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Das Saprobiensystem zu altgriechisch sapros sapros deutsch faul bios bios Leben systema systema Gebilde ist ein Bewertungssystem zur Ermittlung der biologischen Wasserqualitat von Fliessgewassern und ihrer Einordnung in Gewasserguteklassen Im Gewasser aufgefundene Lebewesen werden als Bioindikatoren fur die Belastung eines Gewassers durch abbaubare organische Substanzen verwendet dies wird als seine Saprobie bezeichnet Den verschiedenen erfassten Organismenarten auch Saprobier oder Saprobien genannt wird nach der mehr oder weniger saprobionten Lebensweise dabei jeweils ein artspezifischer Indikatorwert beigemessen der unter Berucksichtigung ihrer jeweiligen Haufigkeit die Berechnung eines sogenannten Saprobienindex erlaubt dem jeweils eine Gewasserguteklasse zugeordnet ist Mit dem Saprobiensystem wird nur die Belastung eines Fliessgewassers mit organischen leicht abbaubaren sauerstoffzehrenden Substanzen z B aus hauslichen Abwassern gemessen Da diese unter Sauerstoff Verbrauch abgebaut werden steht dieser in engem Zusammenhang mit dem Sauerstoffgehalt des Wassers und dem Redoxpotential Andere Gewasserbelastungen werden mit dem Saprobiensystem nicht indiziert Dies sind z B Belastungen mit giftig fachsprachlich toxisch wirkenden Stoffen Schwermetalle Pestizide Belastung mit Nahrsalzen Trophie Gewasserversauerung unnaturliche Erhohung der Wassertemperatur thermische Belastung Belastung durch strukturelle Degradation Gewasserausbau und begradigung und durch Veranderung der Hydraulik Niedrigwasserabsenkung und Austrocknungsphasen verstarkte Hochwasserspitzen durch Kanalabschlage Fur einige dieser Belastungen wurden eigene Indikationssysteme aufgestellt die zusatzlich zum Saprobiensystem fur das Gewassermonitoring verwendet werden konnen so wurde zum Beispiel das Verfahren SPEARpesticides zur Indikation von Pestizid Belastungen aufgestellt Bei der Bewertung der Fliessgewasser fur die Europaische Wasserrahmenrichtlinie wird fur Gewasser gefordert dass sie den guten okologischen Zustand erreichen Dieser ist umfassender definiert als die Gewassergute nach dem Saprobiensystem zum Beispiel werden alle Wasserorganismen also zum Beispiel auch Wasserpflanzen Algen und Fische dabei berucksichtigt Die bodenlebenden wirbellosen Organismen die Grundlage des Saprobiensystems sind werden dabei als eine der Qualitatskomponenten weiter berucksichtigt allerdings fuhren nun auch nicht saprobielle Veranderungen der naturlichen Lebensgemeinschaft zu einer Abwertung Das Saprobiensystem wird im Rahmen der neuen Methodik weiter angewendet es bildet nun aber nur noch eines von mehreren Bewertungs Modulen Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 2 Untersuchungsmethode 3 Makro und Mikrosaprobien 4 Saprobienindex 5 Gewasserguteklassen und Saprobitatsstufen 6 Weitere Faktoren 7 EinzelnachweiseGrundlagen BearbeitenDas Saprobiensystem beruht auf der Beobachtung dass sich die Lebensgemeinschaft eines Gewassers mit der organischen Belastung in vorhersagbarer Weise andert Wahrend manche Gewasserbewohner organischer Verschmutzung gegenuber insensitiv und robust sind kommen andere nur in unverschmutzten oder gering verschmutzten Gewassern vor wobei ihre Toleranzbereiche sehr unterschiedlich sind Andere Arten werden in organisch verschmutzten Gewassern haufiger Diese Beobachtungen sind aus der Biologie der Organismen erklarbar So sind einige Arten und Artengruppen extrem sauerstoffbedurftig und gehen bei sinkendem Sauerstoffgehalt zugrunde Andere Arten benotigen ein hohes Angebot an Nahrsubstanzen z B organisch angereicherten Schlamm sie konnen unter Umstanden aber sehr geringe Sauerstoffgehalte tolerieren Das Vorkommen und die Haufigkeit solcher Gewasserbewohner die stark auf organische Verschmutzung reagieren konnen zur Messung dieser Verschmutzung herangezogen werden wenn die Toleranzbereiche fur die einzelnen Arten bekannt sind Im Saprobiensystem wird dazu jeder Indikatorart ein Wert der Indexwert zugewiesen Dieser ist aus der Beobachtung zahlreicher verschmutzter und unverschmutzter Gewasser empirisch hergeleitet beruht also nicht etwa auf Labormessungen Aus dem nach der Haufigkeit des Vorkommens gewichteten Mittelwert der Indexwerte aller dort lebenden Indikatorarten ergibt sich fur eine untersuchte Probenstelle ein Zahlenwert der sog Saprobienindex Die vorkommenden Arten werden also gewissermassen als Messinstrumente fur die organische Belastung benutzt Durch die Verwendung zahlreicher Indikatorarten ist die Messung im Idealfall sehr gut abgesichert Zur Ermittlung der Gewasserguteklasse wird der Saprobienindex der untersuchten Gewasserstrecke mit einer standardisierten Liste solcher Indices verglichen So wird eine Einordnung des Fliessgewassers in Gewasserguteklassen vorgenommen Das Saprobiensystem in der beschriebenen Form wurde vor gut hundert Jahren von Kolkwitz und Marsson 1 erstmals aufgestellt und wurde seitdem fortentwickelt Das Verfahren in Deutschland erfolgt meist nach der DIN 38410 2 3 Das Verfahren wird in Osterreich und der Tschechischen Republik traditionellerweise in leicht abgewandelter Form angewandt in Osterreich Onorm M6232 in Tschechien CSN 757716 und 757221 Bei Einfuhrung des Bewertungsverfahrens zur Wasserrahmenrichtlinie der Europaischen Union Perlodes diente das Saprobiensystem bei den biologischen Faktoren als Vorbild Weit verbreitet ist sonst z B das britische BMWT ASPT System Eine Ubersicht gangiger Bewertungssysteme findet sich in 4 Untersuchungsmethode BearbeitenZur Bestimmung des Saprobienindex ist etwas vereinfacht folgendes Vorgehen notwendig nur Makrosaprobier Auswahl der Probenstelle Da eine flachendeckende Beprobung des Gewassers unmoglich ware sind reprasentative Probenstellen auszuwahlen an denen der Index bestimmt werden soll Der hier ermittelte Index wird auf eine langere homogene Gewasserstrecke ubertragen Die Auswahl der richtigen Probenstellen hat auf die Relevanz der Ergebnisse gravierende Auswirkungen Eine Probenstelle muss fur die zu beurteilende Gewasserstrecke reprasentativ sein also z B nicht die einzige Stromschnelle in einem trage fliessenden Tieflandsbach Ihre Lage zu bekannten Schmutzwassereinleitungen oder Einmundungen von Nebengewassern ist naturgemass wesentlich Fur grossere Gewassersysteme werden Probenstellen meist nach vorgegebenem Raster z B anhand der Gewasserkilometrierung ausgewahlt Sammeln der Gewasserorganismen An der gewahlten Probenstelle sind alle im Gewasser lebenden Organismen die Indikatorarten sein konnten aufzusammeln Die Probennahme sollte die Gewasserstrecke moglichst reprasentativ abbilden Da die meisten Indikatorarten im Gelande nicht mit hinreichender Sicherheit bestimmbar waren sind die Organismen in der Regel abzutoten und zu konservieren um spater im Labor die Arten bestimmen zu konnen Da fur den Saprobienindex nicht nur die Prasenz sondern die Haufigkeit der Arten bekannt sein muss muss die Probennahme so erfolgen dass diese ermittelt werden kann Im Verfahren ist dabei die Einordnung in Haufigkeitsklassen ausreichend Vor allem im Rahmen des Perlodes Verfahrens werden aber auch quantitative Probennahmen durchgefuhrt bei denen die absolute Haufigkeit durch Zahlen ermittelt wird Bestimmen der aufgesammelten Arten im Labor Die meisten Saprobierarten sind nur unter Einsatz eines Mikroskops oder einer Stereolupe manchmal nur nach Praparation bestimmbar Die Bestimmung vieler Arten ist schwierig und anspruchsvoll Zur Anwendung fur Laien sind verschiedene vereinfachte Verfahren im Gebrauch die weniger Anforderungen an die Bestimmung stellen Diese liefern ungenauere aber meist in der Grossenordnung durchaus brauchbare Ergebnisse Auflisten der Indikatorarten der Probe mit ihrer Haufigkeit als Abundanzklasse oder nach Zahlung Berechnung des IndexMakro und Mikrosaprobien BearbeitenDie zur Bestimmung des Saprobienindex dienenden Indikatororganismen werden als Saprobier 5 oder auch Saprobien 2 bezeichnet Dabei sind im Rahmen des Verfahrens zwei Listen im Gebrauch In einer Liste sind Mikroorganismen Mikro Saprobien 2 aufgefuhrt Dabei handelt es sich um kleine haufig einzellige Tierarten z B Wimpertierchen Ciliaten oder Geisseltierchen Flagellaten In der anderen Liste sind makroskopisch erkennbare bodenlebende Wirbellose Makroinvertebraten oder Makro Saprobien 2 z B Insektenlarven wie Steinfliegenlarven Eintagsfliegenlarven Kocherfliegenlarven Krebstiere wie Asseln und Flohkrebse Schnecken Muscheln Egel und einige Ringelwurmer aufgefuhrt diese werden als Makrozoobenthos zusammengefasst In der derzeit geltenden Fassung des DIN Verfahrens sind etwa 200 Mikrosaprobien und mehr als 600 Makrosaprobien aufgefuhrt Der Saprobienindex ist dabei fur Mikro und Makrosaprobien getrennt aufzustellen beide durfen nicht gemittelt oder miteinander verrechnet werden In der Praxis ist der wichtigere Wert derjenige fur die Makrosaprobien Der Wert fur die Mikrosaprobien ist besonders bei organisch sehr stark verschmutzten Gewassern wichtig weil in diesen nur sehr wenige Arten von Makrosaprobien leben und das Ergebnis damit sehr schlecht abgesichert ist Organismen des freien Wasserkorpers Pelagial werden weder fur den Makro noch fur den Mikroindex herangezogen Dies gilt z B auch fur die Fischarten Saprobienindex BearbeitenZur Berechnung des Saprobienindex wird nach folgender Regel verfahren Jeder in einer Probe gefundenen Indikatorart wird eine Haufigkeitsstufe die sog Abundanz A zugeordnet Sie reicht von A 1 Einzelfund bis A 7 massenhaft vorkommend Bei absoluten Zahlwerten werden die Werte in Haufigkeitsklassen umgerechnet Der Saprobienwert s ist eine Zahl zwischen 1 und 4 wobei z B s 1 0 einen Indikatororganismus fur Oligosaprobie s 4 0 einen Indikatororganismus fur Polysaprobie kennzeichnet Der Wert wird mit einer Nachkommastelle angegeben Er ist aus der Liste der Indikatororganismen abzulesen Das Indikationsgewicht g kann den Wert 1 2 4 8 oder 16 annehmen wobei ein Organismus mit hoherem g eine kleinere Toleranz aufweist und somit fur die betreffende Guteklasse einen umso spezifischeren Indikator darstellt Im Saprobiensystem finden nur Organismen mit einem Indikationsgewicht von 4 oder hoher Verwendung Aus den Zahlen fur alle in der Probe gefundenen Indikatororganismen wird der Saprobienindex nach folgender Formel berechnet S i 1 n A s g i 1 n A g displaystyle S frac sum i 1 n A cdot s cdot g sum i 1 n A cdot g nbsp Die so errechnete Indexzahl wird auf zwei Dezimalen nach dem Komma angegeben Tatsachlich muss die Zuverlassigkeit ihrer Aussage aber mit den Methoden der mathematischen Statistik im Einzelfall ermittelt werden Sie hangt stark vom Probenumfang und der Zahl der gefundenen Indikatorarten ab Nach der Verfahrensvorschrift ist der Saprobienindex nur gultig wenn die kumulierte Abundanzsumme aller Indikatororganismen wenigstens den Wert 20 erreicht Damit sollen sehr dunn besiedelte oder artenarme Probestellen ausgeschlossen werden weil der hier ermittelte Index zu unsicher ware Ausserdem deutet ein so niedriger Abundanzwert in der Regel auf das Vorhandensein anderer nicht saprobieller Belastungsfaktoren hin die das Ergebnis verzerren konnten Gewasserguteklassen und Saprobitatsstufen BearbeitenDer mittels des Verfahrens ermittelte Saprobienindex ist zunachst nur ein Zahlenwert Um diese abstrakten Zahlenwerte zu veranschaulichen und Vergleiche zu erleichtern werden die Werte als Werteklassen zu Saprobitatsstufen zusammengefasst In Deutschland ist dabei jahrzehntelang die Einteilung in Guteklassen ublich gewesen diese fuhrte der Hydrobiologe Hans Liebmann zuerst 1951 ein 6 Die Gewasserguteklassen dienten zum Beispiel der Darstellung in den amtlichen Gewassergutekarten Im Zuge der Neubewertung durch die europaische Wasserrahmenrichtlinie wurde das Verfahren zudem um weitere biologische Qualitatskomponenten erweitert die zusatzlich zur saprobiellen Belastung ausserdem etwa die Gewasserversauerung und die Artenverarmung aufgrund von wasserbaulichen Eingriffen und Nutzungseinflussen allgemeine Degradation genannt messen sollen 7 Um das Verfahren zu standardisieren wurden die Werte ausserdem an den jeweiligen Fliessgewassertyp angepasst da jeder Typ bereits von Natur aus eine gewisse typspezifisch unterschiedliche Autosaprobitat aufweist 4 Nach den Ergebnissen des Saprobiensystems werden die Gewasser traditionell in sieben Gewasserguteklassen eingeteilt jeweils fur einen bestimmten Wertebereich des Saprobienindex Die ursprunglich vier Guteklassen wurden dabei durch das Einfugen von drei Zwischenklassen auf sieben erhoht um eine feinere Differenzierung zu ermoglichen Im Zuge der Einstufung im Rahmen des Moduls Saprobie nach Wasserrahmenrichtlinie wurden aus den sieben Guteklassen funf Klassen neu gebildet In der folgenden Aufstellung sind die sieben Gewasserguteklassen aufgefuhrt 8 erganzt um die Einstufung nach dem Bewertungsverfahren zur Wasserrahmenrichtlinie 9 Die Abstufung des Saprobienindex wird hier ohne die Differenzierung nach Fliessgewassertyp dargestellt sie ware also je nach Typ ggf noch geringfugig zu modifizieren Gewasserguteklasse I unbelastet bis sehr gering belastet oligosaprobe Zone Darstellung in der Gutekarte dunkelblau Saprobienindex kleiner als 1 5 sehr guter Zustand Gewasserguteklasse I II gering belastet oligo bis b mesosaprobe Zone Darstellung in der Gutekarte hellblau Saprobienindex von 1 5 bis kleiner als 1 8 sehr guter Zustand Gewasserguteklasse II massig belastet b mesosaprobe Zone Darstellung in der Gutekarte dunkelgrun Saprobienindex 1 8 bis kleiner als 2 3 guter Zustand Gewasserguteklasse II III kritisch belastet b mesosaprobe bis a mesosaprobe Zone Darstellung in der Gutekarte hellgrun Saprobienindex 2 3 bis kleiner als 2 7 massiger Zustand Gewasserguteklasse III stark verschmutzt a mesosaprobe Zone Darstellung in der Gutekarte gelb Saprobienindex 2 7 bis kleiner als 3 2 unbefriedigender Zustand Gewasserguteklasse III IV sehr stark verschmutzt a mesosaprobe bis polysaprobe Zone Darstellung in der Gutekarte orange Saprobienindex 3 2 bis kleiner als 3 5 schlechter Zustand Gewasserguteklasse IV ubermassig verschmutzt polysaprobe Zone Darstellung in der Gutekarte rot Saprobienindex 3 5 bis 4 0 schlechter Zustand Vor allem in Osterreich und der Tschechischen Republik wird noch eine xenosaprobe Zone mit eigener Fauna unterschieden Diese umfasst Gewasser vollkommen ohne Belastung ware also oberhalb der oligosaproben Zone anzuschliessen Manchmal wird dafur auch die Bezeichnung katharob verwendet katharob ware definitionsgemass Saprobie Null Das ware im Rahmen des Verfahrens nicht messbar Im tschechischen Verfahren wurden aufgrund der damals ublichen extrem hohen Gewasserbelastungen noch weitere Stufen angefugt die schlechter als der polysaprobe Zustand sind 10 Dieser eusaprobe Bereich gilt fur mehr oder weniger unverdunnte Abwasser In aufsteigender Folge waren eine isosaprobe metasaprobe hypersaprobe und ultrasaprobe Stufe anzufugen Diese Bereiche unterscheiden sich nur noch in ihrer Mikrobesiedlung im ultrasaproben Bereich ware kein Leben mehr moglich und werden vom gangigen Saprobiensystem nicht erfasst Auch eine fruher zeitweise unterschiedene Gewasserguteklasse V okologisch zerstort wird nicht mehr verwendet weil entsprechend stark abwasserbelastete Gewasser in Deutschland aufgrund der gesetzlichen Vorschriften keine Rolle mehr spielen Weitere Faktoren BearbeitenDie Saprobie wird mit allen Vorgangen in Zusammenhang gebracht die im Wasser vorhandenen Sauerstoff verbrauchen Massstabe fur den Gesamtsauerstoffverbrauch sind Chemischer Sauerstoffbedarf CSB der durch Oxidation mit Kaliumdichromat bestimmt wird und der Biochemischer Sauerstoffbedarf BSB der bestimmt wird indem man in einer Wasserprobe die Abnahme des Sauerstoffgehalts in 2 bzw 5 Tagen bei 20 C im Dunkeln misst Traditionell ist der fur die Definition der Guteklassen herangezogene Belastungsindikator der BSB5 Kurzere Zeitraume finden nur bei hochbelasteten Proben Verwendung in denen nach funf Tagen uberhaupt kein Sauerstoff mehr vorhanden ware Ferner wird oft der organisch gebundene Kohlenstoff TOC als Mass der Belastung herangezogen Es ist nicht zulassig aus punktuellen chemischen Messungen eine Guteeinstufung des Gewassers abzuleiten 8 Versuche einer chemischen Gewasserguteklassifikation wurden vorgeschlagen 11 spielen heute aber wegen der abweichenden Methodik im Rahmen der Wasserrahmenrichtlinie keine Rolle mehr Fur den deutschen Gewasserguteatlas 1995 wurden anhand der Gewassergute nach Saprobienindex und einer Reihe an denselben Probenstellen gemessener chemischer Werte typische Wertebereiche fur eine Reihe Belastungsparameter ermittelt und deren Korrelation ermittelt Diese werden in der folgenden Aufstellung 8 dargestellt Guteklasse I BSB5 kleiner 1 mg O2 pro Liter O2 Gehalt nahe der Sattigung Ammonium hochstens in Spuren vorhanden Guteklasse I II BSB5 kleiner 2 mg O2 pro Liter Geringe Sauerstoffdefizite bis 20 Prozent im Tagesgang moglich Ammonium hochstens in Spuren vorhanden Guteklasse II BSB5 kleiner 5 mg O2 pro Liter Ausgepragter Tagesgang der O2 Konzentrationen durch biogene Sauerstoffproduktion Ammoniumstickstoff Konzentration unter 0 5 mg pro Liter Guteklasse II III BSB5 hoher als 5 mg O2 pro Liter O2 Konzentrationen oft dauerhaft unter 50 Prozent der Sattigung aber ausgepragte Tagesgange Ammoniumstickstoff Konzentration erreicht 1 mg pro Liter Guteklasse III BSB5 bis zu 10 mg O2 pro Liter O2 Konzentrationen oft dauerhaft unterhalb der Sattigung teilweise unter 2 mg pro Liter Ammoniumstickstoff Konzentration uberschreitet 1 mg pro Liter oft Bildung des stark toxischen Ammoniaks Guteklasse III IV BSB5 uber 10 mg O2 pro Liter Sauerstoff zeitweise nur noch in Spuren vorhanden Faulschlamm Bildung Ammoniumstickstoff Konzentration uberschreitet auch langerfristig 1 mg pro Liter Guteklasse IV BSB5 oft weit uber 10 mg O2 pro Liter Sauerstoff langfristig unter 1 mg pro Liter Sediment anaerob von Faulschlamm bedeckt Ammoniumstickstoff Konzentration uberschreitet auch langerfristig 1 mg pro Liter Hinweise auf Belastungen des Wassers aus organischen Quellen lassen sich auch aus Messungen der Stickstoffverbindungen Ammonium Nitrit und Nitrat oder aus dem Gesamt Phosphor gewinnen Diese dungenden fur Pflanzen als Makronahrstoffe bedeutsamen Verbindungen definieren die Trophie des Gewassers Fur den Saprobienindex direkt bedeutsam sind nur die Gehalte der reduzierten Stickstofffraktionen Ammonium und Nitrit weil diese von Mikroorganismen unter Sauerstoffverbrauch zu Nitrat oxidiert werden konnen also saprobiell wirksam sind Indirekte Zusammenhange konnen sich aber haufig dadurch ergeben dass in gut belichteten Gewassern erhohte Nahrstoffgehalte zu starkem Pflanzenwachstum fuhren Sterben diese Pflanzen spater ab fuhrt die gebildete Biomasse durch den Sauerstoffverbrauch zu erhohter Saprobie Dieses Phanomen wird sekundare Verschmutzung genannt und tritt besonders markant in aufgestauten Flussabschnitten auf Die chemischen Parameter sind schneller zu messen als der Saprobienindex Sie stellen ein momentanes Bild der Belastung dar wahrend der biologisch bestimmte Index eine uber langere Zeit entstandene und somit gemittelte Aussage uber die Belastung ergibt Einzelnachweise Bearbeiten Kolkwitz R amp Marsson M 1902 Grundsatze fur die biologische Beurteilung des Wassers nach seiner Flora und Fauna Mitteilungen der koniglichen Prufanstalt fur Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung 1 33 72 Berlin Dahlem a b c d DIN 38410 Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser Abwasser und Schlammuntersuchung Biologisch okologische Gewasseruntersuchung Gruppe M Teil 1 Bestimmung des Saprobienindex in Fliessgewassern M 1 2004 DIN 38410 Validierungsdokument PDF a b Rolauffs P et al Entwicklung eines leitbildorientierten Saprobienindexes fur die biologische Fliessgewasserbewertung Umweltforschungsplan des Bundesministeriums fur Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Forschungsbericht 200 24 227 veroffentlicht als UBA Texte 11 03 PDF Matthias Schaefer Worterbuch der Okologie Springer Verlag 2012 ISBN 978 3 8274 2562 1 S 255 eingeschrankte Vorschau bei Google Books Hans Liebmann Handbuch der Frischwasser und Abwasserbiologie Biologie des Trinkwassers Badewassers Fischwassers Vorfluters und Abwassers Band 1 Verlag R Oldenbourg Munchen 1951 539 S Carolin Meier Jurgen Bohmer Regina Biss Christian Feld Peter Haase Armin Lorenz Claudia Rawer Jost Peter Rolauffs Karin Schindehutte Franz Scholl Andrea Sundermann Armin Zenker Daniel Hering Weiterentwicklung und Anpassung des nationalen Bewertungssystems fur Makrozoobenthos an neue internationale Vorgaben Bericht im Auftrag des Umweltbundesamtes Essen 2006 download bei www fliessgewaesserbewertung de a b c LAWA Landerarbeitsgemeinschaft Wasser Gewasserguteatlas der Bundesrepublik Deutschland Biologische Gewassergutekarte 1995 Berlin 1996 52 Seiten Karten vgl Biologische Gewassergute im Umweltatlas Hessen Sladecek Vladimir 1973 System of water quality from the biological point of view Ergebnisse der Limnologie 7 ISBN 978 3 510 47005 1 LAWA Arbeitskreis Zielvorgaben in Zusammenarbeit mit LAWA Arbeitskreis Qualitative Hydrologie der Gewasser Herausgeber Beurteilung der Wasserbeschaffenheit von Fliessgewassern in der Bundesrepublik Deutschland Chemische Gewasserguteklassifikation Berlin im August 1998 ISBN 3 88961 224 5 Normdaten Sachbegriff GND 4280489 9 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Saprobiensystem amp oldid 232284968