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Dynamische Biotests

in der Gewässerüberwachung

Zur zeitnahen Überwachung von Fließgewässern werden neben den gängigen physikalisch-chemischen Messverfahren auch biologische Messmethoden, sogenannte "kontinuierliche Biotestverfahren" eingesetzt. Sie zeigen in Ergänzung zu chemischen Analysen, mit denen >z. B. außergewöhnliche Konzentrationserhöhungen von Einzelstoffen nachgewiesen werden können, direkt Wirkungen von Stoffen und Stoffgemischen an. Da diese Informationen mit anderen Methoden nicht zu erreichen sind, stellen sie eine notwendige Ergänzung zu physikalisch-chemischen Analysenverfahren bei der Gewässerüberwachung dar.

Die Reaktionen von Organismen in Testgeräten, die in einer Messstation kontinuierlich einem Teilstrom des Gewässers ausgesetzt sind, können direkt zur Bewertung von Stoßbelastungen herangezogen werden oder eine intensivierte Analytik zur Ursachenermittlung auslösen. Gravierende Schädigungen der Testorganismen werden stets als Hinweis auf eine mögliche Schädigung der Gewässerbiozönose gesehen. Sie können Veranlassung sein, weitergehende biologische Untersuchungen durchzuführen, um Auswirkungen auf die Gewässerorganismen festzustellen. So wurden z. B. an verschiedenen Stellen im Rhein künstliche Substrate ausgebracht, die im Alarmfall unverzüglich auf ihre Besiedlung hin überprüft werden können. Da die biologische Wirkung eines Stoffes nicht von einer chemischen Analyse abgeleitet werden kann und mit chemisch-analytischen Methoden nicht jederzeit alle Schadstoffe nachgewiesen werden können, sind biologische Testverfahren für Überwachungsnetze unverzichtbar.

Entwicklung

In den 70er Jahren wurden von Biologen des nordrhein-westfälischen Landesamtes für Wasser und Abfall (LWA) - heute LANUV - die ersten kontinuierlichen Biotestverfahren entwickelt. Veranlassung waren verschiedene Schadensfälle, verbunden mit Fischsterben größeren Ausmaßes am Niederrhein. In Zusammenarbeit zwischen dem LWA und der Landesstelle für Gewässerkunde Baden-Württemberg entstand 1971 eine Testapparatur, aus der später der Kerren-Strömungsfischtest hervorging. Als Testkriterium dient die Fähigkeit der eingesetzten Goldorfen, sich einer in periodischen Abständen von 10 Minuten erzeugten Strömung entgegen zu stellen und dabei ihre Schwimmposition zu behalten. Unter der Einwirkung von Schadstoffen verlieren die Fische diese Fähigkeit und werden abgedriftet, was vom Testgerät automatisch registriert und im Wiederholungsfall als Alarmmeldung herausgegeben wird. Das Testsystem wurde im Laufe der Jahre modifiziert und optimiert. Ab 1972 wurden Strömungsfischtests in den Wasserkontrollstationen (WKSt) Kleve-Bimmen und Bad-Honnef am Rhein eingesetzt.

Der Dynamische Daphnientest - Testaufbau

In Ergänzung zum Strömungsfischtest wurde von Mitarbeitern des LWA ein Testsystem mit Wasserflöhen, der "Dynamische Daphnientest", entwickelt.

In diesem Testsystem wird das Schwimmverhalten von Daphnien über optische Sensoren beobachtet. Schadstoffe im Wasser rufen bei den Daphnien ein verändertes Schwimmverhalten hervor. Weichen diese Veränderungen signifikant vom Normalverhalten ab, wird durch das Testsystem Alarm ausgelöst. Seit 1982 werden Dynamische Daphnientests neben den Strömungsfischtests in den Wasserkontrollstationen eingesetzt. Als im November 1986 mit Pestiziden verunreinigtes Löschwasser beim Sandoz-Brand in den Oberrhein gelangte, konnte mit dem Dynamischen Daphnientest in der Wasserkontrollstation Bad Honnef der Eintritt der Schadstoffwelle nach NRW verfolgt werden. Nicht zuletzt deshalb wurden die beiden kontinuierlichen Biotestverfahren neben physikalisch-chemischen Messmethoden feste Bestandteile der intensivierten Gewässerüberwachungs-Organisation (INGO) in NRW.

Die breite Schadstoffpalette, mit der bei Gewässerverunreinigungen gerechnet werden muss, machte eine Weiterentwicklung der Biotests erforderlich. Das LWA nahm deshalb von 1989 bis 1992 an einem von der Deutschen Kommission zur Reinhaltung des Rheins (DKRR) initiierten Verbundvorhaben teil, in dem insgesamt 22 kontinuierliche Testverfahren entweder weiter- oder neu entwickelt wurden. Für alle trophischen Ebenen wurden abschließend Geräte für den Einsatz im Rhein empfohlen. Von der Entwicklung eines Geräteprototypen bis zu seiner Einsatzfähigkeit als kontinuierliches Messgerät in einer unbemannten Messstation ist jedoch ein langer Weg. Von den neuartigen Testverfahren wurde deshalb zunächst nur der "Dreissena-Monitor" vom LWA in die Biotestpalette in den Messstationen mit aufgenommen. Das Testprinzip des Dreissena-Monitors beruht auf der Registrierung der Schalenbewegungen der Dreikantmuschel (Dreissena polymorpha). Sinkt der prozentuale Anteil offener Muscheln (Vermeidung eines Kontaktes zum Außenmedium und einer möglichen späteren Schädigung des Organismus) oder steigt die Häufigkeit der Schalenbewegungen sprunghaft an, so deutet dies auf einen Schadstoffeinfluss hin.