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Chemisch- biologische Untersuchungen im Biotop am Heilbrunnen Schweich - Referat
Chemisch- biologische Untersuchungen im Biotop am Heilbrunnen Schweich
1. Einleitung
1.1 Untersuchungsmethode
Schon immer wenn ich das Biotop am Heilbrunnen in Schweich besucht habe, habe ich mir die Frage gestellt, ob es sich lohnt solche künstlichen Teiche zu schaffen. Die Anlegung hat sehr viel Geld und Mühe gekostet und es ist zwar ein sehr schönes Erholungs- und Wandergebiet für Menschen entstanden, aber haben sich wirklich wie bei dem Bau einer solchen Anlage beabsichtigt, viele Tiere und Pflanzen dort angesiedelt, die ein funktionierendes Ökosystem bilden? Beim ersten Anblick der Wiesen und Teiche, mit ihrer braunen Farbe, würde ich sagen nein, denn außer ein paar Stockenten und gelegentlich mal einem Barsch im Wasser sieht man nichts, was auf ein funktionierendes Ökosystem mit vielen verschiedenen Pflanzen und Tieren hindeuten könnte.
Während meiner Arbeit werde ich mich hauptsächlich auf das Wasser konzentrieren und anhand einer chemischen und biologischen Untersuchung herausfinden, ob das Wasser wirklich so unbelebt ist wie es scheint und welche Qualität es hat, denn mit dem Fortschreiten der Industrialisierung nimmt die Verschmutzung unserer Gewässer, sei es durch Abwässer oder Düngung von landwirtschaftlichen Flächen, immer mehr zu. Ich möchte untersuchen ob dies hier auch der Fall ist und welche Lebewesen hauptsächlich ihren Lebensraum dort haben. Zuerst hatte ich mir überlegt die Unterschiede zwischen den Teichen zu ermitteln, da es fünf verschiedene sind, jedoch erschien mir dies sehr bald als unlogisch, da das Wasser, über Abflüsse, von einem Teich zum anderen fließt und sich die Wasserqualität so nur minimal ändern würde. Statt dessen werde ich meine Untersuchungen zweimal, an verschiedenen Tagen, durchführen, um festzustellen ob die Wasserqualität immer gleich bleibt, oder schwankt. So läßt sich ermitteln ob eventuell Schadstoffe durch Abwässer in die Teiche gelangt sind und die Wasserqualität beeinflussen.
1.2 Die Lage der Grünfläche am Heilbrunnen
Die Grünfläche am Heilbrunnen hat eine Gesamtfläche von 14400 qm (1.44 ha) und liegt in der Feldflur zwischen als Ackerland und Obstwiesen genutzten Parzellen am Waldrand des Meulenwaldes, welcher ein bevorzugtes Erholungs- und Wandergebiet darstellt. In der Nähe befindet sich der Heilbrunnen mit einer Kapelle und einem Kreuzweg, die von Besuchern oft als Ort der Stille und des
Gebetes besucht werden. Der Heilbrunnen und sein als Kreuzweg ausgebildeter
Zugang sind jedoch durch den Wald und eine ausreichende Bepflanzung soweit von der Grünanlage getrennt, dass eine gegenseitige Beeinträchtigung ausgeschlossen ist.
Der Zugang zur Grünfläche erfolgt von Schweich aus über eine Straße am Bahnhof vorbei. Die Zufahrt besteht von der Landstraße her über einen Wirtschaftsweg, weshalb im vorderen Bereich elf Einstellplätze für PKW, zum Sichtschutz entsprechend abgepflanzt, angelegt wurden. Überlegungen die Parkplätze an einem geeigneteren Platz in der Nähe unterzubringen, konnten leider nicht verwirklicht werden.
1.3 Gewässer
Wasser ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Kein Lebewesen, gleichsam ob Pflanze, Tier oder Mensch kann ohne Wasser existieren, da Wasser als Lösungs- und Transportmittel für den gesamten Stoffwechsel von existentieller Bedeutung ist.
71% der Erdoberfläche ist von Meeren (große, zusammenhängende Wassermassen) bedeckt und bietet zahllosen Tieren und Pflanzen einen riesigen Lebensraum. Mit nur 2% Anteil an der gesamten Erdoberfläche erscheinen die Binnengewässer (Wasseransammlungen im Bereich des festen Landes), die das Oberflächengewässer und das Grundwasser umfassen, als klein, jedoch enthalten diese im Gegensatz zum Meerwasser, Süßwasser, das für Landtiere und den Menschen nur als Trinkwasser geeignet ist. Bei den Oberflächengewässern unterscheidet man kleine Fließgewässer (Bach) und große Fließgewässer (Fluss). Große stehende Binnengewässer heißen ,,See", kleine, sehr flache nennt man hingegen ,,Weiher". ,,Tümpel" sind stehende Gewässer, die zeitweise völlig austrocknen.
Ich werde mich während meiner Arbeit mit den Vorgängen in einem See beschäftigen, obwohl es sich bei dem Gewässer am Heilbrunnen um einen Teich ( künstlich angelegt und ablassbar) handelt, jedoch ist dies kein kleiner Gartenteich, sondern kann von seiner Größe, Tiefe und den Lebensvorgängen durchaus ein Weiher (See ohne Tiefe) oder ein kleiner See (tief) sein.
Ein See erhält sein Wasser aus Bächen, Flüssen, vom Grundwasser und dem Niederschlag und gibt Wasser ab durch Verdunstung und über den Abfluss. Das Ökosystem (Einheit von Lebensraum und Lebensgemeinschaft, die sich aus der Summe aller Beziehungen ergibt) See ist ein ,,offenes" System, da es sowohl Einwirkungen von außen erfährt als auch Wirkungen auf die nahe Umgebung hat. Ein See weist mehrere verschiedene Lebensräume auf. Man unterscheidet
eine Zone freien Wassers (Pelagial) vom Seeboden (Benthal) als auch eine Zone
des Lichts von einer der Dunkelheit. Die Freiwasserzone (Pelagial) untergliedert
sich in die trophogene Zone (Aufbauzone oder auch Nährschicht), die Kompensationszone (Aufbau und Abbau halten sich die Waage) und die tropholytische Zone (Abbauzone oder auch Zehrschicht). Die trophogene Zone, nahe der Wasseroberfläche, bekommt von der Sonne soviel Licht, dass dort Pflanzen (Produzenten) leben können und mit Hilfe der Lichtenergie organische Substanz aus anorganischen Verbindungen (CO2, Phosphor- und Stickstoffverbindungen) aufbauen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Fotosynthese oder Assimilation. In dieser Nährschicht, in der viel Sauerstoff vorhanden ist, lebt das Phytoplankton (pflanzliche, mikroskopisch kleine Lebewesen), das pflanzenfressende Zooplankton (tierische, mikroskopisch kleine Lebewesen) und die davon lebenden Fische (Konsumenten). Die tropholytische Zone, die in größerer Tiefe liegt, ist zum Pflanzenwachstum zu dunkel und zu kalt, weshalb dort nur Organismen (z.B. Pilze, Bakterien) leben, die das zu Boden gefallene abgestorbene organische Material (Pflanzen, tote Tiere) zersetzen, wodurch sie den Namen Destruenten tragen. In dieser Zone überwiegt die Atmung (Dissimilation) bei der, der bei der Fotosynthese produzierte, Sauerstoff wieder verbraucht wird.
Auch die Bodenzone unterteilt man in zwei Bereiche: das Litoral (Uferzone) und das Profundal (pflanzenlose Bodenzone). Die Uferzone des Sees ist der Bereich, in dem das Licht bis zum Grund reicht, so dass dort grüne Pflanzen wachsen und viele Tiere leben können. Die Pflanzengesellschaften verändern sich je tiefer man in das Wasser kommt, bis schließlich aufgrund von Lichtmangel keine Pflanzen mehr wachsen können. Die in dieser Zone, dem Profundal, lebenden Organismen brauchen als Nahrung organisches Material oder leben räuberisch.
Die Wärmezufuhr eines Sees geschieht an der Wasseroberfläche durch Aufnahme von Sonnenstrahlen. Aufgrund der Eigenschaften des Wassers gibt es vier verschiedene Stadien der Temperatur im Verlauf eines Jahres in einem See. Im Winter bedeckt eine Eisschicht (Temperatur 0°C) die Oberfläche und das Wasser erwärmt sich bis zum Grund auf ca. 4°C. Die Temperatur von 4°C kommt dadurch zustande, dass Wasser bei 4°C seine größte Dichte hat und so das Eis oben schwimmt. Wäre dies nicht der Fall, würde das Eis zum Grund sinken und es wäre dadurch kein Leben im See mehr möglich. Diesen Vorgang bezeichnet man als Winterstagnation. Im Frühjahr erwärmt die Sonne die Wasseroberfläche, wodurch das Eis schmilzt. Wegen der im Frühjahr auftretenden Stürme wird das Wasser gleichmäßig umgewälzt und besitzt überall eine Temperatur von 4°C. Dies nennt man Frühjahrszirkulation. Im Herbst sinken die Temperaturen und bedingt durch erneut auftretende Stürme zeigt sich die gleiche Entwicklung wie im Frühjahr, was man nur entsprechend als Herbstzirkulation bezeichnet. Im Sommer liegt eine warme Deckschicht (Epilimnion) an der Wasseroberfläche über einer kalten Tiefenschicht (Hypolimnion). Diese beiden mächtigen Schichten sind durch eine geringere Sprungschicht (Metalimnion), in der die
Temperatur sprunghaft abfällt, voneinander getrennt. Im Sommer erwärmt sich die Oberfläche sehr stark auf ca. 20°C, nimmt bis zur Sprungschicht sehr langsam ab, weil der Wind nur einen Teil des Wassers im Oberflächenbereich durchmischen kann, fällt dann aber rapide auf 4°C. Dies bezeichnet man als Sommerstagnation.
Auf die anderen Faktoren wie zum Beispiel der Sauerstoffgehalt, PH-Wert etc., die ebenfalls eine Bedeutung im See haben, werde ich später in meiner Arbeit noch eingehen.
2. Ausführung
2.1 Einrichtung des Biotops
Die mit 1.44 ha nicht allzu große Grünfläche am Heilbrunnen soll mehrere Funktionen erfüllen: Sie soll zum einen ein ruhiges Erholungsplätzchen sein, Kindern ausreichend Spielmöglichkeiten bieten, Naturbeobachtungen für Schulklassen und interessierte Naturliebhaber ermöglichen und zuletzt eine Lebensstätte für selten gewordene Pflanzen- und Tierarten sein. Damit diese Vielfältigkeit erreicht werden kann ist die Fläche in Teilbereiche untergliedert, die durch kulissenartige Bepflanzung mit heimischen Holzarten von einander getrennt sind.
Die Teichanlage, die sich in fünf Einzelflächen unterteilt, hat eine Wasserfläche von rund 2800m2 und bezieht ihr Wasser aus dem, an der Grünanlage vorbei fließenden Merzbach, der an der Ableitungsstelle ein oberirdisches Einzugsgebiet von ungefähr 2.18km2 und ein MNQ von 6,0l/s hat. Diese Wassermenge ist ausreichend, auch bei Berücksichtigung von Versickerung und Verdunstung und dass nur die Hälfte der ankommenden Wassermenge abgeleitet werden darf, die Teichanlage hinreichend mit Wasser zu versorgen. Um die Gefahr des Ertrinkens auszuschließen, wurden die Uferbereiche der Teiche extrem flach angelegt und auch die Uferböschung ist sehr flach. Es ist eine beschauliche Wasserfläche entstanden, auf der sich zwei Entenhäuschen befinden und Kinder ohne weiteres zum Beispiel Schiffchen fahren lassen können. Zum Lagern am Teich dient ein flach ausgezogener Erdwall mit südlicher Richtung, bestückt mit Sitzbalken für Kinder und Jugendliche. Im Osten war ursprünglich eine Spielecke mit einer großen Pendelschaukel und Balancier - und Hüpfgeräten geplant, diese wurde aber nie so verwirklicht.
Der Geselligkeitsbereich der Anlage befindet sich im Südwesten, gleich am Zugang. Die natürliche Ausbildung des Geländes ermöglicht eine höhenmäßige
Staffelung und damit den Ausblick von allen Teilen über den tiefer liegenden Teich. Es wurden Bänke in Gruppen, aber auch vereinzelt angeordnet, weiterhin Skattische und eine Spielnische für Kinder, aus Palisaden oder dicken Bohlen. Des Weiteren bieten sich Stufen aus Holzschwellen, Sitz- und Balancierbalken als einfache Spielmöglichkeit an. Ebenfalls zum Spiel wurden Hüpfhäuschen aus Natursteinpflaster in den Rasen eingelassen.
Die meiste Fläche dieser Grünanlage nimmt der ökologische Bereich im nördlichen Teil ein. Das Wasser des an der Obergrenze der Grünfläche vorbeifließenden Grabens wird aufgestaut und durch einen neuen Wasserlauf geleitet, der durch verschiedene Staukaskaden zu unterschiedlich großen flachen Wasserflächen angestaut wird und im mehrfachen Mäander durch die Grünanlage fließt. So wird die Fließgeschwindigkeit sehr verlangsamt, es entstanden flache Uferzonen, die für Wasservögel und Amphibien einen Lebensraum darstellen, der sonst in der Landschaft überall beseitigt wurde. Es wurden Wasserpflanzen wie Seerosen, Teichrosen, Froschlöffel und andere, sowie Schilf und Rohrkolben angepflanzt. Eine weitere aktive Biotopgestaltung stellen die Trockenmauer und die künstlichen Kiesbänke dar.
Der Weg, der durch dieses Gelände führt, ist ein schmaler Fußweg aus Kies, nur die beiden kurzen Steilstrecken im Westen wurden mit Pflastersteinen ausgebildet. Mehrere Brücken über den Bach, in Holzbauweise, sowie einige beschauliche Bankplätze zur Naturbeobachtung im Ökobereich bereichern diese Anlage zusätzlich.
Aus Kostengründen und wegen der geringen Pflegebedürftigkeit und Unempfindlichkeit gegen Schädlinge wurde die Bepflanzung ausschließlich mit heimischen, standortgerechten Holzarten durchgeführt. Es handelt sich um Sträucher wie Hartriegel, Heckenkirsche, Faulbaum, Strauchweidenarten und Wasserschneeball, sowie um Bäume wie Erle, Baumweide, Esche, Spitzahorn, Birke und Stieleiche. Eine bereits vorhandene Weide im Zentrum der Fläche wurde erhalten. Die verbleibenden nicht bepflanzten Flächen wurden mit einer robusten Rasenmischung eingesät, die nur selten gemäht werden muss.
2.2 Wichtige Werte/ Faktoren
2.2.1 Der Sauerstoffgehalt
Der Sauerstoffgehalt eines Sees hat eine besondere Bedeutung, denn der größte Teil der im Wasser lebenden Organismen benötigt den gasförmig im Wasser gelösten Sauerstoff (O2) zum leben. Dabei hängt dessen Löslichkeit von der Höhe der Temperatur ab: Je höher die Temperatur ist, um so weniger Sauerstoff
löst sich im Wasser. Selbst bei einer vollkommenen Sättigung enthält das Wasser nur ca. 1/20 bis 1/30 der Sauerstoffmenge wie die Luft. Die Aufnahme des Wassers von Sauerstoff geschieht auf zwei verschiedenen Wegen. Erstens kann der Sauerstoff an der Wasseroberfläche aus der Luft übertreten (Diffusion) oder zweitens durch den pflanzlichen Produktionsprozess (Fotosynthese), bei der die Pflanze Licht (Energie), Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) benötigt, um Sauerstoff (O2), Traubenzucker (C6H12O6) und Wasser (H2O) zu produzieren.
6 CO2 + 12 H2O à C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2
Verbraucht wird der Sauerstoff bei der Atmung von Tieren und Pflanzen, die Nachts erfolgt wenn kein Licht vorhanden ist und somit keine Fotosynthese stattfindet.
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O à 12 H2O + 6 CO2 + Energie
Des Weiteren wird er verbraucht beim Abbau von totem organischen Material durch Destruenten, im Stickstoffkreislauf bei der Umwandlung von Ammonium zu Nitrat und Nitrit, sowie bei weiteren Umwandlungsprozessen.
Die Verteilung des Sauerstoffs im See erfolgt hauptsächlich durch die windbedingte Wasserdurchmischung. Dies ist notwendig, da nur in der belichteten oberen Schicht Sauerstoff erzeugt wird, der Sauerstoff aber bei dem Abbau organischer Substanz, in der unteren Schicht, verbraucht wird. Dieser Vorgang geschieht jedoch nur während des Zirkulationsphasen im Frühjahr und Herbst. Die Folge ist, dass im Sommer bei starken Abbauprozessen Sauerstoffmangel im Tiefenwasser auftreten kann. Der aeroben Zersetzung (unter Sauerstoff) folgt die anaerobe Zersetzung (ohne Sauerstoff), bei der sich giftige Stoffe wie Methan (CH4), Ammoniak (NH3) und Schwefelwasserstoff (H2S) entwickeln, die von den Lebewesen nicht genutzt werden können und große Schäden anrichten. Anhand der Menge des im Tiefenwasser gelösten Sauerstoffs, unterscheidet man zwei verschiedene Seentypen: Den oligotrophen und den eutrophen See. Oligotrophe Seen sind meist sehr tiefe, klare Seen die arm an organischen Nährstoffen sind, es dadurch kaum Pflanzen gibt und somit die pflanzliche Produktion sehr gering ist. Es fällt wenig totes Material zu Boden das mineralisiert werden muss, bei dem Sauerstoff benötigt wird. Deshalb ist ein oligotropher See reich an Sauerstoff. Eutrophe Seen sind normalerweise weniger tief als oligotrophe Seen und besitzen eine breite Uferbank mit starker Verlandungszone. Wegen dem hohen Gehalt an Pflanzennährstoffen können sich zahlreiche Pflanzenarten in großer Zahl entfalten. Aufgrund des dichten Pflanzenbestandes fällt auch viel totes Material zu Boden. Beim Abbau dieses Materials verbrauchen die Destruenten viel Sauerstoff und es kommt zu einem Sauerstoffmangel. Oftmals kann das organische Material nicht vollständig zersetzt werden, wodurch Faulschlamm entsteht.
2.2.2 Der Phosphorgehalt
Im Wasser liegt Phosphor als gelöstes Phosphat - Ion vor, das ein dringend notwendiger Pflanzennährstoff ist, aber unter natürlichen Bedingungen meist nur in sehr kleinen Mengen vorkommt. Alle Tiere versorgen sich über ihre Nahrung mit den lebensnotwendigen Phosphorverbindungen.
Phosphat gelangt ohne Eingreifen des Menschen nur bei der Verwitterung phosphathaltiger Gesteine ins Wasser und gelangt dann über Zuflüsse in Seen. Deshalb ist Phosphat in einem See häufig der ,,Minimumfaktor". Das heißt, dass er, weil er nur in geringen Mengen vorhanden ist, gegenüber anderen Pflanzennährstoffen schnell verbraucht ist. Pflanzen können ohne ihn jedoch nicht wachsen und deshalb begrenzt er das Pflanzenwachstum. Es gibt aber auch Pflanzen wie die Schwebealge, die sich auf diesen Phosphatmangel eingestellt haben und ihn, wenn er ausreichend vorhanden ist, in der Zelle speichern und verbrauchen. Normalerweise sinken tote Organismen zu Boden und werden dort zersetzt. Phosphat aber wird zu einem großen Teil, durch Selbstzersetzung eines Organismus, in der trophogenen Zone wieder freigesetzt und kann sofort wieder von Pflanzen genutzt werden. Ein kleiner Teil des Phosphats gelangt in die Tiefenzone und wird dann erst freigesetzt. Dort kann das Phosphat jedoch nicht verwertet werden, weil dort keine Pflanzen leben und während der Sommerstagnation ist eine Rückführung nicht möglich, erst in den Zirkulationsphasen. Dann gelangt das Phosphat nach oben und wird verbraucht. Unter aeroben Bedingungen verbindet sich das Phosphat mit dem, ebenfalls in ausreichender Menge vorhandenen, Eisen3+ zu Eisenphosphat (FePO4). Dies ist ein schwer löslicher Stoff, der von Pflanzen nicht aufgenommen werden kann und sich am Boden absetzt. Diesen Vorgang, der nur unter sauerstoffreichen Bedingungen abläuft, nennt man Phosphatfallle. Tritt jedoch ein Sauerstoffmangel auf, löst sich das Eisenphosphat wieder auf und es liegen Eisen und Phosphat, gelöst als Ionen, im Wasser vor.
Ein oligotropher See kann sich in einen eutrophen See umwandeln, was als Eutrophierung bezeichnet wird. Dies kann auf natürlichem Wege entstehen, indem der See immer flacher wird, oder auf künstlichem Wege , durch den Menschen ausgelöst. Dabei erhöht der Mensch den Anteil an Pflanzennährstoffen in einem See, zum Beispiel durch Phosphate aus Waschmitteln, was zu einem guten Gedeihen von Phytoplankton und anderen Wasserpflanzen führt. Dadurch nimmt natürlich auch die Sauerstoffproduktion zu und der See hat oftmals wegen der Eigenfarbe der Organismen eine grüne, gelbgrüne oder braune Farbe, was man als ,,Wasserblüte" bezeichnet. Wegen dem hohen Angebot an Nahrung vermehren sich nun auch die Konsumenten. Nach einiger Zeit sterben sowohl Pflanzen als auch Tiere ab, sinken zu Boden und die Zersetzung unter aeroben Bedingungen, in der Tiefenzone beginnt. Wenn dann der ganze Sauerstoff verbraucht ist, tritt ein Sauerstoffmangel ein, was zur Folge hat, dass die Zersetzung nun unter anaeroben Bedingungen fortgesetzt wird, so aber giftige Stoffe und schließlich sogar Faulschlamm entsteht. Dies führt dazu dass das Gewässer dann ,,umkippt". Um diese Entwicklung zu vermeiden, werden heute immer mehr Seesanierungen durchgeführt. Der See wird zum Beispiel belüftet, damit alles organische Material unter aeroben Bedingungen zersetzt werden kann und keine giftigen Stoffe entstehen. Oder es werden mehr Kläranlagen gebaut, so dass die Nährstoffe aus Abwässern den See gar nicht erst erreichen und zu einer Eutrophierung führen. Man kann aber auch den Faulschlamm am Seegrund absaugen oder eine Phosphatfällung durchführen. Dabei wird das phosphathaltige Wasser mit Eisensalzen behandelt, welches sich zu unlöslichem Eisenphosphat verbindet, zu Boden fällt und so vom Wasser getrennt werden kann.
2.2.3 Der Stickstoffgehalt
In einem See gibt es zahlreiche Stickstoffverbindungen, wovon die wichtigsten Nitrat und Ammonium bzw. Ammoniak darstellen. Ob es das giftige Ammoniak oder das ungiftige Ammonium gibt, hängt vom PH-Wert des Sees ab. Bei PH-Werten über acht wird zunehmend Ammoniak gebildet, darunter das ungiftige Ammonium. Normalerweise ist Nitrat als Nährstoff für die Pflanzen am wichtigsten, jedoch können einige Pflanzenarten auch Ammonium verwenden. Obwohl das Angebot an Stickstoffverbindungen, vor allem an Nitrat, wesentlich höher als das an Phosphat ist, kann in eutrophen Gewässern auch das Nitrat vollkommen verbraucht werden.
In den See gelangen Nitrate und Ammonium über Zuflüsse, Ausscheidungen der Lebewesen oder über Niederschläge, aber auch der Mensch kann die Menge an Stickstoffverbindungen erhöhen. Am Umsatz der Stickstoffverbindungen im See sind mehrere verschiedene Bakterienarten, zum Beispiel Nitrosomonas, beteiligt. Die Nitritbakterien oxidieren, das bei der Eiweißzersetzung frei werdende, Ammonium zu Nitrit und die Nitratbakterien oxidieren das Nitrit zu Nitrat (Nitrifikation). Diese ,,nitrifizierenden Bakterien" benötigen diesen Vorgang um Energie, zum Aufbau organischer Substanz , zu gewinnen. Wenn in einem See genügend Sauerstoff vorhanden ist, kann alles Ammonium zu Nitrat umgewandelt werden, weshalb in allen oligotrophen Seen ausschließlich Nitrat vorkommt. In eutrophen Seen reichert sich während der Sommerstagnation Ammonium im Tiefenwasser an, was erst in den Zirkulationsphasen, wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist, verarbeitet werden kann. Die Denitrifikation ist ein wichtiger Vorgang um biologisch Nitrat in Kläranlagen zu beseitigen. Es gibt Bakterien die, bei Fehlen von gelösten Sauerstoff, den im Nitrat gebundenen Sauerstoff zu Atmung verwenden und dabei Stickstoffgas freisetzen.
2.2.4 Die Gesamthärte (GH)
Die Gesamthärte des Wassers ergibt sich aus den verschiedenen Salzen, zum größten Teil Kalzium - und Magnesiumsalze, die im Wasser gelöst sind. Bei einem hohen Anteil an diesen Salzen bezeichnet man das Wasser als hart, wie zum Beispiel Brunnen- und Quellwasser, welches aufgrund des hohen Kalkgehaltes kräftig und erfrischend schmeckt. In weichem Wasser sind nur wenige dieser Salze gelöst, zum Beispiel in Regen-, Fluß-, und Teichwasser, wodurch dieses einen faden Geschmack hat. Man unterscheidet zwischen vorübergehender (temporärer) Härte, die durch Hydrogenkarbonate erzeugt wird und bleibender (permanenter) Härte, hervorgerufen durch Sulfate des Kalziums oder Magnesiums. Die Gesamthärte beeinflußt maßgeblich die organischen Funktionen aller Lebewesen im Wasser. Eine zu hohe oder zu niedrige Gesamthärte kann die Tiere und Pflanzen schädigen und schließlich zum Absterben führen.
2.2.5 Der Kohlendioxidgehalt
Kohlendioxid (CO2) bildet eine wichtige Grundlage zur Ernährung und zum Wachstum der Wasserpflanzen. Die grünen Pflanzen benötigen es zur Fotosynthese (Assimilation). Das Kohlendioxid löst sich gut im Wasser und bildet dabei in kleinen Mengen die Kohlensäure (H2CO3), deren Salze, die Karbonate und Hydrogencarbonate in Seen den größten Teil der Elektrolyte darstellen. Deshalb ist das Kohlendioxid und dessen Aufnahme durch die verschiedenen Pflanzen sehr eng mit dem Kohlensäure - oder Karbonatsystem im Wasser verbunden.
2.2.6 Das Karbonatsystem
Wasser hat eine enorme Löslichkeit für Kohlendioxid, doch entspricht der Kohlendioxidgehalt des Wassers nur noch ca. dem der Luft. Im Wasser gehen ungefähr 0,2% des gelösten Kohlendioxid in Kohlensäure (H2CO3) über, wodurch bei Kohlendioxidzufuhr die Kohlensäuremenge steigt und der PH-Wert (Wasserstoffkonzentration) sinkt. Daraus ergibt sich, dass der PH-Wert bei Kohlendioxidentzug steigt. Die Salze der Kohlensäure sind die Hydrogenkarbonate (HCO3-) und die Karbonate, wobei ich mich auf die vor- herrschenden Kalziumsalze (Ca-Salze) beschränke. Kalziumhydrogenkarbonate
(Ca(HCO3)2 ist sehr gut wasserlöslich und bedingt die Härte des Wassers (Karbonathärte), wo hingegen das Kalziumkarbonat (CaCO3) wasserunlöslich ist und sich absetzt. Beide Verbindungen sind als Salze vollständig dissoziiert (Zerfallen in Ionen). Die bei der Hydrolyse (Aufspaltung einer chemischen Verbindung) entstehende Kohlensäure dissoziiert nur teilweise, wodurch ein OH-Ionen Überschuss entsteht und die Hydrogenkarbonatlösung schwach alkalisch reagiert. Das Kalziumhydrogenkarbonat bleibt nur erhalten, wenn eine bestimmte Menge Kohlendioxid in Lösung ist (Gleichgewichts-CO2). Wird sie unterschritten, zerfällt es teilweise in kaum lösliches Karbonat. Unter Gleichgewichtsbedingungen besteht eine Relation zwischen Kohlendioxidgehalt, PH-Wert und Hydrogenkarbonatgehalt. Die verschiedenen Bindungsformen des Kohlendioxids zeigen eine vom PH-Wert abhängige Verteilung. In saurem Wasser (PH-Wert unter 6) ist alles Kohlendioxid gelöst und die Karbonate haben keinerlei Bedeutung, zum Beispiel im Moorwasser. Im schwach alkalischen Bereich (PH-Wert um 8) liegt alles Kohlendioxid als Hydrogenkarbonat vor; im stark alkalischen (PH-Wert über 9) nur noch als Karbonat. Gelöstes Kohlendioxid ist ab einem PH-Wert von über 9 überhaupt nicht mehr vorhanden. Hydrogenkarbonat nicht mehr unterhalb von einem PH-Wert von 4. Dem Hydrogenkarbonat kommt eine sehr wichtige Aufgabe zu ,denn es wirkt als PH -Puffer, fängt mäßige Zugaben von Säuren oder Basen auf und verhindert somit starke und rasche Veränderungen des PH-Wertes. Am besten ist die Pufferung im neutralen Bereich (PH-Wert 7), sie versagt bei Zugabe von Säuren im sauren Bereich (kein HCO3- vorhanden) und Basen im alkalischen Bereich (kein CO2 vorhanden). Je härter das Wasser ist, um so besser wirkt der Puffer.
Man kann bezüglich der Kohlendioxidaufnahme drei verschiedene Arten von Wasserpflanzen unterscheiden. Die Quellmoos -, die Wasserpest - und die Scenedesmusart. Der Quellmoostyp, zum Beispiel Rotalgen und Grünalgen, nimmt nur das im Wasser gelöste CO2 auf, im Gegensatz zum Wasserpesttyp, zum Beispiel dem ährigen Tausendblatt oder dem Hornblatt, welcher neben dem im Wasser gelösten Kohlendioxid auch das bei der Hydrolyse entstandene HCO3- aufnimmt. Es wird OH- abgegeben, welches sich bis zu einem PH- Wert von 8 weitgehend durch die Pufferwirkung neutralisiert. Im PH- Bereich 7-8 entsteht Kalk (HCO3- - Überschuss), der sich auf den Blättern ablagert. So können hundert Kilogramm Wasserpest am Tag zwei Kilo Kalk produzieren. Die dritte Art, die Scenedesmusart unterscheidet sich vom Wasserpesttyp nur darin, dass bei dieser Grünalge die HCO3- Aufnahme weitaus höher ist als die CO2- Aufnahme (25 : 1 gegenüber 1 : 5 bei der Wasserpest ).
Bei Wasserblüten steigt der PH- Wert auch im Freiland auf 8-9, das Kohlendioxid ist völlig verbraucht und es können nur noch Arten existieren, die das Hydrogenkarbonat verwerten können, wie zum Beispiel das ährige Tausendblatt (Wasserpesttyp). Die Pflanzen vom Quellmoostyp sind dadurch auf Standorte beschränkt, an denen die Hydrogenkarbonatverwerter nicht leben, zum Beispiel an Stellen an denen sich Kohlendioxid durch Wellenschlag oder Abbauprozesse anreichert.
2.2.7 Biochemischer Sauerstoffbedarf
Mit der Messung des Biochemischen Sauerstoffbedarfs wird die Sauerstoffmenge gemessen, die Bakterien für den Abbau von Verschmutzstoffen verbrauchen. Häufig wird der Verbrauch innerhalb von 5 Tagen ermittelt. Dazu wird die Wasserprobe 5 Tage bei 20 Grad Celsius in absolute Dunkelheit gestellt, da sonst fotosynthetisch aktive Zellen Sauerstoff produzieren würden.
2.1.8 Das Saprobiensystem
Die Organismen, die aufgrund ihrer ökologischen Spezialisierung bei einem bestimmte Verschmutzungsgrad vorkommen, hat man als Leitorganismen in einem Saprobiensystem zusammengefasst. Als Saprobien werden Lebewesen bezeichnet, die in Gewässern von fäulnisfähigen Stoffen leben. Sind die Larven der Eintagsfliege oder sind Forellen in einem Gewässer vorhanden, so ist das ein Anzeichen (Indikator) für sauberes Wasser. Pilze und Bakterien dagegen sind Indikatororganismen dafür, dass das Wasser mit leicht abbaubaren Stoffen stark verschmutzt ist. Je nach der Stärke der Belastung mit fäulnisfähigen, biochemisch abbaubaren, organischen Stoffen hat man die Qualität der Gewässer in 4 verschiedene Gewässergüteklassen oder Saprobienstufen eingeteilt, wobei jede dieser Klassen durch bestimmte Indikatororganismen gekennzeichnet ist. Je nachdem in welcher Saprobienstufe ein Lebewesen überwiegend vorkommt, erhält es eine Indexzahl. Aus der Indexzahl und der Häufigkeit der einzelnen Organismen lässt sich der Saprobienindex und somit die Gewässergüteklasse bestimmen.
Nach Meyer wird die Häufigkeit der in Gewässerproben erfassten Tierarten Häufigkeitswerten und einem Saprobienindex zugeordnet.
Häufigkeitswert 1 = 1-2 Tiere
Häufigkeitswert 2 = 3-10 Tiere
Häufigkeitswert 3 = 11-30 Tiere
Häufigkeitswert 4 = 31-60 Tiere
Häufigkeitswert 5 = 61-101 Tiere
Häufigkeitswert 6 = 101-150 Tiere
Saprobienindex siehe Anhang !
Gewässergüteklassen mit Indikatororganismen und chemischen Werten
Güteklasse
1
2
3
4
Saprobienindex
1,0 - 1,8
1,8 - 2,7 2,7 - 3,5 3,5 - 4
BSB5 in mg/l
1 2 - 6 7 - 20 > 20
O2 in mg/l
> 8 > 6 > 2 < 1
NH4+ in mg/l
< 0,1 0,1 - 1 > 2 10
NO3- in mg/l
1,2 - 1,7 3 - 3,9 4 - 7 > 7
PO33- in mg/l
0,06 - 0,08 0,2 - 0,3 1 - 1,7 > 2,5
2.3 Wasseruntersuchung
Probenentnahmestelle: Ententeich
Gewässerbreite: ca. 15 x 35m
Gewässertiefe: 2m
Böschung: natürlich, teilweise verbaut, flach
Uferbewuchs: Stieleiche, Ohrweide, Pfaffenhütchen, Hundsrose, Glanzrose, Hanfweide, Roterle
Umgebung: Mischwald, Acker
Untersuchung 1 Untersuchung 2 Gesamt-ergebnis
Datum: 17.4.2000 24.4.2000
Uhrzeit: 14.30 Uhr 11.30 Uhr
Witterung: bewölkt bewölkt
Außentemperatur: 13°C 18°C 15,5°C
Wassertemperatur: 9°C 12°C 10,5°C
Wasser: klar, grüner Schimmer klar
Gewässerboden: Sand, Schlamm Sand, Schlamm
Geruch: unauffällig unauffällig
erkennbare Lebewesen: Stockenten, Barsche Stockenten
Gesamthärte: 5°dH 5°dH 5°dH
Karbonathärte: 2°dH 3°dH 2,5°dH
PH - Wert: 7.5 7,5 7,5
Ammoniak: 0mg/l 0,25mg/l 0,125mg/l
Nitrit: < 0,1mg/l 0mg/l < 0,1mg/l
Nitrat: 0mg/l 0mg/l 0mg/l
CO2- Gehalt: 2mg/l 3mg/l 2,5mg/l
O2- Gehalt: 7mg/l 7mg/l 7mg/l
Phosphat: 0mg/l 0mg/l 0mg/l
BSB5-Wert: 2mg/l 2mg/l 2mg/l
Indikatororganismen:
Runde Eintagsfliegenlarve
Wasserassel
Bach - und Flussflohkrebs
Ermittlung der Gewässergüteklasse
Untersuchung 1:
Anzahl Häufigkeit Saprobienindex Einzelsumme
Runde Eintagsfliegenlarve 3 2 2,0 4
Wasserassel 2 1 2,8 2,8
Bach- und Flusslohkrebs 21 3 2,1 6,3
Gesamt 6 13,1
Gesamtsumme
Gesamthäufigkeit à Gewässergüteklasse 13,1: 6 _ 2.18
Untersuchung 2:
Anzahl Häufigkeit Saprobienindex Einzelsumme
Runde Eintagsfliegenlarve 6 2 2,0 4,0
Wasserassel 4 2 2,8 4,8
Bach- und Flussflohkrebs 19 3 2,1 6,3
Gesamt 7 15,1
Gewässergüteklasse: 15,1: 7 _2,15
Durchschnittliche Gewässergüteklasse: 2,1
2.4 Interpretation
Anhand der Wasserproben die ich am 17.4. und am 22.4.2000 entnommen habe, fand ich heraus, dass die Teichanlage eine Gewässergüteklasse von 1-2 hat, also gering belastet ist. Zu dieser nicht ganz eindeutigen Feststellung kam ich, da beim Saprobiensystem eine Gewässergüteklasse von 2 zu erkennen war, bei der chemischen Untersuchung die Werte aber deutlich der Gewässergüteklasse 1 zugeordnet werden können. Zwar ist das Saprobiensystem die zuverlässigere Methode, da die Indikatororganismen nur dort leben können wenn das Wasser dauerhaft eine gleichbleibende Qualität hat, jedoch möchte ich die chemische Untersuchung auch nicht ganz unberücksichtigt lassen. An Saprobien fand ich vorwiegend den Bach - und Flussflohkrebs, der in mäßig belasteten Gewässern lebt, aber auch einige runde Eintagsfliegenlarven und Wasserasseln, so dass sich ein Saprobienindex von 2,1 ergab der, der Gewässergüteklasse 2 entspricht. Die bei der chemischen Untersuchung ermittelten Werte kann man teilweise der Gewässergüteklasse 2 und teilweise der Gewässergüteklasse 1 zuordnen. So enthält das Wasser in der Teichanlage am Heilbrunnen kein Nitrat, kein Phosphat, nur sehr geringe Spuren von Nitrit und auch nur sehr wenig Ammonium, was für ein unbelastetes Gewässer, der Güteklasse 1, spricht. Jedoch entspricht der Sauerstoffgehalt und der BSB5- Wert der Güteklasse 2. Anhand der biologischen und chemischen Daten, die nicht ganz übereinstimmen, kam ich zu der Feststellung, dass es sich bei der Teichanlage am Heilbrunnen um die Gewässergüteklasse 1-2 handelt, das Wasser folglich gering belastet ist.
3. Schluss
3.1 Schlussfolgerung
Die Frage, ob sich in dieser Anlage wirklich viele verschiedene Pflanzen- und Tierarten angesiedelt haben, die ich mir zu Beginn meiner Arbeit gestellt habe, kann ich nun, da ich mit meinen Untersuchungen am Ende bin, mit ja beantworten. Obwohl das Wasser unbewohnt aussieht, haben sich eine Reihe von Lebewesen dort angesiedelt, was bei einer Gewässergüteklasse von 1-2 auch nicht verwunderlich ist. Besonders häufig findet man im Uferschlamm den Bach- und Flussflohkrebs, die runde Eintagsfliegenlarve und auch einige Wasserasseln. An größeren Lebewesen sieht man einige Stockenten und in einem der Teiche Barsche, die vor einiger Zeit dort freigelassen wurden. Diese können dort gut existieren, da das Wasser die Qualität hat, die sie auch als natürlichen Lebensraum bevorzugen.
Bei meiner Untersuchung habe ich an zwei verschiedenen Tagen Wasserproben entnommen, um festzustellen, ob sich die Qualität, eventuell durch äußere Einwirkungen hervorgerufen, verändert hat. Abschließend kann ich hierzu sagen, dass es nur minimale Abweichungen bei den Testergebnissen gibt, die vielleicht durch Messungenauigkeiten verursacht wurden. Dieses Ergebnis verwundert mich im Nachhinein auch nicht, denn die Teichanlage bekommt ihr Wasser aus dem Merzbach, der bevor er die Teichanlage erreicht, kilometerlang nur durch Waldgebiet fließt. Somit ist eine Beeinflussung durch eine Kläranlage, Straße, Düngung von Ackerland oder anderem so gut wie ausgeschlossen. Selbst wenn das Wasser vor dem Waldgebiet verunreinigt wird, dann hat es sich bis zum Eintreten in den Teich durch seine Selbstreinigungskraft sehr gut gereinigt. Somit besitzt das Wasser eine Gewässergüteklasse von 1-2, ist folglich gering belastet.
Dies ist im bundesweiten Vergleich sehr gut, denn nur 21% der stehenden Gewässer sind gering belastet. 51% sind stark belastet und 24% sind ökologisch fast völlig zerstört. Nur 1% aller stehenden Gewässer sind ökologisch noch völlig intakt. Diese Entwicklung ist einerseits erschreckend, jedoch wurde in den letzten Jahren sehr viel für den Gewässerschutz getan: Produktionsanlagen in der Industrie wurden erneuert, auf eine bessere Abwasserreinigung wurde geachtet und noch vieles mehr. Für diese Verbesserungen hat die Bundesregierung 1991 und 1992 über 900 Millionen DM zur Verfügung gestellt.
Im Bewuchs der Anlage haben sich seit der Anlegung in den 80er Jahren kaum Veränderungen ergeben. Die Bäume haben inzwischen eine stattliche Größe erreicht und wurden zurückgeschnitten, um darunter lebenden Pflanzen und Sträuchern genügend Platz und Licht zum Wachsen zu lassen. An einigen Bäumen wurden Nistkästen aufgehangen, damit auch Höhlenbrüter in diesem Gebiet ein zu hause finden. In den Wiesen um die Teiche findet man viele verschiedene Pflanzen, wie zum Beispiel die geschützte Schlüsselblume, Gänseblümchen, Sauerampfer, Löwenzahn, Butterblumen und das Wiesenschaumkraut. Die einzige Veränderung im Bewuchs liegt bei den Wasserpflanzen. Leider sind keine Teich- und Seerosen mehr vorhanden und auch die am Ufer lebenden Wasserpflanzen wie z.B. Schilf, findet man nur noch an einigen wenigen Stellen und nicht wie ursprünglich an jedem Teich. Warum dies so ist, konnte ich mir nur damit beantworten, dass vielleicht nicht genug Nährstoffe vorhanden waren, die Pflanzen als Nahrung dienten oder die klimatischen Verhältnisse zu schlecht waren.
Kommentare zum Referat Chemisch- biologische Untersuchungen im Biotop am Heilbrunnen Schweich:
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