Feldbuch für die Untersuchungen. Fliessgewässer: Bioindikation und chemisch-physikalische Untersuchungen. Walter Hauenstein, GLOBE Schweiz

Transkript

1 Feldbuch für die Untersuchungen Fliessgewässer: Bioindikation und chemisch-physikalische Untersuchungen Walter Hauenstein, GLOBE Schweiz

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

3 - 1 - A) Datenblatt Landschaftsökologische Beurteilung Bewertung (es sind auch halbe Punkte möglich, z.b. 1.5 oder 2.5) 1 Bachverlauf Linienführung 2 Bachbreite abwechselnd eng, breit 3 Wassertiefen stark wechselnd (an Prall- Gleith, ev. Inselbildung) 4 Wasserdurchfluss 1 Punkt 2 Punkte 3 Punkte Pte Natürl. Korrekturen sichtbar, gestreckt, kanalisiert mäandrierend, bogig geschwungen schlängelnd stark abwechselnd, schnell /langsam fliessende Stellen, stehendes Wasser 5 Bachsohle sehr vielgestaltig, natürlich (Steine, Kies, Sand, Falllaub,...) 6 Uferneigung und - gliederung 7 Uferbeschaffen heit 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 Durchflussgeschwindigk eiten, 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 Durchflussgeschwindi gkeit 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:

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

5 Hydrologie: Temperatur Messungen im fliessenden Wasser Messung Temperatur Messgerät MITTEL Hydrologie Transparenz 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: Hydrologie Leitfähigkeit (im Kursraum bei 25 Grad) Mit geeichtem Messgerät. Sensor in Wasserprobe halten, leicht schwenken, ablesen wenn Messwert stabil (kann einige Minuten dauern!) 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 des Bromthymols Blau Indicator Lösung zugeben. Kurz schütteln. 4. Proberöhrchen mit dem behandelten Wasser in Position B des Komparators 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 - 5 - Unsere Messwerte: 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 Reagens (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 Nitratgehalt 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 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 Komparators 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 NO3- mit 4.4 multiplizieren) Sofort nach Gebrauch Proberöhrchen mit dest. Wasser spülen.

10 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.

11 - 9 - Sauerstoff Visocolor HE Bestimmung durch Titrieren Prinzip: Eine Reagenzlösung mit bekannter Konzentration wird tropfenweise zur Probelösung zugegeben, bis der zu bestimmende Stoff komplett reagiert hat. Das Ende der Reaktion wird durch einen Farbumschlag sichtbar gemacht. Diese Bestimmungen werden mit der Visocolor Titrierpipette durchgeführt, auf der nach Erreichen des Titrationsendpunktes die Konzentration auf einer Skala abgelesen werden kann. Vorbereitung Zuerst wird die Titrierpipette lose auf den Behälter gesetzt und der Kolben nach unten gedrückt. Dann zieht man den Kolben nach oben bis Marke 0. Durchführung Am Entnahmeort: Spezielle Glasflasche mit dem Probewasser spülen und bis zum Überlaufen sorgfältig und blasenfrei mit dem Wasser füllen. - 4 Tropfen Sauerstoff Reagens 1 zugeben - 4 Tropfen Sauerstoff Reagens 2 zugeben, Flasche luftblasenfrei verschliessen und gut schütteln. 2 Minute stehen lassen. - Flasche öffnen, 12 Tropfen Sauerstoff-Reagens 3 zugeben, Flasche wieder schliessen und wieder gut schütteln, bis sich Niederschlag löst. - Mit dieser Lösung Messgefäss kurz spülen und bis 5 ml Ringmarke füllen. - l Tropfen Reagens 4 zugeben. - Titrierpipette Sauerstoff vorbereiten und langsam durch Zutropfen bis zum Farbumschlag schwarzviolett zu farblos titrieren. Dabei das Messgefäss ständig schwenken... - den Sauerstoffgehalt in mg/l ablesen. Resultate Messung 1 Messung 2 Mittel Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4 Mittel...mg/l

12 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 z.b. 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 Bioindikation: Proben sammeln Vgl. 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 Erkennungshilfen Auswahl einiger wirbelloser Kleintiere in Bach und Fluss Abbildungen aus W. Engelhardt: Was lebt in Tümpel, Bach und Weiher?

15 Erkennungshilfen forts. (2)

16 Erkennungshilfen forts. (3)

17 B Datenblatt Biologische Beurteilung der Gewässergüte

18 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 CaCO3/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

19 C Biologische Beurteilung Gewässergüte (Bioindikation) Bestimmung der Gewässergüte durch insgesamt 10 Proben. GLOBE Schweiz, Version 3, 2018 Bei Fragen direkt an: info@globe-swiss.ch