Feldbuch für die Untersuchungen

Fliessgewässer: Bioindikation und chemisch-physikalische Untersuchungen

Walter Hauenstein, GLOBE Schweiz

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

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A) Datenblatt Landschaftsökologische Beurteilung

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

leicht abwechselnd, etwas schmaler, breiter werdend

kanalisierte Einheitsbreite

3 Wassertiefen stark wechselnd (an Prall- Gleith, ev. Inselbildung)

mindestens im Uferbereich variierend

völlig einheitlich

4 Wasser-durchfluss

stark abwechselnd, schnell /langsam fliessende Stellen, stehendes Wasser

unterschiedliche Durchflussgeschwindigkeiten, ohne stehendes Wasser

einheitliche Durchflussgeschwindigkeit

5 Bachsohle sehr vielgestaltig, natürlich (Steine, Kies, Sand, Falllaub, ...)

abwechselnd, teilweise natürlich, künstliche Eingriffe erkennbar

künstlich, einheitlich (z.B. nur Kies, nur Sand, Betonplatten, ..)

6 Uferneigung und -gliederung

vielfältig, abwechselnd flach und steil unregelm. reich gegliedert

abwechselnd künstliche und natürliche Abschnitte

völlig einheitlich, gleichförmig

7 Uferbeschaffenheit Ufersicherheit

natürlich, häufig unterspült

Künstl. Ufersicherung erkennbar (z.B. Blockwurf) abw. mit natürlichen Stellen

verfugte Steinblöcke, Betonmauer

8 Uferbewuchs natürlich und vielfältig, Bäume, Sträucher, Gräser, Kräuter, Hochstauden, ...

künstlich angelegt und mehr oder weniger einheitlich (Wiese, Gebüsch, Baumreihe, ...)

fehlend, bewirtschaftete Flächen bis zum Gewässerrand

9 Durchwander-barkeit für Fische

im natürlichen Bach gewährleistet (ausgenommen bei natürlichen Wasserfällen)

Niedere Gefällstufen (Schwellen < 20 cm) mit Steinen/ anderen natürlichen Materialien behindern nur wenig

hohe Schwellen (> 0.70 m) und künstliche Abstürze verhindern den Aufstieg

10 Nutzungs-einflüsse

keine erkennbar geringe Auswirkungen erkennbar (z.B. durch Wasserentnahme, Kanalisationseinleitung

starke Auswirkungen (z.B. Trockenlegung Wasserkraftnutzung, Gülleeinfluss

Gesamtbeurteilung des Untersuchten Abschnitts: Summe aller Punkte:

- 2 -

Charakterisierung der Untersuchungsstelle Koordinaten LK 1: 25000 (aus Karte)

Bestimmung

Bestimmung mit GPS app: gis:ch /gis:ch plus www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/de/home/apps/calc/navref.html

WGS84 CH-Koord. LV 03

Bestimmung 1

Bestimmung 2

Bestimmung 3

Bestimmung 4

Bestimmung Fliessgeschwindigkeit:

Wert 1: Abstand Ufer

Wert 2: Abstand Ufer

Wert 3: Abstand Ufer

Bestimmung der Flussbreite mit Trigonometrie

Flussbreite= Basis x tan (alpha) – Abstand Ufer => Flussbreite =

Winkel alpha =

Flussbreite

Abstand Ufer =

Basis =

- 3 -

Mittel:

Hydrologie: Temperatur 4 Messungen im fliessenden Wasser Messung Temperatur Messgerät

1

2

3

4

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 1

2

3

4

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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.

- 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.

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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 dKHo. SBV in mmol/l * 50 ergibt mg/l CaCO3 .

Messwerte: mmol/l mg/l CaCO3

1

2

3

4

Mittel

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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.

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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.

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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

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Sauerstoffsättigung Für 500 m über Meer gelten folgende Maximalwerte (in mg pro Liter):

0 oC 15.01 20 oC 9.37

4 13.46 21 9.20 6 12.78 22 9.04 8 12.16 23 8.88 9 11.86 24 8.74

10 11.58 25 8.60 11 11.31 26 8.47 12 11.31 27 8.33 13 10.81 28 8.22 14 10.58 29 8.10 15 10.35 30 7.98 16 10.13 31 7.87 17 9.93 32 7.76 18 9.73 33 7.65 19 9.55

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

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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

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

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Erkennungshilfen forts. (2)

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Erkennungshilfen forts. (3)

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B Datenblatt Biologische Beurteilung der Gewässergüte

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Zusammenstellung Resultate (für Eingabe Web-GIS)

Koordinaten Untersuchungsstelle: WGS84:

Höhe: CH-Koordinaten LV03:

Landschaftsökologie: Gemittelte Bewertung (Pte):

Hydrologie (alle Werte gemittelt)

Temperatur: oC 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 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

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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