Der Beitrag der Buhnenfelder an den Stoffumsetzungen in der Elbe wurde charakterisiert. Messungen umfassten eine fließzeitkonforme Elbelängsbereisung und hochaufgelöste Messungen verschiedener Gewässergüteparameter in Querschnitten der unteren Mittelelbe. Darüberhinaus wurden vorhandene Daten zum Stoffhaushalt der Elbe ausgewertet, wobei insbesondere vorliegende kontinuierliche Sauerstoffganglinien analysiert wurden.
Mit der Sauerstoff-Ganglinienien-Analyse (SGA) lassen sich ausgeprägte Unterschiede in den O2-Umsetzungsprozessen im Jahresverlauf 1998 erkennen. Das Verhältnis von Photosynthese zu Respiration variierte auch im Längsverlauf der Mittelelbe.
Bei den hochaufgelösten Sondenmessungen über zwei Flussquerschnitte konnten für Tw, O2, Chlo-a und Trübung tagesperiodisch variierende Unterschiede zwischen Buhnenfeldern und Hauptstrom aufgezeichnet werden. In den Buhnenfeldern waren die Tagesschwankungen größer als in der Strommitte. Unterschiede zwischen Rand und Hauptstrom wurden bei den genannten Parametern vor allem durch die (gleiche) Einstrahlung auf unterschiedlich tiefe Gewässerbereiche verursacht. O2-konzentration und pH-Wert werden indirekt durch die lichtabhängige Photosynthese vor allem des Phytoplanktons am Tage erhöht bzw. durch Respiration aller aeroben Organismen im Freiwasser und am Gewässergrund in der Nacht vermindert. Im Buhnenfeld sind die Bedingungen für Primärproduktion, verglichen mit dem Haupstrom, bedeutend besser. Im Hauptstrom dagegen hält sich das Phytoplankton mehr als die Hälfte der Zeit im aphotischen Bereich auf, in dem keine Photosynthese möglich ist. Entsprechend geringer ist der biogene O2-Eintrag durch das Hauptstrom-Phytoplankton.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Hauptstrom während dieser Messungen von den Randbereichen mit Sauerstoff quasi angereichert wurde. Es wird deutlich, dass bei der geringen Turbulenz im Buhnenfeld ein signifikanter Teil des Sestons aussank. Die Chlorophyll-Fluoreszenz war in den Buhnenfeldern ebenfalls geringer.
Für eine quantitative Analyse der Bedeutung der Buhnenfelder für den Stoffhaushalt in der Elbe war es notwendig, in das Gewässergütemodell QSim eine Stillwasserzonenerweiterung zu implementieren, die es erlaubt, Unterschiede in den Stoffumsetzungsprozessen zwischen Hauptstrom und Buhnenfeldern nachzubilden. Damit konnten sowohl ein kompletter Jahresgang 1998 als auch ein Längsprofil der fließzeitkonformen Beprobung im Jahr 2000 modelliert werden. Für wichtige Zustandsgrößen wie O2, Chl-a, N, P, Si, CSB, u.w. konnte mit dem Modell QSim die räumliche und zeitliche Verteilung der Stoffkonzentrationen in der Mittelelbe erfolgreich nachgebildet werden. Die Ergebnisse belegen die zentrale Rolle des Phytoplanktons im Stoffhaushalt der Elbe.
Die hohe Intesität der lateralen Austauschprozesse verhindern die Ausbildung starker Gradienten zw. Buhnenfeld und Hauptstrom. Die Ausprägung der einzelnen Stoffkonzentrationsgradienten ist wesentlich davon geprägt, in wieweit diese direkt oder indirekt durch die geringere Wassertiefe, die geringere Fließgeschwindigkeit und das damit eng verknüpfte „bessere“ Unterwasserlichtklima in den Buhnenfeldern beeinflusst werden.
Beim Sauerstoff führen sowohl der stärkere O2-Austrag im Hauptstrom, der durch höhere Fließgeschwindigkeit bewirkt wird, als auch die höhere biogene O2-Produktion im Buhnenfeld zu positiven Gradienten von Buhnenfeld zu Hauptstrom. Das Algenwachstum wird durch das bessere Lichtklima gefördert, aber auf Grund der höheren Sedimentationsverluste und der auch zu bestimmten Zeiten auftretenden Grazingverluste durch das Zooplankton kommt es nur zur Ausbildung schwach positiver Chlorophyll-Gradienten von Buhnenfeld zu Hauptstrom. Die Konzentrationen der gelösten Nährstoffe, o-PO4, NH4 und NO3 sowie Si werden stark durch die Nährstoffaufnahme der Algen bestimmt.