Das Saprobiensystem (zu , bios ‚Leben‘, systema ‚Gebilde‘) ist ein Bewertungssystem zur Ermittlung der biologischen Wasserqualität von Fließgewässern und ihrer Einordnung in Gewässergüteklassen.
Im Gewässer aufgefundene Lebewesen werden als Bioindikatoren für die Belastung eines Gewässers 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 Berücksichtigung ihrer jeweiligen Häufigkeit, die Berechnung eines sogenannten Saprobienindex erlaubt, dem jeweils eine Gewässergüteklasse zugeordnet ist.
Mit dem Saprobiensystem wird nur die Belastung eines Fließgewässers mit organischen, leicht abbaubaren, sauerstoffzehrenden Substanzen, z. B. aus häuslichen Abwässern, gemessen. Da diese unter Sauerstoff-Verbrauch abgebaut werden, steht dieser in engem Zusammenhang mit dem Sauerstoffgehalt des Wassers und dem Redoxpotential. Andere Gewässerbelastungen werden mit dem Saprobiensystem nicht indiziert. Dies sind z. B.: Belastungen mit giftig (fachsprachlich: toxisch) wirkenden Stoffen (Schwermetalle, Pestizide), Belastung mit Nährsalzen (Trophie), Gewässerversauerung, unnatürliche Erhöhung der Wassertemperatur (thermische Belastung), Belastung durch „strukturelle Degradation“ (Gewässerausbau und -begradigung) und durch Veränderung der Hydraulik (Niedrigwasserabsenkung und Austrocknungsphasen, verstärkte Hochwasserspitzen durch Kanalabschläge). Für einige dieser Belastungen wurden eigene Indikationssysteme aufgestellt, die zusätzlich zum Saprobiensystem für das Gewässermonitoring verwendet werden können, so wurde zum Beispiel das Verfahren SPEARpesticides zur Indikation von Pestizid-Belastungen aufgestellt.
Bei der Bewertung der Fließgewässer für die Europäische Wasserrahmenrichtlinie wird für Gewässer gefordert, dass sie den „guten ökologischen Zustand“ erreichen. Dieser ist umfassender definiert als die Gewässergüte nach dem Saprobiensystem, zum Beispiel werden alle Wasserorganismen, also zum Beispiel auch Wasserpflanzen, Algen und Fische, dabei berücksichtigt. Die bodenlebenden, wirbellosen Organismen, die Grundlage des Saprobiensystems sind, werden dabei als eine der Qualitätskomponenten weiter berücksichtigt, allerdings führen nun auch nicht-saprobielle Veränderungen der natürlichen 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“.
Grundlagen Das Saprobiensystem beruht auf der Beobachtung, dass sich die Lebensgemeinschaft eines Gewässers mit der organischen Belastung in vorhersagbarer Weise ändert. Während manche Gewässerbewohner organischer Verschmutzung gegenüber insensitiv und robust sind, kommen andere nur in unverschmutzten oder gering verschmutzten Gewässern vor, wobei ihre Toleranzbereiche sehr unterschiedlich sind. Andere Arten werden in organisch verschmutzten Gewässern häufiger. Diese Beobachtungen sind aus der Biologie der Organismen erklärbar. So sind einige Arten und Artengruppen extrem sauerstoffbedürftig und gehen bei sinkendem Sauerstoffgehalt zugrunde. Andere Arten benötigen ein hohes Angebot an Nährsubstanzen (z. B. organisch angereicherten Schlamm), sie können unter Umständen aber sehr geringe Sauerstoffgehalte tolerieren. Das Vorkommen und die Häufigkeit solcher Gewässerbewohner, die stark auf organische Verschmutzung reagieren, können zur Messung dieser Verschmutzung herangezogen werden, wenn die Toleranzbereiche für 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 Gewässer empirisch hergeleitet (beruht also nicht etwa auf Labormessungen). Aus dem (nach der Häufigkeit des Vorkommens gewichteten) Mittelwert der Indexwerte aller dort lebenden Indikatorarten ergibt sich für eine untersuchte Probenstelle ein Zahlenwert, der sog. Saprobienindex. Die vorkommenden Arten werden also gewissermaßen als Messinstrumente für die organische Belastung benutzt. Durch die Verwendung zahlreicher Indikatorarten ist die Messung im Idealfall sehr gut abgesichert.
Zur Ermittlung der Gewässergüteklasse wird der Saprobienindex der untersuchten Gewässerstrecke mit einer standardisierten Liste solcher Indices verglichen. So wird eine Einordnung des Fließgewässers in Gewässergüteklassen vorgenommen.
Das Saprobiensystem in der beschriebenen Form wurde vor gut hundert Jahren von Kolkwitz und MarssonKolkwitz, R. & Marsson, M. (1902): Grundsätze für die biologische Beurteilung des Wassers nach seiner Flora und Fauna. Mitteilungen der königlichen Prüfanstalt für Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung 1: 33–72 (Berlin-Dahlem). erstmals aufgestellt und wurde seitdem fortentwickelt. Das Verfahren in Deutschland erfolgt meist nach der DIN 38410.DIN 38410. Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung – Biologisch-ökologische Gewässeruntersuchung (Gruppe M) – Teil 1: Bestimmung des Saprobienindex in Fließgewässern (M 1) (2004).DIN 38410 Validierungsdokument (PDF). Das Verfahren wird in Österreich und der Tschechischen Republik traditionellerweise in leicht abgewandelter Form angewandt (in Österreich: Önorm M6232, in Tschechien CSN 757716 und 757221). Bei Einführung des Bewertungsverfahrens zur Wasserrahmenrichtlinie der Europäischen Union (Perlodes) diente das Saprobiensystem bei den biologischen Faktoren als Vorbild. Weit verbreitet ist sonst z. B. das britische BMWT/ASPT-System. (Eine Übersicht gängiger Bewertungssysteme findet sich in.Rolauffs, P. et al.: Entwicklung eines leitbildorientierten Saprobienindexes für die biologische Fließgewässerbewertung. Umweltforschungsplan des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Forschungsbericht 200 24 227. veröffentlicht als UBA Texte 11/03 (PDF).)
Untersuchungsmethode Zur Bestimmung des Saprobienindex ist (etwas vereinfacht) folgendes Vorgehen notwendig (nur Makrosaprobier): Auswahl der Probenstelle: Da eine flächendeckende Beprobung des Gewässers unmöglich wäre, sind repräsentative Probenstellen auszuwählen, an denen der Index bestimmt werden soll. Der hier ermittelte Index wird auf eine längere homogene Gewässerstrecke übertragen. Die Auswahl der richtigen Probenstellen hat auf die Relevanz der Ergebnisse gravierende Auswirkungen. Eine Probenstelle muss für die zu beurteilende Gewässerstrecke repräsentativ sein (also z. B. nicht die einzige Stromschnelle in einem träge fließenden Tieflandsbach). Ihre Lage zu bekannten Schmutzwassereinleitungen oder Einmündungen von Nebengewässern ist naturgemäß wesentlich. Für größere Gewässersysteme werden Probenstellen meist nach vorgegebenem Raster (z. B. anhand der Gewässerkilometrierung) ausgewählt. Sammeln der Gewässerorganismen. An der gewählten Probenstelle sind alle im Gewässer lebenden Organismen, die Indikatorarten sein könnten, aufzusammeln. Die Probennahme sollte die Gewässerstrecke möglichst repräsentativ abbilden. Da die meisten Indikatorarten im Gelände nicht mit hinreichender Sicherheit bestimmbar wären, sind die Organismen in der Regel abzutöten und zu konservieren, um später im Labor die Arten bestimmen zu können. Da für den Saprobienindex nicht nur die Präsenz, sondern die Häufigkeit der Arten bekannt sein muss, muss die Probennahme so erfolgen, dass diese ermittelt werden kann. Im Verfahren ist dabei die Einordnung in Häufigkeitsklassen ausreichend. Vor allem im Rahmen des Perlodes-Verfahrens werden aber auch quantitative Probennahmen durchgeführt, bei denen die absolute Häufigkeit (durch Zählen) ermittelt wird. Bestimmen der aufgesammelten Arten im Labor. Die meisten Saprobierarten sind nur unter Einsatz eines Mikroskops oder einer Stereolupe, manchmal nur nach Präparation, bestimmbar. Die Bestimmung vieler Arten ist schwierig und anspruchsvoll. Zur Anwendung für Laien sind verschiedene vereinfachte Verfahren im Gebrauch, die weniger Anforderungen an die Bestimmung stellen. Diese liefern ungenauere, aber meist in der Größenordnung durchaus brauchbare Ergebnisse. Auflisten der Indikatorarten der Probe mit ihrer Häufigkeit (als Abundanzklasse oder nach Zählung) Berechnung des Index
Makro- und Mikrosaprobien Die zur Bestimmung des Saprobienindex dienenden Indikatororganismen werden als SaprobierMatthias Schaefer: Wörterbuch der Ökologie. Springer-Verlag, 2012. ISBN 978-3-8274-2562-1, S. 255 eingeschränkte Vorschau bei Google Books. oder auch Saprobien bezeichnet.
Dabei sind im Rahmen des Verfahrens zwei Listen im Gebrauch. In einer Liste sind Mikroorganismen (Mikro-Saprobien) aufgeführt. Dabei handelt es sich um kleine, häufig einzellige Tierarten, z. B. Wimpertierchen (Ciliaten) oder Geißeltierchen (Flagellaten). In der anderen Liste sind makroskopisch erkennbare, bodenlebende Wirbellose (Makroinvertebraten oder Makro-Saprobien), z. B. Insektenlarven (wie Steinfliegenlarven, Eintagsfliegenlarven, Köcherfliegenlarven), Krebstiere (wie Asseln und Flohkrebse), Schnecken, Muscheln, Egel und einige Ringelwürmer, aufgeführt; diese werden als Makrozoobenthos zusammengefasst. In der derzeit geltenden Fassung des DIN-Verfahrens sind etwa 200 Mikrosaprobien und mehr als 600 Makrosaprobien aufgeführt. Der Saprobienindex ist dabei für Mikro- und Makrosaprobien getrennt aufzustellen, beide dürfen nicht gemittelt oder miteinander verrechnet werden. In der Praxis ist der wichtigere Wert derjenige für die Makrosaprobien. Der Wert für die Mikrosaprobien ist besonders bei organisch sehr stark verschmutzten Gewässern wichtig, weil in diesen nur sehr wenige Arten von Makrosaprobien leben und das Ergebnis damit sehr schlecht abgesichert ist.
Organismen des freien Wasserkörpers (Pelagial) werden weder für den Makro- noch für den Mikroindex herangezogen. Dies gilt z. B. auch für die Fischarten.
Saprobienindex Zur Berechnung des Saprobienindex wird nach folgender Regel verfahren:
Jeder in einer Probe gefundenen Indikatorart wird eine Häufigkeitsstufe, die sog. Abundanz (A), zugeordnet. Sie reicht von (A) = 1 (Einzelfund) bis (A) = 7 (massenhaft vorkommend) (Bei absoluten Zählwerten werden die Werte in Häufigkeitsklassen umgerechnet).
Der Saprobienwert (s) ist eine Zahl zwischen 1 und 4, wobei z. B. s = 1,0 einen Indikatororganismus für Oligosaprobie, s = 4,0 einen Indikatororganismus für 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 höherem g eine kleinere Toleranz aufweist und somit für die betreffende Güteklasse einen umso spezifischeren Indikator darstellt. Im Saprobiensystem finden nur Organismen mit einem Indikationsgewicht von 4 oder höher Verwendung.
Aus den Zahlen für alle in der Probe gefundenen Indikatororganismen wird der Saprobienindex nach folgender Formel berechnet:
Die so errechnete Indexzahl wird auf zwei Dezimalen nach dem Komma angegeben. Tatsächlich muss die Zuverlässigkeit ihrer Aussage aber mit den Methoden der mathematischen Statistik im Einzelfall ermittelt werden. Sie hängt stark vom Probenumfang und der Zahl der gefundenen Indikatorarten ab. Nach der Verfahrensvorschrift ist der Saprobienindex nur gültig, wenn die kumulierte Abundanzsumme aller Indikatororganismen wenigstens den Wert 20 erreicht. Damit sollen sehr dünn besiedelte oder artenarme Probestellen ausgeschlossen werden, weil der hier ermittelte Index zu unsicher wäre. Außerdem deutet ein so niedriger Abundanzwert in der Regel auf das Vorhandensein anderer, nicht-saprobieller Belastungsfaktoren hin, die das Ergebnis verzerren könnten.
Gewässergüteklassen und Saprobitätsstufen