auch auf zeitlicher Ebene erfolgte nur ergänzend - wenn sinnvoll - mittels Varianzanalysen oder parameterfreier Verfahren durch paarweise Vergleiche wie dem Wilcoxon-Test. Dieser wurde angewendet, wenn die Ergebnisse am gleichen Ort aber zu unterschiedlichen Zeitpunkten miteinander verglichen wurden. Der ebenfalls parameterfreie U-Test und Median-Test wurde zum Vergleich der Ergebnisse von unterschiedlichen Standorten verwandt.
Untersuchungen in der Außenelbe
Die Probenahme in der Außenelbe wurde im Zeitraum vom 13.05. bis zum 15.05.2003 durchgeführt. Die Terminfestlegung erfolgte in Abhängigkeit zur Wassertemperatur, da vorgesehen war, die Probennahme unter ähnlichen Rahmenbedingungen wie bei der Status-quo-Aufnahme 1999 durchzuführen. Zum damaligen Untersuchungszeitpunkt (Mitte April) lagen die Wassertemperaturen in etwa 6 - 8 m Tiefe um 10°C. In 2001 lag die Wassertemperatur mit 8 - 10°C etwas niedriger, in 2002 und 2003 waren die Werte mit 12 - 13°C etwas höher. Die Temperaturamplitude ist allerdings nicht so groß, als dass die interannuelle Vergleichbarkeit der Frühjahrsentwicklung des Makrozoobenthos eingeschränkt wäre.
Die Lage der in 2003 untersuchten Probenahmestationen ist der Abb. 1 zu entnehmen. In der Fahrrinne wurde die Position von zwei Stationen gegenüber den Vorjahren verändert. Es handelt sich hierbei um die in der südlichen Referenz befindlichen Stationen M28 und M30. Beide Stationen wurden in 2003 der nördlichen Referenz zugeordnet (rote Pfeile in Abb. 1). Diese Modifizierung wurde insofern als sinnvoll erachtet, da die südliche Referenz aus bislang unbekannten Gründen eine extrem verarmte Besiedlung aufwies und somit als Referenz im Sinne der Fragestellung nicht nutzbar war.
Die Lage der Probenahmestationen in 2003 ist der Abb. A.7.1-3 zu entnehmen.
Klappstelle und Umgebung km 733-736,5: Im Gesamtgebiet dieses Bereichs wurden 23 Stationen beprobt: 5 Stationen auf einem Längsschnitt auf der Klappstelle (Stationsbezeichnung MK), 8 Stationen (Stationsbezeichnung MKN) in der näheren und 10 in der weiteren Umgebung der Klappstelle (Stationsbezeichnung MKÄ). Die Untersuchungsstationen sind netzartig um die eigentliche Klappstelle herum positioniert. Eine Differenzierung in die von der Verklappung unterschiedlich beeinflussten Teilgebiete direkter Verklappungsbereich, Nahbereich und 'äußerer Bereich' (Referenz) ermöglicht einen räumlichen Vergleich (zur Lage der Teilgebiete s. Abb. A.7.1-3).
Fahrrinne km 732-740: In der Fahrrinne wurden 15 Stationen beprobt, die 1999-2002 aus je 5 Querschnitten à 3 Stationen gebildet werden. Drei Querschnitte wurden innerhalb einer Vertiefungsstrecke in der Fahrrinne (km 734,5 - 737,5) und je ein Querschnitt oberhalb (km 732) und unterhalb (km 740) der Baggerstrecke positioniert. Diese fungieren als räumliche Referenz. In 2003 erfolgte die o. g. Modifizierung der Positionierung zweier Referenzstationen (s. Abb. A.7.1-3).
Abb. A.7.1-3: Lage der Untersuchungsgebiete und Position der Probenahmestationen
Orange gestrichelt: Untersuchungsbereich Klappstelle (Teilbereiche Klappstelle: gelb; Nahbereich: grau; Äußerer Bereich (Referenz): blau). Rot umrandet: Baggerstrecke Fahrrinne, blaue Rechtecke Referenzen Fahrrinne. M37-M1: Transektstationen. Rote Pfeile: Verlegung der südlichen Referenz-Stationen M28 und M30 zur nördlichen Referenz.
Transekt km 736-Zehnerloch: Das hier bezeichnete 'Transekt km 736-Zehnerloch' entspricht demjenigen, welches im Planfeststellungsbeschluss als Transekt km 733 benannt ist. Es besteht aus 11 Stationen, die vom linksseitigen Fahrrinnenbereich bei km 736 über die Fahrrinne im Bereich der Baggerstrecke nördlich an der Klappstelle (km 733) vorbei bis zum Zehnerloch positioniert wurden. 6 der Stationen haben eine Doppelfunktion, da sie gleichzeitig auch für die Klappstellen- bzw. Fahrrinnenbetrachtung berücksichtigt werden.
An jeder der o. g. Stationen wurden 6 van-Veen-Greifer à 0,1 m² entnommen. Der Befüllungsgrad der verwerteten Greifer betrug mindestens 75 %; Greifer mit geringerer Füllung wurden verworfen.
In der Außenelbe wurde in 2003 wie auch schon in 2001 bzw. 2002 im Gegensatz zu der Beprobung 1999 auf Stechrohrunterproben verzichtet, weil die Ergebnisse aus 1999 gezeigt haben, dass in diesem Elbebereich über die Stechrohrunterproben kein zusätzlicher Erkenntnisgewinn erreicht wurde (BIOCONSULT, 1999; BFG, 2000). In der limnischen Unterelbe, deren Makrozoobenthos-Besiedlung durch Oligochaeta dominiert wird, ist dagegen die Anwendung von Stechrohrunterproben bzw. die Siebung über feinen Siebmaschenweiten sinnvoll und wurde auch fortgeführt (s. Berichte Unterelbe).
Nach der Probenahme wurde der Greiferinhalt in eine Wanne überführt und anschließend über ein 1 mm Sieb vorsichtig gesiebt. Der Rückstand wurde in 70 %igem Alkohol zur taxonomischen Bestimmung fixiert.
Die taxonomische Bearbeitung erfolgte im Labor; Muscheln wurden vermessen (auf den unteren zehntel Millimeter genau). Soweit möglich, wurden die einzelnen Individuen der erfassten Taxa in "Juvenil" und "Adult" unterschieden. Folgende Kriterien lagen der Klassifizierung zugrunde: Muscheln (hier Macoma balthica) galten bei Schalenlängen <5 mm als juvenil, Polychaeten (hier Marenzelleria) wurden als juvenil bezeichnet, wenn das 7. Segment <2 mm breit war. Gammariden wurden bei Größen von <4 mm als juvenil bezeichnet. Die Klassifizierung anderer Polychaeta erfolgte nach einer vergleichenden Einschätzung des vorliegenden Materials. Für die Gattung Bathyporeia wurde auf eine Unterteilung verzichtet, da die Bestimmung der Arten dieser Gruppe erst ab einer bestimmten Größe (4 mm, entsprechend der Ergebnisse eines in 1999 durchgeführten Workshops des BLMP) möglich ist.
An begleitenden Parametern wurden erhoben: Datum, Uhrzeit, Koordinaten (Gauß-Krüger), Tidephase, Wassertiefe, Temperatur (an einigen Stationen) und Sedimentzusammensetzung (Fingerprobe). Die Sedimente wurden wie folgt klassifiziert: Grobsand, Mittelsand, Feinsand, Schlick und Schill. Der Anteil einer jeweiligen Sedimentfraktion wurde vor Ort für jeden entnommenen Greifer geschätzt. Die Dokumentation ist im Anhang I des Berichts beigefügt.
Für die quantitativen Analysen (Abundanzbetrachtung, multivariate Verfahren) wurden solche Arten ausgeschlossen, die dem Hyperbenthos (sehr mobile Arten, deren Lebensraum auch das Freiwasser ist) zugeordnet werden. Die Erfassung des Hyperbenthos mit der Greifermethode ist durch eine hohe Zufälligkeit bestimmt, da es sich um mehr oder weniger mobile, wenig standorttreue Arten handelt. Für die Beantwortung der Fragestellung sind sie daher als ungeeignet anzusehen. Hydrozoa und Bryozoa blieben bei der quantitativen Auswertung ebenfalls unberücksichtigt, da z. T. nur Bruchstücke solcher Arten in den Proben vorhanden waren. Die o. g. Taxa wurden bei der Betrachtung der Taxazahlen berücksichtigt.
Die Auswertung umfasst eine Darstellung der verschiedenen Untersuchungsbereiche bzw. des Transekts im Hinblick auf abiotische Rahmenbedingungen, Artenspektrum, Artenzahl, Zusammensetzung der Fauna auf Phyla-Niveau, Individuendichte und Dominanzstruktur. Der räumliche (Eingriffsbereich-Referenz) sowie der zeitliche Vergleich der Makrozoobenthos-Besiedlung basiert auf den Kennwerten Artenzahl, Dominanzstruktur und Abundanzen. Die Abundanzvergleiche erfolgen sowohl summarisch auf Basis der Gesamtabundanz als auch auf Phyla-Ebene und wurden mittels Box-Whisker-Plots dargestellt. Die Prüfung möglicher quantitativer Besiedlungs-Unterschiede (Artenzahlen, Abundanzen) erfolgte sowohl auf räumlicher als auch auf zeitlicher Ebene - soweit sinnvoll - durch paarweise Vergleiche mittels parameterfreier Verfahren wie dem Wilcoxon-Test. Dieser wurde angewendet, wenn die Ergebnisse vom gleichen Ort aber unterschiedlicher Zeitpunkte miteinander verglichen wurden. Die ebenfalls parameterfreien U- und Median-Tests wurden zum Vergleich der Ergebnisse unterschiedlicher Standorten verwandt. In einigen Fällen sind die Ergebnisse einer einfachen Varianzanalyse (H-Test, F-Test) mit anschließendem post-hoc-Test (Nemenyi, Tukey) unterzogen worden. Des Weiteren wird, so weit ausreichende Daten vorliegen, auch die Besiedlungsstruktur (hier: Verhältnis juvenil-adult) der einzelnen Bereiche sowohl auf der zeitlichen als auch auf der räumlichen Ebene verglichen.
Zusätzlich zu den o. g. Auswertungen sind exemplarisch Gradientenanalysen (Kanonische Gradientenanalyse) für das Untersuchungsgebiet K733 durchgeführt worden. Die Kanonische Korrespondenzanalyse (CCA) ist eine Abschätzung, in welchem Maß bestimmte Umweltparameter die Variationsbreite der Benthosdaten erklären. Dabei werden Kombinationen von Umweltparametern berechnet und daraus die Ordinationsachsen aufgespannt. Die Analyse stellt eine multivariate Form der Regression dar, bei der die Arten-Abundanz-Daten als Funktion der vorgegebenen Umweltparameter modelliert werden. Für die Transektbetrachtung wurde eine Redundancy-Analysis RDA- (vgl. ter BRAAK u. SMILAUR, 1998) angewandt. Für die RDA wurden transformierte Abundanzdaten sowie bekannte Umweltvariablen berücksichtigt (s.u.). Die RDA geht von einem linearen Zusammenhang zwischen den erfassten Parametern aus und ist dann zur Erfassung von Unterschieden in einem Datensatz gut geeignet, wenn die Verbreitungsoptima der erfassten Arten tatsächlich innerhalb des vorliegenden Datensatzes liegen (ter BRAAK, 1996) .