Schwebstoffe in Kreislaufanlagen: Auswirkungen auf die Fischgesundheit und das Fischwachstum. Fischereiforschungsstelle Langenargen (LAZBW)

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1 FFS Schwebstoffe in Kreislaufanlagen: Auswirkungen auf die Fischgesundheit und das Fischwachstum C. Becke 1 *, M. Schumann 1, D. Steinhagen 2, A. Brinker 1 1 Fischereiforschungsstelle Langenargen (LAZBW) 2 Tierärztliche Hochschule Hannover, Abteilung Fischkrankheiten und Fischhaltung Alexander.Brinker@lazbw.bwl.de * Kooperation mit: Lehrstuhl für Aquatische Systembiologie Büsum, Baden-Württemberg

2 Schwebstoff-Problematik 1/26 Schwebstoffe = hauptsächlich Kot + Futterreste Kleinstpartikel reichern sich aus technischen Gründen an Auswirkungen auf die Fischgesundheit und die Wasserqualität?

3 Mögliche Auswirkungen 2/26 Fischgesundheit: Schädigung der Kiemen (Bash et al. 2001; Bilotta & Brazier 2008) direkter physikalischer Einfluss der Partikel dauerhaftes Zusetzen bzw. nachhaltige Schädigung der Kiemenstrukturen möglich erhöhte Stressbelastung (Bash et al 2001; Awata et al. 2011) verminderte Nahrungsaufnahme Wachstumseinbußen unterdrückte Immunabwehr erhöhtes Risiko von Krankheitsausbrüchen

4 Mögliche Auswirkungen 3/26 Wasserqualität: Anreicherung von fischtoxischen Stoffen durch Auswaschungen (Chen et al. 2003) leicht abbaubarer organischer Kohlenstoff fördert Wachstum von heterotrophen Bakterien schnelleres Wachstum + höhere Sauerstoffzehrung Verdrängung der Nitrifizierer

5 Ziel des Projekts 4/26 Untersuchung zum Einfluss sich akkumulierender Feinstpartikel in Kreislaufanlagen auf die Gesundheit und das Wachstum der Fische auf die Biofilterleistung und die Wasserparameter Wichtigster Aspekt: Entkopplung der Schwebstoffbelastung von anderen potenziell überlagernden Wasserparametern

6 Versuchsanlage 5/26 2 Kreislaufsysteme mit je 10 Becken (je 330 L) künstliche Erhöhung der Partikelkonzentration in einem Kreislauf, zweiter Kreislauf = Kontrolle

7 Versuchsanlage 6/26 Kontrolle 100 µm

8 Versuchsanlage 7/26 Belastung 100 µm Partikel-Anreicherung durch Einleiten von Spülwasser

9 Kurzzeitversuch 8/26 Dauer: 4 Wochen 1300 Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) 650 Regenbogenforellen pro KLA 65 Regenbogenforellen pro Becken Ziel: Partikel-Konzentration über 25 mg/l (Belastungskreislauf) vergleichbare Wasserparameter zwischen beiden Kreislaufsystemen

10 Wasserparameter 9/26 Kontrolle Belastung ph* 7,38 ± 0,15 7,39 ± 0,14 Temperatur* ( C) 14,1 ± 0,3 14,2 ± 0,3 O 2 * (mg/l) 11,0 ± 0,8 10,8 ± 1,1 CO 2 * (mg/l) 14,3 ± 0,5 15,0 ± 1,0 NH 4 -N* (µg/l) 467,8 ± 83,0 506,9 ± 90,4 NO 2 -N* (µg/l) 131,1 ± 29,4 122,8 ± 25,6 max. NO 3 -N (mg/l) Ø-Wasserverbrauch* (L/Tag) 228,6 223,2 *Mittelwert keine signifikanten Unterschiede unter kritischen Grenzen für Forellen

11 Total Suspended Solids 10/26 1/14 TSS = Gesamtheit aller Partikel > 0,45 µm pro Liter Belastung Kontrolle Zeitachse (Tage) Ab Tag 11: durchschnittlich 6-fach höherer TSS-Wert im Belastungskreislauf

12 Gesundheitsparameter 13/26 Flossenschäden Indikator für Wohlbefinden der Fische Flossenerosion (Person-Le Ruyet et al. 2007)

13 Gesundheitsparameter 15/26 Blutparameter Differentialblutbild Hämatokrit/Leukokrit Hämoglobinkonzentration Zellzahlen

14 Gesundheitsparameter 17/26 Hitzeschockprotein 70 & Plasmacortisol antikörperbasiertes Nachweisverfahren Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) HSP: schützen bzw. reparieren beschädigte Proteine Cortisol: primärer Stressindikator (akuter Stress)

15 Gesundheitsparameter 19/26 Kiemen Histologie Mechanische Schädigung der Kiemenstrukturen? Keimvermittelte Probleme?

16 Histologie der Kiemen 20/26 Normale Kiemenstruktur Pathologische Veränderungen * * sehr flaches Plattenepithel äußerst zellarm keine Vakuolenbildung Verdickung des Epithels (*) Zellödeme ( ) Keulige Schwellung ( ) an den Spitzen der Sekundärlamellen

17 Langzeitversuch 22/26 1/14 Dauer: 18 Wochen 1200 Regenbogenforellen (Oncorhynchus mykiss) 600 Regenbogenforellen pro KLA 60 Regenbogenforellen pro Becken Ziel: Partikel-Konzentration über 30 mg/l im Belastungskreislauf erhöhte Schwebstoffbelastung bis zur Schlachtreife der Fische

18 TSS (mg/l) Total Suspended Solids 23/26 1/14 TSS = Gesamtheit aller Partikel > 0,45 µm pro Liter A B Kontrolle Belastung Versuchswoche ab Woche 9: durchschnittlich 9-fach höherer TSS-Wert im Belastungskreislauf

19 Wasserparameter 24/26 Kontrolle Belastung ph 7,35 ± 0,15 n.s. 7,37 ± 0,11 n.s. Wassertemperatur ( C) 14,3 ± 0,1* 14,1 ± 0,2* O 2 (mg/l) 10,7 ± 0,5* 10,9 ± 0,6* CO 2 (mg/l) 14,7 ± 3,6 n.s. 15,0 ± 3,3 n.s. NH 4 -N (µg/l) 472 ± 186 n.s. 460 ± 172 n.s. NO 2 -N (µg/l) 126 ± 57 n.s. 134 ± 59 n.s. NO 3 -N (max.) (mg/l) Ø-Wasserverbrauch (L/Tag) 256,7 251,0 * signifikant unterschiedlich (p < 0,05) unter kritischen Grenzen für Forellen

20 Zusammenfassung 26/26 Kurzexposition: Partikelkonzentration über 25 mg/l mit deutlicher Anreicherung von Kleinstpartikeln Entkopplung der Schwebstoffbelastung von anderen Wasserparametern Χ keine negativen Effekte der Partikelbelastung auf die Fisch Performance Χ keine negativen Effekte der Partikelbelastung auf die Physiologie der Fische

21 Zusammenfassung 26/26 Kurzexposition: Χ Χ Partikelkonzentration über 25 mg/l mit deutlicher Anreicherung von Kleinstpartikeln Entkopplung der Schwebstoffbelastung von anderen Wasserparametern keine negativen Effekte der Partikelbelastung auf die Fisch Performance keine negativen Effekte der Partikelbelastung auf die Physiologie der Fische Langzeitexposition: Partikelkonzentration über 30 mg/l mit deutlicher Anreicherung von Kleinstpartikeln Χ keine negativen Effekte der Partikelbelastung auf die Fisch Performance! deutliche Auswirkung der Partikelbelastung auf das Fressverhalten der Fische Auswertung der restlichen Parameter erfolgt z.z.

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!