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Gewässergüteunters. II

Analyse und Prüfung der Gewässergüte an zwei ausgewählten Standorten der Ennepe mit abschließender Diskussion der Ergebnisse

Facharbeit im Grundkurs Biologie, Reichenbach Gymnasium Ennepetal
von Johannes Karoff, Schuljahr 2005/06       

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Inhaltsverzeichnis

0. Einleitung 
1. Das System der biologischen Gewässergüte
1.1. Das Saprobiensystem     
1.2. Gewässergüteklassen
1.2.1. Gewässergüteklasse I (und I-II)
1.2.2. Gewässergüteklasse II (und II-III)
1.2.3. Gewässergüteklasse III (und III-IV)
1.2.4. Gewässergüteklasse IV 
2. Beurteilung der Gewässergüte
2.1. Benötigte und hilfreiche Requisiten 
2.2. Sammlung der Mikroorganismen  
2.3. Bestimmung und Protokollierung der Mikroorganismen
2.4. Veranschlagung der Wassergüteklasse
3. Untersuchungen an beiden Standorten
2.1. Ennepefurt 
2.2. Gevelsberg-Vogelsang 
2.3. Feldprotokolle
4. Diskussion der Ergebnisse 
5. Literaturverzeichnis
6. Abbildungen 

 

0. Einleitung

Blickt man auf das Jahr 1995 zurück, so stellt man schockierendes fest: Damals befanden sich über die Hälfte der ca. 30.000 Flusskilometer Deutschlands in einem bedenklichen Zustand. Ein alarmierendes Ergebnis.
Glücklicherweise verbesserte sich die Situation schon bald, im Jahre 2000 waren beispielsweise nur noch knapp 35% der Flusskilometer in einem bedenklichen Zustand.1 In den darauf folgenden vier Jahren konnten sich die Gewässer nochmals um einen Prozentpunkt verbessern und es finden sich praktisch keine Flüsse mehr, die der schlechtesten oder zweitschlechtesten Gewässergüteklasse zugeordnet werden müssen2.
Hier versucht die EU anzusetzen, sie will mit einer Wasserrahmenrichtlinie eine anhaltende Verbesserung der Wasserqualität garantieren. So sollen möglichst alle Flüsse einen guten Zustand erreichen.3 Ein Fluss befindet sich in einem guten Zustand, wenn er mindestens der Gewässergüteklasse II angehört.
Denkt man hierbei an den örtlichen Fluss – die Ennepe, stellt sich die Frage, ob sich dieser Fluss in einem guten Zustand befindet oder ob Einleitungen diverser Firmen eine gute Wasserqualität verhindern. Zur Prüfung dieser Frage wird die Gewässergüte der Ennepe an zwei Standorten untersucht. Zwischen den beiden Messpunkten liegen diverse Firmen, die organische Substanzen in die Ennepe einleiten könnten. Es sei hiermit also der Versuch gewagt, zu prüfen, ob eine bedenkliche Verschlechterung der Güte der Ennepe zwischen Ennepefurt und Gevelsberg-Vogelsang stattfindet. Gemessen wird die biologische Gewässergüte, da nur hiermit eine Aussage über die langfristige Verschmutzung gemacht werden kann.

1. Das System der biologischen Gewässergüte

Um den langfristigen Zustand von Fließgewässern zu dokumentieren und zu bewerten, wird dem Wasser anhand des Saprobiensystems eine bestimmte Güteklasse bescheinigt. Dabei geben rund 160 Mikroorganismen Aufschluss über die Beschaffenheit des Wassers. Jedem dieser Organismen ist aufgrund seines Sauerstoffbedarfs ein Saprobienindex zugeordnet, sie gelten somit als Bio-Indikatoren für bestimmte Wasserqualitäten. Das heißt, jede Saprobiestufe hat ihre Zeigerorganismen.

1.1. Das Saprobiensystem

Der Begriff Saprobie leitet sich aus dem griechischen Wort ‚sapros’ ab und bedeutet ‚Fäulnis’. Demnach beschreibt das Saprobiensystem den Grad der Verschmutzung. Hierbei gilt,  bei verschiedenartiger Sauerstoff- und Nährstoffsättigung siedeln sich dafür spezifische Organismen an, die organische Substanzen im Wasser abbauen. So erschließt sich, dass das Auftreten oder auch das Wegbleiben von Organismen – so genannten Saprobien – den Zustand des Gewässers andeutet. Werner Baur beschreibt dies folgendermaßen:
„Findet man Organismen, von denen man weiß, daß sie nur in sauberem Wasser leben können, dann kann man aus ihrem Vorhandensein ableiten, daß das Wasser tatsächlich sauber sein muß; findet man aber in großer Zahl Arten, die sich an belastetes Wasser angepaßt haben und sich deshalb darin wohlfühlen, dann kann man daraus schließen, daß das Wasser tatsächlich belastet sein muß.“4
Um anhand dieser Erkenntnis systematisch und objektiv untersuchen und beurteilen zu können, wurde jedem Indikator ein Zahlenwert (Saprobienndex) zugeordnet. Dieser will nun anzeigen, wie hoch die Ansprüche eines Indikators an seine Umwelt sind, also in welcher Wasserqualität er vornehmlich lebt. Der Index – im Bereich zwischen 1 und 4 – bestimmt folglich, welcher Güteklasse ein Fluss zugeordnet wird.

1.2. Gewässergüteklassen

Wasserwissenschaftler und Biologen arbeiten üblicherweise mit vier Güteklassen und drei Zwischenstufen, um die Beschaffenheit von Fließgewässern zu beschreiben. Diese Klassifizierung gilt als allgemein anerkanntes Kriterium zur Beurteilung der Gewässergüte von Fließgewässern. Veröffentlicht wurde es 1976 durch die Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) und beruht auf den Arbeiten zum Saprobiensystem von Kolkwitz und Marsson5. Eingeteilt wird von Klasse I, völlig unbelastet bis hin zu Stufe IV, wo eine starke Verschmutzung vorliegt. Hierbei ist zu beachten: Bei schlechterer Wasserqualität steigt das Nährstoffangebot und der Sauerstoffanteil sinkt.
Fraglich bleibt nun, wieso innerhalb eines Flusslaufs die Gewässergüteklassenzugehörigkeit schwankt und nicht stagniert. Beantwortung findet diese Frage bei genauerer Beäugung der Vorgänge in einem Strom: Beispielsweise erhöht sich durch Kot und Abwasser die Belastung des Wassers durch organische Substanzen. Derer muss sich der Fluss wieder entledigen, er tut dies sogar selbst. Dieser Vorgang wird Selbstreinigung genannt: Die organischen Substanzen sind Nahrung für bestimmte Organismen, die sich nun gegenwärtig vermehren, die Wasserqualität sinkt. Sie bauen die Schadstoffe unter Sauerstoffverbrauch wieder ab. Nach einer gewissen Weile (Fließstrecke) sind die Schadstoffe verschwunden und die Organismen verhungern. So kann sich das Wasser wieder mit Sauerstoff anreichern, die Wasserqualität steigt wieder. Gleichwohl kann dies lediglich bei einer minimalen Verunreinigung funktionieren.6

1.2.1. Gewässergüteklasse I (und I-II)

Gewässer der Gütekasse I sind als „unbelastet bis sehr gering belastet“7 zu bezeichnen und benötigen einen Saprobienindex von 1,0 bis 1,5, um als solche klassifiziert werden zu dürfen. Charakteristisch ist ein hoher Sauerstoffgehalt von mindestens 8 mg/l, der geringen Schwankungen unterworfen ist. Die Nährstoffsättigung muss hingegen als gering beschrieben werden. Gewässer solcher Art finden sich vornehmlich an Oberläufen oder in Quellregion und bei Betrachtung des Grundes ist zumeist ein sandiger, kiesiger oder steiniger vorzufinden, wobei das Wasser klar ist.8
Bescheinigt man einem Fluss eine Güte der Klasse I-II, so ist er „gering belastet“9 und sein Saprobienindex liegt zwischen den Werten 1,5 und 1,8. Auch hier ist zumeist von einer hohen Sauerstoffsättigung auszugehen, daneben ist eine geringfügig höhere Nährstoffversorgung festzustellen.10


1.2.2. Gewässergüteklasse II (und II-III)

Bei „mäßig belastet[en]“11 Gewässern liegt der Saproienindex im Bereich von 1,8 bis 2,3. Zwar lässt sich auch hier ein relativ hoher Sauerstoffgehalt von zumeist über 6 mg/l messen, jedoch schwankt dieser beachtlich. Aufgrund des hohen Nährstoffangebots kommt es häufig zu einer Massenentwicklung einzelner Arten, doch wäre ein Fischsterben untypisch. Auf dem eher steinigen, kiesigen und teils sandigen Boden findet sich vereinzelt Schlamm, doch handelt es sich nicht um muffigen Faulschlamm. Aufgrund von Algenbildungen kann es zu einer Trübung des Wassers kommen.12
Fließgewässer der Zwischenstufe II-III sind „kritisch belastet“13, der Wert der Saprobie liegt zwischen 2,3 und 2,7. Die Sauerstoffsättigung in solchen Gewässern ist zwar mager, zumeist aber noch über 4 mg/l, wobei die Nährstoffe im Wasser weiter ansteigen. Eier und Larven können hier gefährdet sein und erste Anzeichen von Fischsterben sind zu beobachten. Hier kommt es erstmalig, wenn auch vereinzelt zu Faulschlammbildungen.14

1.2.3. Gewässergüteklasse III (und II-IV)

Ergibt die Berechnung der Gewässergüte eines Flusses einen Saprobiewert von 2,7 bis 3,2, so hat man es mit einem „stark verschmutzt[en]“15 Flusslauf zu tun. Zwar findet sich hier eine Vielheit an Nährstoffen, doch sorgt der knappe Sauerstoffanteil von gerade einmal 2 mg/l für immer wiederkehrendes Fischsterben. Das Wasser muss als dauerhaft trüb beschrieben werden und Faulschlamm erscheint schon mehrmalig.16
Im nächsten Stadium der Fäulnis spricht man von „sehr stark verschmutzt[em]“17 Wasser und der Saprobienindex liegt bei 3,2 bis 3,5. Der Sauerstoffanteil liegt oft unter 2 mg/l, was das Leben für Fische und Pflanzen nahezu unmöglich macht. Dafür kommen Mikroorganismen in dominierender Anzahl vor. Faulschlamm bedeckt nun fast vollständig die Flusssohle und es kann gar zum Auftreten von Faulgasen kommen.18

1.2.4. Gewässergüteklasse IV

Fließgewässer der schlechtesten Qualität werden als „übermäßig stark verschmutzt“19 bezeichnet, ihr Saprobienindex liegt zwischen 3,5 und 4,0. Solche Gewässer sind aufgrund von Abwassern bedeutend getrübt, die Sauerstoffmenge liegt gewissermaßen bei 0 mg/l. Hier sind nur noch Bakterien und Mikroorganismen ansässig, Fische sind gänzlich von der Bildfläche verschwunden. Bei dem dort betriebenen Abbauprozess kann es gar zu toxischen Erzeugnissen kommen. Vielfach lässt sich in absehbarer Zeit eine vollkommene Verödung des Flusses verzeichnen.20

2. Beurteilung der Güte eines Gewässers

Nachdem die verschiedenen Gewässerstufen charakterisiert wurden, stellt sich nun die Frage nach dem Weg zur endgültigen Feststellung der Güteklasse.
Ausgehend vom Saprobienindex wird von der Existenz verschiedener Indikatoren auf die Güte des Gewässers geschlossen. So werden Mikroorganismen eingefangen, die kurz darauf unter dem Mikroskop bestimmt werden. Im Anschluss erfolgt die Berechnung der Gewässergüte.

2.1. Benötigte und hilfreiche Requisiten

Will man die Qualität eines Flusses mit der biologischen Praktik beurteilen, so sollte zunächst einmal darauf geachtet werden, über die richtigen Hilfsmittel zu verfügen.
So benötigt man ein ausreichend großes Sieb, damit werden dem Wasser die Organismen entnommen. Auch ist eine durchsichtige Aufbewahrungsbox zu empfehlen, um Fische und anderweitige Kleintiere zu beobachten. Mit einem Pinsel lassen sich die Mikroorganismen leicht von Steinen entfernen.
Um die Art der eingefangenen Organismen zu ermitteln, sollten eine 10 Fach vergrößernde Lupe, ein Mikroskop und einige Glasgefäße zur Ausrüstung gehören. Auf dem Glasgefäß werden die Mikroorganismen platziert und mit der Lupe bzw. dem Mikroskop anhand von Bestimmungsschlüsseln und -büchern bestimmt. Natürlich dürfen auch Stift und Papier nicht fehlen, damit die gefundenen Indikatoren aufgelistet werden können.

2.2. Sammlung der Mikroorganismen

Zu Beginn jeder biologischen Gewässergüte steht die Sammlung der Indikatoren. Doch strittig ist die Vorgehensweise, so empfiehlt zwar Detlef Meyer: „Normale Erfassung = 10 Stck. handgroße Stein + 5 ‚Netzzüge’ (Haushaltssieb) im Kraut […] + 5 mal Bodengrund und Schlamm aussieben“21.  Eine andere Wahrnehmung scheint jedoch Werner Baur zu haben, folgt man ihm, so „sollte man sich nicht darauf beschränken, nur 10 Steine zu untersuchen, sondern möglichst viele, wenn möglich verschieden große“22, denn „je mehr Proben entnommen, je mehr Indikatoren also erfasst werden, desto genauer wird das Ergebnis“23. So scheint die Begrenzung der Proben durch Meyer nicht sinnvoll, vielmehr sollte die Suchdauer flexibel gestaltet werden. Man strebt schließlich ein möglichst genaues Ergebnis an.
Um eine aussagekräftige Stichprobe des Gesamtbestandes eines Flussabschnitts zu erhalten, bietet es sich an, sowohl beide Ufer als auch den mittleren Bereich des Flusses nach Mikroorganismen zu durchsuchen.

2.3. Bestimmung und Protokollierung der Mikroorganismen

Die wohl größte Problematik der Gewässeruntersuchung liegt in der Bestimmung der eingefangenen Mikroorganismen, denn es ist zwischen einer Vielzahl von Arten zu unterscheiden.
Zunächst wird der zu bestimmende Mikroorganismus auf ein Glasgefäß gelegt und dann unter einem Mikroskop bzw. einer Lupe genau beobachtet. Parallel arbeitet man sich durch den Bestimmungsschlüssel, der ähnlich einer ja/nein – Liste funktioniert, er ist also binär codiert. Dabei muss man den Bestand folglich mit der Fachliteratur konfrontieren. So sind Merkmale von Indikatoren aufgelistet, die entweder vorhanden oder nicht vorhanden sein können. Bei Beantwortung einer Frage wird entweder das nächste Merkmal abgefragt oder es wird auf eine Indikatorengattung verwiesen. Bei jeder Gattung gibt es noch Verzweigungen, die schlussendlich zur genauen Art des Indikators führen.
Manchmal kann auch ein Blick in die Bestimmungsbücher hilfreich sein, denn hier sind genauere Beschreibungen von Bewegungsabläufen und bevorzugten Ansiedlungsorten angegeben. So kann sich ein Anfangsverdacht erhärten oder als unhaltbar erweisen.
Hin und wieder scheint es jedoch gänzlich unmöglich, einen Indikator eindeutig zu identifizieren, sind es doch oft nur kleine Unterschiede zwischen zwei Arten. In diesem Fall ist es ratsam, lediglich die Gattung zu nennen, denn eine Fehleinschätzung bei der genauen Bestimmung könnte das Ergebnis erheblich verfälschen. Teilweise wird bestimmten Gattungen ein Saprobienindex gegeben. Dieser Wert ist zumeist der durchschnittliche Saprobienindex mehrerer Arten dieser Gattung.
Ist nun entweder die genaue Art oder zumindest die Gattung aller Indikatoren bestimmt, werden sie mit Häufigkeit und Saprobienindex aufgelistet, diese Liste wird Feldprotokoll genannt.

 

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