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FFS
Baden-Württemberg
Kooperation mit:
Schwebstoffe in Kreislaufanlagen:
Auswirkungen auf die Fischgesundheit
und das Fischwachstum
C. Becke1*, M. Schumann1, D. Steinhagen2, A. Brinker1
1Fischereiforschungsstelle Langenargen (LAZBW) 2Tierärztliche Hochschule Hannover, Abteilung Fischkrankheiten und Fischhaltung
Email: [email protected]
Büsum, 09.06.2016
Lehrstuhl für
Aquatische Systembiologie
*
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Schwebstoff-Problematik
• Schwebstoffe = hauptsächlich Kot + Futterreste
• Kleinstpartikel reichern sich aus technischen
Gründen an
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Auswirkungen auf die
Fischgesundheit und
die Wasserqualität ?
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Mögliche Auswirkungen
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
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Mögliche Auswirkungen
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
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Ziel des Projekts
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
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Versuchsanlage
• 2 Kreislaufsysteme mit je 10 Becken (je 330 L)
künstliche Erhöhung der Partikelkonzentration in
einem Kreislauf, zweiter Kreislauf = Kontrolle
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Versuchsanlage 6/26
Kontrolle
100 µm
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Versuchsanlage 7/26
Partikel-Anreicherung durch Einleiten von Spülwasser
Belastung
100 µm
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Kurzzeitversuch
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
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Wasserparameter
Kontrolle Belastung
pH* 7,38 ± 0,15 7,39 ± 0,14
Temperatur* (°C) 14,1 ± 0,3 14,2 ± 0,3
O2* (mg/L) 11,0 ± 0,8 10,8 ± 1,1
CO2* (mg/L) 14,3 ± 0,5 15,0 ± 1,0
NH4-N* (µg/L) 467,8 ± 83,0 506,9 ± 90,4
NO2-N* (µg/L) 131,1 ± 29,4 122,8 ± 25,6
max. NO3-N (mg/L) 220 192
Ø-Wasserverbrauch* (L/Tag) 228,6 223,2
*Mittelwert
keine signifikanten Unterschiede
unter kritischen Grenzen für Forellen
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Total Suspended Solids 1/14
Belastung
Kontrolle
10/26
Zeitachse (Tage)
TSS = Gesamtheit aller Partikel > 0,45 µm pro Liter
Ab Tag 11: durchschnittlich 6-fach höherer
TSS-Wert im Belastungskreislauf
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Gesundheitsparameter
Flossenschäden
Indikator für Wohlbefinden der Fische
Flossenerosion (Person-Le Ruyet et al. 2007)
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Gesundheitsparameter
Blutparameter
• Differentialblutbild
• Hämatokrit/Leukokrit
• Hämoglobinkonzentration
• Zellzahlen
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Gesundheitsparameter
Hitzeschockprotein 70 & Plasmacortisol
antikörperbasiertes Nachweisverfahren
Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA)
HSP: schützen bzw. reparieren beschädigte Proteine
Cortisol: primärer Stressindikator (akuter Stress)
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Gesundheitsparameter
Kiemen Histologie
Mechanische Schädigung der Kiemenstrukturen ?
Keimvermittelte Probleme ?
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Histologie der Kiemen
Normale Kiemenstruktur Pathologische Veränderungen
• sehr flaches Plattenepithel
• äußerst zellarm
• keine Vakuolenbildung
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• Verdickung des Epithels (*)
• Zellödeme ()
• Keulige Schwellung (■) an den
Spitzen der Sekundärlamellen
■
* *
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Langzeitversuch 1/14 22/26
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
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Total Suspended Solids 1/14 23/26
TSS = Gesamtheit aller Partikel > 0,45 µm pro Liter
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
TS
S (
mg
/L)
Versuchswoche
A
B
ab Woche 9: durchschnittlich 9-fach höherer
TSS-Wert im Belastungskreislauf
Kontrolle
Belastung
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Wasserparameter
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*
O2 (mg/L) 10,7 ± 0,5* 10,9 ± 0,6*
CO2 (mg/L) 14,7 ± 3,6 n.s. 15,0 ± 3,3
n.s.
NH4-N (µg/L) 472 ± 186 n.s. 460 ± 172
n.s.
NO2-N (µg/L) 126 ± 57 n.s. 134 ± 59
n.s.
NO3-N (max.) (mg/L) 312 300
Ø-Wasserverbrauch (L/Tag) 256,7 251,0
* signifikant unterschiedlich (p < 0,05)
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unter kritischen Grenzen für Forellen
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Zusammenfassung
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
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Zusammenfassung
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
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.
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Vielen Dank…
…für Ihre Aufmerksamkeit!