1. Makroskopisch-biologische Wassergütebeurteilung eines Fliessgewässers (Bioindikation)
Machen Sie sich mit Hilfe einer vereinfachten, schulgeeigneten Methode zur Bestimmung der Fliesswasserqualität vertraut, z.B. Methode 1.1:-1.3!
Verschiedene Tierarten zeichnen sich durch unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen abiotischen Faktoren (z. B. Licht, Temperatur, Sauerstoff, Nährstoff- oder Salzgehalt) aus: so sind z. B. marine Organismen an Lebensräume mit relativ hohem Salzgehalt angepasst und können in Brack- oder Süsswasser oftmals nicht überleben. Einige Organismen zeigen in ihrer Anpassung relativ weite Grenzen und tolerieren einen recht breiten Bereich verschiedener Umweltbedingungen - sie sind euryök; andere Organismen sind im Hinblick auf einen oder mehrere Faktoren an eng begrenzte Lebensbedingungen angepasst und ertragen nur einen sehr kleinen Schwankungsbereich - solche an enge Grenzen adaptierte Arten nennt man stenök. Nur diese letzteren eignen sich als Zeigerorganismen: Kommen stenöke Formen in einem Lebensraum vor, deutet ihr Auftreten auf Lebensraumverhältnisse in eben diesen für die Tiere typischen Grenzen hin. sie sind damit "Indikatoren" bzw. "Bioindikatoren" für die ihnen zuträglichen Umweltbedingungen.
Als tierische Zeigerorganismen werden folgende wirbellose Tiere eingesetzt:
- Steinfliegen (Plecoptera): meist zwei schmale Hinterleibsanhänge, keine seitlichen Kiemen am Hinterkörper (genügend gelöster Sauerstoff im Wasser!)
- Eintagsfliegen: drei lange, dünne Schwanzanhänge (Ausnahme: Epeorus mit 2 Schwanzanhängen), dünnhäutige Tracheenkiemenblättchen oder - fäden am Hinterleib (—> bereits Hinweis auf Toleranz gegenüber weniger gelöstem Sauerstoff)
- Köcherfliegen: freilebende Köcherfliegen: mit weissen Kiemenbüscheln am Hinterleib, Hinterleib abgeknickt zur Körperlängsachse, Kräftiger Körperbau mit grossen Mundwerkzeugen (Räuber!); in Köchern lebend: Köcher aus kleinen charakteristischen Steinchen.
- Käfer: nur Hakenkäfer und Hakenkäferlarve sowie Bachtaumelkäfer geeignet: Bachtaumelkäfer mit behaarter Oberseite, Hakenkäfer mit langen Krallen, langsam am Grund laufend (nicht schwimmend!); typische Anzeiger der Gewässergüteklasse I bis I-II.
- Zweiflügler: artenreich, schwierig zu bestimmen, Ausnahmen: Netzflügel-Mücke, Zuckmückenlarve, Rattenschwanzlarve.
- Krebse: Bachflohkrebs, Wasserassel, Flusskrebs: Flohkrebse sind praktisch in allen Fliessgewässern mit ausreichendem Sauerstoff- und Kalkgehalt zu finden, fehlen allerdings in Fliessgewässern mit hoher Chloridbelastung (> 500 mg/L). O2-Mindestgehalt: ca. 4 mg/L (im schlechtesten Falle Güteklasse II-III, aber auch in besseren Gewässern).
- Egel: Egel findet man in mässig bis stark verschmutzten Gewässern (Güteklassen II bis III).
- Wenigborster: Schlammröhrenwurm.
- Weichtiere: Schnecken, Muscheln. Muscheln zeigen sehr unterschiedliche Ansprüche, sind häufig jedoch Anzeiger für mässig belastetes bzw. sauberes Wasser.
- Fische: Nur begrenzt verwendbare Bioindikatoren.
- Pflanzliche Zeigerorganismen: Pflanzen geben häufig den Trophiegrad an, sind also Indikatoren für den Nährstoffgehalt. Bsp.: oligotrophe (nährstoffarme) Gewässer mit Armleuchteralge und Gefärbtes Laichkraut (Potamogeton coloratus), eutrophe (nährstoffreiche) Gewässer mit Flutendem Hahnenfuss (Ranunculus fluitans).
- Plattwürmer: z.B. Bachplanarie. Einige Formen sind Vertreter sauberer Gewässer.
Vorgehen:
1.1: Sammeln der Organismen:
Von zehn mindestens faustgrossen, an verschiedenen Stellen des Bachbettes aufgenommenen Steinen werden die Lebewesen mit einem Pinsel oder einer Pinzette vorsichtig in einen wassergefüllten Behälter gesammelt. Anschliessend werden die Organismen voneinander getrennt und in entsprechenden Behälter überführt.
1.2: Bestimmung und Zählung der gesammelten Lebewesen:
Man bestimmt mit Hilfe der laminierten Bildtafeln und zusätzlicher Bestimmungsliteratur [z.B. ENGELHARDT, W.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher? - Franckh-Kosmos, Stuttgart, 14. Aufl. (1996); SCHWAB, H.: Süsswassertiere. Ein ökologisches Bestimmungsbuch. - Ernst Klett Schulbuchverlag, Stuttgart, 1. Aufl. (1995)] die Lebewesen, zählt jeweils die Anzahl jeder einzelnen Art aus und lässt anschliessend die Organismen sofort wieder frei.
1.3: Auswertung:
Die Auswertung der bestimmten und ausgezählten Lebewesen erfolgt nach folgendem Schema:
- Häufigkeitswerte: Die ausgezählten Lebewesen einer Art werden folgenden Häufigkeitswerten zugeordnet:
- Häufigkeitswert 1 = 1 -2 Tiere
- Häufigkeitswert 2 = 3 - 10 Tiere
- Häufigkeitswert 3 = 11 - 30 Tiere
- Häufigkeitswert 4 = 31 - 60 Tiere
- Häufigkeitswert 5 = 61 - 100 Tiere
- Häufigkeitswert 6 = 101 - 150 Tiere.
- Saprobienindex:
Der Saprobienindex s aus der Tabelle "Saprobien" teilt die Organismen nach ihrem Vorkommen in verschiedenen Güteklassen des Wassers ein (1: höchste Güteklasse, 4: schlechteste Güteklasse).
- Güteklasse:
Die Güteklasse des Gewässers lässt sich aus der Tabelle "Güteklasse" berechnen.
Aufgabe: Stellen Sie zwei der von Ihnen bestimmten wirbellosen Tiere knapp und bündig vor (interessante Merkmale, Stellung in der Nahrungskette)!
2. Mikrobiologische-hygienische Untersuchung des Gewässers [---> separate Anleitungen]
Bestimmen Sie mit 2 oder 3 Hygieneparametern die hygienische Qualität des Wassers!
2.1: KBE-Test: Abschätzung der Gesamtkeimzahl bzw. Koloniezahl (KBE [Kolonie-bildende Einheiten])
Eine plötzliche Erhöhung der Koloniezahl kann zum Beispiel bei Grundwasser auf eine Überforderung der Filtrationskraft des Bodens (Regenperiode, Schneeschmelze) oder auf mangelnde Entkeimung hindeuten, in einem Oberflächengewässer auf eine Verunreinigung durch Abwasser.
Bestimmung: Je ein Tropfen Wasser des zu untersuchenden Gewässers wird mit einer durch mehrfaches Spülen in 70%igen Alkohol entkeimten Pasteurpipette im 45o-Winkel auf einen sterilen Nähragar aufgetropft und mit einer abgeflammten, unter dem Deckel der Petrischale abgekühlten Glasspatel ausplattiert. Beschriftung (Datum, Nähragartyp [NA], Volumen [1 Tropfen = 0,05 mL]. Gewässerbezeichnung nicht vergessen).
2.2: EC-Test: Escherichia coli und coliforme Fäkalienbakterien
Als sicherer Fäkalienindikatorkeim wird hauptsächlich das Bakterium Escherichia coli benutzt. E. coli wird in grosser Zahl im Darminhalt des Menschen und warmblütiger Tiere angetroffen. Ihr Nachweis im Wasser gilt als Zeichen einer fäkalen Verunreinigung mit allen sich daraus ergebenden Konsequenzen: pathogene (krankheitserregende) Mikroorganismen, Seuchengefahr, Übertragungsgefahr. Wenngleich nur etwa 10% aerob wachsende (O2-bedürftige) Bakterien im menschlichen Stuhl vorhanden sind - knapp 2% davon sind Colibakterien und etwa 0.5% Enterokokken - scheidet der Mensch doch täglich etwa 500 Billionen (5 x 1014) bis zur einer Trillion (1015) Colibakterien aus. Daneben wird auch gelegentlich auf andere coliforme Bakterien und auf Enterokokken (Streptokokken) geprüft. Die coliformen Bakterien können fäkalen Ursprungs sein, ihr Hauptvermehrungsort haben sie jedoch im Abwasser und Oberflächenwasser; ihr Nachweis im Wasser gilt so lange als Zeichen einer fäkalen Verunreinigung, bis ihre nicht-fäkale Herkunft gesichert ist. Alle diese Indikatorkeime lassen sich auf geeigneten Nährböden selektiv, d.h. unter Unterdrückung anderer Keime, vermehren.
Bestimmung wie unter 2.1, aber mit dem sog. ENDO-Spezialagar für Fäkalienindikator-Bakterien.
2.3: SC-Test: Sulfitreduzierende Clostridien
Sulfitreduzierenden Clostridien sind eine Gruppe von Bakterien, die in der Lage sind, Sporen (Überdauerungsformen) zu bilden und in dieser Form teilweise härtere Umweltbedingungen, wie z.B. auch eine Desinfektion zu überleben.
Bestimmung wie unter 2.1, aber mit dem sog. Clostridien-Differential-Bouillon-Agar.
3. Chemisch-physikalische Analyse auf Schlüsselparameter [---> separate Anleitungen]
Bestimmen Sie den "Momentanzustand" des Gewässers mit ausgewählten chemisch-physikalischen Parametern aus dem "MN-Wasserkoffer"!
3.1: Physikalische Wasserparameter:
- Wassertemperatur [oC]
- Elektrische Leitfähigkeit [µS]
- pH-Wert [-]
- Sichttiefe [cm]
3.2: Chemische Wasserparameter:
- Sauerstoffgehalt (O2) und Sauerstoffsättigung (% O2)
- Biologischer Sauerstoffbedarf innerhalb 5 Tagen (BSB5): im Feld ansetzen, nach 5 Tagen im Labor O2-Gehalt bestimmen.
- Phosphatgehalt (PO43-)
- Stickstoffverbindungen: Ammonium- (NH4+), Nitrat- (NO3-) und Nitritgehalt (NO2-)
- Alkalität (Säureaufnahmevermögen)
- Wasserhärte
- Kaliumpermanganattest
4. Landschaftsökologische Bachbeurteilung
Abschätzung der menschlichen Eingriffe mit Hilfe des Kriterienblattes "Landschaftsökologische Beurteilung"!
5. Planktonbetrachtungen [---> separate Anleitung]
Bestimmen Sie mit dem Feldmikroskop abgekratze "Aufwuchsalgen" und die mit dem Phytoplanktonnetz eingefangenen Organismen!
Von einem sich "glitschig" anfühlenden Stein wird mit einem Messer der Oberflächenbelag abgekratzt und mit einem Feldmikroskop bei geeigneter Vergrösserung beobachtet. Eine orientierende "Bestimmung" kann mit Hilfe des Buches STREBLE, H., KRAUTER, D.: Das Leben im Wassertropfen. Mikroflora und Mikrofauna des Süsswassers. Franckh-Kosmos, Stuttgart, 9 Aufl. (2002) erfolgen.
Dito Verfahren nach mehrerer Planktonfischzügen mit dem Planktonnetz an geeigneten Wasserstellen!Welche anderen Vergleiche könnten die eingestrahlten Energiewerte veranschaulichen?
6. Gruppenminiprojekt: Eigene Ideen austesten
Führen Sie ein eigenes kleines Gruppenprojekt durch ("Miniprojekt") und berichten Sie, je nach Zeit, kurz darüber!
- Beobachtungen, Daten, Erfahrungen sammeln und Protokoll verfassen!
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