Hotspots and main drivers of fecal pollution in Neusiedler See, a large shallow lake in Central Europe

Abstract

To minimize the risk of negative consequences for public health from fecal pollution in lakes, the continuous surveillance of microbiological water quality parameters, alongside other environmental variables, is necessary at defined bathing sites. Such routine surveillance may prove insufficient to elucidate the main drivers of fecal pollution in a complex lake/watershed ecosystem, and it may be that more comprehensive monitoring activities are required. In this study, the aims were to identify the hotspots and main driving factors of fecal pollution in a large shallow Central European lake, the Neusiedler See, and to determine to what degree its current monitoring network can be considered representative spatially. A stochastic and geostatistical analysis of a huge data set of water quality data (~ 164,000 data points, representing a 22-year time-series) of standard fecal indicator bacteria (SFIB), water quality and meteorological variables sampled at 26 sampling sites was conducted. It revealed that the hotspots of fecal pollution are exclusively related to sites with elevated anthropogenic activity. Background pollution from wildlife or diffuse agricultural run-off at more remote sites was comparatively low. The analysis also showed that variability in the incidence of SFIB was driven mainly by meteorological phenomena, above all, temperature, number of sunny hours, and wind (direction and speed). Due to antagonistic effects and temporal undersampling, the influence of precipitation on SFIB variance could not be clearly determined. Geostatistical analysis did reveal that the current spatial sampling density is insufficient to cover SFIB variance over the whole lake, and that the sites are therefore in the most part representative of local phenomena. Suggestions for the future monitoring and managing of fecal pollution are offered. The applied statistical approach may also serve as a model for the study of other such areas, and in general indicate a method for dealing with similarly large and spatiotemporally heterogeneous datasets.Electronic supplementary materialThe online version of this article (10.1007/s11356-018-2783-7) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Accounting for the Three-Dimensional Distribution of Escherichia coli Concentrations in Pond Water in Simulations of the Microbial Quality of Water Withdrawn for Irrigation

“…Otherwise, the southern wind disturbs the movement from the northern area to the southern area. The wind direction and speed have dramatically influenced water circulation and the spread of microbial contamination in various bodies of surface water [39][40][41]. Sokolova et al [42] concluded that the microbial contamination from different sources was transported faster or slower to the water intake, depending on the wind speed and direction.…”

Bacterial succession along a sediment porewater gradient at Lake Neusiedl in Austria

“…There is a strong economic interest in the lake and the surrounding national parks due to their recreational value 1,5 . Thus, the lake’s water quality, including potential pathogenic microbes, is monitored on a regular basis 6–9 . Nevertheless, the bacterial community composition of water and sediment remains largely unexplored, particularly in relation to the lakes’ hydrochemistry.…”

Mikrobiologisch-hygienische Untersuchungen am Neusiedler See – von der Einzeluntersuchung zum Gesamtkonzept

“…Schwarze Linien in den Boxen -Median; Ausreißer und Extremwerte sind mit kleinen Kreisen angezeigt. Modifiziert nach Hatvani et al (2018) Falle zur Einstufung "bedenklich" führte (Löffler und Kohl 1982).…”

“…Diese Werte wurden ausgewählt, da sie in der Österreichischen Badegewässerverordnung als Grenzwerte für kurzfristige Verschmutzungsereignisse festgelegt sind (Österreichische Badegewässerverord-nung 2009, idgF.). Als Wetterereignisse wurden jene Messdaten betrachtet, bei denen die täglichen Niederschlagsmengen oder maximalen Windgeschwindigkeiten in der statistischen Analyse als Ausreißer oder Extremwerte eingestuft wurden (Hatvani et al 2018;Kirschner et al 2018 Trotz der großen Bedeutung, die extreme Wetterereignisse und im Speziellen extreme Niederschlagsereignisse auf die mikrobiologisch-hygienische Wasserqualität des Neusiedler Sees haben, darf nicht übersehen werden, dass nur etwa 30-35 % aller an den Hotspots beobachteten Verschmutzungsereignisse auf extreme Niederschläge zurückzuführen waren, ein großer Anteil (etwa 40 %) nicht durch Niederschlags-bzw Wetterereignisse erklärt werden konn-te. Lokale Besonderheiten spielen bei jedem Hotspot eine Rolle, aber auch der an schönen Tagen große Besucherandrang (Badegäste, Surfer, Segler), der direkt (Ausscheidungen im See) oder indirekt (über erhöhte Abwassereinleitungen aus den Kläranlagen Podersdorf, Jois) zu einer erhöhten fäkalen Belastung im See führen kann.…”

“…Um die Zusammenhänge mikrobiologisch-fäkaler Verschmutzungsereignisse mit Wetterereignissen zu untersuchen, mussten aufwendige empirische Datenanalysen durchgeführt werden (Hatvani et al 2018;Kirschner et al 2018). Dabei zeigte sich, dass bei den Hotspots 60 % aller Verschmutzungsereignisse in zeitlichem Zusammenhang mit extremen Wetterereignissen standen.…”