Untersuchungen über die Phytoplanktonblüte in der westlichen Ostsee

Abstract

Initiation and limitation of phytoplankton blooms in spring and autumn, occurring under complex hydrographic conditions in the brackish stratified waters of the western Baltic (Belt Sea), were investigated. Daily quantitative observations of plankton and environmental factors were made for a period of 5 to 6 weeks during March and April 1961 and 1962 as well as in September and October 1961 from the light-vessel “Flensburg” in the outer Flensburg Fjord. The diatom outburst appeared at the end of February 1961 during a calm weather period. In March 1962, when water temperature was quite low, the flowering ofSkeletonema andThalassiosira occurring in two separate clouds took place three weeks later. These clouds were found at the surface and at 10 m depth after stabilization by a halocline in 7.5 to 10 m. In both cases the end of this first bloom was caused by turbulence. The effect of the disappearance of a thermohaline stratification on the plankton succession was observed in September 1961, when, three days after complete mixing of the water column and with the onset of a calmwind period, a vigorous bloom ofCeratium fusus started; it stopped with the occurrence of a nutrient-devoid low-saline water mass at the surface. In the Belt Sea the main limiting factor for plankton flowering is considered to be wind turbulence coupled with high seston values and low compensation depths (2 to 11 m). Plankton blooms, as understood here, occur in the form of unevenly distributed clouds in the euphotic layer during periods of at least 4 to 6 weeks in spring, and of 8 weeks in autumn. They are controlled by turbulence and last until a long period of calm weather allows the depletion of nutrients in the upper layer of the stratified water.

Zusammenfassung

1. Im Übergangsgebiet zwischen Nord- und Ostsee, der Beltsee, wurden Untersuchungen über Beginn, Dauer und begrenzende Faktoren der Phytoplanktonblüten durchgeführt. Vom Feuerschiff „Flensburg“ (Flensburger Außenförde) aus wurden tägliche Vertikalserien mit 2,5 m Probenabstand durchgeführt und die gewonnenen Proben anschließend bearbeitet. Chlorophyll- und Eiweißgehalt wurden neben Planktonzählungen zur Charakterisierung des Planktongehaltes benutzt. Nach eigenen Beleuchtungsmessungen wurde die Strahlungsenergie in den verschiedenen Wassertiefen berechnet. Ferner dienten hydrographische Untersuchungen und Messungen des Phosphatgehaltes zur Beschreibung der abiotischen Umwelt der Plankter. Die Beobachtungen fanden jeweils 5 bis 6 Wochen lang im März bis April 1961 und 1962 sowie im September und Oktober 1961 statt.

2. Der Beginn der Blüte war Ende Februar 1961 an geringe Turbulenztiefen bei ruhigem Wetter und relativ hohe Wassertemperaturen (3,5° C) gebunden. Im folgenden Frühjahr begann die Planktonwucherung drei Wochen später bei niedrigen Temperaturen (1° C) nach einsetzender Stabilisierung der Wassersäule durch eine hochgelegene Sprungschicht. Im Herbst 1961 ermöglichte nachlassende Windeinwirkung nach einer vorhergegangenen Anreicherung der euphotischen Schicht mit Nährstoffen den Beginn der Blüte.

3. Unterschiedliche Lichtansprüche erklären das Wachstum zweier getrennter Populationen vonSkeletonema costatum an der Oberfläche und vonThalassiosira in 10 m Tiefe zur gleichen Zeit im Frühjahr 1962. Verschiedene Nährstoff- und Lichtansprüche machen im Herbst 1961 die getrennte Besiedlung des phosphatarmen Oberflächenwassers durchCeratium tripos und des phosphatreicheren vermischten Wassers durchCeratium fusus erklärlich.

4. Das Ende der beobachteten Frühjahrsblüten wurde durch Windturbulenz herbeigeführt. Phosphaterschöpfung ließ sich in den 6 Beobachtungswochen in keinem Falle erkennen. Beim Zusammenwirken der die Planktonblüten begrenzenden Faktoren — winderzeugte Turbulenz, Stabilität der Wassersäule, Nährstoffangebot und Fraß durch Zooplankton — kommt in der Beltsee weniger der Nährstofferschöpfung die Hauptrolle zu, als vielmehr der Einwirkung der Turbulenz. Hoher Sestongehalt beherrscht als feine mineralische Trübe die Lichtextinktion im Wasser. Die geringen Kompensationstiefen (Frühjahr 1961: 2 bis 4 m; Frühjahr 1962: 2 bis 7 m; Herbst 1961: 1,5 bis 11 m) bewirken eine große Anfälligkeit der Planktonentwicklung gegenüber schon geringer Erhöhung der Turbulenztiefe, die das Plankton leicht unter die „kritische Tiefe“ bringen kann.

5. Statt einer „Frühjahrs“- und „Herbstblüte“ des Phytoplanktons ist eine Folge unterschiedlich starker Wucherungen während mindestens 4 bis 6 Wochen im Frühjahr und 8 Wochen im Herbst anzunehmen. Diese Wucherungen dauern weit länger als dies bei Nährstoffbegrenzung allein der Fall wäre, da an windigen Tagen das Planktonwachstum gehemmt und gleichzeitig die Nährstoffmenge in der Oberschicht ergänzt wird.

6. Starke regionale Schwankungen der Turbulenz- und Kompensationstiefe führen in der Beltsee zu einer sehr inhomogenen horizontalen Planktonverteilung. Im Zusammenhang mit Strömungen erschwert dieser Umstand die Untersuchung der Planktonsukzession an einem Ort, weil die Sequenz meist miterfaßt wird. Man sollte daher besser die Sukzession in einem markierten, individuellen Wasserkörper untersuchen. Fragen der Licht- und Nährstoffbeeinflussung der hier beobachteten Populationen bedürfen noch der Klärung durch das Kulturexperiment.