Über das Projekt IQ-Wasser
Biodiversität verstehen, Wasserqualität sichern
Talsperren
Mehr als nur Wasserspeicher
Talsperren erfüllen vielfältige Aufgaben: Sie speichern Wasser für die Trinkwasserversorgung, regulieren den Wasserstand zum Hochwasserschutz, ermöglichen die Gewinnung von Strom durch Wasserkraft, bieten Naherholungsgebiete und leisten oft einen wichtigen Beitrag zum Naturschutz.
In Deutschland gibt es über 311 große Talsperren sowie zahlreiche kleinere Anlagen. In unserem Projekt konzentrieren wir uns auf jene Talsperren, die vorrangig der Trinkwasserversorgung dienen, da hier besonders hohe Anforderungen an Wasserqualität und die Stabilität der Ökosysteme bestehen.
Doch Talsperren sind weit mehr als technische Bauwerke: Sie sind komplexe Lebensräume, in denen Wasser, Pflanzen und Tiere in einem empfindlichen Gleichgewicht zusammenwirken. Diese biologische Vielfalt beeinflusst maßgeblich, wie gut die Ökosysteme ihre vielfältigen Aufgaben erfüllen können.
Halterner See am Morgen
Johannes Ho, TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser
Biodiversität
Die Vielfalt des Lebens verstehen
Biodiversität beschreibt die enorme Vielfalt des Lebens auf unserer Erde – von den winzigsten Mikroorganismen über Pflanzen und Tiere bis hin zu komplexen Lebensgemeinschaften. Sie umfasst die Vielfalt der Arten, die genetische Variabilität innerhalb dieser Arten und die Vielfalt der Ökosysteme, in denen sie leben.
In den Talsperren zeigt sich diese Vielfalt besonders deutlich: Sie sind nicht nur Wasserspeicher, sondern lebendige Systeme, in denen verschiedene Pflanzen, Fische, Vögel, Insekten und unzählige mikroskopische Organismen miteinander vernetzt sind. Diese Vielfalt sorgt dafür, dass das Ökosystem robust bleibt, sich an Veränderungen anpassen kann und wichtige Funktionen erfüllt – etwa die Reinigung des Wassers oder die Bereitstellung von Lebensraum.
Doch Biodiversität ist mehr als nur eine Ansammlung von Arten. Sie ist die Grundlage für das ökologische Gleichgewicht und somit auch für unsere Lebensqualität. Wenn die Vielfalt abnimmt, können Ökosysteme instabil werden und ihre lebenswichtigen Dienste nicht mehr erfüllen.
Im Folgenden nehmen wir dich mit auf eine Entdeckungsreise: Wir betrachten die Biodiversität über der Wasseroberfläche, unter Wasser und in den mikroskopisch kleinen Lebensräumen, die oft verborgen bleiben – aber für das gesamte Ökosystem von zentraler Bedeutung sind.
1. Über dem Wasser
Leben am Ufer und in der Luft
Unsere Reise beginnt dort, wo das Wasser auf die Landschaft trifft: an den Ufern der Talsperren. Hier entfaltet sich ein lebendiges Mosaik aus Pflanzen, Tieren und Geräuschen. Wasservögel wie Haubentaucher, Reiher oder Enten gleiten über die Oberfläche, suchen nach Nahrung oder ziehen ihre Jungen groß. Amphibien wie Frösche und Molche nutzen die flachen Uferzonen als Laichplätze. Libellen tanzen über dem Wasser, während sich in den angrenzenden Wiesen und Wäldern eine Vielzahl weiterer Arten tummelt.
Diese oberirdische Biodiversität ist nicht nur schön anzusehen – sie ist auch ein wichtiger Indikator für die Gesundheit des gesamten Ökosystems. Viele dieser Tiere reagieren sensibel auf Veränderungen in der Wasserqualität oder im Lebensraum. Ihre Anwesenheit – oder ihr Verschwinden – erzählt uns viel über den Zustand der Talsperre.
2. Unter der Oberfläche
Die Welt der Fische, Pflanzen und Plankton
Ein Blick unter die Wasseroberfläche offenbart eine neue Dimension des Lebens. Hier leben Fische wie Forellen, Barsche oder Karpfen, die sich je nach Temperatur und Sauerstoffgehalt in unterschiedlichen Tiefenzonen aufhalten. Wasserpflanzen sorgen für Sauerstoffproduktion und bieten Schutz für Jungfische und Insektenlarven. Und dann ist da noch das Plankton – winzige, schwebende Organismen, die das Fundament der Nahrungskette bilden.
Die Zusammensetzung dieser Lebensgemeinschaften hängt stark von den Umweltbedingungen ab. In oligotrophen Talsperren – also nährstoffarmen, klaren Gewässern – finden sich spezialisierte Arten, die an stabile, lichtdurchflutete Verhältnisse angepasst sind. In mesotrophen Talsperren, die durch Nährstoffeinträge aus Landwirtschaft oder Siedlungen belastet sind, dominieren hingegen anpassungsfähige Arten. Hier kann es häufiger zu Algenblüten oder Sauerstoffmangel kommen – mit Folgen für die gesamte Unterwasserwelt.
3. Mikroskopisch klein
Die verborgene Welt der Mikroorganismen
Unsere Reise führt uns nun in eine Welt, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen ist – aber dennoch von zentraler Bedeutung für das Ökosystem ist: die mikrobielle Biodiversität. Bakterien, Viren, Algen, Pilze und Protozoen übernehmen zentrale Aufgaben im Stoffkreislauf des Wassers. Sie zersetzen organisches Material, bauen Schadstoffe ab, produzieren Sauerstoff und regulieren das Nährstoffgleichgewicht.
Trotz ihrer enormen Bedeutung ist über diese Mikroorganismen bislang wenig bekannt. Das Projekt IQ-Wasser nutzt modernste molekularbiologische Methoden wie Metagenomik und Umwelt-DNA-Analysen, um diese „unsichtbare Vielfalt“ sichtbar zu machen. Dabei werden genetische Spuren im Wasser analysiert, um herauszufinden, welche Arten vorhanden sind, wie sie sich über die Jahreszeiten hinweg verändern – und welche Rolle sie für die Wasserqualität spielen.
Diese Erkenntnisse helfen nicht nur, das Ökosystem besser zu verstehen, sondern auch, frühzeitig problematische Entwicklungen zu erkennen – etwa das Auftreten toxischer Cyanobakterien oder antibiotikaresistenter Keime.
Verschiedene Cyanobakterien im Mikroskop: Planktothrix, Planktothrix agardhii, Tychonema bourrellyi und Synechococcus rubescens
Chiara Holzer, TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser
Was stört die Biodiversität in Talsperren?
Vielfalt braucht Balance. Doch dieses Gleichgewicht wird in unseren Talsperren zunehmend gestört – durch natürliche Prozesse, menschliche Eingriffe und vor allem durch die Folgen des Klimawandels. Dabei wirken viele dieser Faktoren nicht isoliert, sondern in Wechselwirkung: Ein heißer Sommer verändert nicht nur die Wassertemperatur, sondern verstärkt auch Algenwachstum. Starkregen spült nicht nur mehr Nährstoffe ins Wasser, sondern bringt auch Mikroorganismen und Schadstoffe mit. Und neue Arten, sogenannte Neobiota, treffen auf ein Ökosystem, das ohnehin schon unter Druck steht.
Der Klimawandel spielt in diesem Gefüge eine besondere Rolle – nicht als alleinige Ursache, sondern als Verstärker bereits vorhandener Belastungen. Um Biodiversität wirklich zu verstehen, reicht es deshalb nicht, nur einzelne Arten zu betrachten. Wir müssen die Zusammenhänge erkennen: zwischen Temperatur, Sauerstoff, Nährstoffen, Mikroorganismen – und den vielen Organismen, die in diesem System miteinander leben.
In den folgenden Abschnitten zeigen wir beispielhaft, welche Faktoren die biologische Vielfalt in Talsperren beeinflussen – und warum es so wichtig ist, diese Entwicklungen genau zu beobachten.
Wasserknappheit & Dürre
Heiße, trockene Sommer führen zu sinkenden Wasserständen in Talsperren. Das ist nicht nur ein Klimathema – auch steigender Wasserbedarf durch Landwirtschaft oder Industrie verschärft den Druck. Sinkende Wasserstände verändern Lebensräume, begünstigen Verlandung und fördern die Konzentration von Nährstoffen und Schadstoffen.
Starkregen & Einträge
Starkregen-Ereignisse nehmen zu. Dabei werden Nährstoffe (v. a. Dünger), Mikroorganismen und Schadstoffe von landwirtschaftlichen Flächen in die Talsperren gespült. Diese Effekte gab es schon vorher – aber durch die heftigeren Regenfälle gelangen größere Mengen in kürzerer Zeit ins Wasser.
Schichtung im Wasserkörper
Klar, kühl und nährstoffarm
In vielen Talsperren entsteht im Laufe des Jahres ein faszinierendes, aber auch sensibles Phänomen: die Temperaturschichtung des Wassers. Vor allem in den wärmeren Monaten bildet sich im Wasserkörper eine stabile vertikale Gliederung – vergleichbar mit einer Torte in drei Schichten. Diese sogenannte Stratifikation beeinflusst maßgeblich das Ökosystem der Talsperre, vom Sauerstoffgehalt bis zur Verteilung von Nährstoffen und Organismen.
Wasser hat eine besondere Eigenschaft: Es ist bei etwa 4 °C am dichtesten. Wird es wärmer oder kälter, nimmt seine Dichte ab. Im Frühjahr und Sommer erwärmt sich die Wasseroberfläche durch Sonneneinstrahlung deutlich stärker als die tieferen Schichten. Dadurch entstehen drei Zonen, die sich nur langsam oder gar nicht miteinander vermischen:
Epilimnion (Oberschicht)
Die oberste, warme Wasserschicht. Sie ist gut durchmischt, reich an Sauerstoff und bietet vielen Tieren und Pflanzen einen idealen Lebensraum.
Metalimnion oder Sprungschicht
Eine schmale Übergangszone, in der die Temperatur rapide abnimmt. Durch diese Barriere findet kaum Austausch zwischen Ober- und Unterwasser statt.
Hypolimnion (Tiefenschicht)
Zone mit kaltem, oft sauerstoffarmen Wasser. In dieser Zone sammeln sich abgestorbene Biomasse, Nährstoffe und manchmal auch Schadstoffe.
Warum ist die Schichtung wichtig?
Diese vertikale Struktur ist entscheidend für viele ökologische Prozesse: Der Sauerstoff aus der Oberfläche gelangt nur schwer in die Tiefe. Gleichzeitig können Nährstoffe aus dem Sediment nicht einfach aufsteigen. Viele Organismen haben sich an diese Bedingungen angepasst – zum Beispiel Mikroben, die in sauerstoffarmen Zonen aktiv sind, oder Fische, die je nach Temperatur und Sauerstoff ihre Aufenthaltsbereiche wählen.
Wenn das Gleichgewicht kippt
Durch den Klimawandel verlängern sich Hitzeperioden – und mit ihnen die Dauer der Schichtung. Das führt dazu, dass in der Tiefe noch weniger Sauerstoff zur Verfügung steht. In extremen Fällen kann das Hypolimnion nahezu sauerstofffrei werden (Anoxie), was wiederum Abbauprozesse verändert und giftige Stoffe (z. B. Ammonium, Sulfid oder Methan) freisetzen kann.
Auch die Frühjahrs- und Herbstzirkulation, bei der sich das Wasser normalerweise vollständig durchmischt, kann gestört sein. Dies hat weitreichende Folgen für das gesamte Ökosystem: von verändertem Algenwachstum bis zu Verschiebungen in der mikrobiellen Gemeinschaft und dem Rückgang empfindlicher Arten.
Neobiota
Neue Arten, neue Herausforderungen
Neobiota sind Tier-, Pflanzen- oder Mikroorganismenarten, die ursprünglich nicht in einem bestimmten Gebiet heimisch waren, sich aber durch den Einfluss des Menschen dort angesiedelt haben – sei es absichtlich (z. B. durch Fischbesatz oder Gartenpflanzen) oder unabsichtlich (z. B. über Ballastwasser, Aquarien oder Klimawandel). In Süßwassersystemen wie Talsperren können solche biologischen "Neuankömmlinge" tiefgreifende Veränderungen im Ökosystem verursachen.
Nicht jede eingeschleppte Art wird zum Problem. Viele können sich gar nicht etablieren oder bleiben unauffällig. Doch einige invasive Neobiota verbreiten sich schnell, verdrängen einheimische Arten oder stören wichtige ökologische Prozesse. Besonders in sensiblen Gewässern wie Trinkwassertalsperren können solche Störungen schwerwiegende Folgen haben – etwa durch:
- Veränderung von Nährstoffkreisläufen oder des Sauerstoffhaushalts
- Konkurrenz oder Verdrängung einheimischer Arten
- Förderung von Algenblüten durch Einfluss auf die Trophie
- Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaften
Warum treten Neobiota heute häufiger auf?
Klimawandel, globaler Warenverkehr, aber auch der Tourismus begünstigen die Ausbreitung fremder Arten. Höhere Wassertemperaturen ermöglichen beispielsweise wärmeliebenden Arten das Überleben in Regionen, in denen sie früher keine Chance hatten. Talsperren sind oft isolierte Lebensräume, in denen sich neue Arten – wenn sie einmal angekommen sind – schnell und ungestört ausbreiten können.
Quagga-Muschel Dreissena rostriformis bugensis
Ursprünglich aus dem Schwarzen Meer, breitet sie sich über europäische Gewässer bis nach Deutschland aus. Sie verstopft technische Anlagen, verändert die Nährstoffdynamik und beeinflusst Planktongemeinschaften.
Signalkrebs
Pacifastacus leniusculus
Dieser nordamerikanische Flusskrebs ist Träger der Krebspest, gegen die einheimische Arten wie der Edelkrebs keine Abwehr haben. Er verändert das Gewässer durch seine Grabetätigkeit und starke Fressaktivität.
Wasserpest
Elodea nuttallii
Diese ursprünglich nordamerikanische Pflanze breitet sich stark in Seen und Talsperren aus. Dichte Bestände können heimische Arten verdrängen und die Wasserzirkulation stören.
Wie werden Neobiota erfasst?
Die Identifikation und Beobachtung von Neobiota erfolgt auf verschiedenen Wegen – vom einfachen Beobachten und Melden durch Bürger*innen bis zu modernen molekularbiologischen Methoden wie PCR oder Metagenomik, mit denen auch schwer nachweisbare oder mikroskopisch kleine Arten erkannt werden können.
Mehr dazu auf unserer Seite „Methoden + Innovation“
Ziele des Projekts
Zusammenhänge verstehen – für die Talsperre von morgen
Unsere Talsperren stehen im Spannungsfeld vieler Einflüsse: Klimatische Veränderungen, neue Arten, veränderte Nährstoffeinträge oder Verschiebungen im Ökosystem wirken gleichzeitig – oft schleichend, manchmal plötzlich. Umso wichtiger ist es, nicht nur einzelne Faktoren zu betrachten, sondern das große Ganze zu verstehen.
Ziel unseres Projekts ist es, die vielschichtigen Wechselwirkungen zwischen physikalischen (z. B. Temperatur, Schichtung), chemischen (z. B. Nährstoffe, Sauerstoffgehalt) und biologischen (z. B. Artenvielfalt, Mikroorganismen) Prozessen in Talsperren systematisch zu erfassen und miteinander zu verknüpfen. Dafür nutzen wir klassische Messmethoden, neue Technologien und moderne KI-gestützte Analysen, um verborgene Muster und Zusammenhänge sichtbar zu machen.
Diese Erkenntnisse helfen uns, Prognosen für die Zukunft zu entwickeln:
- Wie wird sich die Biodiversität in Talsperren entwickeln?
- Welche Folgen hat das für die Wasserqualität und Versorgungssicherheit?
- Und mit welchen Maßnahmen können wir gegensteuern, bevor Probleme entstehen?
- Interdisziplinär – innovativ – vorausschauend
Um diese Ziele zu erreichen, arbeiten Expertinnen und Experten aus verschiedenen Disziplinen zusammen: Biologie, Hydrologie, Mikrobiologie, Datenwissenschaft und mehr. Unser Werkzeugkasten ist breit gefächert – von Beprobungen vor Ort über Molekularanalytik bis hin zu Machine Learning.