Handleiding Biologisch wateronderzoek 2 e en 3 e graad Secundair onderwijs De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 1
Handleiding : Doelgroep Periode Biologisch wateronderzoek 14 18 jaar april eind oktober Duur van de activiteit 1 u 30 Materiaal voor de gids in microscopielokaal : maatbeker 2 witte schalen + keukenzeef handdoek lepeltjes plastieken potjes educatieve fiches van waterdiertjes 2 stiften van verschillende kleur poster tabel met natuurlijke verklikkers laptop met powerpointpresentatie van waterdiertjes Materiaal voor de lln. aan de vijver: in microscopielokaal : 2 emmers + schepnetten stereomicroscopen werkblad determinatiesleutel voor macro-invertebraten (1 per leerling)l Kledij laarzen + regenkledij Verloop De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 2
Inleiding Waarvoor hebben jullie vandaag al water gebruikt? Wat gebeurt er met dit vuile water? Om te douchen, om tanden te poetsen, voor het toilet, om te drinken, om koffie te maken,. Dit vuile water komt in het riool terecht (behalve op de plaatsen waar nog geen riolering ligt). Het afvalwater komt dan via de rioolbuizen in een waterzuiveringsinstallatie terecht waar het gezuiverd wordt. Dit gezuiverde water wordt dan in een waterloop geloosd. In Vlaanderen wordt ongeveer 75 % van het huishoudelijk afvalwater gezuiverd. (gegevens 2014) Werking van het kleinschalig waterzuiveringsstation Combinatie percolatierietvelden met wortelzonezuivering Bij het deksel van de afvalwaterput De Helix is niet aangesloten op riolering. Het centrum ligt te ver van de hoofdstraat, waardoor het economisch en ecologisch niet verantwoord is om voor één gebouw meer dan 1 km rioleringsbuizen aan te leggen. Het afvalwater van het centrum wordt kleinschalig gezuiverd. Voor deze zuivering zorgen o.a. de planten die binnen de groene omheining staan. Dit gezuiverde afvalwater komt in een vijvertje terecht. Je bepaalt de kwaliteit van het vijverwater aan de hand van de ongewervelde diertjes. Voor je op zoek gaat naar deze diertjes, leg je kort uit hoe het afvalwater gezuiverd wordt. Al het afvalwater van het centrum komt in een ondergrondse put terecht afgesloten door het deksel waar jullie nu rond staan. Het afvalwater is hier grotendeels afkomstig van de toiletten. Eerste stap in het zuiveringsproces Als het afvalwater in de put een bepaald niveau bereikt, slaat er automatisch een versnijdingspomp aan die de afvaldeeltjes verkleint (= mechanische zuivering). Het afvalwater wordt daarna via de zwarte buis naar de waterzuivering gepompt. Aan het begin van de waterzuivering tussen de 2 rietvelden Tweede stap in het zuiveringsproces Het afvalwater wordt tussen de planten van één van deze 2 bekkens gepompt. Welke planten zijn dit? Riet De 2 rietvelden worden afwisselend gedurende een week bevloeid. Welk voordeel biedt riet bij waterzuivering? Door de holle structuur van riet kan de zuurstof, geproduceerd door fotosynthese, gemakkelijk vervoerd worden naar de wortels. Zo ontstaat een zuurstofrijke zone rond de wortels, waar de bacteriën zich kunnen ontwikkelen (je kunt de holle structuur van riet tonen op een stukje stengel). De bekkens waarin het riet groeit zijn ongeveer 40 cm diep. Onderaan bevindt zich een dikke groene folie, die je hier en daar zelfs kan zien. De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 3
Waarom is die folie nodig? Om te voorkomen dat het afvalwater in de grond sijpelt en zo het grondwater zou verontreinigen. De wortels van het riet groeien in een zandlaag die afgedekt is met kleine kiezeltjes. Het afvalwater sijpelt door de zandlaag die de grotere vuildeeltjes tegenhoudt. De fijne vuildeeltjes dringen door tot in de wortellaag van het riet. Het vuile water komt zo in contact met de bacteriën die de afvalstoffen verteren en omzetten in mineralen. Wat nemen planten op uit de bodem om te groeien? Water en mineralen. Kan je dan verklaren waarom het riet hier goed groeit? De rietplanten beschikken over veel mineralen ontstaan door de vertering van de vuildeeltjes in het afvalwater door de bacteriën op hun wortels. In de winter wordt het riet gemaaid, afgevoerd en gecomposteerd. Kan je verklaren wat er gebeurt tijdens de week dat het riet niet bevloeid wordt? Denk aan de opbouw van de rietbekkens en de werking van de bacteriën. Tijdens die rustweek dringt er verse lucht met zuurstof naar de bacteriën. Bij het putje met het achthoekig deksel in het tweede plantenbed Derde stap in het zuiveringsproces Het voorgezuiverde afvalwater vloeit daarna naar een tweede plantenbed waar de hoofdzuivering gebeurt. In dit plantenbed staan verschillende moerasplanten o.a. gele lis, zegge, watermunt (de leerlingen eventueel eens laten ruiken aan enkele blaadjes), mattenbies, Het afvalwater vloeit lusvormig tussen de planten die op hun wortels weer over bacteriën beschikken. Aangezien dit plantenbekken constant bevloeid wordt en er dus geen verse lucht met zuurstof naar de wortels kan diffunderen, zijn het nu vooral anaërobe bacteriën, dit zijn bacteriën die kunnen leven zonder zuurstof. Deze bacteriën breken de vuildeeltjes verder af. Het gezuiverde water vloeit in het putje, afgedekt met het 8-hoekig deksel. Schep met een beker een beetje gezuiverd water uit het putje en laat de leerlingen het verschil waarnemen met het ongezuiverde afvalwater. Is dit water drinkbaar? Is het water van een rioolwaterzuiveringsinstallatie drinkbaar? Wat gebeurt er daar met het gezuiverde water? Noch het water gezuiverd in onze waterzuivering, noch het water gezuiverd in een rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) is drinkbaar. In beide gevallen is het gezuiverde water zuiver genoeg om in een waterloop te lozen zonder dat het biologisch evenwicht ervan verstoord wordt. In Vlaanderen kan een RWZI gemiddeld het afvalwater van 30 000 inwoners zuiveren. Voor woonkernen waar de huizen dicht bij elkaar staan is een RWZI een goede oplossing om het huishoudelijk afvalwater te zuiveren. In landelijke gebieden is het onrendabel om kilometers rioolbuizen aan te leggen om het huishoudelijk afvalwater naar RWZI s te leiden. Daar is het beter het afvalwater ter plaatse te zuiveren met een kleinschalige waterzuiveringsinstallatie. De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 4
Ons waterzuiveringsstation is geschikt om het afvalwater van 25 personen te zuiveren. Niet alle kleinschalige waterzuiveringsinstallaties werken met planten, er bestaan ook andere systemen. Vierde stap in het zuiveringsproces Als laatste fase in onze waterzuivering vloeit het gezuiverd afvalwater van het putje via een ondergrondse buis naar het vijvertje. Daar klaart het water verder uit. Van dat vijverwater zullen we de kwaliteit bepalen aan de hand van de ongewervelde diertjes die er in voorkomen. Het water in het langwerpige bekken gelegen naast het vijvertje heeft niets te maken met ons waterzuiveringsstation. Dit bekken is gevuld met regenwater dat afkomstig is van het grote dak van ons centrum. Inzamelen van ongewervelde diertjes in het vijver- en/of het regenwater Opdracht voor de leerlingen - Zoek met een schepnet ongewervelde diertjes op zoveel mogelijk verschillende plaatsen in het vijverwater. - Breng de gevonden diertjes over in de 2 emmers (zijn voor + 1/3 gevuld met regenwater). - Gooi het teveel aan waterplanten terug in het water. Enkele tips voor de begeleider: Vaak worden ook kikkers en salamanders gevonden. Regelmatig worden volgende salamanders in ons vijver- en regenwater gevonden: vinpoot- of draadstaartsalamander, kleine watersalamander en alpenwatersalamander. Hou de salamanders apart, verzamel ze eventueel in de maatbeker. Voor je met de leerlingen naar het microscopielokaaltje gaat, kan je de gevangen kikkers en salamanders nog eens bekijken, maar laat daarna deze dieren terug vrij in het water, want bij de bepaling van de biotische index wordt er toch geen rekening mee gehouden. Je kunt de leerlingen eventueel ook diertjes laten zoeken in het langwerpige bekken dat gevuld is met regenwater. In dit water zitten vaak andere diertjes dan in het vijverwater. Bij het afleiden van de biotisch index later, moet je dan wel vermelden dat je 2 verschillende waters gemengd hebt. De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 5
Determinatie van de ongewervelde diertjes in het microscopielokaaltje In het microscopielokaaltje breng je de ingezamelde diertjes over in 2 witte schalen. Gebruik van de zoekkaart Aan de hand van de educatieve fiche van éénoogkreeftje en van de larve van de steekmug maak je de leerlingen vertrouwd met de determinatiesleutel. Gebruik van de stereomicroscopen De 2 ooglenzen kunnen verder uit elkaar of dichter bij elkaar geplaatst worden, afhankelijk van de stand van jouw ogen. Als je iets wil bekijken, moet je dat op het ronde voorwerpplaatje leggen. Dit plaatje kan op 3 manieren belicht worden: bovenlicht, onderlicht of beide. De lichtsterkte kan geregeld worden met het zwarte wieltje aan de voet van het toestel. Om het beeld scherp te stellen kan je met de schroeven op de verticale as de afstand tussen de lenzen en het voorwerp aanpassen. Boven het ronde voorwerpplaatje is er een draaiende schijf, de revolver, waarmee je de vergroting 2x of 4x kan voordraaien. Begin altijd met de kleinste vergroting. Bij het bekijken van kleine diertjes kan je overschakelen op vergroting 4x. Om de leerlingen vertrouwd te maken met de werking van de stereomicroscoop kan je hen een scherp beeld laten zoeken van één van hun vingernagels. Opdracht voor de leerlingen - Neem met een koffielepeltje 1 diertje uit één van de witte schalen en breng het met een beetje water in een plastieken potje. Niet te veel water toevoegen, anders bewegen de diertjes te snel en kan je moeilijk alle kenmerken goed waarnemen die je nodig hebt voor de determinatie. - Zet het potje op het verlichte voorwerpplaatje van de stereomicroscoop en pas de scherpte van het beeld aan. - Zoek met de determinatiesleutel eerst de groep waartoe het diertje behoort, daarna determineer je tot op het geslacht of de soort. - Na controle van de determinatie door de begeleider, schrijf je deze gegevens op het bord. Wanneer iemand anders hetzelfde diertje gedetermineerd heeft, hoeft hij/zij de naam niet opnieuw op het bord te noteren, maar dan zet hij/zij een streepje achter de naam. - Na determinatie van een eerste diertje mag je dit teruggieten in één van de emmers en een 2 e, 3 e, diertje determineren tot de begeleider teken geeft om te stoppen. - Giet de potjes leeg en plaats ze terug in de witte schalen. De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 6
Bepaling van de biotische index Je overloopt de lijst van gevonden diertjes ( hierbij kan je gebruik maken van de powerpointpresentatie op de PC) en bepaalt ook het totaal aantal verschillende diertjes gevonden in het waterstaal. Op basis van de ongewervelde diertjes die we in het water gevonden hebben kunnen we aan het water een kwaliteitscijfer toekennen variërend van 0 tot 10. Dit kwaliteitscijfer noemt men de biotische index Voor deze index geldt: hoe hoger de waarde, hoe beter de kwaliteit. We hebben in ons vijverwater veel verschillende diertjes teruggevonden, dat is al een aanwijzing voor een goede waterkwaliteit. Als het water sterk vervuild is, is er minder verscheidenheid. Bepaalde soorten die ons iets vertellen over de kwaliteit van het water zijn natuurlijke verklikkers of bio-indicatoren. Andere diertjes zijn niet zo gebonden aan de waterkwaliteit. In deze tabel staan een aantal indicatororganismen die gebruikt worden om de waterkwaliteit te bepalen. De organismen die bovenaan in de tabel staan hebben zeer zuurstofrijk water nodig. Naarmate je afdaalt in de tabel kunnen de diertjes beter tegen vervuiling. Rattenstaarten, helemaal onderaan in de tabel, kunnen ook in zeer vuil water nog leven. Zij nemen namelijk zuurstof op uit de lucht d.m.v. hun telescopische adembuis. Je bepaalt nu de biotische index van het water. Je overloopt de tabel met bio-indicatoren (van boven naar onder) en zoekt het gevoeligste organisme dat in het waterstaal voorkomt. Op deze hoogte vind je dan, kruisend met het juiste aantal Totaal aantal systematische eenheden (= totaal aantal verschillende diertjes), de waarde van de biotische index. Voorbeeld Je hebt in totaal 15 verschillende diertjes gevonden. Het gevoeligste organisme is de ronde larve van de ééndagsvlieg, waarvan er 3 verschillende soorten gevonden zijn. Dan vind je als biotische index 7, wat overeenkomt met een goede waterkwaliteit De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 7
Interpretatie van de biotische index kwaliteitscijfer betekenis kleurcode 10 9 zeer goede kwaliteit Blauw 8 7 goede kwaliteit Groen 6 5 matige kwaliteit Geel 4 3 slechte kwaliteit Oranje 2 1 zeer slechte kwaliteit Rood 0 uiterst slechte kwaliteit Zwart Tot 2000, gebruikte de VMM (Vlaamse milieumaatschappij) de BBI om de biologische waterkwaliteit te bepalen. Sinds de invoering van de kaderrichtlijn water wordt de biologische waterkwaliteit ruimer geëvalueerd: men bepaalt de ecologische toestand van het water. Beoordeling van oppervlaktewater volgens de Kaderrichtlijn Water Eind 2000 werd de Europese kaderrichtlijn water (KRW) ingevoerd. Deze richtlijn moet er voor zorgen dat tegen eind 2015 het oppervlakte- en grondwater bij ons en in de rest van de Europese unie een goede kwaliteit heeft. Nu is al geweten dat die goede toestand tegen 2015 slechts in uitzonderlijke gevallen zal behaald worden. Uitstel van maximaal twee maal 6 jaar is mogelijk bij bepaalde technische, financiële of natuurlijke omstandigheden. Tgv de kaderrichtlijn wordt de kwaliteit van het oppervlaktewater ruimer geëvalueerd. Men beoordeelt nl de ecologische toestand van het oppervlaktewater aan de hand van verschillende elementen: biologische, hydromorfologische (= structuurkenmerken van de waterloop), fysico-chemische en chemische elementen. De volgende biologische elementen worden beoordeeld: - Fytoplankton: microscopische, losdrijvende (zwevende) algen of wieren. Zijn in principe eencellig, maar bij veel soorten zijn de cellen verenigd tot kolonies of draden. Spelen als primaire producent een belangrijke rol in de voedselketen. Indien er teveel voedingsstoffen in het water aanwezig zijn kunnen de wieren zich explosief ontwikkelen, men spreekt dan van wierbloei. De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 8
Wierbloei kan leiden tot zuurstofgebrek Methodiek: Op een gestandaardiseerde methode wordt een waterstaal genomen. In het labo wordt het bladgroen (chlorofyl a)-gehalte bepaald. Tegelijkertijd wordt het gehalte aan voedingsstoffen in het water bepaald. Met deze gegevens heeft men een aanwijzing of er risico is voor wierbloei. Staalname gebeurt in de zomerperiode van april tot en met september. - Fytobenthos: wieren vastgehecht op stenen, waterplanten,. In de praktijk wordt enkel met de kiezelwieren of diatomeeën rekening gehouden. Diatomeeën komen het meest voor en zijn een goede indicator voor de waterkwaliteit. In de celwand van kiezelwieren is kiezelzuur afgezet, waardoor een soort uitwendig skelet ontstaat. Dit kiezelskeletje bestaat uit 2 schaaltjes die als een doos en een deksel in elkaar passen. De schaaltjes kunnen langwerpig of rond zijn en zijn versierd met lijnen en stippels. Door die grote diversiteit kunnen kiezelwieren met een microscoop gedetermineerd worden aan de hand van hun schaaltjes Methodiek: Om de aanwezige diatomeeën te bemonsteren worden in het water aanwezige stenen of waterplanten (bvb riet) afgeschraapt Determinatie van de aanwezige kiezelwieren (= specialistenwerk) - Macrofyten= alle oever- en waterplanten die zichtbaar zijn met het blote oog geven informatie over de waterkwaliteit. Methodiek Alle aanwezige soorten en hun respectievelijke bedekkingsgraad worden genoteerd. Groeivormen worden eveneens opgenomen: ondergedoken waterplanten, drijvende, zwevende, Veel verschillende groeivormen is goed voor o.a. macro-invertebraten en vissen die daarin schuil-,voedsel- en paaiplaatsen vinden. Opname gebeurt van eind mei tot eind september - Macro-invertebraten= met het blote oog waarneembare ongewervelde dieren, groter dan 0,5 mm Bij de beoordeling van de waterkwaliteit op basis van macro-invertebraten heeft de VMM meer dan 20 jaar de Belgische Biotische Index (BBI) gebruikt. Sinds de inwerkingtreding van de Europese kaderrichtlijn Water wordt een nieuwe index gebruikt die van dezelfde algemene principes uitgaat als de BBI, maar voldoet aan een aantal bijkomende vereisten van de KRW (oa typespecificiteit) - Vissen: zijn een belangrijke indicator voor de waterkwaliteit ( voldoende zuurstof, migratie voor voortplanting, ) In Vlaanderen neemt het instituut voor Natuur- en Bosonderzoek (INBO) de monsters en beoordeelt deze aan de De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 9
hand van de visindex. Resultaten zijn beschikbaar op het Vis Informatie Systeem (kortweg VOS, http://vis.milieuinfo.be) De biologische kwaliteitselementen (fytoplankton, fytobenthos, macrofyten, macroinvertebraten en vissen) worden beoordeeld met een cijfer tussen 0 en 1, waarbij 1 wijst op een zeer goede ecologische toestand en 0 op een slechte ecologische toestand Die beoordelingsschaal wordt opgesplitst in 5 kwaliteitsklassen, nl zeer goed, goed, matig, ontoereikend en slecht, met als respectievelijke kleurcodes blauw, groen, geel, oranje en rood. Om de doelstellingen van de KRW te behalen moet minimaal de klasse goed (groen) gehaald worden. Men onderscheidt 4 categorieën oppervlaktewater: rivieren, meren, overgangswateren en kustwateren. Elke categorie wordt verder ingedeeld in types. Enkele voorbeelden: Categorie Type Rivier Kleine beek (10 typen) Kleine beek Kempen grote rivier kleine rivier Meren matig ionenrijk, alkalisch meer (12 typen) groot, diep, eutroof, alkalisch meer Overgangswateren zwak brak, laaglandestuarium (3 typen) Brak laaglandestuarium Kustwateren (1 type) mesotidaal zeegat of zeearm (Zwin) De normen voor de biologische, de hydromorfologische en de fysisch-chemische elementen zijn type specifiek. De eindscore voor de ecologische toestand van een oppervlaktewater wordt bepaald door het laagste beoordelingsresultaat van alle biologische, hydromorfologische en fysico-chemische kwaliteitselementen. De chemische toestand wordt bepaald a.d.h.v. concentratie van 41 stoffen waarvoor een Europese norm bestaat. Om de beoordeling goed te halen moet de norm voor elk van deze 41 stoffen gehaald wordt (= principe one out, all out ). Opruiming na de activiteit De plastieken potjes leeggieten en terug in de witte schalen zetten vooraan. Het water met de diertjes terug in de vijver gieten. De taboeretjes terug op hun plaats zetten. Controleer of de lampjes van de stereomicroscopen uitgeschakeld zijn. De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 10
BRONNEN Wateronderzoek: PIME Mechelsesteenweg 365 2500 Lier Macro-invertebraten en waterkwaliteit: N. De Pauw en R. Vannevel Venen, plassen en poelen: Wolfgang Engelhardt Thieme Waterkwaliteit steunend op macro-invertebraten: V. Casteels en H. Vandendries. Bio Buiten, veldwerkbladen (zoet water): Vic Casteels et al www.vmm.be (juni 2014). De Helix Biologisch wateronderzoek : 14-18 jaar (handleiding) 11