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Der Fluss ist ein Lebensraum von internationaler Bedeutung. Anders als träge dahinfließende Ströme vergleichbarer Größe bremst hier keine Staustufe die starke Strömung. Im Mittelrheintal war es auch nicht möglich, den Fluss zu begradigen. Doch die Bebauung des Ufers hat die ursprünglichen Auwälder zurück gedrängt. Heute finden sich Auwaldreste fast nur noch auf den Rheininseln. Auch Abwassereinleitungen vor allem in den Jahren 1950 bis 1980 setzten Flora und Fauna stark zu.
Doch die Anliegerstaaten handelten. In der Folgezeit wurden die eingeleiten Schadstoffe stark vermindert. So konnte seit 1975 die Gewässergüte von sehr stark bis übermäßig stark verschmutzt (Stufe III-IV) auf mäßig belastet (Stufe II) verbessert werden. Die Artenzahlen haben wieder zugenommen. Mancherorts haben sich aus technischen Bauwerken sogar wertvolle Ersatzlebensräume gebildet. Bestes Beispiel dafür sind die Rheinkribben bei Bingen. Vor 150 Jahren wurden sie angelegt, um den Wasserstand im Binger Loch zu erhöhen. Heute stellen sie den wertvollsten Stillwasserbereich im Oberen Mittelrheintal dar.
Trotz vielfältiger Nutzungen ist der Rhein heute wieder Lebensraum zahlreicher stromtypischer Tierarten. Fischarten, die als vermisst galten, haben ihre alte Heimat zurück erobert. Dies gilt auch für die Kleintierfauna wie die Augustfliege, die Gemeine Kahnschnecke, die Große Teichmuschel und viele mehr. Seit etwa 150 Jahren wanderten weitere Arten, so genannte Neozoen hinzu. Sie profitierten vor allem von der Vernetzung der europäischen Wasserstraßen. So sind beispielsweise nach der Öffnung des Rhein-Main-Donaukanals jetzt auch Arten aus dem Schwarzmeerraum eingewandert.
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