Die Makrozoobenthos-Fauna der Ilse

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1 Engelbert-Kaempfer-Gymnasium Lemgo Ehlebracht, Stefanie Die Makrozoobenthos-Fauna der Ilse Facharbeit im Fach: Biologie Leistungskurs Betreuende Lehrkraft: Frau Telgmann Abgabetermin der Arbeit: Schuljahr 2010/2011

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Untersuchungsgegenstand Untersuchungsmethoden. 3.1 Materialien Bestimmung des Ortes Bestimmung der Zeit oder Anzahl des Siebens Kick-Sample-Methode Bestimmung der Organismen Bestimmung der Häufigkeit Bestimmung der Güteklasse mit Hilfe des Saprobiensystems Hintergrund des Systems Einteilung der Güteklassen Berechnung Durchführung Sammeln der Organismen Bestimmung der Organismen Bestimmung der Häufigkeit Berechnung des Saprobienindex Ergebnis Deutung Fazit Quellenverweis Erklärung.16 1

3 1. Einleitung Seit dem gilt in Europa eine neue Wasserrahmenrichtlinie. Mit dieser Richtlinie soll die Gewässerbewirtschaftung auf eine einheitliche, ökologische Grundlage gebracht werden. Sie soll also zur allgemeinen Verbesserung des Zustandes oder zur Erhaltung von guten Zuständen aller Gewässer in Europa führen. Unter anderem besagt diese Wasserrahmenrichtlinie, dass ein Verschlechterungsverbot des Wasserzustandes gilt. Das heißt, alle Gewässer müssen sich bis zum Jahr 2015 in einem guten ökologischen Zustand befinden. Ein guter ökologischer Zustand entspricht bei der biologischen Gewässergütebestimmung der Güteklasse II, wobei Güteklasse I den besten und Güteklasse IV den schlechtesten Zustand bezeichnet. Sollten Gewässer eine schlechtere Güteklasse als II aufweisen, muss der Zustand verbessert werden. 1 Im Folgenden wird eine biologische Gewässergütebestimmung exemplarisch an einem Fluss in Lippe beschrieben. Es wird mit Hilfe der Bestimmung der Makrozoobenthos- Fauna und des Saprobiensystems überprüft, ob der ausgewählte Fluss der Wasserrahmenrichtlinie entspricht. Der Begriff Makrozoobenthos-Fauna beschreibt die Gesamtheit tierischer Organismen eines Gewässerbodens, welche mit dem bloßen Auge erkennbar und bestimmbar sind. Das Saprobiensystem ist ein System mit dessen Hilfe man die organische Belastung eines Flusses aufgrund der Makrozoobenthos- Fauna bestimmen kann. Es wird besonders darauf eingegangen, wie man Organismen an einem Fluss richtig sammelt und welche Dinge zu beachten sind. Des Weiteren wird beschrieben, wie die gesammelten Lebewesen bestimmt werden und wie man anschließend mit der Häufigkeit der Tiere und ihrem bestimmten Saprobiewert durch den berechneten Saprobienindex auf die Gewässergüteklasse schließen kann. Außerdem wird das Ergebnis am Ende mit Untersuchungen verglichen, die im Jahr 2003 durchgeführt worden sind und besagen, dass der ausgesuchte Fluss dem guten ökologischen Zustand entspricht. Diese Aussage gilt es zu bestätigen oder zu widerlegen. 2. Untersuchungsgegenstand Als zu untersuchender Fluss steht die Ilse zur Verfügung, welche zum Flusssystem der Weser gehört. Sie hat ihre Quelle bei Lemgo-Welstorf und mündet bei Lemgo-Lieme in die Bega. Mit den Nebenflüssen Istorfer Bach, Taller Bach, Niederluher Bach, 1 Vgl.: 2

4 Sellsiekbach und Radsiekbach umfasst die Ilse eine Länge von 15 km. Ihr Gebiet begrenzt sich ausschließlich auf den Bereich Lemgo Untersuchungsmethoden 3.1 Materialien Als Materialien für die Untersuchungen dienen verschraubbare Plastikbehälter für die gesammelten Organismen, ein Sieb, eine Photoschale, eine Spritzflasche und eine Federstahl-Pinzette. 3.2 Bestimmung des Ortes Die Stelle, an der die Untersuchungen durchgeführt werden, wird möglichst so gewählt, dass sich sowohl Kies und Sand, als auch Steine und Äste am Boden des Flusses befinden. Der Grund dafür ist, dass sich beispielsweise im Sand völlig andere Tiere aufhalten, als unter einem Stein. Da nur die Gesamtbewertung zu einer genauen Gewässergüteklassen-Bestimmung führt, ist es wichtig, in allen Bereichen zu Keschern. Dies ist auch der Grund, warum nicht mehrmals an einer einzigen Stelle gekeschert wird, sondern über die gesamte Breite des Flusses Bestimmung der Zeit oder Anzahl des Siebens Sobald der Bereich des Flusses festgelegt ist, wird auch eine begrenzte Zeit bestimmt, in der man an den verschiedenen Stellen keschert. Eine andere Möglichkeit wäre, festzulegen, wie oft man in verschiedenen Bereichen siebt. Beispielsweise 5-mal im Kies, 5-mal im Pflanzenbestand, usw. Beide Alternativen sind möglich, jedoch sehr subjektiv und immer abhängig von dem Untersuchenden Kick-Sample-Methode Zum Fangen der Organismen wird die Kick-Sample-Methode angewendet. Bei der Kick-Sample-Methode wird das Sieb auf den Flussgrund, in entgegengesetzter Richtung der Strömung, gehalten und der Untergrund mit dem Fuß vor dem Sieb bewegt. Auf diese Weise werden einerseits Tiere, die sich zwischen dem Kies befinden und andererseits Tiere, die sich im Schlammbestand aufhalten, aufgewirbelt und in das Sieb befördert. 1 Vgl.: 2 Vgl.: Biologische und chemische Gütebestimmung von Fließgewässern, S Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S. 61 3

5 3.5 Bestimmung der Organismen Um die Organismen eindeutig identifizieren zu können, ist es notwendig, mit einem Binokular zu arbeiten. Für die Bestimmung der gesammelten Lebewesen wird ein Bestimmungsschlüssel verwendet. Der Bestimmungsschlüssel beginnt mit einer groben Frage zu einem Merkmal des Tieres. Für diese Frage gibt es zwei Antwortmöglichkeiten, die jeweils zu einer neuen spezifischeren Frage führen. Es folgen weitere Fragen, die im Verlauf immer detaillierter werden, bis am Ende zu einer bestimmten Art gelangt werden kann. 1 Der hier aufgeführte Bestimmungsschlüssel dient zur ersten groben Identifizierung des Tieres. Genauere Bestimmungsschlüssel helfen darüber hinaus die spezifischen Arten zu bestimmen. 3.6 Bestimmung der Häufigkeit Sobald ein Tier bestimmt worden ist, wird seine Häufigkeit notiert. Jeder Anzahl wird anschließend ein Häufigkeitswert von 1-6 zugeteilt. Häufigkeitswert 1 = 1-2 Tiere 1 Vgl.: Gewässerbeobachtung / Gewässerschutz, S

6 Häufigkeitswert 2 = 3-10 Tiere Häufigkeitswert 3 = Tiere Häufigkeitswert 4 = Tiere Häufigkeitswert 5 = Tiere Häufigkeitswert 6 = Tiere Bestimmung der Güteklasse mit Hilfe des Saprobiensystems Hintergründe des Systems Die Lebensbedingungen in einem Fluss beeinflussen stark die angesiedelte Tierwelt. Bestimmte Arten leben nur unter speziellen Bedingungen oder sind in einigen Lebensräumen gar nicht zu finden. Deshalb kann durch Zeigeorganismen, auch Bioindikatoren genannt, auf eine bestimmte Gewässergüteklasse geschlossen werden. Man unterscheidet hierbei zwei Arten von Bioindikatoren: Zum einen die stenöken Arten, die ganz besonders auf bestimmte Umweltbedingungen angewiesen sind 2 und einen hohen Zeigerwert besitzen und zum anderen die euryöken Arten, die große Schwankungen, zum Beispiel des Sauerstoffgehalts, tolerieren. Der Vorteil einer biologischen Gewässeranalyse ist, dass sie nicht wie die chemische Wasseranalyse nur eine Momentaufnahme anzeigt, sondern mit ihr ein mittel- bis langfristiger Zustand eines Gewässers bestimmt werden kann. Der Nachteil jedoch ist, dass die Organismen, die sich am Besten zur Rückschließung auf die Gewässergüte eignen, sehr kleine Bakterien und Einzellerarten sind, die nur von Spezialisten richtig bestimmt werden können. 3 Ein erstes Verfahren zur biologischen Wasseranalyse entwickelten im Jahr 1902 Kolkwitz und Marsson mit dem Saprobiensystem, welches im Laufe der Zeit immer weiter ausgebaut wurde. Das Saprobiensystem ist eine Zusammenstellung von Organismen, die anzeigen, welcher Grad der Belastung einem Fließgewässer zugeordnet werden kann. 4 Die Organismen, die für das Saprobiensystem relevant sind, werden Saprobien genannt. Sie leben von fäulnisfähigen Stoffen und treten deshalb nur bei einem bestimmten Grad organischer Verschmutzung auf. 5 Mit dem Saprobiensystem wurde versucht, nur Arten zu berücksichtigen, die für den Grad der organischen Belastung relevant sind. Bei diesen Arten geht man davon aus, dass sie die 1 Vgl.: Ökologie, S Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S Vgl.: Wasser untersuchen, S Vgl.: Biologische und chemische Gütebestimmung von Fließgewässern, S. 25 5

7 Bedingungen in ihrer Lebenswelt repräsentieren. Das Saprobiensystem wird nicht bei stehenden Gewässern, sondern vorzugsweise bei Fließgewässern angewendet. 1 Es berücksichtigt keine anderen für die Gewässergüte wichtigen Verbindungen wie Phosphate oder Schwermetalle und liefert vor allem Informationen über den Grad der Belastung durch organische Stoffe und den Sauerstoffgehalt Einteilung der Güteklassen Das Saprobiensystem nach Kolkwitz und Marsson wird in vier verschiedene Stufen eingeteilt: Oligosaprob, β-mesosaprob, α-mesosaprob und Polysaprob. Liebmann ordnete später jeder dieser Stufen eine Gewässergüteklasse zu. Güteklasse I (Oligosaprob) Das Wasser ist kaum verunreinigt und befindet sich in einem optimalen Zustand. Hier findet man vor allem viele Insekten und stark sauerstoffbedürftige Fische. Güteklasse II (β-mesosaprob) Das Wasser ist mäßig verunreinigt und kaum getrübt. Es hat eine gute Sauerstoffversorgung und bietet eine hohe Vielfalt an Arten, vor allem in der Bodenbesiedlung. Güteklasse III (α-mesosaprob) Das Wasser ist stark verschmutzt und hat einen stark schwankenden Sauerstoffgehalt. Viele Tümpel, Fischteiche und Zierteiche weisen diese Güteklasse auf. Güteklasse IV (Polysaprob) Das Wasser ist sehr stark verunreinigt und freier Sauerstoff fehlt hier fast völlig. Vor allem findet man diesen Zustand dort, wo Abwässer, Jauche u. ä. eingeleitet werden. 3 Dies sind die hauptsächlichen Gewässergüteklassen. Als Ergänzung gibt es drei Zwischenklassen: Güteklasse I II (oligosaprob bis β-mesosaprob) Güteklasse II III (β-mesosaprob bis α-mesosaprob) Güteklasse III IV (α-mesosaprob bis polysaprob) 4 1 Vgl.: 2 Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S Vgl.: Kleingewässer, S Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S. 63 6

8 Bis zum Jahr 1995 wurde zusätzlich die Güteklasse V eingeführt. Ökologisch zerstörten Fließgewässern wurde diese Gewässergüteklasse zugeteilt. Heute findet sie jedoch keine Verwendung mehr und es wird sich auf die Güteklassen von I-IV beschränkt Berechnung Der Saprobienindex wird durch eine Formel errechnet, die sowohl den Saprobiewert, als auch die Häufigkeit der gefangenen Tiere berücksichtigt. Der Saprobiewert entspricht einer Zahl zwischen 1 und 4. Jede spezifische Art hat ihren eigenen Saprobiewert, der den verschiedenen Saprobienstufen zugeordnet werden kann. Aus den Saprobiewerten könnte man also bereits auf die Güteklasse schließen. 2 Da jedoch die Häufigkeit der verschiedenen Arten eine große Rolle bei der Gütebestimmung spielt, muss diese ebenfalls berücksichtigt werden. Hierfür steht die unten aufgeführte Formel zur Verfügung, die nur eine Möglichkeit zum Berechnen des Saprobienindex darstellt. Mit der Zeit haben sich mehrere unterschiedliche Rechenwege angesammelt. Ein anderes Verfahren beinhaltet zum Beispiel die Berücksichtigung des Indikatorgewichts, wodurch ein genaueres Ergebnis erzielt werden kann. 3 Summe Summe ( s H) ( H) = Saprobienindex Summe(sxH) / Summe(H) = Saprobienindex 4 s steht in diesem Fall für den jeweiligen Sabrobiewert, H für den Häufigkeitswert. Das heißt es wird die Summe aller Saprobiewerte gebildet und mit der Summe der Häufigkeitswerte multipliziert. Dieses Ergebnis wird durch die Summe der Häufigkeitswerte dividiert. Nun ergibt sich ein Wert, der einer Saprobienstufe und somit einer Güteklasse zugeordnet werden kann. 1 Vgl.: 2 Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S.61 3 Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S.62 4 Vgl.: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?, S. 61 7

9 Güteklasse Saprobienstufe Saprobienindex Organische Belastung I Oligosaprob 1,0 - < 1,5 Unbelastet bis sehr gering belastet I II Oligosaprob bis 1,5 - <1,8 Gering belastet β-mesosaprob II β-mesosaprob 1,8 - < 2,3 Mäßig belastet II III β-mesosaprob bis 2,3 - < 2,7 Kritisch belastet α-mesosaprob III α-mesosaprob 2,7 - < 3,2 Stark verschmutzt III IV α-mesosaprob bis 3,2 - < 3,5 Sehr stark verschmutzt polysaprob IV Polysaprob 3,5 4,0 Übermäßig stark verschmutzt 1 4. Durchführung 4.1 Sammeln der Organismen Die Untersuchungszeit wird zu Beginn auf 60 Minuten festgelegt. Zuerst wird der Bodengrund mit dem Sieb an verschiedenen Stellen des Flusses durchsiebt. Bei dem Bodengrund ist es notwendig die so genannte Kick-Sample-Methode anzuwenden. Wenn das entnommene Substrat in die Photoschale gegeben wird, ist es wichtig, das Sieb mit der Spritzflasche von außen abzuspritzen, damit Tiere, die sich in dem Sieb verfangen haben ebenfalls in die Photoschale befördert werden. Aus dieser Photoschale werden anschließend die Organismen mit der Federstahl-Pinzette entnommen und möglichst sortiert in die verschraubbaren Behälter überführt. Danach wird in schlammigen Regionen gesiebt. Dies geschieht ebenfalls mit der Kick- Sample-Methode, damit Schlammpartikel möglichst entfernt werden. Auch hier werden die Organismen zuerst wieder in die Photoschale gegeben, dort mit der Pinzette entnommen und in die Behälter sortiert. Sollten sich an der ausgewählten Stelle Pflanzen-Regionen befinden, wird hier ebenfalls gesiebt. Dicke Äste, sowie große Steine, die in dem Gewässer liegen, werden hochgehoben und untersucht. Die Tiere, die sich auf den Ästen und Steinen befinden werden mit Hilfe der Pinzette direkt in die Behälter sortiert. Hier ist es wichtig, die Äste und Steine genauestens zu untersuchen, da die Tiere sehr klein sind und vor allem auf dem Holz schwer zu erkennen sind. Wenn die zuvor festgelegte Zeit vergangen ist und alle Tiere sorgfältig in die mit Wasser gefüllten Behälter sortiert worden sind, ist der Vorgang des Sammelns beendet. 1 Vgl.: Biologische und chemische Gütebestimmung von Fließgewässern, S. 26 8

10 4.2 Bestimmen der Organismen Folgende Organismen wurden in der Ilse gesammelt und unter dem Binokular genauer betrachtet: Bachflohkrebs (Amphipoda) Gammarus pulex Zweiflügler (Diptera) Dicranota sp. Zweiflügler (Diptera) Simulium sp. 9

11 sp. Eintagsfliegenlarve (Ephemeroptera) Rithroghena Steinfliegenlarve (Plecoptera) Perlodes sp. Köcherfliegenlarve (Trichoptera) Sericostoma sp. 10

12 Köcherfliegenlarve (Trichoptera) Hydropsyche sp. Käfer (Coleoptera) Hyphydrus ovatus Schlammröhrenwurm Tubifex sp. 11

13 4.3 Bestimmung der Häufigkeit Art Anzahl Häufigkeitswert Gammarus pulex 14 3 Dicranota sp. 2 1 Simulium sp. 2 1 Rhitroghena sp Perlodes sp. 3 2 Sericostoma sp. 2 1 Hydropsyche sp. 1 1 Hyphydrus ovatus 1 1 Tubifex sp Berechnung des Saprobienindex Art Häufigkeitswert (H) Saprobiewert (s) (s x H) Gammarus pulex 3 2,1 6,3 Dicranota sp. 1 Kein Wert * Simulium sp. 1 1,5 1,5 Rhitroghena sp. 3 1,6 4,8 Perlodes sp. 2 1,3 2,6 Sericostoma sp. 1 1,5 1,5 Hydropsyche sp. 1 1,8 1,8 Hyphydrus ovatus 1 1,9 1,9 Tubifex sp. 1 3,5 1 3,5 *Dieser Spezies der Zweiflügler wird kein Saprobiewert zugeordnet. Für das Saprobiensystem ist diese Art nicht relevant, da sie sich nicht ihrem Lebensraum anpasst und keine Information über den Grad organischer Beschmutzung eines Gewässers liefert. Summe (sxh): 23,9 Summe (H): 13 23,9 = 1,84 13 Saprobienindex: 1,84 1 Vgl.: 12

14 5. Ergebnis Ein Saprobienindex von 1,84 entspricht der β-mesosaproben Stufe und somit der Gewässergüteklasse II. Die Ilse befindet sich dem zufolge in einem mäßig belasteteten Zustand. 6. Deutung Nach der Gewässergütekarte des Kreises Lippe aus dem Jahr 2003 befindet sich die Ilse in einem mäßig belasteten Zustand und entspricht somit der Güteklasse II. 1 Durch das zuvor dargestellte Ergebnis kann diese Aussage bestätigt werden. Nach den Untersuchungen, die im Februar 2011 durchgeführt worden sind, weist die Ilse nach wie vor eine Güteklasse von II auf. Dementsprechend wird sie auch der neuen Wasserrahmenrichtlinie gerecht, die besagt, dass Gewässer in Europa keine schlechtere Güteklasse als II haben dürfen. Mit einer Güteklasse II muss der Zustand der Ilse also nicht verbessert werden und entspricht dem guten ökologischen Zustand. Sie wird folglich den Rahmenbedingungen gerecht. 1 Vgl.: msize=2&program=%2fcgibin%2fmapserv.exe&map_web_imagepath=d%3a\inetpub\www100umnmapserver\iis\htdocs\tmp\& map_web_imageurl=http%3a%2f%2fwww.lippe.de%2fmapserver%2ftmp%2f&zoomdir=1 13

15 7. Fazit With help of the Macrozoobenthos of a river it is possible to get to a certain water quality class. The Facharbeit has shown how to catch organisms in a right way and how to identify them. Furthermore it has been described how the saproby system works and what it s backround information are. With help of the conclusion it has been proofed if the result is the same as it was a few years ago. In year 2003 the Ilse had the water quality class II. The result shows that this fact hasn t changed and that the Ilse is till today in a good ecological condition. This good ecological condition equates to the Water Framework Directive. So the water quality class of the Ilse need not to be upgraded. 8. Quellenverweis Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit - Die Europäische Wasserrahmenrichtlinie und ihre Umsetzung in Deutschland. Juli Wikipedia Ilse (Bega) Vereinigung deutscher Gewässerschutz e.v. (1996): Band 53 - Biologische und chemische Gütebestimmung von Fließgewässern. Bonn : VDG Engelhardt, Prof. Dr. W. (2008): Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher? Pflanzen und Tiere unserer Gewässer. Stuttgart : Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG Xylander, W. / Naglschmid, Dr. F. (1985): Gewässerbeobachtung / Gewässerschutz Aktiv für die Natur / Leitfaden zur erfolgreichen Umweltarbeit. Stuttgart : Verlag Stephanie Naglschmid Hafner, L. / Philipp, E. (1978): Ökologie Materialien für den Sekundarbereich II Biologie. Hannover : Schroedel Verlag Klee, O. (1990): Wasser untersuchen - Einfache Analysemethoden und Beurteilungskriterien. Heidelberg / Wiesbaden : Quelle & Meyer Verlag 14

16 Wikipedia Gewässergüte Jedicke, E. (1988): Kleingewässer Teiche, Tümpel, Weiher. Ravensburg : Otto Maier GmbH Gaul, J. ( ): Saprobienindex Indikatororganismen Lippe-Sercive: Gewässergütekarte Kreis Lippe wguete.map&zoomsize=2&program=%2fcgibin%2fmapserv.exe&map_web_imagepath=d%3a\inetpub\www100umnmapserver\ IIS\htdocs\tmp\&map_web_imageurl=http%3A%2F%2Fwww.lippe.de%2Fmapserver %2Ftmp%2F&zoomdir=1 Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft (1992): Bestimmungsschlüssel für Saprobier-DIN-Arten (Makroorganismen) Informationsberichte Heft 2/88. München : Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (2010): Bestimmungshilfen Makrozoobenthos (1). Recklinghausen : LANUV NRW 15

17 9. Erklärung Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Facharbeit selbstständig angefertigt, keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel benutzt und die Stellen der Facharbeit, die im Wortlaut oder im wesentlichen Inhalt aus anderen Werken entnommen wurden, mit genauer Quellenangabe kenntlich gemacht habe... Unterschrift, Ort, Datum 16