Probennahmekoffer für Wasserorganismen. Gebrauchsanweisung Kat.Nr

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1 Gebrauchsanweisung Kat.Nr Probennahmekoffer für Wasserorganismen Die chemisch-physikalische Untersuchung von Gewässern gibt wichtige Aufschlüsse über deren aktuellen Zustand. Um Erkenntnisse über die langfristige Entwicklung eines Gewässers zu erlangen, ist es jedoch notwendig, zusätzlich eine biologische Untersuchung vorzunehmen. Eine Untersuchung der "Leitorganismen", eignet sich zur Feststellung des längerfristigen Allgemeinzustandes eines Gewässers Der Probennahmekoffer für Wasserorganismen enthält Geräte für vier Gruppen, die es ermöglichen, Wasserproben zu entnehmen und diese auf vorhandene Organismen zu untersuchen sowie Wasserproben und darin enthaltene Organismen aufzubewahren. 1

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Einleitung Vor- und Nachteile der biologischen und chemischen Gewässergüteuntersuchung Vor- und Nachteile der biologischen Untersuchungsmethode Vor- und Nachteile der chemischen Gewässergdteuntersuchung Geräte und Vorgehensweise Geräte Kleidung Probennahme Probenhälterung und Probenauswertung Einige weitere Tipps Gewässergüteklassen und Indikatororganismen Die Gewässergüteklassen Selbstreinigungsprozesse in einem Gewässer Tierische Zeigerorganismen Steinfliegen Eintagsfliegen Köcherfliegen Käfer Zweiflügler Krebse Egel Wenigborster Weichtiere Plattwürmer Fische Pflanzliche Zeigerorganismen - erste Ergebnisse Natürliche und anthropogen veränderte Fließgewässerformen Die Quellregion Der Bach Der Fluss Zwischengeschaltete Teichwirtschaft (Künstliche Bachalterung) Auswirkungen der Gewässerbegradigungen Vor- und Nachteile verschiedener häufig verwandter Fließgewässerschlüssel Der Schlüssel von Zeltler (VDSF) (32) Der Schlüssel von Meyer (22, 23) Der Schlüssel von Baur (3) Der Schlüssel von Bamdt, Bohn und Köhler (1) Der Schlüssel von Buck (7) Der Schlüssel von Wellinghorst ( Der Schlüssel von Waßmann und Xylander (29)

3 7. Generelle Schwierigkeiten bei der Anwendung von Indikatorenschlüsseln Saprobität, organische Verschmutzung und andere Belastungen Jahreszeitliche Veränderungen in der Faunenzusammensetzung Biotopspezifische und lokale Faunenelemente Gewässerbegradigung, -wiederbesiedlung und frühe Biozönosen Beispiel einer Gewässeruntersuchung und ihrer Auswertung Bioindikation in stehenden Gewässern - eine kurze Einführung Bioindikation im Meer - ein kurzer Abriss erster Befunde Literatur Glossar und Stichwortverzeichnis Bachorganismen und Gewässergüte Anhang: Bestimmungsschlüssel 1. Einleitung 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. 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" für die ihnen zuträglichen Umweltbedingungen. Je nachdem, wie solche "Bioindikatoren" eingesetzt oder untersucht werden, unterscheidet man Zeigerarten (Bioindikatoren im engeren Sinne), Monitoraren und Testorganismen (4). Zeigerarten sind Tiere, Pflanzen und Bakterien, die durch ihr natürliches Vorhandensein in einem Lebensraum auf dessen Beschaffenheit hinweisen: Ihnen soll im Folgenden unser Hauptaugenmerk gelten. Monitorarten werden zum Nachweis bestimmter Stoffe (insbesondere von Schadstoffen) dem Lebensraum (z.b. einem Fließgewässerabschnitt) entnommen (oder speziell zugesetzt) und auf das Vorkommen von Schadstoffen hin untersucht; so werden z.b. Muscheln aufgrund ihrer Eigenschaft, Schwermetalle oder chlorierte Kohlenwasserstoffe anzureichern, zum Nachweis für diese Stoffe herangezogen. Sie werden dazu getötet und die Menge von Schadstoffen in ihren verschiedenen Geweben bestimmt. Testorganismen werden in Biotests eingesetzt, um die Wirkung eines Schadstoffes (z.b. Einsatz unterschiedlicher Konzentrationen) zu prüfen (in diesen Bereich gehören die gemeinhin zu Tierversuchen herangezogenen Tierarten: z.b. Mäuse, Ratten, Schweine, Forellen etc.). Diese Tests werden also nicht im eigentlichen Lebensraum der Tiere sondern in Laboratorien durchgeführt. Für den Nachweis verschiedener Schadstoffe im Süßwasser (z.b. im Trinkwasser) werden u.a. sogenannte Daphnien- Tests herangezogen: Wasserflöhe (Daphnien) werden in die zu untersuchenden Wasserproben gegeben und ihre Überlebensrate bestimmt; ihre Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Giftstoffen ist ein guter Anzeiger 3

4 dafür, dass solche Stoffe in der Wasserprobe vorkommen (die genaue Bestimmung von Art und Menge der Giftstoffe erfolgt im Anschluss im Chemischen Labor). Ein häufig verwendetes System von Bioindikatoren ist das Anzeigersystem für organische Belastung in Fließgewässern: das Saprobiensystem. Dieses System beruht darauf, dass bestimmte Arten (Saprobien) eine spezifische Toleranz gegenüber einem bestimmten Grad von organischer Verschmutzung (Saprobienstufe) zugewiesen werden kann. Darüber hinaus können auch aus den Besiedlungsdichten der Tiere wichtige Informationen über die Nahrungsverhältnisse gewonnen und eine anthropogene Zufuhr organischen Materials aufgezeigt werden. Dieses System ist schon relativ alt: Bereits unmittelbar nach der Jahrhundertwende beschrieben die Biologen KOLKWITZ und MARSSON eine Möglichkeit zur Bestimmung der Gewässergüte in Fließgewässern mit Hilfe von sogenannten "Saprobien", tierischen und pflanzlichen "Qualitätsanzeigern" (16, 17). Dieses System wurde seitdem von Limnologen ständig verbessert, und es existieren inzwischen umfangreiche Artenlisten mit Angaben zu den Saprobiestufen der einzelnen Arten, seit 1989 sogar eine DIN- Vorschrift für die standardisierte (offizielle) Bestimmung der Gewässergüte (DIN 38410, Teil 2, s.24a)). Andere Bioindikatorsysteme, sowohl für stehende Süßgewässer als auch für marine Lebensräume, sind derzeit Gegenstand weltweiter Forschung; allerdings sind diese Systeme bisher weniger gut untersucht und für den Laien - zumindest bis heute - bedeutend schlechter anwendbar. Sie werden daher in dieser Einführung nur kurz abgehandelt (Kap. 9 und 10). Alle anderen Kapitel, insbesondere die Kapitel 3 bis 8, beziehen sich auf die Bioindikatoren in Fließgewässern. 2. Vor- und Nachteile der biologischen und chemischen Gewässergüteuntersuchung Zur Ermittlung des Saprobienindex kann man prinzipiell zwei Verfahrensweisen wählen: Zum einen kann man verschiedene Parameter der organischen Gewässerbelastung mit chemischen Methoden erfassen. Zum anderen gibt eine Bestandsaufnahme der Tier- und Pflanzenwelt mit Elementen mit begrenzten Lebensraumansprüchen Hinweise auf die Lebensqualität in dem entsprechenden Gewässer. Beide Methoden haben Vor- und Nachteile, die man bei der Interpretation der erlangten Daten nicht außer Acht lassen sollte; übrigens gelten die aufgeführten Vor- und Nachteile prinzipiell auch für das Indikatorsystem in stehenden Gewässern (24). Chemische und biologische Untersuchungsmethoden ergänzen einander und sollten - wenn möglich - gleichzeitig zur Anwendung kommen. 2.1 Vor- und Nachteile der biologischen Untersuchungsmethode Die Aufnahme des Faunenbestandes in einem Gewässer gibt Hinweise über die Langzeitbelastung, der dieses Gewässer ausgesetzt war. Treten bestimmte Tierarten mit einem relativ eng begrenzten Lebensraumanspruch auf, kann man davon ausgehen, dass in der Zeit, die das Tier in dem Gewässer gelebt hat, die Lebensraumqualität niemals unter die Toleranzgrenze dieser Art gesunken ist. Da viele Fließgewässertiere (z.b. einige aquatische Insektenlarven) mehrere Jahre alt werden und diese Zeitspanne in einem Gewässer leben, lässt sich aufgrund des Vorkommens einer verschmutzungssensiblen Art eine Aussage über die langfristige Wasserqualität treffen. Fehlen bestimmte Tierformen in dem Gewässer, lässt ihr Fehlen unter Umständen darauf schließen, dass die Gewässerqualität in der letzten Zeit unter die für diese Gruppe tolerierbaren Werte gesunken war. Insbesondere, wenn frühere Untersuchungen vorliegen und in neueren Untersuchungen bestimmte Anzeigerorganismen für hohe Wasserqualität fehlen, deutet dies eine Verschlechterung der Verhältnisse im 4

5 Lebensraum an. Das Fehlen von bestimmten Indikatororganismen gibt jedoch in den allermeisten Fällen keine Hinweise, welcher Art die Verschlechterungen im Lebensraum waren, die zu dem Verschwinden geführt haben und ob es sich um eine einmalige, mehrmalige, regelmäßige oder dauerhafte Verschlechterung handelt. Derartige Aussagen erlauben nur eine chemische Analyse (z.b. mit dem Umweltmesskoffer, ). Allerdings ist zu beachten, dass auch Faktoren wie extreme klimatische Bedingungen (strenger Frost, Austrocknung im Sommer etc.) ein Verschwinden bestimmter Tierformen zur Folge haben können. Neben der Möglichkeit zu einer langfristigen Aussage über die Gewässergüte bestehen Vorteile der biologischen Methode in der leichten Erlernbarkeit (und der recht guten Literatur, die inzwischen zu diesem Gebiet existiert), der Möglichkeit, bereits nach wenigen Proben (manchmal schon nach einer einzigen) eine erste Abschätzung durchzuführen, dem vergleichsweise geringen finanziellen Aufwand für die Geräteausstattung und darin, dass durch die biologische Methode keine Chemikalienabfälle entstehen, die selbst wiederum zu einer Gewässerbelastung führen können. Merke Die biologische Gewässergüteuntersuchung mit Hilfe von Indikatororganismen ermöglicht eine schnelle Abschätzung der Wasserqualität und ihrer langfristigen Veränderung; sie kann keine Aussage zu Art und Umfang der Verschmutzung oder sonstiger Umweltveränderung geben. 2.2 Vor- und Nachteile der chemischen Gewässergüteuntersuchung Die chemische Analyse einer Wasserprobe erlaubt relativ exakte und quantitative Aussagen zum Gehalt an verschiedenen Stoffen. Sie kann im Einzelfall Auskunft geben, in welchem Maß und mit welchen Stoffen ein Gewässer verschmutzt ist. Allerdings gibt eine chemische Analyse nur den Zustand des Gewässers im Augenblick der Probennahme wieder; sie lässt nicht auf eine Langzeitbelastung schließen. So zeigt zum Beispiel das Wasser im Oberlauf der Weser an einem Sonntagmorgen eine völlig andere Zusammensetzung als an einem Wochentag: Der Chloridgehalt, der aufgrund von Salzeinschwemmungen durch die Kalibergwerke in der DDR sehr hoch ist, sinkt am Wochenende, wenn die Arbeit in den Bergwerken ruht, wieder ab. Eine Wasseranalyse zu diesem Zeitpunkt würde zu einer Fehleinschätzung der tatsächlichen Salzbelastung dieses Gewässers führen. Merke Die chemische Wasseranalyse führt zu quantitativen Daten der einzelnen chemischen Verschmutzungsparameter; sie stellt jedoch nur eine "Momentaufnahme" zum Zeitpunkt der Probennahme dar. 5

6 3. Geräte und Vorgehensweise 3.1 Geräteliste zum Probennahmekoffer für Wasserorgansimen Für eine biologische Gewässergüteuntersuchung benötigt man Geräte, die den Fang und die Entnahme von Tieren aus dem Gewässer sowie ihre anschließende Bestimmung ermöglichen. Folgende Gerätezusammenstellung hat sich in der Praxis bewährt: Anzahl Bezeichnung Kat.Nr. 1 Pinsel, Größe Pinsel, Größe Pinzette, Federstahl, stumpf, 100 mm Tropfpipette 150 x 7 mm aus Pipettenhütchen aus aus Blockschälchen Präpariernadel spitz Sieb, Kunststoff, Ø 7 cm Sieb, Kunststoff, Ø 16 cm Aquarienthermometer, C Schnappdeckelglas, 50 ml Spritzflasche PP, 1000 ml Schraubflasche PE, 250 ml, wh Planktonnetz, Maschenweite 105 µm W Ausleseschale (Kunststoff) Beutel 150x100 mm weiterhin benötigt man: 1 Klemmbrett für die Protokollierung, 1 Bleistift oder Kugelschreiber, 1 Taschenrechner oder Smartphone (je nach verwendeter Methode), mehrere Gläser mit Schraubdeckel eventuell mit Löchern, um den Sauerstoffaustausch zu ermöglichen, 1 Bestimmungsschlüssel Die Tabelle zur Gewässergütebestimmung ( ) liegt bei. 3.2 Kleidung Um eine Untersuchung an einem Gewässer durchführen zu können, muss man entsprechend gekleidet sein. Dazu gehören ein zusätzlicher Pullover und - bei entsprechender Witterung - ein Regenschutz genauso wie Gummistiefel und u.u. Gummihandschuhe (z.b. wenn Wasserproben in der Nähe einer Einleitungsstelle entnommen werden). Die Stiefel sollten rutschfeste Sohlen haben und länger als die größtmögliche Bachtiefe sein, um eine Hereinschwappen von Wasser in die Stiefel zu verhindern. 6

7 3.3 Probennahme Die Probennahmestellen sollten möglichst über die gesamte Bachbreite verteilt sein und den unterschiedlichen Untergrund bzw. Pflanzenbewuchs berücksichtigen. Längerfristige Untersuchungen möglichst zu verschiedenen Jahreszeiten und größere Probenmengen je Termin ergeben zwangsläufig einen umfassenderen Eindruck über die Gewässergüte als einmalige Probennahmen. Um eine Aufnahme der Fauna eines Fließgewässers durchzuführen, untersucht man: 1. Die Steine auf dem Gewässergrund - Steine werden hochgenommen und umgedreht in eine wassergefüllte Schale (Ausleseschale, ) gelegt. Die unter dem Stein sitzenden Tiere werden mit Hilfe eines entsprechenden Pinsels in die Schale gepinselt und nach dem Absammeln der Steine zurückgelegt. Eventuell können die Tiere auch mit einer Spritzflasche von dem Stein ab- und in das Gefäß gespritzt werden. Beim Anheben der Steine lassen einige der Organismen ihr Substrat augenblicklich los und werden mit der Strömung bachabwärts getrieben. Um diese Tiere für die spätere Auswertung nicht zu verlieren, hält man bei Aufnehmen des Steines einen Kescher, ein kleines Kaffeesieb oder ein großes Küchensieb vor den Stein in Fließrichtung, so dass die Tiere beim Loslassen in die Fangeinrichtung treiben. 2. das Gewässersediment - sandiges oder kiesiges Sediment wird mit Hilfe eines Küchensiebes aus Metall aus dem Gewässergrund herausgeschöpft und im Wasser durchgesiebt. Die im Sieb gefangenen Tiere werden mit dem Pinsel oder mit einer stumpfen Federstahlpinzette aus dem Sieb herausgesammelt und in Gefäße mit Wasser gesetzt. 3. den Pflanzenbewuchs - dazu kann man einen Kescher mehrfach vorsichtig durch den Pflanzenbewuchs ziehen. Der Kescher wird anschließend umgedreht ("auf links gezogen") und in einem größeren Gefäß mit Wasser ausgespült. In der Gaze verfangene Tiere können mit der Spritzflasche abgespült oder mit der Federstahlpinzette abgesammelt werden. 3.4 Probenhälterung und Probenauswertung Die gefangenen Tiere sollten, wenn zwischen Fang und Betrachtung einige Zeit liegt, in kühlem, klarem Wasser aus dem entsprechenden Gewässer gehalten werden. Als Aufbewahrungsbehälter eignen sich größere Marmeladen- oder Einmachgläser, Teller und - wie oben bereits erwähnt - weiße Frisbeescheiben. Dabei ist es sinnvoll, die räuberischen Organismen nicht mit anderen zusammen in einem Gefäß zu hältern (diese Verfahrensweise könnte die Gesamtzahl der zu bestimmenden Tiere drastisch verringern). Die Tiere sollten nach der Betrachtung auf jeden Fall wieder lebendig am Probennahmeort ausgesetzt werden. Zur Betrachtung und Bestimmung der Organismen empfiehlt es sich, diese in ein Gefäß mit einem hellen Untergrund zu bringen, von dem sie sich optisch gut abheben. Die Tiere werden mit Hilfe eines Bestimmungsschlüssels bestimmt (12, 23, 24a, 29, 31). Der Kursleiter sollte die Kursteilnehmer auf die charakteristischen Bestimmungsmerkmale hinweisen und interessante Informationen zur Biologie der jeweiligen Tiere (Lebens- und Ernährungsweise, Lebenszyklen, Symbiosen, Anpassungen an den Lebensraum, Fortpflanzungsverhalten etc.) weitergeben können. Stehen Laborräume mit Mikroskopen oder 7

8 Stereolupen zur Verfügung, empfiehlt es sich, exemplarisch einige Individuen mitzunehmen und diese unter dem Mikroskop oder der Stereolupe zu betrachten. Für das spätere Mikroskopieren bietet sich der Algenaufwuchs an, den man mit Hilfe eines Objektträgers von Steinen abkratzen und mit einer Spritzflasche in ein Schnappdeckelgläschen spülen kann. 3.5 Einige weitere Tipps Nicht in allen Bundesländern ist die Entnahme von Organismen aus Gewässern erlaubt (auch nicht zum Zweck der Gewässergüteuntersuchung). Um Schwierigkeiten zu vermeiden, sollte man sich vorher nach den entsprechenden Bestimmungen erkundigen und gegebenenfalls bei der zuständigen Behörde (z.b. der Unteren Naturschutzbehörde) eine Erlaubnis einholen. Solche Genehmigungen werden erfahrungsgemäß bei Anträgen mit einer einleuchtenden Begründung problemlos erteilt. Außerdem gehören die Ufer von kleinen Fließgewässern häufig privaten Anrainern oder Pächtern, deren Zustimmung für das Betreten sowie für eine Untersuchung prinzipiell vor der Untersuchung einzuholen ist (8). Weiterhin sollte man darauf achten, dass während der Untersuchungen - insbesondere wenn mit Chemikalien hantiert wird - nicht gegessen, geraucht oder getrunken wird, um Vergiftungen zu vermeiden. Werden Proben in der Nähe von Einleitungsstellen entnommen, müssen Gummihandschuhe getragen werden, um eine Kontamination mit Krankheitserregern zu vermeiden (zur Beachtung: Im Schulunterricht dürfen keine Proben aus Kläranlagen untersucht werden). Schnell fließende Gewässer stellen in vielen Fällen ein besonderes Gefahrenmoment bei der Probennahme dar. Man sollte daher sehr kritisch abschätzen, ob die Probennahme aus derartig gefährlichen Bereichen unter den gegebenen Umständen tatsächlich sinnvoll ist, und im Zweifel besser auf eine Probe verzichten. Muss dennoch eine Probe genommen werden, sollten entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden (Leinensicherung durch einen zweiten Mann; Leinensicherung an einem Baum etc.). 8

9 4. Gewässergüteklassen und Indikatororganismen 4.1 Die Gewässergüteklassen Die Fließgewässer der Bundesrepublik sind in vier Güteklassen (I, II, III und IV) und drei Zwischenstufen (I-II, II-III, III-IV) eingeteilt und die Ergebnisse von Gewässergüteanalysen in Form von Gewässergütekarten veröffentlicht, die die Zugehörigkeit der einzelnen Gewässerabschnitte entsprechend der sieben Güteklassen ausweisen; die Übergänge zwischen den einzelnen Stufen sind fließend. Die Gewässergüteklassen werden mit Hilfe chemischer Parameter (BSB 5, NH 4 -N, O 2 ; S. Tab. 1) und mit charakteristischen Organismen, Organismengruppen sowie mit Artenlisten und den Arten zugeordneten "Toleranzwerten" (Saprobitätsindices) bestimmt (19); dabei müssen die als charakteristisch angenommenen chemischen Parameter nicht immer exakt mit den Saprobienwerten übereinstimmen und umgekehrt. Als besonders wichtiger Parameter wird der biologische Sauerstoffbedarf nach fünf Tagen (BSB 5 ) angesehen (21, 28). Dieser Wert zeigt, wieviel des in einer Wasserprobe vorhandenen Sauerstoffs nach einem Zeitraum von 5 Tagen durch mikrobielle Prozesse aufgebraucht ist (zur Vorgehensweise s. (21, 26)) und ist somit ein guter Indikator für die Menge an organischer Substanz in der Probe. Tabelle 1 Güteklassen der Fließgewässer und ihre typischen abiotischen Faktoren; nach (19), etwas vereinfacht. Güteklasse I Grad der org. Verschmutzung unbelastet bis gering belastet Saprobienindex BSB 5 [mg/l] NH 4 -N [mg/l] O 2 -Minimum [mg/l] 1,0 - < 1,5 1 höchstens Spuren > 8 I - II gering belastet 1,5 - < 1,8 1-2 um 0,1 > 8 II mäßig belastet 1,8 - < 2,3 2-6 < 0,3 > 6 II - III kritisch belastet 2,3 - < 2, < 1 > 4 III III - IV IV stark verschmutzt sehr stark verschmutzt übermäßig verschmutzt 2,7 - < 3, ,5 bis mehrere mg/i > 2 3,2 - < 3, mehrere mg/i < 2 3,5 - < 4,0 > 15 mehrere mg/i < 2 Im nachfolgenden Kapitel sollen die Gewässergüteklassen und die typischen Indikatororganismen sowie deren Lebensraumansprüche dargestellt werden. Fließgewässer werden nach dem Grad ihrer organischen Belastung in vier Güteklassen eingeteilt: 9

10 Gewässergüteklasse I Die Güteklasse I umfasst unbelastete und Gewässer mit geringer organischer Belastung (Güteklasse I- II) (meist Oberläufe von Fließgewässern). Diese Fließgewässerabschnitte enthalten wenig Nährstoffe, sind meist ganzjährig kalt, und ihr Wasser ist klar. Der Gewässergrund ist bedeckt mit mehr oder weniger grobem Kies oder Steinen, selten sandig. Gewässer dieser Güteklasse weisen eine relative Sauerstoffsättigung um 100 % auf. Teilweise treten durch die mechanische Sauerstoffanreicherung bei der Verwirbelung sogar oft relative Sättigungen über 100 % auf. Typische Tierformen sind u.a. Steinfliegenlarven, abgeflachte Eintagsfliegenlarven und dunkel gefärbte Strudelwürmer. Diese Gewässer können von Edelfischen (z.b. Salmoniden (Forellenfische)) als Lebensraum und Laichgewässer gewählt werden. Gewässergüteklasse II Gewässer aus der Güteklasse ll sind mäßig mit organischen Stoffen belastet. Der Gewässergrund kann steinig, kiesig oder schlammig sein, weist aber keine Ansammlungen von stinkendem Faulschlamm auf. Der Sauerstoffgehalt der Gewässer der Güteklasse II kann schwanken, liegt aber über 6 mg/i, der Ammoniumgehalt unter 0,3 mg/i (3). Diese organische Anreicherung ermöglicht ein verstärktes pflanzliches Wachstum und eine relativ hohe Produktion von Biomasse. Gewässer dieser Güteklasse sind für eine wirtschaftliche Nutzung durch den Menschen (z.b. in der Fischereiwirtschaft) besonders attraktiv. Gewässer im Übergang zwischen den Klassen II und lil gelten als "kritisch belastet" (Gewässergüteklasse II - III); in ihnen treffen wir häufiger Faulschlammbereiche an, denn ihr Nährstoffgehalt ist hoch. Ihr Mindestsauerstoffgehalt liegt bei 4 mg/i und ihre Ammoniumwerte können 1 mg/i erreichen (3). Es fehlen sensiblere Fischarten, soweit ihr Bestand nicht künstlich ergänzt wird. Gewässergüteklasse III Stark mit organischen Abwässern belastete Gewässer werden der Gewässergüteklasse III zugeordnet. Hier - treten vermehrt einzellige Organismen auf, die das Wasser mehr oder weniger undurchsichtig machen. Der Grund eines solchen Gewässers (oder Gewässerabschnitts) ist über weite Bereiche mit einer Schlammschicht bedeckt, unter größeren Steinen findet man durch anaerobe Abbauprozesse entstandenes schwarz gefärbtes Eisensulfid. Der Sauerstoffgehalt kann bis auf 2 mg/i absinken und damit unterhalb der für die meisten Fließgewässerorganismen auch bei kurzer Einwirkungszeit toxischen Grenze liegen. Der Ammoniumgehalt liegt zwischen 0,5 und mehreren mg/l. Der Übergangsbereich zwischen den Gewässergüteklassen III und IV zeichnet sich durch nahezu flächendeckende Schlammablagerungen auf dem Gewässergrund, starke Trübung und Sauerstoffwerte oft unter 2 mg/i aus. In diesen Gewässern können nur anspruchslose Fischarten und wenige Wirbellose überleben. Gewässergüteklasse IV Gewässer dieser Güteklasse sind außerordentlich stark mit organischen Stoffen belastet, die von Bakterien abgebaut werden. Diese Abbauprozesse verbrauchen große Mengen von Sauerstoff, so dass hier ein starkes Sauerstoffdefizit herrscht. In dem Faulschlamm am Gewässerboden entstehen durch anaeroben (sauerstofffreien) Stoffwechsel bestimmter Bakterien große Mengen Schwefelwasserstoff (Faule-Eier-Gas, H 2 S). Der Gewässerboden ist mit einer dicken Schlammschicht bedeckt, die direkt unter der Oberfläche (eventuell auch unmittelbar an der Oberfläche) durch Reduktionsprozesse schwarz gefärbt ist. In diesen Fließgewässern können nur noch Organismen überleben, die an den extrem niedrigen Sauerstoffgehalt (z.b. Rattenschwanzlarven, rote Zuckmückenlarven und Schlammröhrenwürmer (Tubifex)) angepasst sind. Die Keimzahl (Anzahl der Bakterien pro Milliliter Wasser) ist extrem hoch. 10

11 Zwischen den einzelnen Gewässergüteklassen liegen Zwischenstufen, in denen die Verhältnisse und damit auch die typischen Leitformen der nächsthöheren und niedrigeren Klasse auftreten können. Übrigens unterliegen auch Fließgewässer in gewissem Maße allgemeinen jahreszeitlichen Veränderungen (z.b. durch Hochwasser, Trockenperioden, natürlichen organischen Eintrag durch Falllaub), so dass das Erscheinungsbild eines Gewässers Schwankungen unterliegt; erst aus dem Gesamtbild eines Jahres ergibt sich die Gewässergüte. Daher sind für eine aussagekräftige Untersuchung mehrere Probennahme zu unterschiedlichen Jahreszeiten notwendig. 4.2 Selbstreinigungsprozesse in einem Gewässer Ein Gewässer ist durchaus in der Lage, organische Stoffe, die mit dem Abwasser eingeleitet werden, abzubauen und sich durch diesen Abbauprozess selbst zu reinigen. Dabei sind es in erster Linie Bakterien, die an diesen Abbauprozessen beteiligt sind. Es sind vornehmlich Bakterien, die organisch gebundenen Kohlenstoff aerob zu CO 2 umzusetzen, das dann in die Atmosphäre entweicht. Große Mengen von Bakterien in einem Gewässer sind also Anzeiger für eine hohe Belastung mit organischen Stoffen; gleichzeitig sind diese Bakterien die Organismen, welche zum Abbau dieser Stoffe in entscheidendem Maße beitragen. Das Absinken des Sauerstoffgehalts hinter einer Einleitungsstelle ist überwiegend auf die bakteriellen Abbauprozesse zurückzuführen. Bei diesem Abbau werden gleichzeitig die im organischen Material gebundenen und für deren Aufbau notwendigen Stoffe freigesetzt, und so die Pflanzenproduktion bei entsprechenden Lichtverhältnissen in den folgenden Bachabschnitten gesteigert. 4.3 Tierische Zeigerorganismen Tierische Zeigerorganismen (tierische Saprobien) sind brauchbare Indikatoren für die Gewässergüte in einem Fließgewässer. Die verschiedenen Gruppen von Fließgewässertieren haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Resistenz gegenüber Belastung mit organischen Stoffen einen unterschiedlichen Anzeigewert. Dabei muss man berücksichtigen, dass das Vorkommen der Tiere in fast allen Fällen nicht streng auf Fließgewässer einer ganz eng begrenzten Güteklasse beschränkt ist, sondern "normalverteilt" ist. Das heißt: Sie haben Vorlieben (Präferenzen) für eine bestimmte Güteklasse und kommen dort besonders häufig vor, sind aber je nach Tierart mehr oder weniger häufig auch in den angrenzenden Güteklassen zu finden (man spricht in diesem Zusammenhang von "saprobieller Valenz" der jeweiligen Art) (26). Im DIN-Verfahren zur Biologischen Gewässeruntersuchung werden die Zeigerarten entsprechend ihrer Fähigkeit, sich auch in Abschnitten anderer als der für sie typischen Wasserqualitäten aufzuhalten, mit unterschiedlichen "Indikationsgewichten" belegt (24a). Euryöke Arten mit nahezu allgegenwärtiger Verteilung werden für die Gewässergütebeurteilung nicht herangezogen. Die verschiedenen Organismengruppen, die für die Gewässergütebestimmung wichtig sind, werden im Folgenden einzeln abgehandelt und typische - sowie einige häufig auf-tretende abweichende - Zeigerformen genannt. Eine umfassende Beschreibung kann an dieser Stelle nicht erfolgen. Interessierte seien daher auf Spezialliteratur oder entsprechend ausgerichtete Bücher (z.b. Engelhardt (12), Nagel (24a) oder Wellinghorst (31)) Verwiesen. 11

12 4.3.1 Steinfliegen Steinfliegen (Plecoptera) besitzen meist zwei schmale Hinterleibsanhänge und keine seitlichen Kiemen am Hinterkörper (Abb. 1 u. 2); sie unterscheiden sich damit von Eintagsfliegen, die meist drei Schwanzanhänge und am Hinterleib Kiemenblättchen tragen. Steinfliegenlarven ernähren sich von Detritus, Algenbewuchs und von anderen Kleinst-organismen. In Mitteleuropa kommen etwa 125 Steinfliegenarten vor, im Vogelsberg/ Hessen wurden z.b. 40 Arten nachgewiesen (18), deren Bestimmung bis zum Gattungs-oder gar Artniveau auch für den Spezialisten als besonders schwierig gilt (5). Steinfliegen sind fast ausnahmslos an hohen Sauerstoffgehalt angepasst, und die meisten Arten sind äußerst sensibel gegenüber starker organischer Belastung ihres Lebensraumes (11). Die Entwicklung vom Ei bis zum flugfähigen erwachsenen Insekt (Imago) dauert bei den großen Arten (z.b. der Arten der Gattung Perla, Abb. 1) ca. drei Jahre. Treten Individuen dieser Gattungen auf, bedeutet dies, dass innerhalb der Zeit von der Eiablage bis zur Entwicklung des vorgefundenen Larvenstadiums die Lebensbedingungen in dem untersuchten Gewässer nicht unter die - relativ hohen - Lebensansprüche dieser Art gesunken sind. Wir haben also ein Gewässer der Güteklasse I oder I-II vor uns. Nur wenige Arten aus der Gruppe der Steinfliegen (z.b. Nemoura cinerea und Nemurella pictata) tolerieren noch Wasser der Gewässergüteklassen II-III; solche Arten treten also sowohl in unbelasteten wie auch in mäßig bis stark belasteten Gewässern -in diesen allerdings in weitaus geringerer Individuenzahl - auf. (Diese Einschränkung ist in dem Schlüssel nach Waßmann & Xylander (30) miterfasst, in dem mindestens zwei Arten vorkommen müssen, wenn man zur Entscheidungsklasse A kommen will.) Abb. 1: Perla Abb. 2: Nemoura 12

13 4.3.2 Eintagsfliegen Eintagsfliegen besitzen drei lange, dünne Schwanzanhänge (eine Gattung, Epeorus, weist nur zwei Anhänge auf, Abb. 3) und dünnhäutige Tracheenkiemenblättchen oder -fäden an den Seiten ihres Hinterleibs (Abb. 3-5). Die wasserlebenden Larven benötigen etwa ein Jahr bis zur Metamorphose zum flugfähigen Insekt. Selbst als Vollinsekt häuten sie sich - als einzige Gruppe innerhalb der geflügelten Insekten - nochmals zum geschlechtsreifen Tier. Die maximale Lebensspanne nach der Metamorphose beträgt 30 Tage, die die Tiere zur Begattung und Eiablage nutzen. In Deutschland treten etwa 80 verschiedene Eintagsfliegenarten auf. Eintagsfliegen repräsentieren eine Gruppe mit ganz unterschiedlichen ökologischen Ansprüchen und können in sehr verschiedenen Lebensräumen vorkommen. So treten die grabenden Formen (Gattung Ephemera) insbesondere in langsam fließenden Gewässern mit lehmigem und sandigem Untergrund und entsprechenden Ufern auf; man findet sie häufig in Gewässern der Güteklasse I-II bis II. Die schwimmenden Formen (z.b. Gattung Cloeon) leben vornehmlich in stehenden Gewässern mit ausgeprägtem Uferbewuchs. Typisch für schnell fließende Gewässer sind die "breiten Eintagsfliegen" (z.b. die Gattungen Ecdyonurus, Epeorus und Heptagenia), die der Strömung entgehen, indem sie sich eng an Steine und anderes Substrat anpressen (Abb. 3 u. 4). Diese Formen haben einen hohen Sauerstoffbedarf und treten nur in relativ sauberen Gewässern (Güteklassen meist I oder I-II) auf. Kriechende Eintagsfliegen (z.b. Gattung Ephemerella, Abb. 5) kommen am Gewässergrund sehr unterschiedlicher Gewässer vor. Sie sind häufig mit Bodenpartikeln bedeckt und kaum zu erkennen. Ihnen wird ein Indikatorwert von 1 oder I-II (für die Formen in schnell fließenden Gebirgsbächen) oder II (für die Art Ephemerella ignita, die in langsam fließenden Gewässern auftritt) zugewiesen. c Abb. 3: Epeorus Abb. 4: Ecdyonurus Abb. 5: Ephemerella ignita 13

14 4.3.3 Köcherfliegen Köcherfliegenlarven kommen in sehr unterschiedlichen Gewässertypen von schnell fließenden Bächen bis zu langsam fließenden Tieflandflüssen sowie in stehenden Gewässern vor. Nicht alle Formen leben in Köchern, einige Arten kriechen frei auf dem Gewässergrund umher und bauen Fangnetze, mit denen sie andere Fließgewässertiere fangen (Abb. 6 u. 7). Insbesondere die Formen, die in Köchern leben, ernähren sich von Pflanzen oder abgestorbenen Pflanzenteilen. Die Larven der sogenannten "nicht-campoideen" Köcherfliegenlarven sind zu erkennen an der 90 -Stellung des Kopfes zur Körperlängsachse. Alle diese Formen bauen Köcher, in denen sie sich mit Höckern auf dem Rücken ihres ersten Hinterleibsegments verankern. Sie sind Anzeiger für Fließgewässer der Güteklasse II (eventuell auch 1 bis II). Zu den relativ häufig auftretenden "nicht-campoideen" Köcherfliegenlarven gehören Anabolia (II), Limnephilus (I bis II) und Silo (Abb 8; I bis 11); s. (10), (23). Bei den "campoideen" Larven stehen die Körperlängsachse und der Kopf in einer Linie (Abb. 6 u. 7). Viele Arten dieser Formen bilden keinen Köcher mehr aus, sondern bauen Fangnetze auf Steinen oder auf Pflanzen des Uferbewuchses. "Campoidee" Köcherfliegenlarven sind Anzeiger der Gewässergüteklassen I bis II. Typische Vertreter sind die Gattungen Hydropsyche (Abb. 6; Anzeiger der Gewässergüteklasse I-II bis II), Rhyacophila (Abb. 7; I bis II) und Plectrocnemia (I bis I-II, selten schlechter). Abb. 6: Hydropsyche (Wasserseelchen) Abb. 7: Rhyacophila Gerade in den häufigen Gattungen, z.b. Hydropsyche, finden sich sowohl Arten mit recht hohen Ansprüchen an die Gewässergüte als auch Arten, die in Gewässern der Güteklassen II (bis III, dort allerdings selten) vorkommen (10). Dieser Unsicherheit in der Zuordnung haben wir versucht in dem vorgeschlagenen Schlüssel Rechnung zu tragen, indem wir den Köcherfliegen einen vergleichsweise niedrigen Rang in der Entscheidungsfindung zugewiesen haben. Abb. 8:Silo 14

15 4.3.4 Käfer Von den über 100 Käferarten in Deutschland, die als erwachsene Käfer oder als Larven in Gewässern leben, sind nur sehr wenige als Bioindikatoren geeignet. Die eine Gruppe sind die Hakenkäfer der Gattung Elmis, die in Mittelgebirgsbächen vorkommen (insbesondere in Bereichen mit starker physikalischer Sauerstoffanreicherung, z.b. Gesteinsspalten, Brückenpfeiler und Moospolster). Sie sind ca. 1,5 bis 2,5 mm groß und besitzen einen 5 gliedrigen Tarsus (= Fuß) mit langen Krallen, mit denen sie sich am Untergrund festhalten können (Abb. 9). Im Gegensatz zu den meisten anderen Wasserkäfern bewegen sie sich vorwiegend langsam laufend auf dem Grund oder dem Aufwuchs und nicht schwimmend. Ihre 3 bis 4 mm große Larve lebt ebenfalls im Wasser (Abb. 10). Hakenkäfer sind typische Anzeiger der Gewässergüteklasse I bis I-II. Abb. 9: Hakenkäfer (Elmis mangetii); erwachsenes Tier Abb. 10: Hakenkäfer; Larve Abb. 11: Bachtaumelkäfer (Orectochilus villosus) Die andere Käfergruppe, die Meyer (21) als Indikatoren anführt, sind die Bachtaumelkäfer (Orectochilus villosus, Abb. 11). Diese ca. 6 mm langen, nachtaktiven Käfer sind durch eine behaarte Oberseite gekennzeichnet. Ihnen wird der Saprobitätsindex II-III zugewiesen. Der Bachtaumelkäfer ist allerdings nur ein bedingt zuverlässiger Güteanzeiger. In dem im weiteren für den schulischen und außer-schulischen Bildungsbereich vorgeschlagenen Schlüssel (Waßmann und Xylander a, (29)) sind die Käfer als Anzeigertaxon von untergeordneter Bedeutung, weil durch Bestimmungsschwierigkeiten der Nichtfachmann, insbesondere der Anfänger, sehr leicht Gefahr läuft, zu falschen Ergebnissen zu kommen 15

16 Zweiflügler Die Zweiflügler (Diptera) gehören zu den artenreichsten Tiergruppen mit aquatischen Larven. Allein in der Gruppe der Zuckmücken, den Chironomiden, gibt es in Europa ca Arten (11). Leider sind sie nicht nur sehr schwer zu bestimmen, sondern es gibt in dieser Gruppe auch nur sehr wenige klar durch den Nichtfachmann einer Saprobitätsstufe zuordenbaren Tierarten, so dass sich die Zweiflügler nur sehr eingeschränkt für eine Gewässergütebeurteilung eignen. Einige Beispiele für typische Indikatoren innerhalb der Mücken sind unten aufgeführt. So sind die knapp einen Zentimeter langen Larven der Netzflügel-Mücken (z.b. die Gattung Liponeura, Abb. 12) Bewohner klarer, schnell fließender Bergbäche der Gewässergüteklasse I. Sie können sich mit Hilfe ihrer Saugnäpfe auf der Bauchseite am Untergrund (Steinen etc.) festhalten und so ein Verdriften in weiter unten gelegene Bachabschnitte verhindern. Abb. 13: Zuckmückenlarve (Chironomus) Abb. 12: Netzflügel-Mücke (Liponeura), Larve Abb. 14.: Rattenschwanzlarve (Eristalomyia) Anzeiger schlechter Wasserqualität innerhalb der Zweiflügler sind die roten Zuckmückenlarven (Chironomus thummi- und C. plumosus- Gruppe, Abb. 13) sowie die Rattenschwanzlarven. Die roten Zuckmückenlarven kommen in den oberen Bodenschichten von stark belasteten, langsam fließenden Gewässern (Gewässergüteklasse III-IV bis IV) vor und sind von anderen Mückenlarven durch ihre rote Farbe sowie zwei längere Anhänge in der Nähe des Hinterendes zu unterscheiden. 16

17 Rattenschwanzlarven (Eristalomyia, Ab. 14) sind Bewohner sehr stark belasteter Gewässer. Sie sind etwa zwei Zentimeter lang, auffallend dick und besitzen einen teleskopartig ausziehbaren "Schnorchel". Diesen Schnorchel können sie vom Hinterende während sie fest im Bodengrund sitzen, mehrere Zentimeter zur Wasseroberfläche emporstrecken, um so Luftsauerstoff aufzunehmen. Sie sind durch dieses System von im Wasser gelöstem Sauerstoff und somit auch von sauerstoffzehrenden Fäulnisprozessen unabhängig. Meyer (23) weist darüber hinaus noch darauf hin, dass Massenauftreten der kleinen, grauen, salztoleranten Mücke Cricotopus als Indikator für hohe Salzkonzentrationen (bis 3000 mg/l) bei gleichzeitiger organischer Belastung gewertet werden kann. Für die Bestimmung der Saprobität sind graue oder weißliche Mückenlarven - zumindest für den Nichtfachmann - ungeeignet Krebse Zu den Krebsen, die allgemein als Indikatoren für die Fließgewässergüte herangezogen werden, gehören die Bachflohkrebse (Gammarus, Abb. 16, in seltenen Fällen Niphargus), die Wasserassel (Asellus aquaticus, Abb. 17) und der Flusskrebs (Astacus, Abb. 15). Abb. 15.: Flusskrebs (Astacus astacus) Abb. 16: Bachflohkrebs (Gammarus) Flohkrebse (Gammariden) sind 2 cm lange, hell- bis dunkelbraun gefärbte, meist auf der Seite schwimmende Krebse, die anhand ihrer großen Beinzahl leicht von Insekten und Spinnentieren zu unterscheiden sind. Sie sind praktisch in allen Fließgewässern mit ausreichendem Sauerstoff- und Kalkgehalt zu finden, fehlen allerdings in Fließgewässern mit hoher Chloridbelastung (9) (über 500 mg/i; z.b. der Weser). Sie bedürfen eines Mindestgehaltes an Sauerstoff von ca. 4 mg/l, was einer 50%igen 02-Sättigung bei sommerlichen Temperaturen und damit im schlechtesten Fall einer Güteklasse II-III entspricht. Allerdings treten Flohkrebse auch in Gewässern besserer Güteklasse auf. Sie sind daher zwar brauchbare Indikatoren für eine Mindestgüte, für die exakte Bestimmung von Gewässern besserer Güte, in denen sie auch vorkommen, allerdings weniger gut geeignet (s. 22). 17

18 Der Körper der Wasserasseln (Asellus aquaticus, Abb. 17) ist - im Gegensatz zu den Flohkrebsen -von oben nach unten abgeflacht. Sie besitzen eine Körperlänge von ca. 1 cm und sind vergleichsweise schlechte Schwimmer; sie kriechen vielmehr über den Untergrund und ernähren sich von abgestorbenem Pflanzenmaterial. Wasserasseln sind relativ unempfindlich gegenüber Sauerstoffdefizit und tolerieren noch Werte um 2 mg/i 02. Sie werden daher als typische Vertreter der Gewässergüteklasse III angesehen. Abb. 17: Wasserassel (Asellus aquaticus) Egel Egel (Hirudinea) sind Verwandte der Wenigborster (Oligochaeta) und leben in kleinen stehenden und fließenden Gewässern mit geringer Tiefe. Sie sind durchweg Räuber oder Tierparasiten. An ihrem Hinterende besitzen sie einen deutlich erkennbaren Saugnapf sowie einen meist weniger deutlichen am Vorderende, mit denen sie sich an anderen Tieren oder am Substrat festheften können. Ihre Körperform kann gedrungen (z.b. beim Schneckenegel, Abb. 18) oder langgestreckt sein (z.b. beim Fischegel). Die Körperlänge und -dicke schwankt stark in Abhängigkeit vom Kontraktionszustand (Egel können sich extrem zusammenziehen); ausgestreckte Tiere messen zwischen 2 und 10 Zentimetern. Am Vorderende treten bei den verschiedenen Arten unterschiedlich viele pigmentierte Augen auf. Egel findet man in mäßig bis stark verschmutzten Fließgewässern (Güteklassen II bis III). Dabei zeigen die parasitischen Schnecken- bzw. Fischegel (Glossiphonia, Piscicola) eine größere Empfindlichkeit als die räuberischen Roll- und Plattegel (Erpobdella, Helobdella). 18

19 Abb. 18: Großer Schneckenegel (Glossiphonia complanata) Wenigborster In fließenden Gewässern kommen - insbesondere in Abschnitten mit Weichböden - verschiedene Arten von Wenigborstern (Oligochaeta) vor. Die meisten Wenigborster graben sich Gänge in den Untergrund; ihre Borsten dienen als Widerlager bei ihren peristaltischen bzw. schlängelnden Grabbewegungen. Sie ernähren sich von zerfallendem, organischem Material, und viele Arten sind sehr widerstandsfähig gegenüber niedrigem Sauerstoffgehalt, weil sie ihren Stoffwechsel auf Energiegewinnung im sauerstofffreien (anaeroben) Milieu umstellen können. Durch ihre Anpassung an eine anaerobe Lebens-weise können einige Arten (z.b. der Schlammröhrenwurm Tubifex, Abb. 19) auch Fließgewässerabschnitte mit hoher organischer Belastung besiedeln. Weil in solchen Bereichen andere Lebensformen, die sich als Räuber von Tubifex ernähren würden, meist fehlen, kommt es zu einer Massenvermehrung. Ein dichter "Tubifexrasen" - auf meist weichem, schlammigem Untergrund - ist daher ein sicheres Zeichen für einen Eintrag organischer Substanz in den Lebensraum. Auch wenn Tubifex in Gewässerabschnitten besserer Güte ebenfalls in geringer Zahl auftritt, ist seine Massenvermehrung ein Hinweis auf eine Gewässergüte zwischen III-IV und IV. 19

20 Abb. 19: Schlammröhrenwurm (Tubifex tubifex) Weichtiere Zu den Weichtiergruppen, die im Süßwasser vorkommen, gehören die Schnecken und die Muscheln. Schnecken besitzen eine einteilige, meist spiralig aufgedrehte Schale (Ausnahme: Ancylus, Abb. 21), während eine Muschelschale stets aus zwei Schalenklappen besteht. Schnecken sind Räuber oder Substratabweider, die den Algenbelag von Steinen oder anderem Untergrund mit Hilfe einer zähnchenbewehrten Raspelzunge (Radula) abweiden. Muscheln sind Filtrierer, die einen Wasserstrom erzeugen, den sie durch ihre Kiemen leiten und dabei organische Schwebstoffe herausfiltrieren. Schnecken haben sehr unterschiedliche Lebensraumansprüche. So treten einige Arten in Gewässern der Gewässergüteklasse I oder I-II auf wie die Quellschnecke Bythinella; andere Arten wie die Flussnapfschnecke Ancylus leben in Gewässern der Klasse II und hier ins-besondere im oder am Bodengrund relativ schnell fließender Gewässer, während die meisten Formen eher an den Mittel- und Unterlauf der Fließgewässer angepasst sind und dort den Pflanzengürtel des Uferbereichs besiedeln. Sie tolerieren häufig (z.b. Gattungen Planorbarius, Lymnaea (Abb. 20), Radix, Bythinia) auch Wasser der Güteklassen II bis II - III. Abb. 20: Spitzschlammschnecke (Lymnaea stagnalis) Abb. 21: Flussnapfschnecke (Ancylus fluviatilis) 20

21 Die großen, in einheimischen Fließgewässern vorkommenden Muscheln (Gattungen Unio und Margaritifera) sind Anzeiger für mäßig belastetes bzw. sauberes Wasser. Die etwa 12 cm breite Flussperlmuschel (Margaritifera) ist extrem sensibel gegenüber Verschmutzungen; ihr Auftreten deutet auf sehr sauberes Wasser ohne stärkere organische Belastung hin (sie ist allerdings in der Bundesrepublik nahezu ausgestorben); man erkennt die Flussperlmuschel an der Einbuchtung der Schale an der dem Schloss abgewandten Seite und dem "zerfressenen" Nabel (Schlossregion). Die bis zu 20 cm große Malermuschel (Gattung Unio) ist hingegen weniger sensibel gegenüber organischer Belastung und zeigt eine Gewässergüte von etwa II an. Abb. 22: Malermuschel (Unio pictarum) Plattwürmer Die auffälligen und für die Ermittlung der Gewässergüte in Fließgewässern interessanten Plattwürmer sind Räuber, die mit einer bewimperten Kriechsohle über den Untergrund kriechen und sich von Laich, kleinen Krebsen und Insektenlarven ernähren. Sie sind stark abgeflacht und besitzen Haftorgane an ihrer Unterseite, die - neben ihrem abgeflachten Habitus - ein Verdriften verhindern. Unter den großen Plattwürmern (Planarien), die in Fließgewässern auftreten, sind einige Formen typische Vertreter sauberer Gewässer (Gattungen Planaria, Crenobina, Dugesia). Insbesondere eine Art, die grauweiße Milchplanarie (Dendrocoelium lactum) tritt dagegen nahezu ausschließlich in stärker verschmutzten Bachabschnitten auf. Abb. 23: Bachplan arie (Dugesia gonocephala) 21

22 Fische Fische sind nur begrenzt verwendbare Bioindikatoren, weil ihr Vorkommen aufgrund der Besatzpolitik der Fischereivereine und -verbände sehr stark beeinflusst wird und nur wenige Arten noch ihre natürliche Verbreitung zeigen (3). Daher muss als Kriterium für die Bioindikationsfähgikeit einer Fischart nicht ihr Vorkommen in einem Gewässer sondern ihre natürliche Fortpflanzung angesehen werden. So können Forellenfische (Salmoniden), obgleich sie typische Vertreter der Gewässergüteklassen 1 bis I-II sind, zwar zeitweilig auch in Gewässern der Güteklasse II oder III auftreten, sich dort aber keinesfalls fortpflanzen und einen langfristig vorhandenen Bestand aufbauen (3). Als eine der wenigen Fischarten, die Bioindikatorfunktion übernehmen können, sind die fischereiwirtschaftlich unbedeutenden und vom Aussterben bedrohten Groppen (Cottus gobio) anzusehen, die als Anzeiger der Gewässergüteklassen I und I-II gelten. 4.4 Pflanzliche Zeigerorganismen - erste Ergebnisse Pflanzliche Zeigerorganismen (Macrophyten) werden in den letzten Jahren z.b. von der Arbeitsgruppe von Professor A. Kohler aus Hohenheim ebenfalls herangezogen, um Aussagen über die Gewässergüte in Fließgewässern zu treffen (15). Dabei zeigen sich beachtenswerte Unterschiede bezüglich der Anwendbarkeit und Aussagekraft dieses Indikatorsystems: 1. Viele Fließgewässer weisen natürlicherweise keinen Macrophytenbewuchs auf (z.b. Gebirgsbäche und Bäche in Lössgebieten). Das Fehlen von Zeigerarten in solchen Fließgewässern lässt keine Aussagen über die Gewässergüte zu (15). 2. Während tierische Zeigerorganismen Anzeiger des Sauerstoffgehalts und von Fäulnis-prozessen sind, also die Saprobie anzeigen, sind Pflanzen Indikatoren für den Nähr-stoffgehalt und der autotrophen Vorgänge im Gewässer und geben somit die Trophie an. Zwischen den tierischen und pflanzlichen Zeigerorganismen muss sich daher in der Beurteilung der Gewässergüteklassen nicht zwangsläufig eine Korrelation ergeben. 3. Weiche und carbonatreiche (= harte) Fließgewässer haben völlig unterschiedliche Pflanzengesellschaften. Eine Gewässergütekartierung mit Hilfe von Macrophyten muss dementsprechend die gewässerchemische Grundsituation (z.b. den Kalkgehalt) mit-berücksichtigen. Weiterhin können biologische Phänomene (z.b. Artenkonkurrenz, Besetztsein einer ökologischen Nische durch andere Pflanzenarten nach Zeiträumen stärkerer Verschmutzung) für den Ausschluss einer Art aus einem Gewässer verantwortlich sein. Bei weitgehender Übereinstimmung des Gewässerchemismus und anderer, biologischer Faktoren lassen sich in anderen Fließgewässern entwickelte Indikatorsysteme übertragen. Untersuchungen der Hohenheimer Arbeitsgruppe an Fließgewässern im süddeutschen Raum haben gezeigt, dass in kalkreichen Fließgewässern (Beispiel Moosach bei Freising; (15)) folgende Macrophyten als typische Indikatoren auftraten 22

23 A. In den oligotrophen Grundwasserbereichen und zuführenden Bächen: 1. das gefärbte Laichkraut (Potamogeton coloratus) 2. Armleuchteralgen (Chara hispida) B. In den stark eutrophierten Gewässerbereichen im Bereich der Stadt Freising: 1. der Flutende Hahnenfuß (Ranunculus fluitans) 2. der Nußfrüchtige Wasserstern (Callitriche obtusangula) C. In gering eutrophierten Abschnitten des Oberlaufs (diese Art fehlt in stärker belasteten Regionen): 1. Groenlandia densa Abb. 24: Armleuchteralge (Chara hispida) Arten wie der Haarblättrige Hahnenfuß (Ranunculus trichophyllus) oder der Aufrechte Merk (Slum erectum) traten sowohl in belasteten wie unbelasteten Abschnitten auf und lassen somit keine Aussagen über den Nährstoffgehalt im Gewässer zu. Wiederbesiedlungsuntersuchungen in der Friedberger Ach, einem der Moosach hydrochemisch vergleichbaren Gewässer, haben diese Untersuchungen bestätigt und weiterhin gezeigt, dass: a) unmittelbar hinter einer Schmutzwasser-Einleitungsstelle eine Wasserpflanzenwüste auftritt (vermutlich aufgrund direkter Schädigung der Pflanzen durch zu hohe Ortho-Phosphat- und Ammoniumwerte), b) die ersten Besiedler, die sich nach der Verbesserung der Wasserqualität einstellen, die Wasserpest (Elodea canadensis) und der Schlaffe Hahnenfuß sind und c) die Regeneration eines Gewässers in Bezug auf seine Macrophytengesellschaften mehr als zehn Jahre in Anspruch nahm. Untersuchungen der kalkarmen Bäche Naab und Pfreil (Baden-Württemberg) ergaben eine gänzlich andere Zusammensetzung der Pflanzengesellschaften. 23

24 So traten auf: A. In sauberen Bächen der Gewässergüteklasse I bis II: 1. das Wechselblütige Tausendblatt (Myriophyllum alternifolium) 2. Alpen-Laichkraut (Potamogeton alpinus) 3. der Schildhahnenfuß (Ranunculus peltatus), B. in den mäßig bis stark belasteten Gewässern der Güteklassen II und II-III: der pinselblättrige Hahnenfuß (Ranunculus penicillatus; oft in sehr großen Mengen, so dass das ganze Flussbett zugesetzt war). Resümee Insgesamt lässt sich zur Bioindikation von Fließgewässern unter Heranziehung von Macrophyten festhalten, dass: 1. dieses System nur für einige Gewässer überhaupt Anwendung finden kann (weil in vielen Gewässern Macrophyten natürlicherweise fehlen), 2. unterschiedliche hydrochemische Grundvoraussetzungen verschiedene Indikatorarten bedingen und 3. das Macrophytensystem den Nährstoff- und nicht den Sauerstoffgehalt anzeigt. Außerdem ist der Kenntnisstand der Wissenschaft bei den tierischen Indikatoren derzeit bedeutend besser als bei den pflanzlichen. Wo jedoch die Möglichkeit besteht, die botanischen Daten ebenfalls heranzuziehen, liefert das Indikatorsystem der Macrophyten wertvolle Ergänzungen zum Saprobiensystem der tierischen Anzeiger. 5. Natürliche und anthropogen veränderte Fließgewässerformen Die Limnologie teilt die Fließgewässer grob in drei Abschnitte ein: die Quellregion (Krenal), die Bachregion - einschließlich der kleinen Flüsse - (Rithral) und die Flussregion mit den großen Strömen (Potamal). Diese aufeinanderfolgenden Abschnitte eines natürlichen Fließgewässers mit seinen typischen Bewohnern können durch Eingriffe des Menschen in ihren Lebensgemeinschaften massiv gestört sein. Einige häufig zu beobachtende Störungen werden daher in diesem Kapitel im Anschluss an die Charakterisierung der natürlichen Lebensräume und ihrer Biozönose (Lebensgemeinschaft) beschrieben. 5.1 Die Quellregion Quellen sind die Anfangsabschnitte von Fließgewässern. In ihnen tritt Grundwasser aus dem Boden hervor. Man unterscheidet nach der Form des Austretens (12): 1. Sicker- und Sumpfquellen: das Wasser durchtränkt den Boden an der Austrittsstelle und bildet eine mehr oder weniger große Zahl von oberirdischen Wasseradern. 24

25 2. Tümpelquellen: diese liegen meist in einer Mulde, in der sich das Wasser sammelt, bevor es abfließt; sie enthalten Schlammablagerungen und von der Seite wachsen Wasserpflanzen in die freie Wasserfläche ein. 3. Sturz- oder Sprudelquellen: Wasser tritt mit großer Kraft aus dem Boden aus und fließt rasch ab. Diese Quellen sind im Normalfall frei von Wasserpflanzen; ihr Grund weist Kiesel oder nährstoffarmen Sand auf. In Quellen finden wir häufig - insbesondere lichtgeschützt unter großen Steinen - Bewohner des Grundwassers (z.b. den Höhlenkrebs Niphargus), die mit dem austretenden Wasser in den Quellbereich einwandern. Quellen weisen meist eine niedrige Durchschnittstemperatur (Ausnahme: Thermalquellen) und geringe Schwankungen im Jahresverlauf auf (um 2 C). Hier findet man besonders häufig Tierarten, die kaltes Wasser bevorzugen, aber auch Formen, die in den relativ "warmen" Quellen dem Frosteinfluss der Wintermonate entgehen. Weiterhin ist der Sauerstoffgehalt - als Folge der fehlenden Möglichkeit des Grundwassers, Sauerstoff mechanisch oder biologisch anzureichern - in Quellen vergleichsweise gering (meist unter 50% rel. Sauerstoffsättigung). Erst jenseits des eigentlichen Quellbereichs nimmt der Sauerstoffgehalt zu. Als Folge fehlen der Quelle die typischen Tierformen mit hohem Sauerstoffbedarf. Auch fehlt Pflanzenfressern in Sickerund Sturzquellen die Nahrungsgrundlage, so dass sie nur auftreten, wenn von außerhalb der Quelle abgestorbenes Pflanzenmaterial eingetragen wird. Typische Quellarten (z.b. die Quellschnecke Bythinella) sind relativ selten. Individuen von Arten, die fakultativ in Quellen auftreten können, weisen in der Quellregion eine geringere Körpergröße als ihre Artgenossen in anderen Bachabschnitten auf. Wenige Quellorganismen sind Raubtiere, die meisten sind Pflanzen- oder Detritusfresser. Einfache Gewässergüteschlüssel sind auf die Besonderheiten der Quellregion nicht abgestellt und können sie nicht erfassen. Eine Beurteilung der Wasserqualität einer Quelle ist allerdings über den Anteil echter Quelltiere möglich: Je höher dieser ist, umso sauberer und hygienisch einwandfreier ist das Quellwasser (12). 5.2 Der Bach Verschiedene Bäche können, je nachdem wo sie liegen, sehr unterschiedliche Gewässertypen mit unterschiedlichen Faunenelementen darstellen (z.b. Gletscherbach, Hochgebirgsbach, Mittelgebirgsbach, Niederungsbach, Tieflandbach, s. Kap. 7.3.). Unbelastete Bachabschnitte - zumindest in den Oberläufen - zeichnen sich durch hohe Fließgeschwindigkeiten, relativ hohen Sauerstoffgehalt und eine vielfältige Fauna aus. Insbesondere die schnellfließenden Bereiche besitzen hohe Artenzahlen - mit einer großen Zahl von Spezialisten, die sich an das Leben in der Strömung angepasst haben (abgeplattete Körperform, Saugnäpfe, Ernährungsweise) -, da hier vergleichsweise viele Nährstoffe vorhanden sind (12). 5.3 Der Fluss Hat ein Bach eine Breite von etwa fünf Metern erreicht, bezeichnen wir ihn als Fluss (12). Flüsse sind die am stärksten durch menschliche Eingriffe veränderte Fließgewässer, denn je länger die Fließstrecke eines Gewässers ist und je mehr belastetes Wasser von einmündenden Fließgewässern aufgenommen wurde, umso mehr Gift- und Nährstoffe kann es enthalten. Aber Flüsse beziehen ihre Nährstoffe nicht nur über den Eintrag von außen, sondern bei ihnen spielt - neben dem Zufluss aus vorgelagerten Bächen - die Produktion durch Macrophyten und pflanzliches Plankton (Phytoplankton) im Fließgewässer selbst eine große Rolle. Ein echtes Plankton fehlt kleineren Fließgewässern; planktische Algen treten erstmals in Flüssen als wichtige Produzenten in Erscheinung. 25

26 Die Pflanzen- und Tiergemeinschaften von Bächen (insbesondere Hoch- und Mittel-gebirgsbächen) und Flüssen unterscheiden sich in den meisten Fällen deutlich. So finden man im Durchschnitt eine bedeutend größere Artenzahl von Macrophyten in Flüssen als in Bächen (6), insbesondere die Laichkräuter (Potamogeton) sind in Flüssen stark vertreten. Allerdings finden sich in Folge der Bedeutung des Phytoplankton in Flüssen auch tierische Planktonorganismen (Zooplankton), z.b. Kleinkrebse wie Wasserflöhe und Hüpferling, die sich filtrierend vom Phytoplankton ernähren. Große Mengen von Zooplankton fehlen normalerweise in Bächen und Quellen. Insekten, die bedeutendste Tiergruppe der Bäche, sind in den Flüssen nicht mehr so dominant, während Schnecken, Strudelwürmern, Planktonkrebse und Rädertiere aber auch die Mückenlarven innerhalb der Insekten an Bedeutung gewinnen. Die meisten Tierarten der Flüsse sind "Allerweltstiere", sogenannte Generalisten, die sich auch in stehenden Gewässern finden lassen; nur wenige Tierarten der Flüsse (etwa 8 %) sind auf diesen Lebensraum spezialisiert. Es gibt vermutlich in Mitteleuropa keinen Fluss mit ursprünglich-natürlichem Lebensraumcharakter, was in erster Linie auf die massiven Belastungen durch Abwässereintrag aus den vorgelagerten Bächen, aber auch auf Besatzmaßnahmen mit Fischen und anderen Tieren zurückzuführen ist. Entsprechend haben die Artenzahlen in den Fließgewässern bedeutend abgenommen und empfindliche Tierarten (z.b. die Steinfliegen und viele Eintagsfliegen) sind verschwunden (6). Wasserbauliche Maßnahmen zur Verminderung der Fließgeschwindigkeit, z.b. Wehre und Staustufen, und der Eintrag großer Mengen von Dünger haben darüber hinaus stark zur Vermehrung des Phyto- und damit sekundär auch des Zooplankton sowie zu Sauerstoffmangelerscheinungen in Grundnähe beigetragen. 5.4 Zwischengeschaltete Teichwirtschaft (Künstliche Bachalterung) Durch die Einschaltung von kleinen Teichen in Fließgewässer - z.b. durch Fischzuchtteiche - verändert sich die Zusammensetzung der Fauna in diesem stehenden und dem sich anschließenden fließenden Abschnitt. Bereiche von Fließgewässern, die auf Teichanlagen folgen, ähneln häufig biologisch bedeutend weiter stromabwärts gelegenen Abschnitten: Ihre Temperatur ist erhöht, ihre Planktonproduktion ist gesteigert, und sie weisen außerdem durch die Fütterung und die Ausscheidungsprodukte der bewirtschafteten Tiere einen bedeutend höheren Nähr- und Schwebstoffgehalt auf (27). Die Tierformen, die an gute Lebensbedingungen angepasst sind, können sich in derart veränderten Gewässern in den meisten Fällen nicht halten, auch wenn sie oberhalb der Teiche - also meist nur einige Meter entfernt - ausreichend gute Verhältnisse vorfinden. Die Eingriffe durch die Teichwirtschaft ähneln in ihrer Erscheinungsform und ihren Auswirkungen der Einleitung von Haushaltsabwässern (27). Der Lebensraum empfindlicher Arten ist in der Folge der teichwirtschaftlichen Nutzung verringert und im Vergleich zum natürlichen Zustand quellwärts verschoben. Man bezeichnet diese Phänomene und ihre Konsequenzen als "künstliche Bachalterung" (27). 5.5 Auswirkungen der Gewässerbegradigungen Flussbegradigungen, bei denen in vielen Fällen das Bett des Fließgewässers mit Betonwänden (und häufig auch mit einem Betongrund) gefasst wird, haben vielfältige Auswirkungen auf das gesamte Fließgewässergefüge gehabt. So rühren nach der Auffassung von Wasserbauexperten die extremen Hochwasser der letzten Jahre mit ihrer weiterhin ansteigenden Tendenz von der erhöhten Abflussrate der begradigten Fließgewässer her. Wegen des beschleunigten Abflusses kann das Hochwasser nicht wie früher in den Uferbereichen eindringen und zumindest teilweise versickern (s. 1, 13 und 24 für Darstellungen der Folgen von Gewässerbegradigungen), sondern fließt vollständig durch das geschaffene Bett ab. Dies führt in den Unterläufen der Flüsse zu Rückstaus und Überschwemmungen durch die extremen Wassermengen, die in den oberen Fließgewässerabschnitten nicht mehr durch Pfützenbildung und durch Versickern reduziert 26

27 werden. Auch auf die Faunenzusammensetzung eines Fließgewässers wirkt sich eine Flussbegradigung aus: Wirbeltieren wie dem Eisvogel, der Wasseramsel, der Wasserspitzmaus und anderen werden u.a. Nist- und Nahrungsmöglichkeiten genommen; bei umfangreichen Begradigungsmaßnahmen werden weiterhin vielen Fischarten die Laich- und«aufwuchsstandorte entzogen. Aber auch die Wirbellosen sind beeinträchtigt. So kann die Artenzahl in einem begradigten Abschnitt auf "Null" absinken, selbst wenn die Wasserqualität bei weitem ausreichend für ein diverses Artenspektrum wäre (14). Hollnaicher und Mitarbeiter fanden z.b. bei einer Untersuchung eines Fließgewässers in Baden-Württemberg, dass oberhalb und unterhalb eines begradigten und betonierten Gewässerabschnitts ca. 20 Arten von Wirbellosen auftraten, während trotz gleichbleibender Wasserqualität in dem begradigten Bereich keine Wirbellosen zu finden waren (14). Werden in begradigten Fließgewässern zusätzlich Abwässer eingeleitet, erweisen sich die Eingriffe als besonders fatal: Mangelnde Verwirbelungen wegen des glatten, unstrukturierten Untergrundes führen zu einer geringeren mechanischen Sauerstoffanreicherung des Wasser und somit sekundär zu verlangsamten Abbauprozessen. In begradigten Fließgewässerabschnitten werden daher viele Gewässergütebestimmungsschlüssel, die auf der Zuweisung von Saprobienindices beruhen keine oder nur unzureichend befriedigende Ergebnisse liefern. Ursachen für den Rückgang der Artenzahl liegen im Fehlen geeigneter Verstecke, in der größeren Austrocknungsgefahr in Gebieten mit Flussbegradigungen und im geringen Nahrungsangebot. 6. Vor- und Nachteile verschiedener häufig verwandter Fließgewässerschlüssel Das Bemühen, Bioindikatoren als Beurteilungskriterium der langfristigen Gewässergüte auch für interessierte Laien zugänglich und handhabbar zu machen, hat in den letzten Jahren zu einem kleinen Boom von Publikationen auf diesem Gebiet geführt. Dabei lassen sich prinzipiell zwei Bestimmungsschlüsseltypen unterscheiden: Bei dem einen Schlüsseltyp bestimmt man eine mehr oder weniger große Zahl von relevanten Indikatorarten, ordnet diesen einen Indikatorwert (Saprobienindex) zu und berechnet mit Hilfe der so erhaltenen Datenliste und einem Taschenrechner die Gewässergüte. Diesen Typ vertreten die Schlüssel von Baur, Meyer und Barndt, Bohn & Köhler. Andere Schlüssel nehmen eine umfassendere Wertung der Indikatorgruppen vor, und eine Gewässergüteabschätzung wird durch Einsetzen der Werte in eine Indikatorentabelle und Ablesen der Güteklasse aus einer anderen Tabelle möglich. Rechenoperationen vor Ort - mit der Gefahr, dass der Rechner "baden geht" - sind bei diesen Schlüsseln nicht erforderlich. Sie eignen sich daher erfahrungsgemäß besser für den schulischen oder außerschulischen Einsatz mit Kindern und Jugendlichen. Repräsentanten dieses Konzepts sind die Schlüssel von Buck und Waßmann & Xylander. Charakteristika sowie Vor- und Nachteile der jeweiligen Schlüssel sind unten kurz dargestellt. 6.1 Der Schlüssel von Zeltler (VDSF) (32) Dieser Schlüssel soll die Bestimmung der Gewässergüte sowohl in stehenden als auch in Fließgewässern mit Hilfe von Farbfotos verschiedener Tier- und Pflanzenarten ermöglichen. Dabei sind einige Fotos leider nicht geeignet, die Tiere und Pflanzen eindeutig zu identifizieren; auf Ausnahmen von den angeführten diagnostischen Merkmalen wird nicht eingegangen. Einige der Tierarten sind nicht den Güteklassen zugeordnet, die ihnen normalerweise zugewiesen werden; so ist z.b. die Wasserassel als Überwiegend der Gewässergüteklasse II zugehörig eingestuft (in nahezu allen anderen Schlüssel wird sie vornehmlich der Klasse III zugeordnet). Auch die Zuordnung von zwei Allerwelts-Fischarten (Flussbarsch und Rotauge) zu den Gewässergüteklassen II bzw. vornehmlich II erscheint vage. Wie viele andere populäre Gewässergüteschlüssel weist auch der Schlüssel von Zeltler den euryöken Arten den gleichen Multiplikationsfaktor wie den stenöken - und damit gut geeigneten - Indikatorarten zu, ohne zu berücksichtigen, dass die Häufigkeit 27

28 euryöker Formen in vielen Fällen nicht von der Gewässergüte, sondern vom vorhandenen Feind- bzw. Nahrungsdruck durch andere Arten abhängt. Arten mit breitem Lebensraumanspruch sind in Gewässern mit sehr unterschiedlichem organischen Belastungsgrad - also sowohl in sauberem wie auch in stärker verunreinigtem Wasser - anzutreffen; da nur sie in verschmutzen Gewässern sehr große Populationsdichten erreichen, werden sie gemeinhin als Anzeiger für Verunreinigungen gewertet. Ihr Auftreten ist allerdings nur dann ein deutlicher Hinweis auf eine starke Verschmutzung, wenn Indikatorformen mit gehobeneren Lebensraumansprüchen fehlen. Das Bewertungsverfahren bei Zeitler und anderen (s.u.) berücksichtigt diese Zusammenhänge nicht und führt unter Umständen dazu, dass die mit schlechteren Indexzahlen belegten Organismen überbewertet werden und den anhand einer mehrspaltigen Auswertungstabelle zu errechnenden Durchschnittwert "drücken". Insgesamt mag das Büchlein als zusätzliche bebilderte Bestimmungshilfe eventuell geeignet sein, eine Gewässergütebestimmung erscheint mit ihm allein schwerlich möglich. 6.2 Der Schlüssel von Meyer (22, 23) Das Buch von Meyer beschreibt auf etwa 140 Seiten die wichtigsten wirbellosen Bioindikatoren in fließenden Gewässern, geordnet entsprechend ihrer Stellung im zoologischen System. Weiterhin stellt das Buch mit einer "Ja-Nein-Gewässerüberwachungsliste", einer "Einfachen Liste - für den anfangenden Untersucher" und einer "Liste der Indikatororganismen - für den geübten Untersucher" einen pragmatischen Einstieg für die Schnellanwendung. Er liefert außerdem - in einem umfangreichen Abschnitt "Indikatororganismen", der den speziellen Teil des Buches umfasst - brauchbare Zeichnungen und Beschreibungen für die Wiedererkennung der Arten oder Artengruppen mit Hilfe einer einfachen Einschlaglupe sowie ihrer Ökologie. In den ersten Kapiteln des Buches gibt Detlef Meyer eine generelle Einführung in das Saprobiensystem und fließgewässerbiologische Prozesse. Pragmatische Wertungen (oder Umgewichtungen) von Indikatorformen werden einleuchtend begründet, auch wenn sie möglicherweise nicht alle zoogeographischen Möglichkeiten erfassen. Außerdem wird in einem einleitenden Kapitel zu nahezu jeder Gruppe eine kurze biologische Charakterisierung vorgenommen. Leider besteht auch bei diesem Schlüssel die Möglichkeit, dass durch Überbewertung von ubiquitären Tierformen die Gewässergüte gedrückt wird bzw. dass auch der geübte Untersucher nicht alle Einschränkungen bei der letztendlichen Auswertung präsent hat und somit zu falschen Ergebnissen kommt. Nichtsdestoweniger ist das Buch eines der besten für die praxisbezogene Gewässergüteuntersuchung durch den interessierten Nicht-Biologen. 6.3 Der Schlüssel von Baur (3) Baur nennt in dem Teil zur biologischen Untersuchung mit Indikatororganismen einige wichtige Arten für die Gewässergüteuntersuchung, belegt deren Habitus mit für ein einfaches Wiedererkennen gut geeigneten Zeichnungen. Zusätzlich gibt er zu den einzelnen Indikatoren einige Daten zur Biologie und Verbreitung. Im Anhang befindet sich eine Auswertungstabelle, die mit Hilfe von Indikatororganismengruppen (also nicht auf Artniveau) eine Abschätzung der Gewässergüte ermöglicht. Die Aussage allerdings, dass Macrophyten ausschließlich in Gewässern der Gewässergüteklasse II anzutreffen sind (s. S. 34), ist - nach den Untersuchungen von Kohler und seiner Arbeitsgruppe - so wohl nicht haltbar. Das Buch von Baur (3) geht aber über die biologische Gewässergütebestimmung hinaus; es umfasst weiterhin Anleitungen für die chemische Gewässeranalyse (mit einer Erörterung der Bedeutung der verschiedenen Parameter und sehr einfach gehaltenen Auswertungstabellen), zwei Kapitel zur Ökologie stehender Gewässer und eines zur Abwasseraufarbeitung. Insgesamt ist es ein gelungenes Buch, das sich mit den verschiedenen Formen der Gewässergüteanalyse für Laien auseinandersetzt. 28

29 6.4 Der Schlüssel von Barndt, Bohn und Köhler (1) Der eigentliche Bioindikatorenschlüssel in diesem Buch ist in umfangreiche Beschrei-bungen zur Gewässergüteuntersuchung mit chemischen und biologischen Methoden eingebettet. Den Ursprung des Buches aus dem schulischen Bereich erkennt man an der gründlichen Aufarbeitung und den meist kurzgefassten, verständlichen Texten, die in einigen Abschnitten Liber die Grundlagen der Gewässergütebestimmung mit Indikatororganismen hinausgehen und grundlegende gewässerbiologische Faktoren behandeln. Der Bestimmungsschlüssel für die biologische Untersuchung beruht auf einem artspezifischen und/oder gruppenspezifischen Index, so dass Bestimmungen bis zu relativ niedrigen Taxa und anschließende umfangreiche Rechenoperationen notwendig sind. Allerdings ist als Bestimmungshilfe ein gut bebilderter und beschriebener Tierbestimmungsschlüssel bei-gegeben, der das Erkennen bei einer gewissen Einarbeitung und Anleitung bedeutend erleichtert. Insgesamt ist dieses Buch eine der erfreulichsten weil anwendungsbezogenen - und zudem noch sehr preiswerten - Neuerscheinungen auf diesem Gebiet. 6.5 Der Schlüssel von Buck (7) Dieser neue Schlüssel berücksichtigt verstärkt die gewässertypenabhängigen Temperaturänderungen in einem Fließgewässer und die unterschiedlichen Indikatorwerte derselben Art bei verschiedenen Standortbedingungen. Diese Einschätzung hebt den Schlüssel von allen anderen ab. Insgesamt werden nur 8 relativ umfangreiche Gruppen für die Gütebestimmung herangezogen (Hakenkäfer, Steinfliegenlarven, Eintagsfliegenlarven, Wasserasseln, Egel, rote Mückenlarven, Schwämme, Schlammröhrenwürmer, und "Mikrokolonien"). Die Einbeziehung von sessilen Einzellern, adulten Käfern und Bakterien setzt zumindest eine gute Lupe voraus und macht die Beurteilung wegen der Möglichkeit der Verwechslung für den absoluten Laien schwierig. Ebenfalls nicht ganz einfach zu handhaben, ist die mehrseitige Auswertungsanleitung. Insgesamt ist dieser Schlüssel für den schulischen und außerschulischen Bildungsbereich geeignet und liefert durch seine Unterscheidung in sommerkalte und sommerwarme (also schnell fließende und langsam fließende) Gewässer eine überdurchschnittlich gute Differenzierungsmöglichkeit z.b. geographisch bedingter unterschiedlicher Gewässertypen (s.a. Kap. 7.3.) und - bei entsprechender Umsetzung - eine einfache Gewässergütebestimmung. 6.6 Der Schlüssel von Wellinghorst (39) Der Schlüssel von Wellinghorst ist ein 8-seitiges DIN-A-4 Faltblatt, das aus einem umfassenden Bestimmungsteil (bis zum Gattungs- oder Artniveau) und einer Auswertungstabelle besteht. Die Arbeit mit diesem Schlüssel bedarf einiger Grundkenntnisse und einer Anleitung durch einen gut informierten Ausbilder, um bei der Bestimmung schnell zum Erfolg zu kommen, sowie eines Taschenrechners für die Gewässergüteklassenbestimmung. Für den etwas geübten Bestimmer und für den weiterführenden Unterricht ist der Schlüssel - nicht zuletzt aufgrund seiner guten Abbildungen - gut geeignet und ermöglicht die Gewässergütebeurteilung auf relativ hohem Niveau. 6.7 Der Schlüssel von Waßmann und Xylander (29) Der Schlüssel nach Waßmann und Xylander beruht im Gegensatz zu vielen anderen Schlüsseln nicht auf artspezifischen Indices. Es müssen daher nicht bestimmte Arten erkannt und diesen eine "numerische Indikatorqualität" zugewiesen werden. Insbesondere das Ansprechen bestimmter Wirbellosen-Arten ist für den Laien (wie für den ungeübten Biologen) schwierig und bedarf langer, intensiver Beschäftigung mit der Thematik. Diese Schwierigkeiten wurden aus pragmatischen Gründen umgangen, indem gruppenspezifische 29

30 Indikatorqualitäten - unter möglichst umfassender Berücksichtigung von Ausnahmen und Grenzfällen (soweit sich hier ein Kompromiss zwischen einfacher Handhabbarkeit und zufriedenstellendem Ergebnis überhaupt einarbeiten lässt) - herangezogen wurden, womit ein Erkennen der Großgruppen von Wirbellosen sowie die Anzahl der unterscheidbaren Formen innerhalb dieser Großgruppen für eine Abschätzung der Gewässergüte ausreicht. Der Schlüssel richtet sich als Zielgruppe an Schulklassen und andere Gruppen, die sich zum ersten Mal (oder nur sporadisch) mit der Problematik der Bioindikation in Fließgewässern auseinandersetzen wollen; er dient als Einstieg und soll an kompliziertere Schlüssel mit artspezifischen Indices (z.b. 1, 23, 24a, 31) heranführen. Die Kombination eines einfachen Bestimmungsschlüssels, der ein Erkennen der relevanten Gruppen nach einfachsten Kriterien ermöglicht, mit einem Auswertungsschema ist für die Gruppenarbeit besonders gut geeignet. Der Schlüssel erfasst ca. 90 der Gewässer mit zufriedenstellender Genauigkeit. Insbesondere bei Gewässern, die durch anthropogenen oder natürlichen Einfluss aus dem Gleichgewicht gebracht wurden (Beispiele s.u.), ergeben sich unter Umständen jedoch Abweichungen von der ermittelten chemischen Gewässergüte (oder größere Abweichungen, als mit Schlüsseln, die auf artspezifischen Indices beruhen) 7. Generelle Schwierigkeiten bei der Anwendung von Indikatorenschlüsseln 7.1 Saprobität, organische Verschmutzung und andere Belastungen Im Gegensatz zu einer weitverbreiteten Meinung erfasst das Saprobiensystem nicht jegliche Art von Verschmutzung, sondern ausschließlich die Belastung durch organisch belastete Abwässer. Es ist nicht ausgelegt auf die Auswirkungen der Einleitungen z.b. von Schwermetallen, anderen anorganischen Substanzen oder organischen Giftstoffen. So fehlt der gegen Chlorid sensible Flohkrebs, Gammarus pulex, in der Weser, weil er den hohen Gehalt an Chloriden nicht toleriert (27), obgleich er aufgrund der organischen Belastung des Gewässers durchaus in diesem Bereich vorkommen könnte. Auch die Gewässerversauerung als Folge des sauren Regens kann sich in einer gravierenden Veränderung des Artenspektrums ausdrücken. In kalkarmen Bergbächen, denen die Pufferkapazität fehlt, um den Säureeintrag durch die Luft und das Grundwasser zu kompensieren, sind bei ansonsten durchaus guten, bei weitem ausreichenden Wasserqualitäten die für diesen Bereich typischen "flachen Eintagsfliegenlarven" der Familie Heptageniidae (5) häufig nicht anzutreffen. Solche Faunenveränderungen, die nicht vom Nährstoffeintrag und den bakteriellen Abbauprozessen, also der Saprobität, abhängen, werden durch die meisten einfachen Gewässergüteschlüssel nicht oder nur unzureichend erfasst und führen in vielen Fällen zu schlechteren Ergebnissen (höheren Saprobitäten) als dies auf der Basis der Nährstoff- und mikrobiologischen Bedingungen in dem Gewässer der Fall sein sollte. 7.2 Jahreszeitliche Veränderungen in der Faunenzusammensetzung Viele der Indikatororganismen, auf die sich die verschiedenen Schlüssel für Fließgewässer beziehen, sind Insektenlarven, die nach einiger Zeit - vornehmlich in den Sommermonaten - das Wasser verlassen, um ihr Leben als erwachsene Tiere an Land weiterzuführen. Während der Sommermonate fehlen daher viele dieser Insektenarten in dem Gewässer (soweit sie keinen mehrjährigen aquatischen Zyklus haben). Ihr Fehlen führt - insbesondere wenn es sich um Gruppen mit einem Anzeigewert für gute Gewässer handelt - zu einer schlechteren Einstufung des Gewässers, obwohl sich die Gewässergüte nicht verändert hat. 30

31 Ein weiteres jahreszeitlich bedingtes Problem in der Anwendung von Saprobienschlüsseln liegt in der Möglichkeit, dass durch die extreme Wasserführung einiger Gewässer nach der Schneeschmelze Tiere von relativ unbelasteten Gewässerabschnitten in tiefer gelegene Bereiche verdriftet werden. Sie können hier, solange der Sauerstoffgehalt aufgrund der niedrigen Temperaturen relativ hoch ist und die Wassermenge wegen der Schneeschmelze eine starke Verdünnung der organischen Belastung ergibt, problemlos einige Zeit überleben, sterben jedoch mit dem Ansteigen der Temperaturen im späten Frühjahr oder Frühsommer. Führt man Untersuchungen unmittelbar nach der Schneeschmelze durch, kann es eben durch diese "organismische Drift" zu unrepräsentativen Faunenzusammensetzungen kommen, die möglicherweise zu deutlich falschen Saprobiendaten im Vergleich zum Jahresmittel führen. 7.3 Biotopspezifische und lokale Faunenelemente Braukmann hat in seiner 1987 erschienenen, umfangreichen Arbeit zur Bachtypologie (5) durch Untersuchungen von verschiedenen Fließgewässertypen im Flachland (z.b. Lüneburger Heide), in den Mittelgebirgen (z.b. Hocheifel, Westerwald) und dem Hochgebirge (z.b. Ötztaler und Allgäuer Alpen) gezeigt, dass Fließgewässer aller drei Regionen - bei annähernd gleichen abiotischen Parametern - eine andere Faunenzusammensetzung der Macroinvertebraten aufweisen. Braukmann und andere haben weiterhin darauf hingewiesen, dass sich auch die Indikationswerte der einzelnen vorkommenden Zeigerarten bei ruhig und langsam fließenden, sogenannten "sommerwarmen" Bächen, wie man sie häufig im Flachland findet, und schnellfließenden sogenannten "sommerkalten" Bächen mit einer hohen Verwirbelungsrate unterscheiden (5, 7, 8). Die meisten Bioindikatorschlüssel (einschließlich der neuen DIN-Norm) beziehen sich vornehmlich auf sommerkalte (Mittelgebirgs-) Bäche und sind nicht vorbehaltlos auf langsam fließende, sommerwarme Bäche zu übertragen. Das natürliche Fehlen bestimmter Tierarten, die von vielen Schlüsseln als Indikatoren herangezogen werden, in sommerwarmen Gewässern verfälscht die Gewässergütewerte (Einen umfassenden, leicht erlernbaren Schlüssel, der diese Schwierigkeiten mit einbezieht, gibt es bislang noch nicht). Bachflohkrebse der Arten Gammarus pulex und G. roeseli finden sich z.b. fast ausschließlich in Flachland-gebieten (maximal m ü. NN), während G. fossarum in höher gelegenen Standorten vorkommt und dort die einzige anzutreffende Gammaridenart ist (5). Auch bei den Eintagsfliegen und Steinfliegen gibt es charakteristische Grenzen der Verbreitung zwischen den an relativ homogenkalte, schnell fließende Gewässer angepasste Arten der Gebirgs- und Bergbäche und der Flachlandfauna. So fehlen z.b. einige für Bergbäche typische Arten oder Gattungen wie die Eintagsfliegen Rithrogena, Epeorus und Ecdyonurus oder die Steinfliegen der Gattung Protonemura oder die meisten Arten der Gattungen Leuctra, Perla und Dinocras im Flachland (5). Wenn typische Anzeiger niedriger Saprobitätsstufen (Gewässergüteklasse I und IH) in bestimmten Lebensräumen fehlen, weil sie in diesem natürlich nicht vorkommen, so kann sich dies bei Gewässergüteabschätzungen mit Indikatororganismen auf Artniveau wegen eines erhöhten prozentualen Anteils an "Allerweltstieren" (Ubiquisten) in vergleichsweise schlechten Gesamtergebnissen niederschlagen. Ein solches Ergebnis würde deutlich von den tatsächlichen Bedingungen abweichen, wie sie sich durch chemische Untersuchungen - oder stärkere Einbeziehung von Häufigkeitsverteilungen (Abundanzen) bzw. Artenvielfalt (Diversität) - ergeben. Schlüssel, die Abundanzen und Diversitäten in die Berechnungen einbeziehen, laufen wahrscheinlich weniger schnell Gefahr durch biotopspezifische Faunenelemente (oder das Fehlen solcher Tiergruppen) zu verfälschten Ergebnissen zu gelangen. 31

32 7.4 Gewässerbegradigung, -wiederbesiedlung und frühe Biozönosen Durch anthropogene Eingriffe in Fließgewässer können diese in ihrer physikalischen Struktur und in ihrer Faunenzusammensetzung massiv beeinträchtigt werden: Gewässerbegradigungen können ein Absinken der Artenzahlen im Extremfall bis auf 0 zur Folge haben (s. Kap. 5.5.), Einleitung von Giftstoffen kann zu ähnlichen Ergebnissen führen. Die Wiederbesiedlung eines Biotops mit den typischen Tierformen nach solchen "Umweltunfällen", wenn das vergiftete Wasser wieder abgeflossen und die Gifte auch aus dem Gewässergrund ausgespült worden sind, nimmt meist mehrere Jahre in Anspruch: viele Tiere wandern erst langsam aus anderen nicht vergifteten Gewässerabschnitten oder anderen Fließgewässern ein. In vielen Fällen sind nur die flugfähigen erwachsenen Insekten zur Wiederbesiedlung fähig; berücksichtigt man weiterhin die manchmal jahrelange Larvalentwicklung vieler Fließgewässerinsekten und die langsame Wanderungsgeschwindigkeit vieler Wirbelloser, kann man sich ausrechnen, dass es mehrere Jahre dauern kann, bis der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt ist. Daher kann die Artenzusammensetzung eines bestimmten, ehemals vergifteten oder nach einer Begradigung "renaturierten" Gewässers untypisch für ein Gewässer dieser Güteklasse (nach physikalisch-chemischer Analyse) sein, da sich das Gewässer physiko-chemisch häufig bedeutend schneller regeneriert, als der Lebensraum "Fließgewässer" von seinen Bewohnern wiederbesiedelt wird. In solchen Fällen ergibt eine chemische Güteanalyse bessere Werte als die Aufnahme der biologischen Güteanzeiger. Insbesondere bei Güteschlüsseln, die Diversitätsparameter (Artenzahlen) mit einbeziehen, und nicht vorrangig auf artspezifische Saprobienindices abheben, läuft man Gefahr, zu ungenauen Ergebnissen zu gelangen, weil neubesiedelte Lebensräume fast immer weniger "komplex" in ihrer Artenzusammensetzung sind wie "alte" Lebensräume. Weiterhin können sich sensitive Arten - z.b. aufgrund hoher Flugmobilität - in dem Gewässer bereits vor dem Erreichen eines Stadiums hoher Diversität eingestellt haben. Die Anwendung eines Schlüssels mit artspezifischen Indices wird hier meist zu exakteren Ergebnissen führen. Die Analyse mit Schlüsseln, die auf einer Kombination von gruppenspezifischen Zeigerqualitäten und Diversitätsindices basieren, führt in diesen Ausnahmefällen zu einer signifikanten Abweichung von den mittels chemischer Analyse festzustellenden Güteklassen. 32

33 8. Beispiel einer Gewässeruntersuchung und ihrer Auswertung Im Juni 1988 wurde eine Untersuchung der Nidda nahe Breungeshain, eines schnell fließenden Mittelgebirgsbachs im Vogelsberg/Hessen, durchgeführt. Der untersuchte Bachabschnitt ist ca. 1 bis 1,5 m breit, liegt in einem Waldstück (Laubwald) und ist Vereinigung des Ablaufbereich von drei Fischteichen und eines naturbelassenen Bachumlaufs. Im Bachbett, das sich durch das Vorhandensein großer Steine und groben Gerölls auszeichnet, lag verhältnismäßig viel Altlaub. Der Tag der Untersuchung war sonnig bei Temperaturen zwischen 27 C und 30 C in der Sonne und ca. 15 C Bachlauf. Tabelle 2 Ergebnis der Untersuchung der abiotischen Faktoren im Untersuchungsgewässer Parameter Temperatur [ C] 8,3 Sauerstoffgehalt [mg/l] 9,8 relative Sauerstoffsättigung [%] 89,0 ph-wert 7,2 Nitrat [mg/l] 1,2 Nitrit [mg/l] 0,05 Ammonium [mg/l] 0,2 Eisen [mg/l] 0,0 Die biologische Untersuchung wurde durchgeführt, indem ca. 15 Personen Steine umdrehten sowie das Sediment und das Laub mit groben Küchensieben durchseihten; der Zeitraum der Probennahme betrug ca min. Die gefangenen Tiere wurden bis zur späteren Bestimmung im Freiland in Schalen mit klarem Wasser gesetzt. Tabelle 3 Liste der im Untersuchungsgewässer vorgefundenen Arten/Gattungen und der zugeordneten Saprobienindices nach BAUR (3), MEYER (23) und WELLINGHORST (31) Tiergruppen: Arten/Gattungen Saprobienindices der Arten nach (3) (22) (31) Strudelwürmer: Dugesia gonocephala 1,5 1,3 1,5 Schnecken: Ancylus fluviatilis 2,0 1,8 2,0 Egel: Glossiphonia complanata 2,5 2,2 2,0 Krebse: Gammarus fossarum 2,0 1,6 2,0 Eintagsfliegen: Steinfliegen: Köcherfliegen: Ecdyonurus Epeorus Baëtis Dinocras Protonemura Hydropsyche Rhyacophila Plectrocnemia 1,5 1,0 2,0 1,0 1,0 2,0 1,5 1,5 1,2 1,0 2,0 1,4 1,0 2,0 1,4 1,2 1,3 1,3 2,0 1,0 1,0 2,0 1,5 1,5 33

34 Nach der Bestimmung mit der vorhandenen Bestimmungsliteratur unter Anleitung der Kursleiter wurden die Ergebnisse mit dem Schlüssel von Waßmann und Xylander (29) ausgewertet (s.a. 30). Dazu wurde auf der Rückseite des Schlüssels (Auswertungsseite) in der Spalte 1 (gefundene Tiergruppe) in den Spalten der o.a. Tiergruppen jeweils ein Kreuz gemacht und in Spalte 2 (unterscheidbare Formenzahl) jeweils die Zahl der vorgefundenen Arten eingetragen, addiert und die Summe im Kasten unter der Spalte 2 (Gesamtformenzahl GFZ) notiert. Das für die Bestimmung der Entscheidungsklasse (Spalte 4) wichtige Kriterium ist das an oberster Stelle in Spalte 1 eingetragene Kreuz. Es steht im vorliegenden Falle in der ersten Zeile bei der Tiergruppe Steinfliegen (wären z.b. keine Steinfliegen und keine Eintagsfliegen gefunden worden, und stände somit das Kreuz in der dritten Spalte bei Köcherfliegen, wäre die Entscheidungsklasse aus der entsprechenden - dritten - Zeile zu entnehmen). Wir vergleichen nun die Anzahl der gefundenen Arten von Steinfliegen (hier: 2) mit der Formenzahl in Spalten 3. Hier finden wir bei Steinfliegen folgende Angaben: Formenzahl/Entscheidungsklasse, 2 od. mehr A, 1 B. Da wir insgesamt zwei Arten von Steinfliegen vorgefunden haben, gelangen wir zur Entscheidungsklasse A. Mit dieser Information gehen wir in die Auswertungstabelle rechts unten, genauer in die erste Zeile dieser Tabelle. Dort finden wir in der ersten Zeile für die von uns gefundene "Gesamtzahl" der Arten (= Gesamtformenzahl), die wir mit 12 eingetragen haben, eine Gewässergüteklasse von I-II. Dieses Ergebnis stimmt recht gut mit den mittels anderer Indikatorenschlüssel erlangten Ergebnissen überein (s. Tabelle 4). Ein weiteres Beispiel für die Vorgehensweise bei der Gewässergüteabschätzung mit dem Schlüssel von Waßmann und Xylander findet sich in der Literatur (29) (vgl. auch Arbeitsblatt "Erfassungsbogen für die biologische Gewässergütebeurteilung" im Anhang). Tabelle 4 Ergebnisse der Gewässergütebestimmung des untersuchten Gewässers anhand von Indikatororganismen nach verschiedenen Autoren unter Berücksichtigung der gefundenen Individuenzahl. Autor Gewässergüteklasse (bzw. Saprobienindex des Beispiels) Meyer (23) 1,46 I Wellinghorst (31) 1,56 I-II Baur (3) 1,4 I Waßmann & Xylander (29) I - II 34

35 9. Bioindikation in stehenden Gewässern - eine kurze Einführung Für stehende Gewässer gab es bis vor einigen Jahren zwei biologische Indikatorsysteme, die Aussagen über die Gewässergüte zuließen: 1. das Vorkommen bestimmter einzelliger Pflanzen und Tiere, die für Seen verschiedener Belastungsstufen relativ charakteristisch waren; 2. die Gemeinschaft von Zuckmücken (Chironomidae), bei denen die Vergesellschaftung bestimmter Arten für eine "Gewässergüteklasse" spricht (25). Diese beiden Indikatorsysteme sind für die Anwendung durch den Laien allerdings sehr schlecht geeignet, denn das erste Verfahren bedarf neben der Kenntnis der Indikatorformen eines guten Mikroskops, um die Arten ansprechen zu können, während das Taxon der Zuckmücken, auf dessen Kenntnisse das zweite Verfahren beruht, als eine der am schwierigsten zu bestimmenden Insektengruppen gilt. Selbst ausgewiesene Spezialisten haben für bestimmte Stadien bis heute keinen Bestimmungsschlüssel erarbeiten können, so dass dieses Verfahren ebenfalls als leicht erlernbare oder Routinemethode ausscheidet (25). In den letzten Jahren hat sich vornehmlich durch Arbeiten der Gruppe um Dr. Melzer vom Lehrstuhl für Botanik und Mikrobiologie der TU München gezeigt, dass offenbar das Auftreten von Macrophyten, also Großpflanzen, sehr gute Anhaltspunkte für die Gewässerbelastung in stehenden Gewässern bietet (15, 24). Dieses Indikatorensystem, das ähnlich wie bei Macrophyten in Fließgewässern das Vorhandensein und Fehlen von Nährstoffen anzeigt, ist inzwischen bearbeitet und vereinfacht worden, und auch Laien können mit dieser Methode eine Belastungsbestimmung in stehenden Gewässern durchführen (24). So gibt das Auftreten von flächendeckenden Armleuchteralgen-Rasen (Characeen) bis in Tiefen unter 10 m an, dass das Gewässer sehr gering belastet war (Gewässer der Belastungsstufe I): der Phosphatgehalt in dem Gewässer muss langfristig sehr niedrig gewesen sein. Die Sichttiefen sind extrem groß und erreichen häufig mehr als 10 m. In den sehr nährstoffarmen Klarwasserseen treten neben den Armleuchteralgen und dem seltenen gefärbten Laichkraut (Potamogeton coloratus) wenig andere Pflanzen auf. Seen dieser Güteklasse finden sich in Deutschland fast ausschließlich in den unzugänglicheren Regionen des Hochgebirges. In gering belasteten Seen (Belastungsstufe II) mit Sichttiefen von 4-6 m sind Wasserpflanzen häufig und artenreich vertreten. Typisch sind das ährige Tausendblatt (Myriophyllum spicatum), verschiedene Laichkräuter (Potamogeton perfoliatus, P. graminaeus, P. natans) sowie der Wasserschlauch (Utricularia) (24). Mäßig belastete Seen (BelastungsstufeIII) besitzen ebenfalls arten- und individuenreiche Wasserpflanzengesellschaften und weisen Sichttiefen von 2-4 m auf (24). Typische Arten sind verschiedene schmalblättrige Laichkräuter, u.a. das Kamm-Laichkraut (Potamogeton pectinatus), das quirlblättrige Tausendblatt (Myriophyllum verticillatum), der haarblättrige und der spreizende Hahnenfuß (Ranunculus trichophyllus und R. circinatus), sowie die Teich- und Seerosen (Nuphar lutea und Nymphaea alba). Armleuchteralgen wachsen in diesen Gewässern bestenfalls in Flachwasserabschnitten. Stark belastete Gewässer (Belastungsstufe IV) mit Sichtweiten unter 2 m fehlen Armleuchteralgen völlig; überhaupt nimmt die Artenvielfalt spürbar ab. Alle vorkommenden Arten sind an hohen Nährstoffgehalt angepasst. Charakteristische Vertreter sind z.b. die Wasserpest (Elodea canadensis), das krause Laichkraut (Potamogeton crispus), der Teichfaden (Zannichellia palustris). Häufig treten weiterhin fädige Grünalgen auf. 35

36 Sehr stark belastete stehende Gewässer (Belastungsstufe V) sind häufig mit Entengrütze (Lemna minor) oder der Teichlinse (Spirodela polyrhiza) bedeckt. Außerdem treten häufig Algenblüten auf, die die Sichttiefe unter 0,5 m absinken lassen. Aus Skandinavien kennt man übrigens auch spezifische pflanzliche Anzeiger für Gewässer-versauerung (24). Weitere Informationen zu Gewässergütebestimmung mit Indikatorpflanzen in stehenden Gewässer finden sich in der Broschüre von Müller und Mitarbeitern (24). 10. Bioindikation im Meer - ein kurzer Abriss erster Befunde Untersuchungen der Arbeitsgruppe um Dr. Klaus Valentin (Institut für Zoologie der Universität Kiel und Institut für Marine Ökologie, Flensburg) haben gezeigt, dass auch im marinen Bereich (Ostsee) Bioindikatoren gute Hinweise auf die Wasserqualität, Nährstoffbelastungen, Sauerstoffzehrung und andere Belastungsparameter darstellen (20, 28a, 32). Allerdings unterscheidet sich dieses Indikatorensystem insofern von dem Saprobiensystem der Fließgewässer, als nicht das Fehlen, sondern spezifische Verhaltensänderungen bestimmter Arten Verschlechterungen der Lebenraumqualität anzeigen. Diese Verhaltensänderungen sind nur für Taucher zu beobachten und auszuwerten. Alle geschilderten Phänomene gehen auf Beobachtungen von Dr. Valentin zurück und sollen hier kurz dargestellt werden. Als relativ sensibel erwiesen sich die Seesterne (Asterias rubens). Die Tiere reagieren bereits auf relativ geringe Sauerstoffdefizite, indem sich viele von ihnen auf den Rücken legen und Sauerstoff Liber die kleinen weichhäutigen Füßchen auf ihrer Körperunterseite (Ambulakralfüßchen) aufnehmen. Bei Sauerstoffgehalten unter 2 ml/l sterben die Tiere, wie übrigens auch viele Kleinkrebse, ab. Auf Weichböden Normalerweise erscheinen die Weichböden der Ostsee in größeren Tiefen als "lebensfreie Wüsten"; dies ist jedoch ein falscher Eindruck. Über hundert Tierarten leben bei normalen Verhältnissen eingegraben im Sediment. Nur eine krasse Verschlechterung der Lebensbedingungen bringt sie an die Oberfläche und macht sie dadurch für den Beobachter zugänglich. Dabei sind die Elemente der bodenbewohnenden Fauna besser an Sauerstoffmangel angepasst und reagieren später als z.b. Fische: Röhrenbewohnende Borstenwürmer mit "Stummelfüßchen", sogenannte errangt Polychaeten, verlassen erst bei absinkenden Sauerstoffgehalten ihre Röhren und sind in großer Zahl auf dem Meeresboden anzutreffen. Dabei lässt sich eine Reihenfolge dieses Ausgrabens erkennen: zuerst erscheinen die Arten, die gegen das Absinken des Sauerstoffgehalts besonders sensibel sind (roter Vielborster) und danach der grün irisierende Nereis. Zuletzt verlässt auch der normalerweise ständig in Röhren lebende Arenicola marina (sedentärer Polychaet) seine Behausung, was dieser ansonsten schutzlose Sandbewohner unter normalen Umständen nicht tun würde, um nicht von Fischen gefressen zu werden. Bestimmte Muschelarten wie die häufig vorkommende Weiße Pfeffermuschel (Abra alba), die im Sediment eingegraben leben und Nahrung sowie Sauerstoff Liber lange Siphone aus dem über dem Sediment gelegenen Wasser herbeistrudeln, strecken ihre Siphone bei niedrigem Sauerstoffgehalt über die Sedimentoberfläche hinaus, so dass sie als kleine "Schornsteine" über dem Sandgrund sichtbar werden. Bei weiterem Absinken des Sauerstoffwerts wühlen sich die Muscheln aus dem Sediment heraus und sterben (28a); man findet im Frühjahr nach einem Sommer, in dem der Sauerstoffgehalt des Wassers unter die kritische Grenze abgesunken war, große Mengen von Schalen abgestorbener Muscheln an der Sedimentoberfläche. Sinkt der Sauerstoffgehalt noch weiter ab, kommen Fadenwürmer (Nematoden) an die 36

37 Sedimentoberfläche, wo sie in dichten Knäueln, die wie dünne Spaghetti aussehen, liegen bleiben (20, 28a, 32). Fische und andere große Räuber wandern normalerweise unter diesen Bedingungen in andere Gebiete ab, weil sie längerfristig hier nicht mehr lebensfähig wären; sie fehlen daher meist in diesen Gebieten. Nur so kommt es überhaupt zu den beschriebenen Beobachtungen: da die Räuber fehlen, werden die an der Bodenoberfläche exponierten Wirbellosen - oder deren freiliegenden Körperteile - (z.b. Vielborster, Rundwürmer, Muschelsiphone) nicht gefressen, obwohl sie zum typischen Nahrungsspektrum der Räuber gehören, und sichtbar sind. Auf Hart- und Geröllböden Auf Hart und Geröllböden fehlen die oben genannten Indikatoren. Allerdings zeigen Seenelken, also festsitzende Nesseltiere mit langem Stiel und vielen feinen Tentakeln, eine Verhaltensänderung, die ebenfalls auf niedrigen Sauerstoffgehalt hindeutet. So tritt bei ihnen nach etwa 4-6 Wochen Sauerstoffmangel ein typisches "Würstchenstadium" auf, bei dem diese Blumentiere ihre Tentakelkrone nicht mehr entfalten, sondern eingezogen lassen; ihr Körperstiel, mit dem sie festgewachsen sind, verkürzt und krümmt sich - wie unter Krämpfen - ein. Dauern diese Bedingungen an, hängen die Körper schlaff herunter, und bei weiter anhaltendem Sauerstoffmangel lösen die Tiere ihre Fußscheibe vom Untergrund. Nach 6-8 Wochen unter diesen Bedingungen sterben die Tiere ab. Weitere Indikatoren für Sauerstoffmangelerscheinungen und Eutrophierung in der Ostsee sind das Abnehmen der Seegraswiesen aufgrund vermehrten Algenwuchses festsitzender Algen und dadurch bedingte Photosyntheseverluste des Seegrases sowie das Absterben von Miesmuschelbänken in größeren Tiefen. Da die abgestorbenen Miesmuscheln kein Plankton mehr aus dem Wasser abfiltern können, geht mit ihrem Tod die Zunahme von pflanzlichem Plankton und die Verschlechterung der Sicht in größeren Tiefen einher. 11. Literatur (1) BARNDT, B. & B. BOHN (1986/87): Biologische und chemische Gütebestimmung von Fließgewässern. Schriftenreihe der Vereinigung Deutscher Gewässerschutz e. V. (VDG), Bd. 53. (2) BAUR, W. (1980): Gewässergüte bestimmen und beurteilen. Verlag P. Parey, Hamburg, Berlin. (3) BAUR, W. H. (1987): Gewässergüte bestimmen und beurteilen. 2. Auflage. Verlag Paul Parey, Hamburg, Berlin. (4) BICK, H. (1982): Bioindikatoren und Umweltschutz. Decheniana - Beihefte (Bonn) 26: 2-5. (5) BRAUKMANN, U. (1987): Zoozönologische und saprobiologische Beiträge zu einer allgemeinen regionalen Bachtypologie. In: Ergebnisse der Limnologie 26 (H.-J. Elster & W. Ohle Hrsg.). E. Schweizerbartsche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart. Arch. Hydrobiol. Beiheft 26. (6) BREHM, J. & M. P. D. MEIJERING (1982): Fließgewässerkunde. Biologische Arbeitsbücher 36. Verlag Quelle & Meyer, Heidelberg. (7) BUCK,,H. (1986): Ermittlung von Gewässergütedefiziten mit Hilfe leicht identifizierbarer biologischer Indikator-Gruppen. Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.v, (DVWK) (Hrsg.), F. Hirthammer Verlag, München. 37

38 (8) BUCK, H., W. HARTWEG, G. HÜGIN, H. LEIFHEIT, J. STRIEBEL (1984): Bachpatenschaften - Aktiver Umweltschutz entlang eines Gewässers. 4. Auflage. Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Umwelt und Forsten Baden-Württemberg; zu beziehen: Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Umwelt und Forsten Baden-Württemberg, Postfach 491, 7000 Stuttgart 1. (9) BUHSE, H. (1973): Seston-Untersuchungen in der Oberweser: In Societas Internationales Limnologiae. (10) BURKHARDT, R. (1987): Untersuchungen über die Trichoptera des Vogelsberges. 2. Auswirkungen anthropogener Verunreinigungen der Fließgewässer. Arch. Hydrobiol. 111 (1): (11) CASPERS, N. (1982): Steinfliegen, Eintagsfliegen und Zweiflügler als Indikatoren der Gewässergüte. Decheniana-Beihefte (Bonn) 26: (12) ENGELHARDT, VV. (1982): Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher? 9. Auflage. Kosmos Verlag. (13) FRIEDRICH, G. (1982): Fließgewässer - Charakteristik, Gefährdung, Schutz. Deutscher Naturschutzring (Hrsg.), Postfach ,5300 Bonn 3. (14) HOLLNAICHER, M., H. BUCK & H. RAHMANN (1988): Faunistische Untersuchungen eines Fließgewässers im Schurwald (Kreis Göppingen; Süd-westdeutschland). Verh. Dtsch. Zool. Ges. 81: 322. (15) KOHLER, A. (1982): Wasserpflanzen als Belastungsindikatoren. Decheniana - Beihefte (Bonn) 26: (16) KOLKWITZ, R. & M. MARSSON (1908): Ökologie der pflanzlichen Saprobien. Ber. deutschen Bot. Ges. 26a: (17) KOLKWITZ, R. & M. MARSSON (1909): Ökologie der tierischen Saprobien: Int. Rev. ges. Hydrobiol. u. Hydrogr. 2: (18) KRACHT, M. (1981): Zur Steinfliegen-Fauna des Vogelsberges, Hessen (Insecta: Plecoptera). Senckenbergiana biol. 62: (19) LAWA (1980): Die Gewässergütekarte der Bundesrepublik Deutschland. Ausgearbeitet von der LAWA: Arbeitsgruppe Gewässergütekarte. (20) LORENZEN, S., M. PREIN & C. VALENTIN (1987): Mass aggreations of the free-living marine nematode Pontonema vulgare (Oncholaimidae) in organically polluted fjords. Mar. Ecol. Prog. Ser. 37: (21) MARR, I. L., u.a.(1988), Umweltanalytik, Georg Thieme Verlag, Stuttgart (22) MEYER, D. (1984): Makroskopisch-biologische Feldmethoden zur Wassergütebeurteilung von Fließgewässern. 2. Aufl. ALG, BUND (Hrsg.). (23) MEYER, D. (1987): Makroskopisch-biologische Feldmethoden zur Wassergütebeurteilung von Fließgewässern. 3. erweiterte Aufl. ALG, BUND (Hrsg.). (24) MÜLLER, K. W., R. HARLACHER & A. MELZER (1987): Gewässerbelastung bestimmen - Eine Einleitung zur Bestimmung des Belastungszustandes mit Hilfe von häufig vertretenen Wasserpflanzen in stehenden Gewässern. In: Dr. F. Naglschmid (Hrsg.): Schwerpunkte der Umweltforschung Bd. 1, Verlag S. Naglschmid, Stuttgart. (24a) NAGEL, P. (1989): Bildbestimmungsschlüssel der Saprobien. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, New York. (25) PINDER, L. C. V. (1986): Biology of Freshwater Chironomidae. Ann. Rev. Entomol. 31:

39 (26) SCHWOERBEL, J. (1980): Methoden der Hydrobiologie - Süßwasserbiologie. UTB, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart. (27) SCHUHMACHER, H. (1986): "Künstliche Bachalterung" - eine konzeptionelle Charakterisierung anthropogener Veränderungen von mitteleuropäischen Fließgewässern. Verh. Dtsch. Zool. Ges. 79: 318. (28) SLADECEK, V. (1982): Kenntnisstand und aktuelle Probleme bei der Beurteilung der Wassergüte mittels Bioindikatoren. Decheniana - Beihefte (Bonn) 26: (28a) VALENTIN, C. (1989): Die Ostsee am Boden. GEO 4: (29) WABMANN, R. & W. XYLANDER (1986 a): Fließgewässerschlüssel: Bestimmungstabelle und Auswertung. Verlag S. Naglschmid, Stuttgart. (30) WABMANN, R. & W. E. R. XYLANDER (1986 b): Ein neuer praxisbezogener Gewässergüteschlüssel für die Bildungsarbeit - Arbeitsweise und Anwendungsbereich. Das Künanzhaus 11: (31) WELLINGHORST, R. (1982): Wirbellose Tiere des Süßwassers - Ein Bestimmungsschlüssel unter Berücksichtigung von Indikatororganismen für Gewässergüte. Friedrich Verlag, Seelze. (32) XYLANDER, W. (1987): Massenauftreten von "Spaghetti-Würmern" in der Ostsee - Eine Folge organischer Überlastung der Meeresküste. Sporttaucher 9: 32. (33) ZEITLER, K.-H. (1983): Biologische Gewässeruntersuchung. Verband Deutscher Sportfischer 12. Glossar und Stichwortverzeichnis Abundanz Als Abundanz wird die Anzahl von Lebewesen einer Art bezeichnet, die sich auf einer bestimmten Fläche oder in einem abgegrenzten Volumen ständig aufhalten. Adult Adult = ausgewachsen, geschlechtsreif Aerob Aerob = mit Sauerstoff; Organismen können ihren Energiestoffwechsel auf zwei Weisen bestreiten: unter Sauerstoffverbrauch (aerob) oder ohne Sauerstoffverbrauch ( anaerob). Bestimmte Organismen können je nach Umweltbedingungen ihren Stoffwechsel zwischen beiden "Betriebsarten" umschalten; man nennt sie "fakultativ anaerob" oder "fakultativ aerob", je nachdem, welche Stoffwechselart im Normalfall vorliegt. Andere Organismen können nur auf die eine oder andere Weise Energie aus ihrem Stoffwechsel gewinnen; man nennt sie "obligatorisch aerob bzw. anaerob". Ammoniumwerte Gehalt an Ammonium (NH 4 + ) z.b. eines Gewässers, gemessen in mg/i. Ammonium entsteht im Wasser durch die mikrobielle Zersetzung von Harnstoff, Harnsäure und Eiweißverbindungen bzw. durch direkte Freisetzung von Ammoniak (NH 3 ) und weist bei hohen Ammoniumwerten in der Regel auf eine Verunreinigung durch tierische Ausscheidungen hin (z.b. durch Jauche- oder Gülleeintrag ins Wasser, Belastung durch 39

40 Düngemittel). Bei ph-werten im alkalischen Bereich bildet sich aus Ammonium zunehmend Ammoniak (NH 3 ), das als starkes Zellgift zum Absterben vieler Organismen im Wasser führt. Der Ammoniumgehalt in Fischgewässern sollte 2 mg/i nicht überschreiten; im Trinkwasser darf der Gehalt an Ammonium nicht größer als 0,05 mg/i sein. Der Gehalt an Ammonium lässt sich schnell und genau mit Hilfe des CASSY Systems Mobile CASSY (Kat. Nr W), des Eintauchphotometers (Kat. Nr ) und den entsprechenden Reagenzien direkt am Gewässer bestimmen. Anaerob Energiestoffwechsel ohne Sauerstoff ( aerob) Anzeigertaxon Eine Art oder eine Artengruppe, die aufgrund ihres Anzeigewerts zum Zeiger für die Gewässergüte herangezogen werden kann. Anzeigewert Verschiedene Arten (oder Artengruppen) von Fließgewässertieren haben unterschiedlich große Toleranzbereiche bezüglich der Gewässergüte. Je enger das Vorkommen auf eine Güteklasse begrenzt ist, desto besser ist der Anzeigewert der Art. Bioindikatoren Organismen, die aufgrund ihrer Lebensansprüche an die Umweltbedingungen ihres Lebensraumes Rückschlüsse auf den Zustand ihrer Umwelt zulassen, z.b. weil sie vorhanden sind oder fehlen, Verhaltensänderungen zeigen, den Lebensraum neu besiedeln oder absterben. Biomasse Biomasse ist das Gewicht einer Organismengruppe (oder aller Lebewesen) pro Flächen-bzw. Raumeinheit eines Lebensraums. Biologischer Sauerstoffbedarf (BSB 5 ) Bei Abbauprozessen organischer Bestandteile durch Mikroorganismen in Gewässern werden große Mengen Sauerstoff verbraucht. BSB 5 bezeichnet die Menge Sauerstoff in einer Wasserprobe, die in einer gasdicht verschlossenen Flasche unter konstanten Temperaturbedingungen innerhalb von 5 Tagen verbraucht wird. BSB 5 ist ein Maß für die Bakterienzahl bzw. die Fäulnisprozesse in der Probe. Campoidee Larven Köcherfliegenlarven bei der Kopf und Körperlängsachse in einer Linie liegen (vgl. nicht-campoidee Larven); meist ohne Köcher. Anzeiger für Gewässergüteklasse I bis II. Chemische Analyse Im Gegensatz zur biologischen Beurteilung werden bei der chemischen Analyse von Wasserproben mit Hilfe chemischer Nachweisverfahren im Wasser befindliche Stoffe qualitativ und/oder quantitativ bestimmt. Die chemische Analyse gibt Hinweise auf den momentanen Zustand eines Gewässers. Für langfristige Zustandsbeschreibungen sind chemische und biologische Analyse zu verknüpfen. 40

41 Chironomiden Weit verbreitete Familie der Mücken (Zuckmücken, wissenschaftlich: Chironomidae). Detritus Verwestes und "zerriebenes" organisches Material im Wasser. Diversität Lebensraum- oder Artenvielfalt in einem Ökosystem. Durch die Störung der Lebensgemeinschaft kann die Artenvielfalt abnehmen. Diversitätsparameter Maßeinheiten für die Artenvielfalt einer Lebensgemeinschaft. Typische Diversitätsparameter sind der Diversitätsindex nach Shannon und Wieder oder der Gleichheitsindex. Errante Polychäten Borstenwürmer des Meeres, die "Beinchen" (Parapodien) besitzen, mit denen sie über den Meeresboden laufen können. Einige leben zeitweise in Röhren im Meeresboden (z.b. Nereis); sie sind fast alle Räuber. Euryök Organismen, die in ihren Ansprüchen an die Umweltbedingungen große Spannweiten und hohe Toleranzen gegen Veränderung dieser Bedingungen aufweisen, nennt man euryök. Durch ihre Unspezifität bezüglich bestimmter Umweltbedingungen eignen sich euryöke Organismen zur Gewässergütebeurteilung deutlich schlechter als stenöke Arten. Fakultativ Wahlweise Fließgewässerabschnitte Unterteilung von Fließgewässern in verschiedene Abschnitte; häufig findet man eine Unterteilung in die Bereiche: Quellregion ( Krenal) - Bachregion einschließlich kleiner Flüsse ( Rhithral) - Flussregion einschließlich großer Ströme ( Potaman). Generalisten Tierarten, die sich in vielen Lebensräumen, z.b. in Fließgewässern oder auch in vielen stehenden Gewässern, finden lassen. Nur ca. 8 % der in Flüssen gefundenen Arten sind auf diesen Lebensraum spezialisiert. Imago Bezeichnung für das erwachsene Tier. 41

42 Indikationsgewicht Maß für die Fähigkeit von Organismen, sich z.b. in Gewässern unterschiedlicher Gewässergüte aufzuhalten (vgl. Anzeigewert). Indikator Anzeiger; hier: Anzeiger für die Gewässergüte. Keimzahl Anzahl von Mikroorganismen (insbesondere Bakterien) pro Milliliter Wasser (ml -1 ). Krenal Quellregion eines Fließgewässers ( Fließgewässerabschnitte). Das Krenal besitzt häufig eine typische Tiergemeinschaft. Lebenszyklus Entwicklungskreislauf, der die verschiedenen Stadien eines Individuums umfasst (z.b. Ei-Larvenstadium- Puppe-Imago-Ei eines Insekts). Macroinvertebraten Alle mit bloßen Augen gut sichtbaren wirbellosen Tiere. Macrophyten Großpflanzen; man bezeichnet damit alle nicht mikroskopisch kleinen Pflanzen. Im Süßwasser sind dies die Algen (z.b. Characeen) und viele aquatischen Blütenpflanzen. Metamorphose Vollkommene Umwandlung bei Tieren während ihres Entwicklungszyklus. Die Umwandlung betrifft morphologische und physiologische Merkmale (z.b. bei Insekten und Amphibien) sowie in vielen Fällen auch die ökologische Nische, die die Tiere besetzen (z.b. Zuckmückenlarven im Wasser, Imago freifliegend). Monitorarten Tierarten, die zum Nachweis bestimmter Stoffe in einem Lebensraum benutzt werden. NH 4 -N Gehalt an Stickstoff, der in Form von Ammonium (NH4+) gebunden ist. Nicht-campoidee Larven Larvenform der Köcherfliegen (Trichoptera), bei der Kopf und Körperlängsachse in einem Winkel von 90 zueinander stehen. Alle nicht-campoideen Larven bauen Köcher. 42

43 Ökologische Nische Der Begriff "ökologische Nische" beschreibt die Fähigkeit einer Art, durch Anpassung an bestimmte Umweltbedingungen innerhalb eines Ökosystems zu bestehen; er ist nicht räumlich zu verstehen. Eine "ökologische Nische" zu besetzen heißt also, gegenüber möglichen Konkurrenten durch Spezialisierung einen Überlebensvorteil zu erlangen. Phosphatwerte Gehalt eines Gewässers an Phosphat (PO 4 3- ), gemessen in mg/i. Phosphat gelangt vor allem durch Waschmittel über häusliche Abwässer und durch Eintrag phosphorhaltiger Dünger ins Wasser. Phosphor stellt einen begrenzenden Faktor für das Wachstum von Algen dar. Bei übermäßigem Phosphatgehalt kommt es zu einer "Überdüngung" des Gewässers (Eutrophierung, Phosphatgehalt über 0,04 mg/i Wasser), die eine Vermehrung von Algen zur Folge hat ("Algenblüte"). In Verbindung mit sauerstoffzehrenden Abbauprozessen kann es später zu einem Sauerstoffmangel im Wasser kommen was zu einem "Umkippen" des Gewässers führen kann (deutliches Anzeichen hierfür kann z.b. ein massenhaftes Fischsterben sein). Phytoplankton Gehalt an mikroskopischen Pflanzen (vorwiegend Algen), die im Wasser schweben (s. Zooplankton). Plankton Organismen des freien Wassers (Tiere oder Pflanzen), die nicht aus eigener Kraft gegen eine stärkere Strömung anschwimmen können. Potamal Flussregion bei Fließgewässer (vgl. Fließgewässerabschnitte) Präferenz Bevorzugung; z.b. Vorliebe der Organismen für eine bestimmte Gewässergüte. Aus diesen Präferenzen ergibt sich die Möglichkeit der Gewässergüteklassebeurteilung mittels dieser Organismen. Relative Sauerstoffsättigung Sauerstoff ist in Wasser löslich. Die Menge an Sauerstoff, die im Wasser maximal gelöst werden kann, hängt von der Wassertemperatur ab. Die absolute Menge an Sauerstoff wird chemisch bestimmt und zur Berechnung (z.b. der Sauerstoffzehrung durch mikrobielle Prozesse bzw. Sauerstoffanreicherung durch starke Photosynthese) auf die maximal mögliche Menge bei der Wassertemperatur während der Probennahme benutzt. Wenn die bei einer bestimmten Temperatur maximal lösliche Menge Sauerstoff tatsächlich im Wasser gelöst ist, beträgt die relative Sättigung 100 %. Bruchteile dieser maximalen Menge ergeben entsprechende prozentuale Werte der relativen Sauerstoffsättigung; z.b. entspricht die Hälfte des physikalisch maximal löslichen Sauerstoffs einer relativen Sättigung von 50 %. Da sich die organische Gewässerverschmutzung durch bakterielle Sauerstoffzehrung ebenso wie der temperaturabhängige Sauerstoffgehalt auf das Gewässer auswirkt, ist der relative Sauerstoffgehalt, der den Temperatureinfluss berücksichtigt, oftmals für die Gewässergütebestimmung der wichtigere Wert. Moderne Sauerstoffmessgeräte verfügen über eine automatische Temperaturkompensation, die es gestattet, die relative Sauerstoffsättigung und den absoluten Sauerstoffgehalt (in mg/i) ohne Umrechnung direkt abzulesen (z.b. Mobile CASSY W, Sauerstoffadapter , Sauerstoffelektrode ).). 43

44 Tabelle Maximal lösliche Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von der Wassertemperatur. t C mg O 2 /l t C mg O 2 /l t C mg O 2 /l 0 14,2 1 13, ,7 21 8,7 2 13, ,4 22 8,5 3 13, ,2 23 8,4 4 12, ,0 24 8,3 5 12,4 15 9,8 25 8,1 6 12,1 16 9,6 26 8,0 7 11,8 17 9,4 27 7,9 8 11,5 18 9,2 28 7,8 9 11,2 19 9,0 29 7, ,9 20 8,8 30 7,5 Rhithral Bachregion bei Fließgewässern (vgl. Fließgewässerabschnitte). Saprobielle Valenz Saprobielle Valenz ist ein Maß für die Eignung eines Organismus als Bioindikator; sie bezeichnet die Fähigkeit von Organismen in Gewässerabschnitten mit unterschiedlicher Güte vorzukommen. Saprobien Bezeichnung für die Arten, die im Saprobiensystem für die Beurteilung der Gewässergüteklasse herangezogen werden können. Saprobiensystem System verschiedener Organismen zur Beurteilung der Gewässergüte bei Fließgewässern, das auf der Eigenschaft bestimmter Arten beruht eine spezifische Toleranz gegenüber organischer Verunreinigung ihres Lebensraums zu besitzen. Saprobiestufe Grad der organischen Verunreinigung eines Fließgewässers. 44

45 Sauerstoffanreicherung physikalische Durch mechanische Verwirbelung des Wassers (natürlich oder künstlich) entsteht eine vergrößerte Oberfläche zwischen Wasser und Luft. Dadurch kommt es zu einem verstärkten Gasaustausch und einer Erhöhung des Sauerstoffgehalts im Wasser. Sedentäre Polychäten S. 46 Röhrenbewohnende Borstenwürmer im Meeresboden, deren "Füßchen" (Parapodien) häufig zurückgebildet sind. Sie sind meist Planktonfiltrierer und Sedimentfresser (z.b. Arenicola). Sessil Festsitzend. Stenök Organismen, die eng an begrenzte Umweltbedingungen angepasst sind und nur unter diesen Bedingungen existieren können, nennt man stenök. Durch diese Eigenschaft eignen sich stenöke Organismen besonders gut zur Beurteilung ihrer Lebensräume, z.b. der Gewässergüteklasse von Fließgewässern. Symbiose Zusammenleben verschiedener Organismen zum gegenseitigen Vorteil (z.b. Nutzung von Stoffwechselprodukten des Partners, die selbst nicht hergestellt werden können). Taxon Einheit der biologischen Systematik, z.b. Taxon "Köcherfliegen" (Ordnung) oder Taxon "Mensch" (Art). Testorganismus Tiere, Bakterien oder Pflanzen, die in Biotests eingesetzt werden, um die Wirkung von Schadstoffen zu bestimmen. Toxische Grenze Konzentration eines Stoffes, dessen Über- oder Unterschreiten zum Tod führt. In der Praxis wird häufig der sogenannte LD 50 -Wert benutzt; er gibt an, bei welcher Konzentration 50 % einer Gruppe von Testorganismen absterben. Tracheenkiemenblättchen, -fäden Morphologischer Begriff für eine bestimmte Form der Atmungsorgane bei wasserbewohnenden Insektenlarven, meist in der Form von Körperanhängen am Hinterleib. Trophie Gibt den Zustand eines Gewässers in Bezug auf die Versorgung mit Nährstoffen an. Ubiquisten "Allerweltstiere"; Organismen, die unter unterschiedlichen Bedingungen leben können; sie besitzen z.b. keine enge Bindung an eine Lebensraumqualität. 45

46 Zeigerarten "Bioindikatoren" im engeren Sinne, die z.b. durch ihr Vorhandensein oder Fehlen in einem Lebensraum auf dessen Beschaffenheit schließen lassen. Zooplankton Aus Tieren bestehender Anteil des Planktons in einem Gewässer (vgl. Phytoplankton). 13. Bachorganismen und Gewässergüte Arbeitszeit mindestens 60 min, je nach Ausführlichkeit der Bearbeitung auch mehr. Geräteliste: Anzahl Bezeichnung Kat.Nr. 1 Sieb, Kunststoff, Ø 16 cm Sieb, Kunststoff, Ø 7 cm Pinzette, stumpf, Edelstahl, 200 mm Pinzette, Federstahl, stumpf, 100 mm Pinsel, Größe Tropfpipette 150 x 7 mm, Satz Gummikappen (Pipettenhütchen), 10 Stück Blockschälchen Petrischale aus Glas Ø 100 mm Schnappdeckelglas, 50 ml Ausleseschale (Kunststoff) weiterhin wird benötigt 1 Stiellupe, 10x EUPB21 oder 1 Stereomikroskop, geschlossenes Säulenstativ, LED MIK empfehlenswert: 1 Bestimmungsschlüssel, 1 Klemmbrett für die Protokollierung, 1 Bleistift oder Kugelschreiber, Etiketten zum Kennzeichnen der Sammelgefäße 46

47 Hinweis Auf wetterfeste Kleidung und Gummi-stiefel achten. Hinweise zur Aufgabe Mit einfachen Geräten werden Bachorganismen gefangen. Der beigefügte Bestimmungsschlüssel ermöglicht es auch absoluten Laien, die Tiere einzelnen Organismengruppen zuzuordnen. Die Beurteilung der Gewässergüte ist nach dem beiliegenden Arbeitsblatt auch ohne Bestimmung bis zur Art hinreichend genau. Hinweise zur Durchführung Der Gebrauch der Arbeitsbögen sollte bereits im Unterricht besprochen werden, damit die Einweisung im Gelände nicht zu viel Zeit beansprucht. Der Umgang mit den Geräten sollte vorher in einem kleinen Bachabschnitt demonstriert werden. Die dabei gefangenen Tiere können - gemeinsam bestimmt - als Vergleichsmaterial für die Untersuchung der einzelnen Schülergruppen dienen. Es empfiehlt sich, die Anzahl der Individuen auf jeden Fall festzuhalten. Nachfolgende Schülerjahrgänge besitzen dadurch Angaben und Hinweise für eventuelle langfristige Veränderungen der Faunenzusammensetzung und der Gewässergüte. Auf ein sorgfältiges Ausfüllen der Arbeitsblätter ist unbedingt zu achten, da nur dann spätere Überprüfungen der Ergebnisse möglich sind. Die Bestimmung zum Arten- und Naturschutz sind unbedingt zu beachten. In Zweifelsfällen können die örtlichen Naturschutzbehörden (z.b. Untere Naturschutzbehörde bei der Stadt oder beim Kreis) Auskünfte geben, ob ein bestimmtes Projekt durchgeführt werden kann oder nicht (Die Bestimmung können von Bundesland zu Bundesland unterschiedlich sein!). Nach Beendigung der Untersuchung ist unbedingt darauf zu achten, dass alle Tiere wieder an den entnommenen Stellen zurück in das Wasser gesetzt werden. Die meisten Bachorganismen haben einen hohen Sauerstoffbedarf, der nur in kaltem Wasser befriedigt werden kann (vgl. Glossar, Anmerkung zur Sauerstoffsättigung, S. 57). Die Proben dürfen deshalb nicht längere Zeit in der Sonne stehen. Eine Kühlung mit Eiswürfeln ist möglich. Alternativvorschläge 1. Für Grund- und Förderstufenklassen: Auf diese Altersgruppe übt Wasser eine besondere Faszination aus. In einer mehr spielerischen Auseinandersetzung mit dem Element "Wasser" können die Wasserbewohner mit einbezogen werden. Dazu sollten großformatige Abbildungen typischer Bachbewohner bereitgehalten werden. Anhand dieser Abbildungen kann eine Zuordnung der gefangenen Tiere erfolgen. Zur Vertiefung werden abschließend die Ergebnisse der einzelnen Gruppen zusammengefasst, indem z.b. die Abbildungen auf eine vorbereitete Zeichnung des Bachprofils an die Stellen gelegt werden, wo die entsprechenden Tiere gefangen wurden. Hinweise zu Besonderheiten in Aussehen und Lebensweise müssen dabei - je nach Lerngruppe - vom Lehrer gegeben werden. 47

48 2. Sekundarschulen Hier kann man in Anlehnung an den Bestimmungsschlüssel Schilder mit Namen und Abbildungen einzelner Organismengruppen vorbereiten und die gefangenen Tiere in entsprechend gekennzeichnete Probenschälchen sortieren. Die einzelnen Schälchen werden anschließend nach unterschiedlichen Formen durchsucht und der Gewässerindex gemeinsam bestimmt. 3. Für Gruppen mit Vorkenntnissen oder höherem Anspruchsniveau (Leistungskurse) Hier kann auch der Bestimmungsschlüssel von WELLINGHORST (Beilage zu "Unterricht Biologie", Heft 68, 1982) mit dem entsprechenden Erfassungsbogen verwendet werden. Im Vergleich beider Verfahren kann gezeigt werden, worin sie sich methodisch unterscheiden und in welchem Verhältnis größere Genauigkeit und der damit verbundene höhere Zeitaufwand stehen. Aufgabe 1. Fange in einem vorher festgefegten Bachabschnitt alle Organismen, die Du in 30 Minuten finden kannst 2. Ordne die gefangenen Organismen mit Hilfe des Bestimmungsschlüssels einzelnen Tiergruppen zu. 3. Bestimme mit Hilfe der beiliegenden Tabelle die Gewässergüte. Durchführung 1. Hebe Steine vom Untergrund des Baches auf. Halte dabei das Küchensieb oder den Kescher so in die Fließrichtung des Baches, dass vom Stein weggeschwemmte Organismen darin hängen bleiben. 2. Gib den Inhalt des Siebes in eine mit Bachwasser gefüllte Ausleseschale und beobachte die verschiedenen Tiere. 3. Suche die Oberfläche des Steines sorgfältig nach Tieren ab. Achte dabei auch auf eventuelle Verstecke oder Gehäuse. Nimm die Tiere vorsichtig mit Pinsel, Pinzette oder Pipette ab und bringe sie in mit Bachwasser gefüllte Block- oder Petrischalen und beobachte sie. 4. Ziehe das Sieb vorsichtig gegen den Wasserstrom durch Wasserpflanzen (falls vorhanden) und schüttle dabei die Pflanzen mit einer Hand. Weiter wie Siebe vorsichtig und unter Wasser das Bodensediment und gib den Inhalt des Siebes in eine mit Bachwasser gefüllte Ausleseschale. Achtung! Ein Teil der gefangenen Tiere lebt räuberisch. Sie sollten einzeln in Schälchen oder Gläschen gehalten werden, damit sie sich nicht gegenseitig fressen! 48

49 Auswertung: 1. Ermittle mit dem beiliegenden Bestimmungsschlüssel die verschiedenen Organismenformen. Kreuze dabei zunächst an, ob Du für diese Gruppe überhaupt Organismen gefunden hast oder nicht. Überprüfe anschließend, ob Du innerhalb einer Gruppe verschiedene Formen unterscheiden kannst. Wenn ja, trage die Anzahl der unterscheidbaren Formen in das zweite Kästchen ein. 2. Trage in das dritte Kästchen die ungefähre Anzahl der gefundenen Individuen ein. Diese Angaben können interessant werden, wenn man einen Bach über einen längeren Zeitraum untersucht. 3. Zur Ermittlung der Gewässergüteklasse wird das zweite Arbeitsblatt benötigt. Auf ihm findest Du alle weiteren Angaben. Material Bestimmungsschlüssel für die häufigsten wirbellosen Tiere in Fließgewässern (von WASSMANN und XYLANDER), Zeitbedarf ca. 30 min, je nach Kenntnis der Teilnehmer Information Nur Tiere mit ganz bestimmten eng begrenzten Ansprüchen an ihre Umwelt sind als Zeigerorganismen für die Beurteilung der Gewässergüteklasse geeignet. Für den Bach sind dies Vertreter der folgenden Tiergruppen: - Steinfliegenlarven - Eintagsfliegenlarven - Köcherfliegenlarven - Flohkrebse - Schlammfliegenlarven - Wasserassel - Egel - Schlammröhrenwurm Beachte Die oberste Formengruppe hat den höchsten Sauerstoff-bedarf und benötigt das sauberste Wasser! Die unterste Tiergruppe toleriert die meisten Verschmutzungen. 49

50 Auswertung Gefundene Tiergruppe Unterscheidbare Formenzahl Formenzahl Auswertung Entscheidungsklasse Tiergruppe Steinfliegenlarve Eintagsfliegenlarve Köcherfliegenlarve Flohkrebs Schlammfliegenlarve 2 oder mehr 1 3 oder mehr 2(s. Köcherfl.) 1 4 oder mehr oder mehr 1 A B B C entfällt B C C entfällt D Wasserassel D Egel D Schlammröhrenwurm E Muschel Ohne Einfluss auf die Schnecke Entscheidungsklasse Plattwurm Mückenlarve Wassermilbe Käfer oder Käferlarven Gesamtformenzahl Entscheidungsklasse Beachte In Spalte 1 werden die entsprechenden Tiergruppen nur angekreuzt, falls sie im untersuchten Gewässer auftreten! Nur in Spalte 2 dürfen die entsprechenden Zahlen erscheinen Die Entscheidungsklasse (A-E) wird in der Zeile ermittelt, in der sich das oberste Kreuz befindet. Die Zahl in Spalte 2 entscheidet darüber, ob der höhere oder niedrigere Buchstabe zur entsprechenden Entscheidungsklasse gehört. 50

51 Gesamtzahl Entscheidungsklasse A B C D E od. mehr - II I - II I III II-III II I - II III - IV III II - III II IV III-IV III II-III IV IV III-IV III In der Tabelle wird aus den Koordinaten von Gesamtformenzahl und Entscheidungsklasse die entsprechende Gewässergüteklasse abgelesen. Sind die Schüler in der Handhabung der Arbeitsblätter geübt, können alle Untersuchungen (Erfassungsbogen, Tabelle I und II) und "Ergebnisblock" auf ein Arbeitsblatt kopiert werden. Die Auswertung aller Bögen wird bei langfristigen Untersuchungen erleichtert. Vor allem in der SEK II wird dieser Verfahrensgang längerfristig zu einfach sein. Hier kann alternativ und zur Überprüfung der vorliegenden Ergebnisse der Erfassungsbogen von WELLINGHORST (Beilage zu "Unterricht Biologie", Heft 68/1982) verwendet werden. Bei dem hier vorgestellten Verfahren spielt die Anzahl der Individuen für die Ermittlung der Gewässergüteklasse keine Rolle. Es wird trotzdem empfohlen, die Anzahl der Individuen in den einzelnen Tiergruppen festzuhalten, da sie bei langfristigen Untersuchungen durchaus Hinweise auf eine Veränderung des Gewässers geben können. 51

52 14. Gewässerbeschreibung Arbeitszeit min, je nach Ausführlichkeit der Bearbeitung Geräte Anzahl Bezeichnung Kat.Nr. 1 Sichtscheibe, weiß, 20 x 20 cm Aquarienthermometer, C empfehlenswert: 1 Bestimmungsschüssel Hinweis Auf wetterfeste Kleidung und Gummistiefel achten! Hinweise zur Aufgabe Durch Ankreuzen auf dem Beobachtungsbogen werden die typischen Merkmale eines Gewässers und seiner Umgebung erfasst. Hinweise zur Durchführung Der Beobachtungsbogen sollte bereits im Unterricht behandelt worden sein, damit die Einweisung im Gelände nicht zu viel Zeit beansprucht. In einzelnen Fällen ist u.u. die eindeutige Zuordnung zu einem bestimmten Kriterium nicht möglich. Deshalb sollte vorher festgelegt werden, ob auch mehrere Kreuze möglich sind. Je nach Vorwissen kann auf die Angaben in den Kästen (Pflanzennamen) auch verzichtet werden. Das Bestimmen der Temperatur kann auch im Zusammenhang mit der chemischen Wasseranalyse erfolgen. Ergebnis Aus den angekreuzten Beobachtungen werden einfache und kurze Sätze gebildet, mit denen das Untersuchungsgebiet eindeutig beschrieben ist. Mit Hilfe der Beschreibung können andere Gruppen den Untersuchungsraum finden. Alternativvorschlag Nach dem Muster des Beobachtungsbogens wird gemeinsam mit der Gruppe ein für die Region bzw. für einen Gewässertyp spezifischer Erfassungsbogen entwickelt, im Gelände erprobt und laufend verbessert. 52

53 Aufgabe Kreuze alles an, was von den genannten Beobachtungen/Kriterien für Dein Gewässer zutrifft. Durchführung 1. Gib den Namen und den Ort des zu untersuchenden Gewässers oder Gewässerabschnittes möglichst genau an, damit auch andere die Stelle finden können. 2. Kreuze an, was für Dein Gewässer zutrifft. Beachte Kennzeichne alle Gruppenüberschriften zusätzlich, z.b. mit einem Kreuz, damit auch andere erkennen können, ob bestimmte Faktoren/Pflanzen nicht vorhanden waren oder nur nicht miterfasst/untersucht wurden. Auswertung Fasse in wenigen Sätzen die wichtigsten Merkmale des untersuchten Gewässers zusammen. 53

54 15. Beobachtungsbogen Name des Gewässers: ungefähre geographische Lage: Bearbeiter/in: Datum: sonnig schwach bewölkt stark bewölkt Regen Lufttemperatur: C Wassertemperatur an der Oberfläche - in der Sonne: C - im Schatten: C Art des Gewässers stehendes Gewässer Wasserstand normalerweise: gleichbleibend periodisch wechselnd unregelmäßig wechselnd Wasserführung: Zu- und Abfluss vorhanden Zu- und Abfluss nicht feststellbar 54

55 fließendes Gewässer Strömungsgeschwindigkeit: sehr schnell + sehr brausend schnell und stark spritzend mäßig schnell + leicht schäumend eilig mit vereinzelter Wirbelbildung langsam/glatt, Strömung erkennbar sehr langsam, Strömung nicht erkennbar Wasserführung: Flussbett bzw. Wasserbett verläuft: in ausgeprägten Schlingen in schwachen Schlingen zwischen Buhnen ist künstlich begradigt Gewässername: Sichttiefe: bestimmt mit Sichtscheibe geschätzt unter 10 cm cm cm über 100 cm 55

56 bis zum Grund (falls zutreffend unabhängig von der Tiefe ankreuzen) Gewässergrund: grauer Schlamm, kein übler Geruch breiiger unzersetzter Faulschlamm dunkelbrauner Torfschlamm Schotter oder Geröll Sand oder Kies Felsen Wasserfarbe: blau bis grünlich/sehr klar blaugrün bis gelbgrün/mäßig klar gelbgrün bis tiefblau/trüb grau bis schwarz/milchig durch starke Verschmutzung getrübt Beschaffenheit des Uferstreifens: Breite: unter 0,1 m 0,1-1,0 m 1,0-5,0 m über 5,0 m Ufersaum: Schlamm Sand Geröll Felsbrocken 56

57 sumpfiges Flachufer Steilufer mit Sand- oder Kieswänden künstlich befestigtes Ufer überhängende Bäume umgestürzte Bäume freigespültes Wurzelwerk Baum- und Strauchbestand des Uferbereiches: Bäume: vereinzelter Baumbestand verstreute Baumgruppen stellenweise ausgedehnter Baumbestand es dominieren: Grauerle Weiden Eiche Ulme andere Laubholzarten Traubenkirsche Kopfweiden Pappeln Esche Kiefer Fichte andere Nadelholzarten Sträucher: vereinzelter Strauchbestand verstreuter Strauchbestand stellenweise ausgedehnter Strauchbestand 57

58 es dominieren: Jungwuchs von Bäumen hohe Sträucher (z.b. Hasel/ Weißdorn) mittelhohe Sträucher (z.b. Sanddorn) Gräser, Stauden, Kräuter: nur vereinzelt eingestreut truppweise verstreut größere Flächen bedeckend es dominieren: Rohrkolbenarten Igelkolbenarten niedrige Stauden und Kräuter Wasserschwaden Rohrglanzgras hohe Riedgräser verschieden Binsen Schachtelhalme Schilf niedrige Riedgräser Kalmus andere hohe Stauden (z.b. Mädesüß) Wasserpflanzen: Schwimmpflanzen: nur vereinzelt truppweise verteilt Unterwasserpflanzen: nur an einzelnen Stellen erkennbar vollständig/nahezu vollständig bewachsen Schwimmpflanzen: es dominieren: 58

59 Wasserbinsen weiße Seerose Laichkrautarten gelbe Teichrose Wasserknöterich Wasserhahnenfuß andere Unterwasserpflanzen: es dominieren: Wasserpest Quellmoose Armleuchteralgen Tausendblatt Wasserlebermoose "Algenwatten" andere menschliche Einwirkungen: nicht feststellbar Spaziergänger Abfallhaufen Abwassereinleitung Bejagung Fischsterben Schaumbildung Schiffsverkehr Ölfilm reger Wassersport Motorbootfahren Surfen Angeln Wasserskifahren Badebetrieb Segeln Camping Tauchen Beweidung des Uferstreifens Landwirtschaft im Uferbereich Kurze Beschreibung des untersuchten Gewässers: 59

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