title: Dispersal and drift characteristics of young fishes, especially Chondrostoma nasus (L.), in running waters
Creators: name: Lechner, Aaron Johann
Publisher: name: :none
Year: 2016

description: Die Ausbreitung früher Fisch-Entwicklungsstadien (Embryos, Larven, Juvenile) via Drift ist ein wesentlicher Prozess, der unter anderem die Basis einer gesunden Populationsentwicklung bildet und als Anpassung an die (räumlich und zeitlich) fluktuierende Ressourcenverfügbarkeit in Fließgewässern interpretiert werden kann. Die vorliegende Doktorarbeit bietet einen generellen Überblick über die Driftforschung der letzten 40 Jahre und widmet sich speziellen noch weitgehend unerforschten Teilaspekten. Im Zuge einer zweijährigen (2011, 2012) Freilandstudie an der österreichischen Donau (östlich von Wien, Stromkilometer 1899.0-1893.8) wurden am Beispiel einer typischen Fließgewässerart (Chondrostoma nasus) der Driftmodus und die Auswirkungen anthropogener Uferverbauungen auf die räumlich-zeitliche Driftdynamik untersucht. Im Fokus dieser Studie stand die Beobachtung der Ausbreitung markierter Nasenlarven (ca. 100.000 Individuen, frühe und späte Entwicklungsstadien) von potentiellen Laichplätzen bei unterschiedlichen Durchflüssen (niedrig, hoch), Strömungsverhältnissen (langsam, schnell) und Ufersituationen (verbaut, unverbaut). Unsere Ergebnisse zeigen, dass, entgegen der üblichen Annahme einer primär passiven Ausbreitung, die Drift junger Nasen ein viel komplexerer Prozess ist, der Interaktionen zwischen Individuum und Umwelt auf unterschiedlichen Ebenen integriert. Die Aktivität der driftenden Larven konnte durch einen direkten Vergleich ihrer räumlichen Ausbreitungsmuster mit jenen von passiven Partikeln (Polyethylen Pellets) demonstriert werden. Dieses aktive Driftverhalten war auch bei sehr frühen Entwicklungsstadien (zweites Larvenstadium) und bei Individuen, die sich in überkritischen Strömungsbereichen aufhielten, deutlich ausgeprägt. Der vorherrschende Durchfluss wirkte sich signifikant auf den Driftmodus der Larven aus: eine geringere Wasserführung der Donau, und die damit korrespondierenden „milderen“ hydraulischen Bedingungen, gingen mit einem vermehrten Drifteintritt und einer höheren Driftaktivität einher. Eine natürliche Ausbreitung der Fischlarven im Untersuchungsgebiet wurde durch künstliche Strukturen zur Uferbefestigung (Blockwurf) und Verbesserung der Schiffbarkeit (Buhnen) gestört. Im Vergleich zum revitalisierten linken Schotterufer wies der verbaute rechte Uferbereich drift-relevante morphologische Defizite auf. Ein geringeres Retentionspotential, eine geringere Konnektivität zwischen Habitaten und eine schlechtere Zugänglichkeit für driftende Fischlarven können sich negativ auf unterschiedliche Phasen der Ausbreitung (Drifteintritt-Drift-Driftaustritt) auswirken. Weitere negative Effekte für die Ichthyofauna können sich durch winzige Plastikpartikel ergeben, welche in großer Menge in der Donau-Drift nachgewiesen wurden. Wie unsere Ergebnisse zeigen konnten, erhöht die optische Ähnlichkeit dieses Mikroplastiks mit Fischeiern, einer bevorzugten Nahrungsquelle, die Gefahr einer versehentlichen Aufnahme, auch durch frühe Entwicklungsstadien.
description: This cumulative dissertation deals with what is known as the first migration in a (riverine) fish´s life: the current-mediated downstream movements (drift) from spawning sites to potential nursery habitats. We performed a two-year (2011, 2012) mark-recapture experiment with the larvae of a fluvial specialist (Chondrostoma nasus) in the Austrian Danube east of Vienna. The goal was to investigate (1) the mode of downstream drift (active vs. passive) and (2) the impact of man-made river alterations on the spatio-temporal drift dynamics. To examine the drift mode, we observed the simultaneous spatial dispersal of different developmental stages (early and later larvae) and floating passive particles (polyethylene pellets) at different flows (low-flow, high-flow) and current conditions (under-critical, over-critical). We determined that nase drift includes a strong active component which is based on the physical (swimming capacity) and behavioral (orientation) capabilities of fish. Even early larvae, with weak swimming skills, that were released in over-critical currents were not exclusively passive drifters. The river flow caused inter-annual differences in drift activity. During low flow in 2011, nase larvae seemed to deliberately enter the drift and seize the milder hydraulic conditions for active and oriented dispersal. At the higher flow conditions in 2012, fewer larvae drifted and those that did were transported more passively. Knowledge on drift activity and the resulting spatial drift patterns can be crucial for exact estimates of drift distance and population size as well as for species conservation issues. In order to examine the impacts of river regulation, we observed the dispersal of early and later larvae and passive particles along two dissimilar shoreline configurations: (1) a revitalized, near-natural gravel bank with modified (“green”) groynes and (2) a rip-rap with conventional groynes and groyne-fields. We found that the morphological and hydraulic conditions along the rip-rap disrupt natural dispersal processes. A low shoreline accessibility (i.e. bank characteristics that facilitate drift exit and settlement), a bad retention potential (i.e. the bank´s capability of accommodating high larval population densities) and insufficient habitat connectivity (i.e. the connection of adjacent larval habitats) at the rip-rap induce wash-outs, extended drifting periods and ultimately high mortality rates and population losses. In order to examine larval dispersal, we used fine-mesh stationary drift nets. Beside larvae, those nets captured enormous amounts of small plastic particles. Such microplastics pose a threat to aquatic organisms. As shown in marine habitats, small fish may mistake these small particles for prey and ingest them. Among the possible adverse consequences are blockage of the digestive system, internal injuries and death. Our results indicate that (drifting) small fish in the Danube face the same risk.