THEORIE 1. Onder deze omstandigheden kunnen bacteriën voorkomen die goed tegen zuurstofarme

Transcriptie

1 THEORIE 1 Zelfreinigend vermogen van zoet water Inleiding Elk water wat door organische stoffen (afkomstig van planten, dieren of mensen) verontreinigd wordt, wordt na enige tijd weer schoon, vooropgesteld dat de toevoer van organische stoffen stopt. Wat overblijft van deze organische stof is water, koolzuurgas en voedingsstoffen voor planten. Dit vermogen van een zoetwater biotoop om organische stoffen om te zetten in anorganische stoffen noemen we het zelfreinigend vermogen. Voor deze omzetting zijn bacteriën verantwoordelijk. Proces Dit proces van zelfreiniging verloopt in een aantal stappen. De toegevoerde organische stof veroorzaakt in eerste instantie een, massale groei van bacteriën, waardoor het zuurstofgebruik in de biotoop sterk toeneemt (aërobe bacteriën verbruiken zuurstof voor hun verbranding). Het water is zuurstofarm tot bijvoorbeeld op grotere diepten - zuurstofloos. Onder deze omstandigheden kunnen bacteriën voorkomen die goed tegen zuurstofarme omstandigheden kunnen (anaëroob) en die methaan (moerasgas), zwavelwaterstof (stinkt naar rotte eieren) of ammoniak als restproduct hebben. Wanneer het grootste deel van de organische stof is afgebroken, dan zal het zuurstof verbruik door bacteriën, langzaam afnemen. Hierdoor krijgen bacteriën, die op zuurstofrijkere omstandigheden (aëroob) zijn aangewezen, een kans. Deze zullen de restanten organische stof, die nog aanwezig zijn verder afbreken. Naarmate de hoeveelheid organische stof verder afneemt, zal ook de hoeveelheid bacteriën verder afnemen. Uiteindelijk zal alle organische stof omgezet zijn in water, koolzuurgas en voedingsstoffen voor planten. De snelheid van zelfreiniging van zoet water hangt van een aantal factoren af. Zo is de beweging van water, hetzij door wind hetzij door stroming, van invloed op de hoeveelheid zuurstof in het water. Zo zal in een snel stromende beek het water meer zuurstof bevatten, er dus meer bacteriën kunnen leven en als gevolg daarvan zal een organische verontreiniging sneller opgeruimd zijn. Ook de waterdiepte speelt een rol; in ondiepe wateren zal de hoeveelheid zuurstof groter zijn dan in heel diepe.

2 INDELING IN ORGANISCHE VERONTREINIGING Indeling Kijkend naar de mate van organische verontreiniging, kunnen we een indeling maken in vier classificaties. ZEER STERK VERONTREINIGD WATER Zuurstofarm of zuurstofloos. Veel slib, dat stinkt. Bacteriën massaal aanwezig. Soortenarm. STERK VERONTREINIGD WATER Zuurstofrijk. Veel bacteriën. Veel microscopische soorten zoals plankton, weinig hogere planten en dieren. Water is niet helder. MATIG VERONTREINIGD WATER Zuurstofrijk. Weinig bacteriën. Helder water. Veel soorten hogere en lagere planten en dieren. Gevoelig voor algen bloei. WEINIG VERONTREINIGD WATER Zuurstofrijk. Geen organische stof. Soortenarm en weinig individuen per soort. Bij deze indeling moet er rekening mee gehouden worden, dat er overgangsfasen voor kunnen komen tussen de verschillende waterkwaliteiten. Naast de verontreiniging met organische stoffen zoals bijvoorbeeld mest, kunnen er ook verontreinigingen optreden door anorganische stoffen (niet afkomstig van levende organismen), zoals bestrijdingsmiddelen, mineralen zoals zout wat gebruikt wordt voor gladheidbestrijding op wegen, chemische schoonmaakmiddelen enzovoort. Abiotische factoren zuurstofgehalte De hoeveelheid opgeloste zuurstof kan voor waterorganismen een beperkende factor zijn. Bij een laag zuurstofgehalte (0-3 mg/l) kunnen de meeste waterorganismen niet leven. De maximale hoeveelheid opgeloste zuurstof in water is afhankelijk van de temperatuur en van de hoeveelheid (onder)waterplanten. Overdag is het zuurstofgehalte in het water hoger dan `s avonds of `s nachts. Indien er weinig (onder)waterplanten in het zoetwaterecosysteem voorkomen, kan de hoeveelheid opgeloste zuurstof significant lager zijn dan in de onderstaande tabel. Jullie zullen het zuurstofgehalte meten met behulp van een O 2 -sensor en coach. De sensor is geijkt op de maximale zuurstofverzadiging (100%) en of zuurstofvrij water (0%). Het zuurstofgehalte wordt gemeten in het door jullie meegebrachte water, dit dient dus zo vers mogelijk en zo min

3 mogelijk geschud te zijn. Zorg er daarom voor dat het meegebrachte water (bv. in een schoon potje) niet met lucht geschud kan worden door het potje, flesje, etc. volledig af te vullen. Temperatuur o C O 2 mg/l ph Natuurlijke wateren hebben meestal een ph tussen de 6 en de 8 (neutraal). Vooral schaaldieren, weekdieren, plankton, insectenlarven en in mindere mate vissen zijn gevoelig voor een lage ph. De meeste waterorganismen zijn vooral gevoelig voor schommelingen in de ph. ph-gevoeligheid van enkele waterorganismen schaal- en weekdieren insectenlarven plankton 100% Percentage overlevende organismen 0% ph samenhang tussen abiotische milieufactoren en waterkwaliteit waarden in mg/l Niet eutroof Weinig eutroof Matig eutroof ernstig eutroof sterk eutroof/verontreinigd Ammonium < 0,01 <0,1 0,1-0,3 0,3-1 > 1 Nitraat < > 108 Fosfaat < 0,1 0,1-0,3 0,3-0,75 0,75-1,5 > 1,5 Nitriet < 0,01 0,01-0,05 0,05-0,1 0,1-1 > 1 Chloride < > 2000 (niet bepaald) zuurstof > 8 > < 4 Geleidbaarheid en bufferend vermogen

4 De geleidbaarheid van water zegt iets over de concentratie opgeloste ionen in het water en dus ook iets over de mate van vervuiling. Een werkwijze voor deze bepaling en de bepaling van het bufferend vermogen volgt in de loop van de practica. Verwerking In het verslag dienen alle resultaten en werkwijzen duidelijk en overzichtelijk weergegeven te worden. Verder moeten jullie ook de gevonden waarden koppelen aan de gevonden biotische factoren en jullie waarnemingen in de omgeving en mogelijke verbanden bespreken Bepaling microbiologisch leven in slootwater Een harmonieus bacterieleven in de sloot is van cruciaal belang om deze gezond te houden. De bacteriën zijn de belangrijkste reducenten in het slootwater en zorgen onder andere voor de vorming van nitraat dat weer de belangrijkste stikstofbron is voor waterplanten. Deze kringloop noemen we de stikstofkringloop.

5

6 Waterkwaliteitsbepaling aan de hand van fytoplankton Algen in het voedselweb Algen staan aan het begin van de voedselketen in het water (zie onderstaande figuur). Het fytoplankton vormt het voedsel voor het dierlijke plankton, waaronder watervlooien en roeipootkreeftjes. Deze diertjes worden zelf weer gegeten door vis als Spiering, jonge Brasem en Blankvoorn. Deze vissen kunnen op hun beurt een prooi worden van Baars, Snoek, Snoekbaars, Fuut en Aalscholver. Baars Snoek Snoekbaars Fuut Aalscholver Jonge brasem Spiering Blankvoorn Zoöplankton (dierlijk plankton) Fytoplankton Fytoplanktonsoorten verschillen in begraasbaarheid en verteerbaarheid. Zoöplanktonsoorten verschillen in voorkeur voor de grootte van hun voedseldeeltjes. Begrazing door zoöplankton leidt daardoor al gauw tot een verandering in de soortensamenstelling van het fytoplankton. Sommige algensoorten zijn te groot om te kunnen worden begraasd. Deze algen profiteren van de begrazing van andere soorten en blijven zo uiteindelijk als enige algensoort in het plankton over.

7 Een voorbeeld is de blauwalg Aphanizomenon flos-aquae, die in voedselrijke meren en boezemwateren gevonden kan worden. Bij een hoge graasdruk van watervlooien kan deze soort in de zomermaanden grote kolonies vormen, die als kleine grassprietjes in het water te zien zijn. Algen en eutrofiëring Van de belangrijkste voedingsstoffen voor fototrofe algen is fosfaat van nature het schaarst in de meeste watersystemen. Dit komt omdat de toevoer van fosfaat afhankelijk is van langzame processen: verwering en erosie (Reynolds 1978). Door menselijke activiteiten is het gehalte van fosfaat, maar ook van stikstof, in het oppervlaktewater sterk gestegen. Dit proces heet eutrofiëring. Omdat de voedingsstoffen hierdoor niet langer groeibeperkend zijn, kan het fytoplankton doorgroeien tot het water zo troebel is, dat de factor licht beperkend wordt. Niet alleen de biomassa, maar ook de soortensamenstelling van fytoplankton verandert als gevolg van eutrofiëring. Algensoorten die aangepast zijn aan minder licht hebben een voordeel in het troebele water. Dit geldt bijvoorbeeld voor de blauwalgen Limnothrix redekei en Planktothrix agardhii. En verder, door eutrofiëring neemt wel fosfaat toe, maar niet silicium, dat een essentiële voedingsstof is voor kiezelalgen. Wanneer de verhouding silicium:fosfaat door eutrofiëring daalt, kunnen soorten met een lagere siliciumbehoefte (zoals groenalgen, blauwalgen en dinoflagellaten) in het voordeel zijn boven soorten met een hogere siliciumbehoefte (zoals kiezelwieren en goudalgen). De belangrijkste eutrofiëringseffecten via het fytoplankton zijn samengevat: - troebelheid door een hogere biomassa van planktonalgen (hierdoor verdwijnen waterplanten en verandert de soortensamenstelling van macrofauna en vis) - bloei van blauwalgen in de zomer (in ondiepe meren van bijvoorbeeld Planktothrix agardhii, in diepere meren van bijvoorbeeld Microcystis). Enkele belangrijke milieufactoren

8 De soortensamenstelling van fytoplankton wordt bepaald door een aantal factoren, die hieronder genoemd worden. 1) Het zoutgehalte en de alkaliniteit van het water (bufferend vermogen). In ongebufferde, zure vennen vinden we heel andere soorten dan in onze grote, matig tot sterk gebufferde plassen en meren, of in brakke wateren. 2) Het lichtklimaat onder water, in relatie tot turbulentie (waterbeweging). In troebele en turbulente rivieren overheersen het gehele jaar kiezelalgen (Stephanodiscus, Skeletonema). In heldere, matig voedselrijke meren overheersen in het voorjaar kiezelalgen (Asterionella, Cyclotella) en goudalgen (Dinobryon) en in de zomer dinoflagellaten (Ceratium), sieralgen en kleine chroococcale blauwalgen (Cyanodictyon, Snowella, Woronichinia). Wanneer deze meren voedselrijker en daarmee troebeler worden, gaan in het voorjaar andere kiezelalgen domineren (Stephanodiscus, Diatoma) en in de zomer andere blauwalgen (Aphanizomenon, Limnothrix, Microcystis, Planktothrix). 3) De watertemperatuur. Kiezelalgen uit de voorjaarspiek zijn aangepast aan lagere temperaturen. Wanneer de hoeveelheid licht in het vroege voorjaar geleidelijk toeneemt beginnen ze te groeien. Veel blauwalgen daarentegen zijn aangepast aan hogere temperaturen en ontwikkelen zich pas later in het seizoen. 4) Begrazing door zoöplankton. Deze is in meer of mindere mate selectief. Hierdoor verschuift de soortensamenstelling in de richting van soorten die moeilijker begraasbaar zijn, zoals kolonievormende blauwalgen (bijvoorbeeld Anabaena lemmermannii, Aphanizomenon flos-aquae), grotere sieralgen (Closterium aciculare, Staurastrum planctonicum), grotere kiezelalgen (Actinocyclus normanii, Fragilaria crotonensis) en grotere, of met een slijmmantel omgeven groenalgen (Oocystis, Sphaerocystis). 5) De voedselrijkdom (trofiegraad). Er is een duidelijke relatie tussen de alkaliniteit en het fosfaatgehalte (Vighi & Chiaudani 1985): hoe hoger de alkaliniteit, hoe hoger van nature het fosfaatgehalte. Het verband tussen soortensamenstelling en voedselrijkdom berust daarom deels op de bovengenoemde invloed van de alkaliniteit: laag-alkaliene, van nature voedselarme plassen herbergen oligotrafente soorten, hoog-alkaliene, van nature voedselrijke plassen zijn gekenmerkt door eutrafente soorten. In wateren die van nature voedselarm zijn (niet tot zwakgebufferde wateren) verschuift de soortensamenstelling bij toename van de voedselrijkdom (eutrofiëring). In plaats van langzaamgroeiende soorten (o.a. sieralgen) en mixotrofe soorten (o.a. goudalgen) treden sneller groeiende groenalgen (o.a. flagellaten en Chlorococcales) en cryptophyceeën in de zomer op de voorgrond.

9 Samenvattend kunnen we dus stellen dat plankton een verzamelnaam is voor microscopisch kleine organismen die voornamelijk drijvend in het water leven. Plankton staat aan de basis van de voedselketen van een aquatisch milieu. Plankton wordt als volgt ingedeeld: Zoöplankton: dierlijk plankton Fytoplankton: plantaardig plankton, dit plankton maakt gebruik van fotosynthese voor hun energievoorziening waardoor ze behalve een belangrijke voedselbron ook van essentieel belang zijn voor het zuurstofgehalte in het water.

10

11 Algenbloei Algenbloei doet zich voor in meren en vijvers waar te veel nitraat en fosfaat in voorkomt. In de zomer kunnen dan algen en blauwalgen zich razendsnel voortplanten,waardoor de vijver onleefbaar wordt voor dieren en waterplanten: De algen houden het licht tegen en verbruiken alle zuurstof, de vijver wordt een ondoorzichtige groene drap. Dit heet eutrofiering. Oorzaken Algenbloei Zoals gezegd, een teveel aan fosfaat en nitraat is de oorzaak van algenbloei: bronnen hiervoor zijn vissevoer, dode planten (bladeren, gras), kunstmest, afval. Daardoor zal ook de modder in de vijver teveel fosfaat en nitraat bevatten. Algen en blauwalgen groeien goed bij hoge nitraat en fosfaat gehaltes. Algen in de vijver worden vaak draadalg, groenalg, plaagalg of flap genoemd. bestrijding algenbloei Voorkom dat vissevoer en kunstmest in het water komen. Verwijder bladeren en troep. Verwijder het modder van de bodem. Daarna kan het water. Draadalg in een vijver door te veel voedingsstoffen in het water. Er zijn zuurstofbelletjes te zien en een Brakwatersteurgarnaal is op zoek naar iets eetbaars. Onder de draadalg heerst duisternis. de vijver s'middags Op het einde van de middag verschijnen zuurstofbelletjes in

12 van de vijver doorgespoeld worden met regenwater of leidingwater (meestal het beste). natuurlijke bestrijding algenbloei Riet en Lisdodde zijn de aangewezen oeverplanten om veel nitraat en fosfaat snel te verwijderen. Ook Eendekroos is een efficiente nitraat en fosfaat reiniger. Verwijder regelmatig riet en lisdodde: Eendekroos wordt met een schepnet verwijdert. Toevoegen van zuurstofplanten is een werkzame maatregel: Ze concureren met de algen om het zonlicht en vooral Hoornblad en Waterpest zijn hier goed in. Deze zuurstofplanten geven ook stoffen af welke de algen in hun voortplanting remmen. aanvullende maatregelen (koi)karper en brasem woelen de bodem om en maken het water ondoorzichtig : daardoor is het voor waterplanten moeilijker om te concureren met de algen. Roggestro is een materiaal wat een algenremmende stof bevat en ook de hoeveelheid microleven doet toenemen. Drijfplanten zoals Waterlelie en het genoemde eendekroos vangen het zonlicht ook weg. Zorg ervoor dat niet meer dan 30% van het oppervlakte bedekt is met drijfplanten. Kikkervisjes eten draadalg in grote hoeveelheden. >br> Kikkervisjes en koi of goudvis gaat niet goed samen. de draadalgen massa (flap, groenalg of plaagalg). Het water is oververzadigd met zuurstof. Doordat de temperatuur in het water dan het hoogste is, en ook het zuurst kan er minder zuurstof oplossen. Er stijgen dan luchtbelletjes naar het oppervlakte van de vijver of sloot. Als door de komst van onweer de luchtdruk ook nog daalt ontstaan er nog meer luchtbelletjes. De zuurstofbubbeltjes zitten gevangen tussen de draadalgen. Daardoor trekken deze zuurstofdruppeltjes de algenmassa omhoog, naar de oppervlakte. daardoor drijft het draadalg smiddags aan de oppervlakte. Door veralging van de vijver wordt het water zuurder en verdwijnt de zuurstof naar de lucht. Onder het draadalg dringt de zon niet meer door. Er ontstaat en donkere zuurstofloze vijver, welke van boven gezien op een groene massa of soep lijkt. Het vijvertje van Liesbeth met eutrophie. Niet veroorzaakt door het voeren van de vissen, wat bijna altijd de oorzaak is, maar door (kunst)mest en bladeren. Een andere bijdrage is de grote hoeveelheid drijfplanten waardoor er in het water duisternis heerst. Nog meer zonlicht wordt weggevangen door de overhangende struik. Er zijn bij eutrofiering vaak meerdere oorzaken tegelijkertijd. De belangrijkste zijn: het voeren van vissen: het gebruik van kunstmest voor de tuin en het gebruik van kunstmest voor de waterplanten.

13 Hetzelfde vijvertje na de schoonmaak: het water is weer doorzichtig.