Fliessgewässer: Bioindikation und chemische Untersuchungen

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1 Fliessgewässer: Bioindikation und chemische Untersuchungen

2 Inhaltsverzeichnis Feldbuch Datenblatt A Landschaftsökologische Beurteilung 1 Charakterisierung Untersuchungsstelle/Koordinaten 2 Hydrologie: Temperatur / Transparenz/ Leitfähigkeit 3 Hydrologie: ph-wert 4 Hydrologie: Alkalinität 6 Hydrologie: Nitrat 7 Hydrologie: Sauerstoff 9 Bioindikation: Proben sammeln 11 Bioindikation: Erkennungshilfen 12 Bioindikation Datenblatt B Biologische Beurteilung 15 Zusammenstellung Resultate/Liste Makroinvertebraten 16 Bioindikation C Bestimmung Gewässergüte 17 Arbeitsablauf an Untersuchungsstelle 1. Landschaftsökologie /Charakterisierung Untersuchungsstelle alle Hydrologie: Arbeit in 4 Gruppen (Rotation) (je 15 Min.) A Temperatur/ Transparenz B ph-wert /Alkalinität C Nitrat /Leitfähigkeit D Sauerstoff 3. Probesammeln: Arbeit in 4 Gruppen Gruppen A, B, C: je 5 x Kicken, je 5 mal grosse Steine ablesen (=6 Proben) Gruppe D: 2 x 5 mal Kies mit Mehlsieb 1 x 5 mal Sand mit Mehlsieb 1 x 5 mal Falllaub/ Pflanzenbewuchs mit Mehlsieb 4. Aussortieren / Bestimmen / Auswerten

3 A) Datenblatt Landschaftsökologische Untersuchung Bewertung (es sind auch halbe Punkte möglich, z.b. 1.5 oder 2.5) 1 Punkt 2 Punkte 3 Punkte Pte 1 Bachverlauf Linienführung Natürl. mäandrierend, schlängelnd Korrekturen sichtbar, bogig geschwungen gestreckt, kanalisiert 2 Bachbreite abwechselnd eng, breit 3 Wassertiefen stark wechselnd (an Prall- Gleith, ev. Inselbildung) 4 Wasserdurchfluss stark abwechselnd, schnell /langsam fliessende Stellen, stehendes Wasser 5 Bachsohle sehr vielgestaltig, natürlich (Steine, Kies, Sand,, Falllaub,...) 6 Uferneigung und - gliederung 7 Uferbeschaffe nheit Ufersicherheit vielfältig, abwechselnd flach und steil unregelm. reich gegliedert natürlich, häufig unterspült 8 Uferbewuchs natürlich und vielfältig, Bäume, Sträucher, Gräser, Kräuter, Hochstauden,... 9 Durchwanderbarkeit für Fische 10 Nutzungseinflüsse im natürlichen Bach gewährleistet (ausgenommen bei natürlichen Wasserfällen) keine erkennbar leicht abwechselnd, etwas schmaler, breiter werdend mindestens im Uferbereich variierend unterschiedliche Durchflussgeschwindig keiten, ohne stehendes Wasser abwechselnd, teilweise natürlich, künstliche Eingriffe erkennbar abwechselnd künstliche und natürliche Abschnitte Künstl.Ufersicherung erkennbar (z.b. Blockwurf) abw. mit natürlichen Stellen künstlich angelegt und mehr oder weniger einheitlich (Wiese, Gebüsch, Baumreihe,...) Niedere Gefällstufen (Schwellen < 20 cm) mit Steinen/ anderen natürlichen Materialien behindern nur wenig geringe Auswirkungen erkennbar (z.b. durch Wasserentnahme, Kanalisationseinleitung kanalisierte Einheitsbreite völlig einheitlich einheitliche Durchflussgeschwin digkeit künstlich, einheitlich (z.b. nur Kies, nur Sand, Betonplatten,...) völlig einheitlich, gleichförmig verfugte Steinblöcke, Betonmauer fehlend, bewirtschaftete Flächen bis zum Gewässerrand hohe Schwellen (> 0.70 m) und künstliche Abstürze verhindern den Aufstieg starke Auswirkungen (z.b. Trockenlegung Wasserkraftnutzung, Gülleeinfluss Gesamtbeurteilung des Untersuchten Abschnitts: Summe aller Punkte: Mittelwert:

4 2 Charakterisierung der Untersuchungsstelle Koordinaten LK 1: (aus Karte) Bestimmung Bestimmung mit GPS app: gis:ch /gis:ch plus Bestimmung 1 Bestimmung 2 Bestimmung 3 Bestimmung 4 WGS84 CH-Koord. LV 03 Bestimmung Fliessgeschwindigkeit: Wert 1: Abstand Ufer Wert 2: Abstand Ufer Wert 3: Abstand Ufer Bestimmung der Flussbreite mit Trigonometrie Flussbreite Winkel alpha = Abstand Ufer = Basis = Flussbreite= Basis x tan (alpha) Abstand Ufer => Flussbreite =

5 Hydrologie: Temperatur vgl. Handbuch Hydrologie S Messungen im fliessenden Wasser der Thur (Untersuchungsstelle Kurs ) Messung Temperatur Messgerät MITTEL Zum Vergleich: Am 22. Februar war die Wassertemperatur hier 2.2. Grad! Hydrologie Transparenz Vgl Handbuch Hydrologie S. 37. Messung mit Rohr: Wasser auffüllen bis schwarz/weiss Markierung nicht mehr sichtbar. (wenn bei vollem Rohr noch erkennbar ist Wert > 120 cm.) Messung 1 Messung 2 Messung 3 Messung 4 Mittel: 3 Hydrologie Leitfähigkeit (im Kursraum bei 25 Grad) Mit geeichtem Messgerät. Sensor in Wasserprobe halten, leicht schwenken, ablesen wenn Messwert stabil (kann einige Minuten dauern!) (vgl. S.53) Messung Leitfähigkeit in µs/cm Messgerät Mittel:

6 4 ph-wert Hach Material 1 Color Komparator mit Farbscheibe 2 Proberöhrchen mit Stopfen Bromthymol Blue Indicator Solution Prinzip Eine spezielle chemische Reaktion ergibt eine Färbung, welche abhängig ist vom ph-wert ( Säuregehalt ) des Wassers. Durchführung der Messung 1. Beide Proberöhrchen mehrmals mit dem zu testenden Wasser spülen und bis zum unteren Markierungsstrich 5 ml füllen. 2. Eines der Röhrchen bleibt unbehandelt und kommt in Position A in den Komparator 3. Zum zweiten Röhrchen 8 Tropfen der Bromthymol Blau Indicator Lösung zugeben. Kurz schütteln. 4. Proberöhrchen mit dem behandelten Wasser in Position B des Komparator einsetzen. 5. Den Komparator in Augenhöhe gegen das Licht halten und die Farbe der Lösung durch drehen der Scheibe zuordnen. ph-wert ablesen! Sofort nach Gebrauch Proberöhrchen mit Wasser spülen.

7 Unsere Messwerte: 5 Messwert 1 Messwert 2 Messwert 3 Messwert 4 Mittelwert Beurteilung: Kriterien zur Beurteilung des ph-wertes Reines Wasser, H2O ist zu einem sehr geringen Teil in seine Ionen (= geladene Teilchen) H+ und OH- aufgespalten. Ein Liter Wasser enthält 1/107 Wasserstoff-Ionen (H+). Da auch die gleiche Menge an Hydroxyl-Ionen (OH-) vorhanden ist, reagiert reines Wasser neutral. Zur Vereinfachung gibt man an Stelle der Zahl 1/107 den ph Wert mit der Zahl des Exponenten von 10 im Nenner an (ph = 7). Wasser mit einem ph Wert von 7 ist neutral, unter 7 sauer und über 7 alkalisch oder basisch. Natürliche Gewässer haben im allgemeinen einen ph Wert um den Neutralpunkt herum. Abweichungen sind meist auf die Beschaffenheit des Bodens ( Kalk -- >alkalisch, Moorboden --> sauer wegen der Humussäuren) oder Industrieabwässer zurückzuführen. Die im Wasser lebenden Organismen gedeihen am besten bei einem ph Wert zwischen etwa 6.8 und 7.8. Innerhalb von Tag- und Nachtrhythmus und im Rhythmus der Jahreszeiten kommt es zu Schwankungen im ph Bereich. In den Sommermonaten kann tagsüber durch, den CO2-Verbrauch der Pflanzen (Photosynthese) der ph Wert von 7 auf 9 steigen und nachts durch CO2 Ausscheidung bei der Atmung wieder auf 7 absinken. Eine einmalige Messung des ph Wertes eines Gewässers ist deshalb wenig aufschlussreich. Der ph Wert beeinflusst stark den Anteil der gelösten Kohlensäure.

8 6 Alkalinität Visocolor HE Diese Bestimmungen werden mit dem Visocolor Titrierset AL7 durchgeführt. An der Titrierpipette wird nach Erreichen des Titrationsendpunktes die Konzentration auf einer Skala abgelesen. Vorbereitung: Tropfspitze auf Titrierspritze aufsetzen. Die Titrierpipette wird lose auf den Behälter gesetzt und der Kolben nach unten gedrückt. Dann zieht man den Kolben in die obere Ausgangsposition, die Unterkante der schwarzen Kolbendichtung steht auf 0. Nach Zugabe des Indikators wird das Reagens tropfenweise aus der Pipette der Probe zugegeben bis zum Farbumschlag und dann der Verbrauch abgelesen. Alkalinität/ Carbonathärte (=Säurebindungsvermögen SBV) - Messgefäss mit Probewasser spülen und mit 5 ml (bis zur Ringmarkierung) Probewasser füllen. - 1 Tropfen Indikatorlösung m zugeben und durch Schwenken lösen. --> Probe färbt sich blau. - Mit Titrierpipette sorgfältig Tropf um Tropf zugeben und schwenken, bis zum Farbumschlag von blau über grauviolett nach rot titrieren. (Falls Spritzenfüllung nicht ausreicht, füllt man die Spritze und titriert weiter bis zum Farbumschlag. Zum abgelesenen Wert wird dann 7.2 mmol/l addiert.) - Skala ablesen: SBV in mmol/l Umrechnungen: SBV in mmol/l * 2.8 ergibt Karbonathärte in dkh o. SBV in mmol/l * 50 ergibt mg/l CaCO3. Messwerte: mmol/l mg/l CaCO Mittel

9 7 Nitrat Hach (low range) Material 1 Color Komparator mit Farbscheibe 2 Proberöhrchen mit Stopfen NitraVer 6 Reagen (Pulver in Minialubeutel, mit Nitrate LR beschriftet) NitriVer 3 Reagens (Pulver in Minialubeutel, mit Nitrit LR beschriftet) Prinzip Eine spezielle chemische Reaktion ergibt eine Rotfärbung, welche dem Nitatgehalt des Wassers proportional ist. Durchführung der Messung 1.1. Erwarteter Wert < 1 mg/l Nitrat-N: Beide Proberöhrchen mehrmals mit dem zu testenden Wasser spülen und bis zum unteren Markierungsstrich 5 ml füllen. 1.2 Erwarteter Wert > 1, < 5 mg/l Nitrat-N: Beide Proberöhrchen mehrmals mit dem zu testenden Wasser spülen und mit der Pipette je 1 ml Probewasser in die Röhrchen geben. Mit dest. Wasser bis zur unteren Marke auffüllen (4 ml dest. Wasser) 2. Eines der Röhrchen bleibt unbehandelt und kommt in Position A in den Komparator 3. Zum zweiten Röhrchen das Pulver aus dem Minibeutel NitraVer 6 (Nitrate LR) Reagens zugeben. 3 Minuten schütteln. Falls am Grunde feine schwarze Cadmium Partikel ausfallen, Lösung sorgfältig in ein neues RG umgiessen. 4. Zu dieser Lösung nun das Pulver aus dem Minibeutel NitriVer 3 (Nitrite LR) Reagens zugeben und 30 Sekunden schütteln. Proberöhrchen mit dem behandelten Wasser in Position B des Komparator einsetzen. 5. Nach 10 Minuten Komparator in Augenhöhe gegen das Licht halten und die Farbe der Lösung durch drehen der Scheibe zuordnen. Nitrat-N Gehalt ablesen! Bei kleinen Mengen Nitrat ein weisses Blatt Papier 5-10 cm hinter den Komparator halten, um die Ablesung zu erleichtern. Für Messung nach 1.2 abgelesener Wert mit 5 multiplizieren! Angabe in mg/liter Nitrat-N. (für Nitrat NO 3 - mit 4.4 multiplizieren) Sofort nach Gebrauch Proberöhrchen mit dest. Wasser spülen.

10 8 Unsere Messwerte: (alle als Nitrat-N) Messwert 1 Messwert 2 Messwert 3 Messwert 4 Mittelwert Beurteilung: Kriterien zur Beurteilung des Nitratgehaltes In geringen Mengen sind Nitrate fast in jedem Wasser vorhanden. Man findet im allgemeinen 5-10 mg/l (entsprechend rund 1-2 mg/l Nitrate-N). In gesundheitlicher Hinsicht ist ein Nitrat-Gehalt über 50 mg/1 nicht unproblematisch. Das Nitrat selbst ist zwar nicht giftig, doch können daraus im ungünstigen Falle im Verdauungstrakt giftige N-Verbindungen entstehen. (Blausucht bei Kleinkindern) Wichtig ist seine Bedeutung als Verschmutzungsindikator mit sehr hoher Aussagekraft über die Belastung mit organischen oder anorganischen, stickstoffhaltigen Abfallstoffen und die Intensität ihres Abbaus. Nitrat entsteht in der Regel als Endprodukt beim Abbau stickstoffhaltiger organischer Verbindungen wie Eiweisse durch spezialisierte Bakterien. Nitratsalze sind aber auch wichtiger Bestandteil der meisten Kunstdünger. Da diese im Boden nur leicht gebunden sind, kommt es nach Niederschlägen oft zur Auswaschung. Dadurch wird die Landwirtschaft zum Hauptverursacher der Nitratbelastung der Gewässer. Qualitätsziel für Fliessgewässer ist 25 mg/l. Die Glatt ist bei rund 70 % der Messwerte über diesem Ziel! Für die Thur sind die Messwerte des AWEL für 2011 im Bereich 4 mg/l Nitrat-N.

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12 10 Sauerstoffsättigung Für 500 m über Meer gelten folgende Maximalwerte (in mg pro Liter): 0 o C o C Für die Sättigung in % wird der gefundene Wert durch den bei der gemessenen Temperatur maximal möglichen Wert geteilt und mit 100 multipliziert. Woher stammt der Sauerstoff? Es kommen zwei Quellen in Frage: Erstens gelangt Sauerstoff aus der Luft in das Wasser, v.a. bei Wellengang, Wasserfällen oder allgemein bei Turbulenz in der Oberfläche. Zweitens produzieren Algen und Wasserpflanzen in den oberen Schichten des Gewässers durch Photosynthese Sauerstoff. (Was kurzfristig sogar zu einem Sauerstoff-Überschuss führen kann) Wer (ver)braucht den Sauerstoff? Der im Wasser gelöste Sauerstoff wird von allen Lebewesen im Wasser durch die Atmung verbraucht. Ins Gewicht fällt v.a. der Sauerstoffverbrauch der Reduzenten (Mikroorganismen) beim "veratmen" (oxidieren, mineralisieren) von organischen Verunreinigungen des Wassers bei der biologischen Selbstreinigung. Also ist der Sauerstoffverbrauch ein Mass für organische Verunreinigungen (vgl. BSB5 Bestimmung) Bei starker Belastung durch die Abwässer oder zb nach Algenblüten (abgestorbene Algen) kann der Sauerstoffgehalt v.a. in tiefen Schichten auf Null absinken, es bildet sich Faulschlamm, der See kippt um. Der maximal mögliche Sauerstoffgehalt des Wassers ist temperaturabhängig. Fischgewässer brauchen mindestens 5 mg Sauerstoff pro Liter. Für die Wassergüteklasse I (=unbelastet) muss der Sauerstoffgehalt mindestens 8 mg/l für Klasse II (=mässig belastet) mindestens 6 mg/l und für Klasse III (=stark belastet) mindestens 4 mg/l sein. Qualitätsziel für Fliessgewässer: Nicht unter 6 mg/l.

13 11 Bioindikation: Proben sammeln Vgl. Broschüre GLOBE Bioindikation /laminierte Kurzanleitung Total werden 10 Proben gesammelt. 1 Probe umfasst: - 5 grosse Stein sammeln und Tiere ablesen, oder - 5 Mal an verschiedenen Stellen kicken mit Kicknetz (Thur: Hüftstiefel, mit Fuss am Grund vor dem Netz kicken (Kies, Steine aufwühlen), oder - 5 Mal mit Mehlsieb durch Sand fahren und aufwühlen, oder - 5 Mal mit Mehlsieb 1 Meter durch Pflanzen, Falllaub fahren. 1. Die Steine, Proben aus dem Netz werden zuerst in eine grosse Schale gegeben: 2. Tiere ablesen, heraussuchen und in Tellerschalen überführen (= Probeschalen) 3. Aussortieren Aus den Probeschalen die unterscheidbaren Arten/Formen (= Zählformen) in die kleinen quadratische Schälchen aussortieren (1 Form pro Schälchen) => Bestimmungsschalen 4. Bestimmen Zählformen mit Erkennungshilfen 1-3 bestimmen (Lupen!) Name der Zählform auf Post-it Zettel notieren und an Bestimmungsschale anheften. Für die weitere Untersuchung/Bestimmung im Kursraum des Besucherzentrums in Dosen überführen, Post-it an Dose anbringen. (1 Zählform/Dose, mehrere Tiere) 5. Auswerten: Mit Datenblättern B und C die Gewässergüte bestimmen. (S. 15 und 17 weiter hinten)

14 5 Erkennungshilfen Auswahl einiger wirbelloser Kleintiere in Bach und Fluss Abbildungen aus W. Engelhardt: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?

15 6 Erkennungshilfen forts. (2)

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17 8 Erkennungshilfen forts. (3)

18 9 B Datenblatt Biologische Beurteilung der Gewässergüte (Thur Untersuchungsstelle Kurs )

19 10 Zusammenstellung Resultate (für Eingabe Web-GIS) Koordinaten Untersuchungsstelle: WGS84: Höhe: CH-Koordinaten LV03: Landschaftsökologie: Gemittelte Bewertung (Pte): Hydrologie (alle Werte gemittelt) Temperatur : o C Transparenz: cm ph-wert: Leitfähigkeit: µs/cm Alkalinität: mg CaCO 3 /l Nitrat (als Nitrat-N/l): mg/l Sauerstoff: mg/l Bioindikation: Gemittelte Bewertung: Liste der gefundenen Makroinvertebraten Zählform (i.d.r.gattung/familie) system. Gruppe Häufigkeit

20 11 C Biologische Beurteilung Gewässergüte (Bioindikation) Bestimmung der Gewässergüte durch insgesamt 10 Proben.

21 Walter Hauenstein, GLOBE Schweiz, im 2013 Bei Fragen bitte direkt an: oder