Der Fe/P-Quotient des Sediments als Merkmal des Stoffumsatzes in Brackwässern

Abstract

The relation between phosphate and iron is of great importance in assessing the phosphate content of natural waters, since Fe(OH)₃, which is formed in the presence of oxygen, binds phosphate and fixes it in the sediment. Through exchange of ferric hydroxide with iron sulphide by means of hydrogen sulphide, the adsorptive linkage between iron and phosphorus is broken, and the phosphate ions will go back into solution. The sulphate content of the natural waters and the bacterial sulphate reduction connected with it are therefore of great importance for the phosphate content. In marine and brackish waters liberation of phosphate reaches extremely high intensities because of the high sulphate content. This situation was studied in the brackish waters of the Isle of Rügen (Baltic Sea) by means of sediment analyses. More than 70 soil profiles were collected and analyzed with respect to organic substances, iron and phosphate content. Considering the relationships between these three factors, it could be shown that in sediments containing less than 5% organic substances, the iron and phosphorus content is lower, and the iron/phosphorus quotient is about 12. With rising concentrations of organic substances, the iron and phosphorus content increases, iron increasing fourfold and phosphorus only doubling. Thus the iron-phosphorus quotient reaches an average of 23. Only in highly productive brackish water areas does the Fe/P quotient attain such a high value. An extensive production of organic material, an effective phosphate mobilization and a high Fe/P quotient are thus causally combined.

Zusammenfassung

1. Zur Untersuchung des Phosphathaushalts der Rügenschen Brackwässer (Ostsee) wurden zahlreiche Sedimentanalysen durchgeführt, und dabei Wassergehalt, Glühverlust, Eisen, Phosphor und Stickstoff untersucht. Die bis 10 cm langen Sedimentprofile wurden hierzu in 1 cm lange Abschnitte zerlegt.

2. In methodischen Untersuchungen wurde festgestellt, daß ein Salzgehalt von 1 % NaCl die Phosphatbestimmung nicht beeinflußt. Erst ab 3 % NaCl wurde ein deutlicher Salzfehler festgestellt. Zwei miteinander verglichene Verfahren der Gesamt-Phosphorbestimmung (Schwefelsäure- und Salzsäureaufschluß) ergaben eine befriedigende Übereinstimmung.

3. In den Rügenschen Brackwässern steigt der Phosphorgehalt mit steigender Entfernung von der Ostsee stark an und erreicht im Gesamt-Phosphat Were von mehr als 2 mg P/l. Gleichzeitig steigt auch die Produktion stark an.

4. Organische Substanz (Glühverlust), eisen und Phosphor des Sediments sind eng miteinander verknüpft: Bei Sedimenten mit weniger als 5 % Glühverlust ist der Eisen- und Phosphorgehalt gering, der Fe/P-Quotient liegt bei 12. Mit steigender Menge an organischer Substanz steigt der Eisen- und Phosphorgehalt des Sediments an, wobei Eisen den vierfachen, Phosphor aber nur den doppelten Wert erreicht. Hierdurch verschiebt sich der Fe/P-Quotient zugunsten des Eisens im Mittel auf 23. Da der Eisengehalt im Vergleich zu Süßwassersedimenten mit gleichem Glühverlust nicht erhöht ist, der Phosphorgehalt dagegen sehr niedrig liegt, ist der Fe/P-Quotient nicht durch eine Eisenanreicherung im Schlamm, sondern vielmehr durch eine Phosphorabgabe aus dem Schlamm so stark verschoben.

5. Voraussetzung für diese Prozesse im Brackwassersediment ist der hohe Sulfatgehalt des Brackwassers und die damit verknüpfte hohe Sulfatreduktion, die zur Eisensulfidbildung und damit zur Lösung der adsorptiven Bindung zwischen Ferrihydroxyd und Phosphat führt. Die aus der Bindung befreiten Phosphat-Ionen gehen wieder in Lösung, während Eisen als Sulfid im Sediment festgelegt wird. Der Sulfatgehalt ist also für den Phosphathaushalt von entscheidender Bedeutung.

6. Im Sediment des sulfatärmeren Süßwassers fehlt die Korrelation zwischen organischer Substanz und Fe/P-Quotient. Der Fe/P-Quotient verändert sich hier vielmehr unabhängig vom Glühverlust. Die Korrelation zwischen Fe/P-Quotient und Glühverlust ist also vom Sulfatgehalt abhängig.

7. Nur in den hochproduktiven Abschnitten des Brackwassers ist der Fe/P-Quotient so extrem verschoben. Ein hoher Fe/P-Quotient, starke Phosphatmobilisierung und hohe Produktion sind also ursächlich miteinander verknüpft. Der Fe/P-Quotient kann daher direkt als Indikator für eine Hochproduktion im Brackwasser angesehen werden.

8. Auch der N/P-Quotient und der Wassergehalt des Brackwassersediments sind mit dem Glühverlust verbunden und steigen mit dem Glühverlust an.

9. Zwei Hauptprinzipien sind für die riesige Produktion in den Rügenschen Brackwässern verantwortlich: die hohe Phosphorabgabe aus dem Schlamm und die bereits früher festgestellte gewaltige Nannoplanktonentwicklung.