Ökosystem Fließgewässer

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Fließgewässer ausgeprägte Alphameso- saproble eitung nbelastet bis sehr IV übermäßig III-IV sehr stark verschmutzt verschmutzt ering belastet einfliegenlarven Polysaprobie mit alphamesosapro- bem Einschlag Polysaprobie Siegen bisherige Güteklasse) Güteklasse W1 1,0-1,5 1,5-1,8 1,8-2,3 2,3-<2,7 strudel with 2,7-3,2 schwanz- 3,2-<3,5 3,5-4,0 1 Abwassereinleitung Abwassereinleitung index Saprobiestufe Saprobien- Kennzeichnung Chemische Parameter (Richtwerte) Minima NH NO, NO, PO BSB (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/1) (mg/l) 8 höchstens <0,01 <1 Spuren <0,01 IV Natürliche Selbstreinigungsvorgänge führen zum Abbau organischer Stoffe Qualitative und quantitative Zusammensetzung der Biozönosen ändert sich je nach Verschmutzungsgrad Als Einteilungsprinzip dienen, von der anaeroben Fäulnis (Saprobie) ausgehend, die Hauptabbaustufen O Chemisch gesehen: Reduktion, einsetzende Oxidation und vollendete Oxidation O Entsprechen den biologischen Stufen Poly-, Meso- (a- und ß-Abschnitt) und Oligosaprobie Typische Organismen nutzt man als Indikatororganismen im Saprobiensystem Wasser kaum ver- unreinigt; vollende- te Oxidation, Mine- ralisation; Wasser klar und sauer- stoffgesättigt Wasser mäßig ver- unreinigt; Prozess der fortschreiten- den Oxidation bzw. Mineralisation; Sauerstoffzehrung mäßig Wasser stark ver unreinigt; starke Oxidationsprozes- se; starke Sauer- stoffzehrung: Faulschlamm- bildung Wasser außeror- dentlich stark ver unreinigt; starke Sauerstoffzehrung: vorwiegendes Auf treten von Fäulnis prozessen durch Reduktion und Spaltung: Bildung von H₂S und CH hoher Gehalt an organischen Stoffen 6 4 III-IV 2 <2 um 0,1 <0,3 mel <1 0,5-1,5 <0,01 mehrere mg/1 <0,1 - kritisch Bachtaumel <0,5 mehrere wenige mg/l mg/l muschel Zweiunger <0.3 <5 II mäßig belastet Eintags lave Gemeiner Flabkrebs >5 Gemeiner Fischegel wenige >10 mg/ <0.1 <0,3 11 2 meh rere mg/1 1-2 20 7-10 > 10 > 10 1-11 gering belastet Eintags larve Fuschi schnecke Algen Abwasserle Einzeller felstrecke Sauersto 1-11 Güte- klasse nach WRRL Q2 2 Gliederung eines Fließgewässers I Abschnitte bezeichnet man nach den dort vorkommenden Leitfischarten oder nennt sie Oberlauf, Mittellauf und Unterlauf Quellwasser 5 Grad Celsius bis 10 Grad Celsius; Unterlauf zwischen 0 Grad Celsius und über 20 Grad Celsius O Fließgeschwindigkeit bei starkem Gefälle im Oberlauf weit über 100 cm/s; im Unterlauf kann sie auf unter 10 cm/s absinken O Hohe Fließgeschwindigkeit O Niedrige Fließgeschwindigkeit → feinere Kiesbestandteile O Bachsediment im Unterlauf aus Sand und Schlick → Steine und grober Kies als Bachsediment 3 Nele Schunk Technische und ökologische Gewässerbewirtschaftung: ● Verlauf eines Fließgewässers verändert sich in der Naturlandschaft ständig Änderte sich mit der Besiedlung durch den Menschen ➜ Gewässerausbaumaßnahmen 110.1 Verände rung einer Fluss auenlandschaft durch mensch liche Eingriffe 000 Eichen-u.a Laubmischwälder ***** Erlenbruch 000 Weidengebüsch Nasswiesen Frischwiesen Trockenwiesen Auenlehm Moor FAD Kies mittlerer Grundwasserstand mittlere Hochwasserhöhe A D ● Ökosystem Fließgewässer Vom Menschen kaum beeinflusst. Beginnende Auenlehmbildung und extensive Nutzung Die Hochwasserlinie beginnt zu steigen, der Grundwasserspiegel zu fallen. Anonymus: Fortgeschrittene Auenlehmbildung, intensive Nutzung Beginn der Flusskamrekturen. Sinken des Grundwasserspiegels Chemikalieneinträge ● Vielfalt der Arten verschwand 000 Eindeichung, Aue ackerfahig, aber nicht mehr schlickgedüngt fluss schneidet immer tiefer els Quellenverzeichnis: Fischarten können nicht mehr wandern 0.00 Ökologisch, aber auch technisch ein instabiles System ● Verschlechterung der Gewässerqualität durch organisch belastete Abwässer und P/R-Verhältnis. Q2 Einrichtung eines aufwändigen Apparates zur Gewässerunterhaltung → Erhalt der Fließgewässer in ihrem Ausbauzustand Gewässerrenaturierung = Fließgewässer werden in einen naturnahen Zustand zurückgeführt Online 1872 im 1963 111.1 Oberrhein bei Breisach Internet: https://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/p-r-verhaeltnis/12817 [Zugriff: 22.06.2020] Dr. Philipp, E.; Starke, A.; Prof. Dr. Verbeek, B.; Wellinghorst, R.: Ökologie. Schroedel, 2005. S. 106-111 Learning Level Up: Saprobienindex Gewässergüte einfach erklärt | Biologie Lernvideo [Learning Level Up]. Online im Internet: https://www.youtube.com/watch?v=OnDM7ndVncw [Zugriff: 22.06.2020] Gliederung eines Fließgewässers II Sauerstoffgehalt wird beeinflusst durch ... O Wassertemperatur O Fließgeschwindigkeit O Turbulenzen O Mikroorganismen O Im Quellbereich niedriger Wert des Grundwassers O Sättigungswert O Im Oberlauf fast immer um 100 Prozent Sauerstoffsättigung O Tages- und Jahresamplituden im Mittellauf wesentlich größer O In nährstoffreichen Gewässern Sauerstoffgehalt manchmal während der Vegetationsperiode mittags doppelt so hoch wie nachts Quelle Forellen-und Äschenregion Leitarten Feuer- abiotische Faktoren Gefälle Wasserführung/Wasser- trübung/Nährstoffgehalt salamander nimmt stetig ab nimmt stetig zu Bodenart max. Temperatur <10 °C Sauerstoffgehalt gering Fels, Steine Produktion/Respiration biotische Faktoren Hauptnahrungsquelle Falllaub für Wirbellose Ernährungstypen überwiegend (Makrobenthos) Zerkleinerer Produktion < Respiration (1) Quelle Barbenregion Bachforelle, Äsche Steine, Kies < 15 °C hoch mit geringen Tages- und Jahres- amplituden Falllaub und Aufwuchsalgen überwiegend Zerkleinerer Produktion < Respiration (2) Oberlauf Barbe Brachsenregion Kies, Sand, Feinsediment > 15 °C hoch mit ausgeprägten Tages- und Jahresamplituden Produktion = Respiration Mittellauf 8 Brachsen Sand, Feinsediment < 20 °C geringer Phytoplankton zerkleinertes Falllaub (Fein- detritus) und Aufwuchsalgen überwiegend Weidegänger überwiegend Sedi- und Sedimentfresser/Filtrierer mentfresser/Filtrierer Produktion > Respiration (4) Unterlauf Mündungsbereich Kaulbarsch, Flunder Sand, Feinsediment > 20 °C geringer Phytoplankton überwiegend Sedi- mentfresser/Filtrierer Produktion > Respiration Mündungsbereich 5 Lebewesen im Fließgewässer O Verschiedene Fließgewässerabschnitte → Unterschiede in den Lebensgemeinschaften Biozönotische*¹ Längsgliederung aus Fischfauna O Wirbellose Tierarten können nur in eng begrenzten Gewässerbereichen leben O Bewohner verschiedener Abschnitte besitzen besondere Angepasstheiten O Verschiedene Ernährungstypen O Zerkleinerer o Weidegänger O Sedimentfresser = = beißen Teile aus Pflanzen und Falllaub heraus und zerkleinern diese raspeln oder schaben den Algenaufwuchs von Substraten ab ernähren sich von Detritus *² und Mikroorganismen filtrieren Feindetritus und Plankton aus dem fließenden Wasser fangen gezielt Tiere als Nahrung Filtrierer O Räuber *¹Lebensgemeinschaft von Pflanzen und Tieren in einem Biotop *2organische Abfallstoffe, Trümmer von tierischen und pflanzlichen Geweben Oberlauf Mittellauf Unterlauf Zerklei Sediment 6 nerer fresser/ Filtrierer Räuber Weide- gänger Nozakungfer Aashna Solamm Köcherfliegenlarve Hydropsyche Kriebelmücken- larve Simulium Flussmuschel Unio Köcherfliegenlarve Potamophylax Köcherfliegenlarve Asellus Anabolia Wasserassel Rollegel Erpobdella 7 Vorgänge in natürlichen und belasteten Fließgewässern I O Güteklasse 1 O Sauberes, nährstoffarmes und sauerstoffreiches Wasser eines Fließgewässeroberlaufes O Geringe Individuendichten bei Einzellern und Bakterien O Wenig organische Stoffe geringer biochemischer Sauerstoffverbrauch O Desto mehr organische Stoffe, desto höher der Trübungsgrad O Dichte der Einzeller und Bakterien steigt rapide O Sauerstoffgehalt im Wasser sinkt Aerobier ersticken Güteklasse 5 8 Zeigerorganismen für übermäßig verschmutztes Wasser eitung anbelastet bis sehr ering belastet einfliegenlarven relative Konzentration/relative Dichte relative Konzentration Eintags fliegen- larve Alpen- strudel- wurm IV übermäßig III-IV sehr stark stark ver- verschmutzt schmutzt Zotte des Abwasser- pilzes Zuck- mücken- larve Ratten- schwanz- larve Schlammröhren- wurm bisherige Güteklasse I Güteklasse WRRL 1 1 Abwassereinleitung Abwassereinleitung IV III-IV III stark verschmutzt Waffen- fliegen- larve Wasser- assel Rollegel ||| II-III kritisch belastet Bachtaumel- käfer Kugel- -muschel Zweiäugiger Plattegel II mäßig belastet ||-||| 3 Eintags- fliegen- larve Gemeiner Flohkrebs Gemeiner Fischegel Posthorn- Eiförmige Schlammschnecke schnecke 11 1-11 gering belastet CHRISTEL Eintags- fliegen- larve 2 Köcher- fliegen larve Flussschwimm- schnecke Dreieckskopf strudel- wurm Algen Abwasserpilz Bakterien Einzeller Fließstrecke Sauerstoff Nitrat-lonen Phosphat-lones BSB Ammonium lonen Fließstrecke 1-11 9 Vorgänge in natürlichen und belasteten Fließgewässern II O Natürliche Selbstreinigungsvorgänge führen zum Abbau der organischen Stoffe Qualitative und quantitative Zusammensetzung der Biozönosen* ändert sich je nach Verschmutzungsgrad O Als Einteilungsprinzip dienen, von der anaeroben Fäulnis (Saprobie) ausgehend, die Hauptabbaustufen O Chemisch gesehen: Reduktion, einsetzende Oxidation und vollendete Oxidation O Entsprechen den biologischen Stufen Poly-, Meso- (a- und B-Abschnitt) und Oligosaprobie O Typische Organismen nutzt man als Indikatororganismen im Saprobiensystem Wasserblüte" = hohe Algendichte der Gewässerabschnitte stromabwärts *Lebensgemeinschaft von Pflanzen und Tieren in einem Biotop 10 bisheri- Grad der ge Güte- organischen klasse Belastung unbelastet bis sehr gering belastet gering belastet 1-11 III III-IV IV mäßig belastet stark verschmutzt sehr stark verschmutzt Saprobiestufe übermäßig verschmutzt Oligosaprobie Betameso- saprobie Saprobien-Kennzeichnung ausgeprägte Alphameso- saprobie index kritisch belastet alpha-betameso- 2,3-<2,7 saprobe Grenz- zone 1,0-1,5 1,5-1,8 1,8-<2,3 2,7-<3,2 Polysaprobie mit 3,2-<3,5 alphamesosapro- bem Einschlag Polysaprobie 3,5-4,0 Wasser kaum ver- unreinigt; vollende- te Oxidation, Mine- ralisation; Wasser klar und sauer- stoffgesättigt Wasser mäßig ver- unreinigt; Prozess der fortschreiten- den Oxidation bzw. Mineralisation; Sauerstoffzehrung mäßig Wasser stark ver- unreinigt; starke Oxidationsprozes- se; starke Sauer- stoffzehrung; Faulschlamm- Chemische Parameter (Richtwerte) |O,-Minima NH NO₂ NO (mg/l) (mg/l) (mg/l) 8 höchstens <0,01 Spuren bildung Wasser außeror- dentlich stark ver unreinigt; starke Sauerstoffzehrung; vorwiegendes Auf- treten von Fäulnis- prozessen durch Reduktion und Spaltung; Bildung von H₂S und CH hoher Gehalt an organischen Stoffen 8 6 4 2 2 <2 um 0,1 <0,3 <0,01 <0,1 mehrere mg/l <0,3 0,5-1,5 <0,5 mehrere wenige mg/l mg/l wenige mg/l PO 3- BSB (mg/l) (mg/1) (mg/l) <1 <0,01 <1 um 1 <5 >5 > 10 <0,1 <0.3 menschliche Verunreinigungen meh- rere mg/l 1-2 2-4 4-7 7-10 > 10 > 10 Güte- klasse nach WRRL 1 2 3 11 Saprobiensystem I O https://www.youtube.com/watch?v=0nDM7ndVncw 12 Saprobiensystem II Das Saprobiensystem beruht auf der Erhebung der Lebensgemeinschaft eines Gewässers, welche sich infolge zunehmender biologisch abbaubarer Verunreinigungen in vorhersagbarer Weise in der Zusammensetzung verändert. Als Saprobien bezeichnet man Organismen, die faulende Stoffe bewohnen. Sie bauen organisches Material ab und bewirken so die Selbstreinigung des Gewässers. Sie decken ihren Energie- und Stoffbedarf durch den Abbau toter organischer Substanz. Es gibt Makrosaprobien und Mikrosaprobien. Viele Arten zeigen als Indikatororganismen die Stärke der Verunreinigungen (klassifizierung des Gewässers) an. Die Mikrosaprobien sind Bestandteil der Bewertung, wenn nicht genügend Makrosaprobien enthalten sind. Somit dient die Bewertung von Indikatororganismen als Maßstab für die biologische Gewässergüte (Saprobie). Die Saprobie ist ein Maß für die Belastung der Fließgewässer mit organischen, biologisch abbaubaren, sauerstoff-verzehrenden Substanzen. 13 Technische und ökologische Gewässerbewirtschaftung I Verlauf eines Fließgewässers veränderte sich in der Naturlandschaft ständig O Flussläufe, Steilufer und Vertiefungen (Kolke), flache Stellen (Furte) O Sehr viele Kleinlebensräume O Auenwälder wurden regelmäßig überflutet O Dies änderte sich mit der Besiedlung durch den Menschen O Auenwälder wurden gerodet → Düngung durch Überflutung (heute Mineraldünger) Gewässerbegradigung, Bau von Deichen und Wehren → Schifffahrt, Nutzung der Wasserkraft → Fischarten können nicht mehr zwischen ihren verschiedenen Teillebensräumen wandern Gewässerausbaumaßnahmen 14 110.1 Verände- rung einer Fluss- auenlandschaft durch mensch- liche Eingriffe 000 Eichen-u.a. Laubmischwälder Erlenbruch Weidengebüsch Nasswiesen Frischwiesen Trockenwiesen Auenlehm Moor Kies mittlerer Grundwasserstand mittlere Hochwasserhöhe D Vom Menschen kaum beeinflusst. Beginnende Auenlehmbildung und extensive Nutzung. Die Hochwasserlinie beginnt zu steigen, der Grundwasserspiegel zu fallen. Fortgeschrittene Auenlehmbildung, intensive Nutzung. Beginn der Flusskorrekturen. Sinken des Grundwasserspiegels. Eindeichung, Aue ackerfähig, aber nicht mehr schlickgedüngt. Fluss schneidet immer tieter ein. 15 Technische und ökologische Gewässerbewirtschaftung II (Folgen) Ökologisch, aber auch technisch ein instabiles System O Bodenlebewesen wurde die Nahrung entzogen O Brut- und Nistplätze an Steilufern verschwanden O Unterhöhlte Uferbereiche und Ufervegetation als Laich- und Ruheplätze sowie als Nahrungsquelle fehlten O Verschlechterung der Gewässerqualität durch organisch belastete Abwässer und Chemikalieneinträge Vielfalt der Arten verschwand O Einrichtung eines aufwändigen Apparates zur Gewässerunterhaltung 0 ➜ Erhalt der Fließgewässer in ihrem Ausbauzustand O Gewässerrenaturierung Fließgewässer werden in einen naturnahen Zustand zurückgeführt 1828 1872 1963 111.1 Oberrhein bei Breisach 16 111.2 Fischtreppe für wandernde Fischarten B Hochwasser Mittelwasser- querschnitt querschnitt 20 Jahre 8₂ 111.3 Rückbau eines ausgebauten Fließgewässers A in den naturnahen Zustand (R 17 Quellenverzeichnis O Anonymus: P/R-Verhältnis. Online im Internet: https://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/p-r-verhaeltnis/12817 [Zugriff: 22.06.2020] O Dr. Philipp, E.; Starke, A.; Prof. Dr. Verbeek, B.; Wellinghorst, R.: Ökologie. Schroedel, 2005. S. 106-111 O Learning Level Up: Saprobienindex Gewässergüte einfach erklärt | Biologie Lernvideo [Learning Level Up]. Online im Internet: https://www.youtube.com/watch?v=0nDM7ndVncw [Zugriff: 22.06.2020] 18