Stoll, Stefan

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A mesocosm experiment investigating the effects of substratum quality and wave exposure on the survival of fish eggs

2010, Stoll, Stefan, Probst, Wolfgang Nikolaus, Eckmann, Reiner, Fischer, Philipp

In a mesocosm experiment, the attachment of bream (Abramis brama) eggs to spawning substrata with and without periphytic biofilm coverage and their subsequent survival with and without low-intensity wave exposure were investigated. Egg attachment was reduced by 73% on spawning substrata with a natural periphytic biofilm, compared to clean substrata. Overall, this initial difference in egg numbers persisted until hatching. The difference in egg numbers was even increased in the wave treatment, while it was reduced in the no-wave control treatment. Exposure to a low-intensity wave regime affected egg development between the two biofilm treatments differently. Waves enhanced egg survival on substrata without a biofilm but reduced the survival of eggs on substrata with biofilm coverage. In the treatment combining biofilm-covered substrata and waves, no attached eggs survived until hatching. In all treatments, more than 75% of the eggs became detached from the spawning substrata during the egg incubation period, and

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Lake water level increase during spring affects the breeding success of bream Abramis brama (L.)

2009, Probst, Wolfgang Nikolaus, Stoll, Stefan, Peters, Lars, Fischer, Philipp, Eckmann, Reiner

In Lake Constance, Eurasian bream Abramis brama (L.) spawn in very shallow littoral areas by the beginning of May. They attach their adhesive eggs to pebble and cobble substratum at 40 cm depth. Increasing water levels before spawning inundate bare substratum to which bream eggs may attach better than to deeper substratum covered by epilithon. Consequently, the water level increase prior to spawning should determine the amount of pristine spawning substratum available to bream and thus influence their breeding success. In order to test this hypothesis, the influence of hydrology and climate on the abundance of age-0 bream was combined with the results from field investigations on the egg survival and abundance of age-0 bream. A strong positive correlation between the mean water level increase during the spawning season of bream (April May) and the abundance of juvenile bream was found. In contrast, the absolute water level during spawning and during the nursery stage in summer, the cumulative temperature during the egg, larval and juvenile stages and two North Atlantic Oscillation (NAO) indices did not affect the abundance of juvenile bream. The field investigations confirmed that bream eggs attach better to and have higher survival rates on bare substratum than on substratum with epilithon cover. Accordingly, eggs within a spawning habitat of bream were most abundant between 10 and 20 cm depth, where the epilithon cover was lower than at depths exceeding 30 cm. The results of this study confirm an adverse influence of epilithon cover on the attachment and subsequent survival of bream eggs and emphasize the importance of spring inundations for the successful breeding of the bream.

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Effects of water level fluctuations on the early life stages of fish in the littoral zone of lakes

2009, Stoll, Stefan

Studien zum Einfluss von abiotische Umweltvariablen auf Organismen sind unabdingbar um deren Aut- und Synökologie zu verstehen und um Effekte von Änderungen in Ökosystemen auf seine Bewohner vorauszusagen. Diese Dissertation trägt zum mechanistischen Verständnis bei, wie Wasserspiegelschwankungen die frühen Lebensstadien litoralbewohnender Fische beeinflussen können. Wasserspiegelschwankungen können verschieden lange Perioden haben, von kürzer als einer Sekunde bis länger als ein Jahr. Kurzfristige Schwankungen mit Perioden von wenigen Sekunden, die Oberflächenwellen, sowie langfristige Schwankungen mit Perioden von einem Jahr wurden aus ökologischer Sicht am wichtigsten bewertet. Eine große Bandbreite verschiedener Methoden (Verhaltens-analysen, Wachstumsversuche, Otolithenmikrostrukturanalyse, Befischungen, Mageninhalts-analysen, Versuche zum Eiüberleben, Zeitreihenanalysen, etc.) wurde eingesetzt und auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen gearbeitet um die Effekte von kurz- und langfristigen Wasserspiegelschwankungen auf frühe Lebensstadien litoralbewohnender Fische herauszuarbeiten.
In Mesokosmosexperimenten zeigte sich, dass bereits Wellen mit geringen Intensitäten das Energiebudget von juvenilen Cypriniden verändern. Sowohl deren Erfolg bei der Nahrungssuche als auch ihre Aktivität und daraus resultierend ihr Wachstum änderten sich. Innerhalb der sechs untersuchten Fischgruppen wurden drei unterschiedliche Reaktionsmuster gefunden, die mit der Morphologie der Fische korrelierten. Kleine spindelförmige Fische profitierten von Wellenschlag. Sie nahmen mehr Nahrung auf und konnten so ihr Wachstum verbessern. Kleine hochrückige Fische dagegen nahmen bei Wellenschlag weniger Nahrung auf und wuchsen langsamer. Bei großen Fischen, unabhängig von ihrer Körperform, war die Nahrungsaufnahme durch Wellenschlag erhöht. Das Wachstum war jedoch geringer als ohne Wellenschlag. Verhaltensexperimente zeigten, dass sich die Aktivitätskosten bei diesen Fischen stark erhöhten und die Zugewinne bei der Nahrungsaufnahme überstiegen. Die Ergebnisse dieser letzten Gruppe passen nicht zur harsh-benign-Hypothese , die besagt, dass mit zunehmender Widrigkeit der Umweltbedingungen für einen Prädator dessen Einfluss auf seine Beute geringer wird. Die letzte Fischgruppe zeigte jedoch bei widrigen Bedingungen einen erhöhten Einfluss auf ihre Beute. Außerdem konnte gezeigt werden dass sich die Reaktion von Fischen auf Wind- und Schiffswellen unterscheidet. Gepulste Schiffswellen begünstigen die Nahrungsaufnahme bei einigen Fischgruppen, die speziell die ruhigen Phasen zwischen den Wellenpulsen zum Jagen nutzen. In diesen ruhigen Phasen war die Beuteverfügbarkeit durch Aufwirbeln der Beutetiere während des vorausgegangenen Wellenpulses immer noch erhöht, gleichzeitig ermöglichte das ruhige Wasser aber präziseres Schnappen nach der Beute als während der Wellenpulse. Der positive Effekt von moderatem Wellenschlag auf die Nahrungsaufnahme und das Wachstum von kleinen spindelförmigen benthivoren Fischen konnte in situ anhand von juvenilen Flussbarschen (Perca fluviatilis) und Hasel (Leuciscus leuciscus) bestätigt werden. Darüber hinaus wird argumentiert, dass sich die Größenstruktur von einer lokalen Fischpopulation in einem Habitat in Abhängigkeit der relativen Profitabilität dieses Habitats gegenüber anderen Habitaten ändert: Der Anteil großer Individuen, die mobiler sind als ihre kleineren Artgenossen, ist am höchsten in derzeit profitablen Habitaten, während Emigration der größten Individuen den relativen Anteil an kleineren Individuen in einem Habitat steigern kann, wenn die Habitatbedingungen sich relativ zu Alternativhabitaten verschlechtern.
Außerdem wurde gezeigt, dass Flussbarsche ihren bevorzugten Laichort und die bevorzugte Wassertiefe zum Laichen in Abhängigkeit der Wellenexposition wählen, und dabei Laichplätze vermeiden, an denen zu große Kräfte auf die Laichbänder einwirken. Bei Brachsen (Abramis brama), einer Fischart die im Frühjahr im Flachwasser laicht, wurde das Eiüberleben im Interstitial durch Wellenschlag reduziert, wahrscheinlich weil aufgewirbelte feine Sedimente an den Eiern rieben.
Auch langfristige Wasserspiegelschwankungen, im Speziellen der Wasserspiegelanstieg im Frühjahr kurz vor der Laichzeit, beeinflussten den Reproduktionserfolg von Brachsen und möglicherweise auch anderer Frühjahrsflachwasserlaicher. Auf frisch überfluteten Laichsubstraten war weniger periphytischer Biofilm ausgebildet und dadurch die Anhaftung und das anschließende Überleben der Brachseneier begünstigt. Daraus resultierten verschieden starke Jahrgänge juveniler Brachsen im Bodensee. Die verschiedenen Jahrgangsstärken konnten bis hin zu den adulten Brachsen verfolgt werden. Sogar die kommerziellen Brachsenfänge im Bodensee waren noch beeinflusst vom Wasserspiegelanstieg im Frühjahr der jeweiligen Geburtsjahrgänge der Fische im Fang. Der Effekt der Überstauungsdauer des Laichsubstrats war am stärksten in der eutrophen Phase des Bodensees, wahrscheinlich weil die größeren Nährstoffmengen das Wachstum der periphytischen Biofilme im Flachwasser begünstigten.
In dieser Dissertation werden einige der ersten Studien präsentiert, die Mechanismen aufzeigen wie Wasserspiegelfluktuationen Verhaltensänderungen und physiologische Reaktionen bei litoralbewohnenden Fischen hervorrufen und dadurch ihr Wachstum und ihren Reproduktionserfolg verändern. Diese Reaktionen wurden auf individueller und Populationsebene gezeigt, und es wird dargelegt, dass sie sich auch auf Fischgemeinschaftsebene auswirken sollten. Sich daraus ableitende Empfehlungen für das Management von Litoralbereichen werden diskutiert.