3. Stoffhaushalt im Ökosystem - umwelt.hessen.de · o2 o2 co2 o2 ufervegetation produzenten ufervegetation produzenten ... Ökosystem fliessgewÄsser mensch und gewÄsser Ökologische

Stoffhaushalt im Ökosystem

3.

Ö KO S YS TE M F L I ESSGEWÄSSER MENSC H UND GEWÄSSER ÖKOL OGISCHE B EWER TUNG

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Sachinformationen zum Thema � 64

Lehrerinformationen und Schülermaterial3.1 Stoffumsetzungen und Nahrungsbeziehungen � 68

im Fließgewässer3.2 Dynamik des Sauerstoffhaushaltes � 703.3 Selbstreinigung von Fließgewässern � 723.4 Die Messstation – Ein Bach im Jahreslauf � 74 ––––––""""""

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3.

Wesentliches Merkmal von Ökosystemen ist ein ständiger Stoff-und Energiefluss. � PRODUZENTEN (grüne Pflanzen) wandeln beider Photosynthese mithilfe von Sonnenlicht energiearme, anorga-nische Stoffe in energiereiche, hochmolekulare, organische Stoffe,ihre Biomasse, um. Diese dient wiederum als Nahrung für die � KONSUMENTEN (Tiere), wobei es in einem Nahrungsnetz mehre-re Konsumentenstufen (Primär-, Sekundär- und Tertiärkonsumenten)geben kann. Tote organische Substanz der Konsumenten und Produ-zenten (Ausscheidungsprodukte, Pflanzenteile, Tierleichen) wirdvon den � DESTRUENTEN (vor allem Bakterien und Pilze) mehr oder

Abb. 3-1 Stoffumsetzungen und Nahrungsbeziehungen in einem Fließgewässer

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Fließrichtung

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DESTRUENTEN


Mineralstoffe

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minder vollständig abgebaut, also wieder in anorganische Sub-stanz überführt. In den meisten Ökosystemen entstehen so weitge-hend in sich geschlossene Stoffkreisläufe – eine Art natürliches Re-cycling. Die Stoffe werden über das Nahrungsnetz am gleichen Ortzwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten weiterge-reicht und dabei ständig verändert. Sie kehren jedoch immer wiederin eine niedermolekulare Ausgangsform zurück. Seen sind Beispielefür geschlossene Ökosysteme. Sie sind auch ohne Nährstoffzufuhrvon außen lebensfähig. Eine stoffliche Abhängigkeit von außenbesteht nicht.

00_lehrer_kap_03 23.11.2003 15:38 Uhr Seite 1


3.

Sonderfall Fließgewässer – Spirale statt Stoffkreislauf

Die Fließgewässer dagegen sind offene Ökosysteme: Aufgrund ihrerengen Land-Wasser-Vernetzung und der einseitig gerichteten Strö-mung ist der Stoffhaushalt stark von der umgebenden Landschaft – dem Einzugsgebiet – abhängig, wobei die Abhängigkeit im Längs-verlauf kontinuierlich abnimmt.

Unter natürlichen Bedingungen wird der Mineralstoffgehalt durchdie geologischen Verhältnisse des Einzugsgebietes geprägt. DasNährstoffangebot ist von der Ufervegetation abhängig. Die Stoffewerden mit der Strömung flussabwärts transportiert und oft weitentfernt von ihrem Herkunftsort und geraume Zeit nach ihrer Ent-stehung umgesetzt. Statt eines Stoffkreislaufes muss man daher inFließgewässern eher von einer stromabwärts führenden Stoffspiralesprechen, die mit dem Blatt- und Totholzeintrag in die Oberläufebeginnt. Die Nährstoffproduktion für die Konsumenten und Des-truenten der Oberläufe findet also außerhalb des Gewässers statt(� ALLOCHTHONER Nährstoffeintrag). Das Pflanzenmaterial wirdim Gewässer umgesetzt und liefert die Nahrungsgrundlage für dieOrganismen weiter unten liegender Gewässerabschnitte. Erst all-mählich siedeln sich mit abnehmender Strömung im Gewässerver-lauf auch Algen und Wasserpflanzen als gewässerinterne Produ-zenten an. Die � AUTOCHTHONE Nährstoffproduktion nimmt kon-tinuierlich zu, bis sie im Unterlauf fast vollständig im Gewässerstattfindet. Insgesamt kommt es durch den einseitigen Transport zueiner Nährstoffanreicherung im Längsverlauf. Die stofflichen Ver-änderungen im Längsverlauf eines Fließgewässers sind in � ABB. 2-11dargestellt.

Der Stoffhaushalt im Fließgewässer ist ein komplexes Zusammen-spiel physikalischer, biologischer und chemischer Vorgänge.

Selbstreinigung in Fließgewässern

In das natürliche Recycling der Stoffe über die Nahrungskette kön-nen auch durch menschlichen Einfluss eingetragene „Verunreini-gungen“ einbezogen werden. Die natürliche Selbstreinigung führtzu charakteristischen Veränderungen im Stoffhaushalt und in denLebensgemeinschaften (� M 3.3).

Werden zusätzlich organische Stoffe (z.B. über Abwassereinlei-tungen) in ein Fließgewässer eingetragen, wirkt sich dies vor allemauf den Sauerstoffhaushalt aus. Der Sauerstoffgehalt sinkt zunächstab, denn die komplexen organischen Verbindungen (Kohlenhydrate,Proteine und Fette) werden durch Oxidationsprozesse in nieder-molekulare, anorganische Stoffe metabolisiert. Es entstehen nebenKohlendioxid und Wasser anorganische Nähr- und Mineralstoffe,vor allem Phosphat und Ammonium, das im weiteren zu Nitrat oxi-diert wird. Diese Umsetzungsprozesse sind nur durch eine Massen-vermehrung von Bakterien (Destruenten) möglich, die wiederumdie Nahrungsgrundlage für viele Einzeller (Protozoen) sind.


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Die entstandenen Pflanzennährstoffe Phosphat und Nitrat fördernim weiteren Verlauf das Algenwachstum. In einiger Entfernung vonder Einleitungsstelle schließlich sind die eingeleiteten Stoffe weitge-hend abgebaut und es bestehen annähernd wieder die gleichenstofflichen Verhältnisse wie vor der Einleitung. Voraussetzung ist,dass die eingeleiteten Stoffe biologisch abbaubar und nicht toxischsind.

Wie lang eine Selbstreinigungsstrecke ist, hängt von der eingelei-teten Abwassermenge sowie entscheidend von den Gewässer-strukturen ab. In natürlich strukturierten, flachen Fließgewässernmit schneller Strömung geht die Selbstreinigung sehr viel schnellervonstatten als in technisch ausgebauten. So ist in begradigten Ge-wässern die Sauerstoffversorgung durch das ungünstige Verhältniszwischen Wasseroberfläche und Wasserkörper sowie weniger Tur-bulenzen schlechter. Außerdem steht den Destruenten eine verrin-gerte Aufwuchsfläche zur Verfügung und die Aufenthaltszeit desWassers ist durch den beschleunigten Abfluss geringer. DurchRenaturierungsmaßnahmen kann die Selbstreinigungsfähigkeitund damit indirekt auch die Wasserqualität verbessert werden.

In Kläranlagen wird der Selbstreinigungsvorgang intensiviert, in-dem man die Lebensbedingungen für das Wachstum der Destru-enten durch technische Maßnahmen (z.B. Belüftung) optimiert.(� KAP. 8 ABWASSERREINIGUNG)



3.

Eutrophierung

Unter natürlichen Bedingungen liegen die Pflanzennährstoffe Stick-stoff und Phosphor in Gewässern nur in sehr geringen Konzentra-tionen vor. In Binnengewässern ist Phosphor in der Regel der limi-tierende Faktor, im Meer dagegen vor allem der Stickstoff.

Werden nun Pflanzennährstoffe aus angrenzenden landwirtschaft-lichen Flächen oder durch Abwassereinleitungen in Fließgewässereingetragen, kommt es zu einem erhöhten Wachstum von Algenund Wasserpflanzen. Auf den Stoffhaushalt wirkt sich das ver-mehrte Pflanzenwachstum zunächst vor allem hinsichtlich desSauerstoffgehaltes aus. Es kommt zu ausgeprägten Sauerstoff-amplituden im Tagesverlauf, weil die Pflanzen in Abhängigkeit vonder Sonneneinstrahlung durch die Photosynthese tagsüberSauerstoff produzieren. In stark nährstoffbelasteten Gewässern tre-ten in den Nachmittagsstunden regelmäßig Sauerstoffübersätti-gungen auf, die mit mehr als 200% für Fische tödlich sein können(Gasblasenkrankheit). In der Nacht dagegen wird der Sauerstoffdurch Respiration verbraucht, so dass es zu ökologisch kritischenSauerstoffdefiziten kommt.

Mit zunehmender Eutrophierung wird der Sauerstoffhaushaltzusätzlich durch die aerobe Zersetzung abgestorbener Pflanzenbelastet. In Seen kann dabei die Sauerstoffzehrung so stark wer-den, dass vor allem in tieferen Schichten die aeroben Mineralisie-rungsprozesse von anaeroben Fäulnisvorgängen abgelöst werden.Der See „kippt um“.

Grundsätzlich sind Fließgewässer weniger eutrophierungsgefähr-det als Seen, weil die Nährstoffe aus dem fließenden Wasser kaumaufgenommen werden können. Wird ein Fluss jedoch aufgestaut,verbessern sich die Bedingungen für das Pflanzenwachstum und eskönnen auch hier ökologisch kritische Sauerstoffamplituden auftre-ten (� ABB. 3-4).


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Abb. 3-3 Sauerstoffgehalt, Wassertemperatur und Globalstrahlung in der Oberen Lahn über 4 Tage.

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Abb. 3-2 Sauerstofftagesgänge Die Tagesganglinie des Sauerstoffs gibt Auskunft über die Nährstoffbelastung von Fließgewässern. Eine hoheAmplitude mit Sauerstoffübersättigung in den frühen Nachmittagsstunden und Sauerstoffdefiziten in der Nacht sind ein sicheres Zeichen für dieEutrophierung des Gewässers durch hohe Belastung mit Nährstoffen. Inunbelasteten Fließgewässern sind die Tagesamplituden des Sauerstoffs niedrig und es lassen sich keine Übersättigungen feststellen.



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in % Sauerstoffsättigung an der Oberfläche

Sauerstoffsättigung über dem Grund

Abb. 3-4 Sauerstoffjahresgang der unteren Fulda (Staustufe Wahnhausen). Die Daten wurden im Rahmen des hessischen Gewässergütemessprogrammes erhoben. (HLFU 1997).



Stoffumsetzungen und Nahrungsbeziehungenim Fließgewässer

3.1

Zielgruppe

Sek. II

Fachbezug

Biologie

Ziele

■ Besonderheiten der Stoffumsetzungen in einem Fließgewässerals offenem System erarbeiten: Aufgrund der einseitig gerichteten Strömung gibt es keinen echten Stoffkreislauf, sondern eher eine Stoffspirale

■ Unterschiede bei Stoffumsetzungen und Nahrungsbeziehungenim Längsverlauf des Fließgewässers beschreiben

Vorbereitung

Da Stofffluss und Nahrungsbeziehungen im Fließgewässer auf-grund der einseitig gerichteten Strömung als Sonderfall anzusehensind und sich zudem im Längsverlauf verändern, sollten die Prin-zipien der Wechselbeziehungen im Ökosystem (C, N und P-Kreis-lauf sowie die funktionellen Beziehungen zwischen Produzenten,Konsumenten, Destruenten) anhand eines geschlossenen Ökosystems(z.B. See) bereits erarbeitet sein. Gute Darstellungen und Materia-lien findet man in den gängigen Oberstufen-Themenheften zurÖkologie.

Durchführung/Aufgabenstellungen

✗ Tragen Sie mit Pfeilen die Wechselbeziehungen im Ökosystem Fließgewässer ein (dargestellt ist die Situation im Mittellauf eines Flusses). � ABB. 3-1 STOFFUMSETZUNGEN UND NAHRUNGSBEZIEHUNGEN IN EINEM FLIESSGEWÄSSER

✗ Vergleichen Sie Ort der Entstehung und des Verbrauchs der Nahrungsstoffe. Kann man von einem geschlossenen Stoff-kreislauf sprechen?� SACHINFORMATIONENOrt der Entstehung und des Verbrauchs von Nahrungsstoffen lie-gen in Fließgewässern räumlich und zeitlich oft weit voneinanderentfernt. Außerdem findet ein Teil der Primärproduktion außerhalbdes Gewässers statt. Statt von einem Stoffkreislauf muss man ineinem Fließgewässer deshalb von einer Stoffspirale sprechen.

Vertiefungsmöglichkeiten

● Vergleich mit Ober- und UnterlaufDazu � ABBILDUNG 2-11 zur Hilfe nehmen und jeweils die Nah-rungsbeziehungen auf einer eigenen Zeichnung darstellen, evtl. alsTafelbilder entwickeln.

✗ In Flussoberläufen und kleinen Bächen gibt es fast keine Produzenten (Algen und Wasserpflanzen), aber trotzdem mehrere Konsumentenstufen. Das Nahrungsnetz scheint noch zu funktionieren. Wovon ernähren sich die Tiere? Produzenten sind in erster Linie die Uferbäume. Sie stellen in Formvon Blättern und Totholz die Nahrung für die Primärkonsumenten(z.B. Bachflohkrebse und andere Zerkleiner). Die Primärproduktionfindet also außerhalb des Ökosystems statt (allochthon). Durch dasschnell fließende Wasser findet im weiteren ein ständiger einseiti-ger Stofftransport statt. Ort der Entstehung und Ort der Aufnahmeder Stoffe liegen noch weiter auseinander als im Mittellauf – dieSpirale ist noch länger gezogen (Respiration > Produktion).

✗ Wie ist die Situation im Unterlauf?Durch das reiche Angebot an Nährstoffen (aus oberen Gewässer-abschnitten) und die geringe Fließgeschwindigkeit, nehmen dieProduzenten im Gewässer (Phytoplankton; Wasserpflanzen) weiterzu. Die Stoffspirale schiebt sich fast zu einem Kreis zusammen undähnelt den Verhältnissen im See. Es gibt vermehrt Zooplankton alsPrimärkonsumenten. Durch den ständigen Nährstoffnachschub vonoberhalb gelegenen Gewässerabschnitten kommt es zu einernatürlichen Eutrophierung (Produktion > Respiration).

Thematische Bezüge/Ergänzungsmaterialien

� M 2.5 ZONIERUNG EINES FLIESSGEWÄSSERS IM LÄNGSVERLAUF


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Stoffumsetzungen und Nahrungsbeziehungen

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im Fließgewässer

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Mineralstoffe

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Fließrichtung

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CO2

1.Tragen Sie mit Pfeilen die Wechselbeziehungen im Ökosystem Fließgewässer ein.

2.Vergleichen Sie Ort der Entstehung und des Verbrauchs der Nahrungsstoffe. Kann man von einem geschlossenen Stoffkreislauf sprechen?



Dynamik des Sauerstoffhaushaltes

3.2

Zielgruppe

Sek. II

Fachbezug

Biologie

Ziele

■ erarbeiten, dass der Sauerstoffhaushalt eines Fließge-wässers ein dynamischer, von mehreren Faktoren beeinflussterVorgang ist

■ am Beispiel Sauerstoff die Aussagekraft chemischer Messwerteeinschätzen können

Durchführung/Aufgabenstellungen

✗ Wie ist der Sauerstofftagesgang: a) im Sommer: viel Sonneneinstrahlung, hohe Primärproduktion,

große Tagesamplitudenb) im Winter: wenig Sonneneinstrahlung, geringe Primär-

produktion, kleine Tagesamplitudenc) bei Belastung durch Abwasser?

Abhängig von der Zusammensetzung des Abwassers; beiBelastung mit ungereinigtem, organischem Abwasser müsste derSauerstoffgehalt ganz nach unten gehen; Zunahme der sauerstoff-zehrenden Abbauprozesse, Unterdrückung der Photosynthesedurch Wassertrübung.

Bei biologisch gereinigtem Abwasser, das noch Nährstoffe enthält,müsste die Amplitude größer werden, da das Pflanzenwachstumund damit die Primärproduktion noch gesteigert würde.

✗ Welchen Aussagewert hat eine einmalige Messung des Sauerstoffgehaltes im Rahmen einer Gewässeruntersuchung? Wann und wie oft müsste gemessen werden, damit man aussagefähige Messwerte bekommt?

Ein Messwert ist kein Messwert. Um aussagekräftige Ergebnisse zubekommen, müsste zu den Zeiten gemessen werden, da Extrem-werte zu erwarten sind (frühe Morgenstunden; nachmittags).Außerdem sollte eine Messkampagne zur Zeit der Frühjahrsalgen-blüte durchgeführt werden. Auch Begleitumstände (Witterung/Sonneneinstrahlung) sind wichtig: Bei bedecktem Himmel sindkeine großen Übersättigungen zu erwarten.

Als zusätzlicher Impuls sollte � ABB. 3-4 SAUERSTOFFJAHRESGANGDER UNTEREN FULDA hinzugezogen werden.


● Freilandarbeit: SauerstofftagesgängeAm Schulbach mit Messgeräten bei einer Projektwoche (stattNachtwanderung!) Sauerstofftagesgänge erheben. Dabei minde-stens im 3-Stunden-Abstand messen, Begleitparameter (Temperatur,pH, Leitfähigkeit, Globalstrahlung) nicht vergessen. GünstigsterZeitpunkt ist die Zeit der Frühjahrsalgenblüte (Mai-Juni), in der mitzunehmender Sonneneinstrahlung vor allem in langsam fließen-den, nährstoffbelasteten Gewässer ohne Ufergehölze erhöhteEutrophierungsgefahr besteht.


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Dynamik des Sauerstoffhaushaltes

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Die Sauerstoffverhältnisse im Fließgewässerwerden von verschiedenen biologischenund physikalischen Prozessen bestimmt, dieeinander überlagern und die für Fließge-wässer charakteristische Tagesganglinie (1)erzeugen.Die Sauerstoffproduktion durch Photosyn-these (2) findet tagsüber statt und steigertsich mit Zunahme der Sonneneinstrahlung.In kleinen Fließgewässern sind vor allemAufwuchsalgen, Moose und Wasserpflanzenfür die biogene Sauerstoffproduktion zu-ständig. Im Unterlauf größerer Flüsse sowiein Seen fast ausschließlich Algen des freienWassers (Phytoplankton).Die Sauerstoffzehrung (3) wird vorwiegendvon Bakterien durch den aeroben Abbauorganischer Substanz verursacht. Sie ist unab-hängig von der Sonneneinstrahlung.Weil sievon der Menge an abbaubarem organischenMaterial im Gewässer abhängt, ist sie inabwasserbelasteten Gewässern besondershoch.Der physikalisch bedingte Sauerstoffaustauschzwischen Wasser und Luft (4) ist abhängigvon der Sauerstoffsättigung des Wassers undfindet an der Wasseroberfläche statt. BeiSauerstoffdefiziten (z.B.nachts oder bei starkerVerschmutzung) wird Sauerstoff aufgenom-men, bei Sauerstoffübersättigung (durch Photo-synthese) wird Sauerstoff abgegeben.

1.Wie ist der Sauerstofftagesgang a) im Sommer b) im Winterc) bei Belastung durch Abwasser?

2.Welchen Aussagewert hat eine ein-malige Messung des Sauerstoffgehaltesim Rahmen einer Gewässerunter-suchung?

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Sauerstoffhaushalt in einem Fließgewässer an einem Sonnentag (aus SCHWOERBEL 1993 nach ODUM 1957)

� Sauerstofftagesgang

� Sauerstoffproduktion durch Photosynthese

� Sauerstoffzehrung durch Respiration (Tiere, Bakterien, Pflanzen)

� Physikalischer Sauerstoff-Austausch zwischen Wasser und Luft

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Selbstreinigung von Fließgewässern

3.3

Zielgruppe

Sek. II

Fachbezug

Biologie

Ziele

■ Vorgang der natürlichen Selbstreinigung erarbeiten■ Auswirkungen unterschiedlicher Abwasserreinigungsmaßnahmen

auf den Stoffhaushalt im Fließgewässer diskutieren

Aufgabenvorschläge

✗ Beschreiben und erklären Sie die stofflichen und biologi-schen Veränderungen nach der Abwassereinleitung.� SACHINFORMATIONEN

✗ Welche Stoffe sind in dem Abwasser enthalten?Es handelt sich um völlig ungereinigtes Abwasser, das mit starksauerstoffzehrenden, biologisch abbaubaren, organischen Stoffenbelastet ist (Haushaltsabwasser).


✗ Wovon hängt die Länge der Selbstreinigungsstrecke ab?� SACHINFORMATIONEN und � M 5.4 ÖKOLOGISCHE AUSWIRKUNGENDES GEWÄSSERAUSBAUS

✗ Wie würden die Kurven verlaufen, wenn das Abwasser in einer einfachen mechanisch-biologischen Kläranlage ohne weitergehende Nährstoffelimination behandelt würde?� ABB. 3-5, nebenstehendDer erste, sauerstoffzehrende Teil des Selbstreinigungsvorgangs istin die Kläranlage verlagert worden, die organischen Inhaltsstoffedes Abwassers sind weitgehend mineralisiert. Deshalb sind die stoff-lichen Veränderungen im Fließgewässer nicht so gravierend. Esmacht sich vor allem der erhöhte Nährstoffgehalt (Ammonium undPhosphat) bemerkbar. Der Sauerstoffgehalt nimmt geringfügigdurch die Oxidation des Ammoniums zu Nitrat ab (Nitrifikation),um dann etwas anzusteigen, weil durch das erhöhte Nährstoffan-gebot das Algenwachstum und damit die biogene O2-Produktiondurch Photosynthese gesteigert wird. (Die Tagesschwankungen sindin der Kurve nicht berücksichtigt.)

Die Menge der Einzeller verändert sich nicht, sie bleiben imNachklärbecken; erhöht ist die Menge der Bakterien, doch sinddies weniger Destruenten, sondern vor allem Fäkalbakterien, die inder Kläranlage ohne besondere Desinfektionsmaßnahmen nichtvollständig entfernt werden.


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Abb. 3-5 Situation eines Gewässers nach Einleitung von Abwasser auseiner mechanisch-biologischen Kläranlage

LiteraturMAUCH, E. (1998): Die Selbstreinigung der Gewässer. Das Phänomen und seine Bedeutung für die Wassergütewirtschaft. Korrespondenz Abwasser (45), 8: 1439-1453

✗ Wie würden die Kurven verlaufen nach der Einleitung vonAbwasser, das in einer Kläranlage mit vollständiger Nährstoff-elimination behandelt wurde?Es dürften keine stofflichen Veränderungen im Fließgewässer auf-treten, lediglich der Bakteriengehalt dürfte ansteigen.(Fäkalbakterien, s.o.)

Ergänzungsmaterial

� M 5.4 ÖKOLOGISCHE AUSWIRKUNGEN DES GEWÄSSERAUSBAUS

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Fließstrecke

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Sauerstoff

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Selbstreinigung von Fließgewässern

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1.Beschreiben und erklären Siedie stofflichen und biologischenVeränderungen nach derAbwassereinleitung.

2.Welche Stoffe sind in demAbwasser enthalten?

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Fließstrecke

Salze

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Sauerstoff

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Ein Bach im Jahreslauf

3.4

Zielgruppe

Ab Klasse 7

Fachbezug

Biologie, Lernbereich Naturwissenschaften, Projektunterricht

Ziele

■ genaue Beobachtung eines Ökosystems im Jahreszeitenwechsel■ Beschreiben und Dokumentieren von Beobachtungen und

Messwerten über einen längeren Zeitraum; Heranführen an wissenschaftliches Arbeiten

■ Blick für Einzelheiten und Veränderungen schärfen■ persönlichen Bezug zum „Schulbach“ herstellen

Material

■ Klemmbrett mit Protokollbogen; (Blei-)Stift■ weiteres Material (Messgeräte, Hilfsmittel) abhängig von

Aufgabenstellung und Einrichtung der Messstation

Allgemeine Hinweise

Die längere, jahreszeitenübergreifende Beobachtung eines Bachesist eine wichtige und sehr bereichernde unterrichtsbegleitendeAufgabe während einer längeren Einheit „Gewässerökologie“. DieEinrichtung der Messstation und die Planung des Messprogrammesist abhängig von Altersgruppe, Zeitrahmen, Unterrichtsform undörtlichen Gegebenheiten und kann sehr unterschiedlich gestaltetwerden. Besonders geeignet ist sie im Rahmen einer freiwilligenArbeitsgemeinschaft, im Wahlpflichtkurs, im Projektunterricht undin der Oberstufe, sie kann jedoch auch begleitend zum Fachunter-richt durchgeführt werden.

Vorbereitung

● Einrichtung der Messstation Zunächst muss eine Messstation eingerichtet werden. Wichtig istes, sich auf eine verbindliche, gut zugängliche Probestelle in derNähe der Schule zu einigen. Diese wird deutlich gekennzeichnet,beispielsweise durch einen fest installierten „Pegel“ (ein tief in dieGewässersohle gerammter Stock, der am besten an einem Baum,Steg oder Brückenpfeiler befestigt ist). Dort wird der Wasserstanddirekt abgelesen oder mithilfe eines Zollstocks festgestellt.

Die Messstation kann auch zu einer richtigen Forschungsstation,z.B. in einem ausrangierten Bauwagen ausgebaut werden und mitentsprechenden Online-Messgeräten ausgerüstet werden. Eine aus-führliche Anleitung zur Ausstattung und Unterhaltung einer For-schungsstation sowie eine große Anzahl an Arbeitsvorschlägenaus jahrelanger praktischer Erfahrung findet man bei FEY (1996).

Anregungen kann auch der Besuch einer Messstation des Hes-sischen Gewässergütemessprogramms geben. Standort der Mess-stationen und Hinweise zum Gewässergütemessprogramm unterwww.hlug.de.

● Messprogramm und Arbeitsplan festlegenDas Messprogramm sollte gemeinsam mit den Schülerinnen undSchülern geplant werden. Dabei sind folgende Fragen zu klären:Was wird gemessen und beobachtet?Das nebenstehende Protokoll ist nur ein Vorschlag; die Auswahlder Parameter richtet sich nach Altersstufe, Zielsetzungen und vor-handenen Messgeräten. In unteren Klassen sollte hauptsächlichbeobachtet werden, in höheren Klassen wird – natürlich abhängigvon den technischen Möglichkeiten – zusätzlich (!) gemessen.Wann wird gemessen?Die Messungen sollten einmal wöchentlich, mindestens jedoch ein-mal im Monat durchgeführt werden. Aussagekräftige Sauerstoff-werte sind am besten bei höchstem Sonnenstand zu messen.Wer ist zuständig?Empfehlenswert ist ein Rotationsverfahren, evtl. in Zweiergruppen.Welche Geräte werden gebraucht, wo werden sie gelagert?Verantwortlichkeiten in einem Arbeitsplan festhalten.

Durchführung

Nach entsprechender Einweisung führen die Schülerinnen undSchüler die Beobachtungen und Messungen eigenverantwortlichdurch. Die Ergebnisse sollten in einem Protokollbuch/Protokollmappe zentral gesammelt werden.

Auswertung/Vertiefungsmöglichkeiten

● Einbindung in den Fachunterricht BiologieZu Beginn jeder Unterrichtsstunde berichtet die jeweils zuständigeGruppe über ihre Beobachtungen und Messergebnisse.● Messergebnisse graphisch darstellenÜber (Computer-)Graphiken sollten die Messergebnisse über einenlängeren Zeitraum veranschaulicht und zusammengefasst werden.● Datenaustausch und Vergleich der ErgebnisseErgebnisse mit denen des Hessischen Gewässergütemessprogrammes(Biologische Gewässergütekarte) oder anderen Untersuchungen ver-gleichen, dabei auf räumliche und zeitliche Veränderungen achten.Ein computergestützter Austausch von Gewässerdaten mit anderenSchulen ist über � HESSNET möglich.

Thematische Bezüge/Ergänzungsmaterial

� KAP. 11 ÖKOLOGISCHE BEWERTUNG EINES BACHES


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LiteraturFEY, M.J. (1996): Biologie am Bach. Praktische Limnologie für Schule und Naturschutz. Quelle & Meyer. Wiesbaden.


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Ein Bach im Jahreslauf – Protokollbogen

3.4


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Legt an eurem Bach eine feste Mess- und Beobachtungsstation an, die einmal pro Woche untersucht wird.Tragt die Mess- und Beobachtungsergebnisse in die Tabelle ein.

0

50 50

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Name der Messstation:

Untersucht von:

Datum und Uhrzeit:

Witterung

Wasserstandan Pegel/Zollstock ablesen

Fließgeschwindigkeit, Fl ießverhaltenMessen oder mit Worten beschreiben

Sichtbare WasserbeschaffenheitFarbe, Geruch, Besonderheiten

Temperatur

Sauerstof fgehalt

Leitfähigkeit

Beobachtete Tiere

Veränderungen an den Pflanzen

SonstigesBeobachtungen/Auffälligkeiten


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3. Stoffhaushalt im Ökosystem - umwelt.hessen.de · o2 o2 co2 o2 ufervegetation produzenten ufervegetation produzenten ... Ökosystem fliessgewÄsser mensch und gewÄsser Ökologische