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

Lade...
Vorschaubild
Dateien
Diss_Stoll_Effects.pdf
Diss_Stoll_Effects.pdfGröße: 1.16 MBDownloads: 358
Datum
2009
Autor:innen
Herausgeber:innen
Kontakt
ISSN der Zeitschrift
Electronic ISSN
ISBN
Bibliografische Daten
Verlag
Schriftenreihe
Auflagebezeichnung
DOI (zitierfähiger Link)
ArXiv-ID
Internationale Patentnummer
EU-Projektnummer
DFG-Projektnummer
Projekt
Open Access-Veröffentlichung
Sammlungen
Gesperrt bis
Titel in einer weiteren Sprache
Auswirkungen von Wasserspiegelschwankungen auf die frühen Lebensstadien von Fischen im Litoral von Seen
Forschungsvorhaben
Organisationseinheiten
Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
unikn.publication.listelement.citation.prefix.version.undefined
Zusammenfassung

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.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Studies on the reactions of organisms to their abiotic environment are indispensable to understand their aut- and synecology and to predict effects of changes in ecosystems on their inhabitants. This thesis aims to contribute to a mechanistic understanding of how water level fluctuations affect early life stages of littoral fish. Water level fluctuations can have different periods, ranging from less than a second to more than a year. Short-term fluctuations with a period of few seconds, i.e. waves, as well as long-term fluctuations with periods of typically one year were considered as ecologically most important. A large array of different methods (studies of growth, otolith microstructure, behaviour, fishing campaigns, gut content analyses, time series analyses, etc.) were used and different temporal and spatial scales were integrated to scrutinize the effects of short- and long-term water level fluctuations on littoral fish.
In mesocosm experiments, even low-intensity waves were shown to affect the energy budget of juvenile cyprinids. Their foraging success as well as their level of activity was altered and thereby, ultimately, also their growth. Among the six fish groups tested, three different reaction types could be distinguished. These reaction types correlated with the body morphology of the fish. Small and fusiform fish benefited from low-intensity waves, achieved higher foraging success but did not increase activity level and hence showed higher somatic growth rates. In small and deep-bodied fish, foraging success decreased in the wave treatment, resulting in lower somatic growth rates. In large fish, irrespective of their body shape, foraging success was enhanced in the wave treatment. However, these fish showed decreased somatic growth as their strongly increased costs for activity in the wave treatment outweighed the gains. The results of the last group do not comply with the harsh-benign hypothesis , claiming that with increasing environmental harshness for a predator, its impact on its prey is reduced. Conversely, the last group showed a higher impact on its prey under the harsher environmental conditions. Furthermore, it could be shown that the reaction of fish to wind- and ship-induced waves differs. Pulsed ship waves enhanced foraging success in those fish groups, which specifically used the calm phases between the wave pulses for feeding. Then, the food accessibility was increased due to resuspension of prey items during the foregone wave phase, and reduced motion in the water allowed for more precise snapping for prey.
The positive effect of moderate wave exposure on feeding success and growth of small and fusiform fish was confirmed in situ for benthivorous young-of-the-year perch (Perca fluviatilis) and dace (Leuciscus leuciscus). It is further argued that the size structure of a spatio-temporal fish population in a habitat may change with the relative profitability of this habitat compared to alternative habitats. The proportion of large individuals, which are more mobile than their smaller conspecifics, is highest in profitable habitats, while emigration of the largest individuals may increase the proportion of small individuals in a habitat when habitat profitability declines relative to other sites.
Further experiments demonstrated that perch choose their spawning site and preferred water depth for spawning according to wave exposure, avoiding spawning sites where wave energy flux is high. In bream (Abramis brama), a spring shallow water spawning fish, egg survival in the substratum interstitial was reduced by waves, presumably because remobilized fine sediments abraded the eggs.
Also long-term water level fluctuations, specifically the water level increase in spring just before the spawning season of bream, influenced the reproductive success of bream and possibly also that of other spring shallow-water spawning fish species. On more recently inundated spawning substrata, less periphytic biofilm was developed, favouring egg attachment and subsequent egg survival. This resulted in different year class strength of young-of-the-year bream depending on the magnitude of the spring water level increase. The results of this survival bottleneck during the egg stage could be tracked until adult life stages of bream. Even commercial bream yields were affected by the spring water level increase in the years of birth of the bream age classes in catch. The effect of inundation period of the spawning substratum on subsequent commercial bream yields was strongest during the eutrophic period of Lake Constance, probably because higher nutrient levels supported the growth of periphytic biofilms in the shallow water.
In conclusion, this dissertation presents some of the first mechanistic studies showing how water level fluctuations in lakes affect littoral fish. The effect of water level fluctuations produce behavioral and physiological changes in littoral fish which in turn result in altered growth and reproductive success. Effects of water level fluctuations were demonstrated on individual and on population level, and can even be assumed on fish community level. Management recommendations for littoral zones deriving from the presented results are discussed.

Fachgebiet (DDC)
590 Tiere (Zoologie)
Schlagwörter
Jungfische, Windwellen, Schiffswellen, Wasserspiegelschwankungen, saisonale Schwankungen, ship waves, wind waves, bioenergetics, seasonal water level fluctuations, egg
Konferenz
Rezension
undefined / . - undefined, undefined
Zitieren
ISO 690STOLL, Stefan, 2009. Effects of water level fluctuations on the early life stages of fish in the littoral zone of lakes [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
BibTex
@phdthesis{Stoll2009Effec-7741,
  year={2009},
  title={Effects of water level fluctuations on the early life stages of fish in the littoral zone of lakes},
  author={Stoll, Stefan},
  address={Konstanz},
  school={Universität Konstanz}
}
RDF
<rdf:RDF
    xmlns:dcterms="http://purl.org/dc/terms/"
    xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"
    xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
    xmlns:bibo="http://purl.org/ontology/bibo/"
    xmlns:dspace="http://digital-repositories.org/ontologies/dspace/0.1.0#"
    xmlns:foaf="http://xmlns.com/foaf/0.1/"
    xmlns:void="http://rdfs.org/ns/void#"
    xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#" > 
  <rdf:Description rdf:about="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/7741">
    <void:sparqlEndpoint rdf:resource="http://localhost/fuseki/dspace/sparql"/>
    <dcterms:rights rdf:resource="https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/"/>
    <dc:rights>terms-of-use</dc:rights>
    <dcterms:available rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T17:37:11Z</dcterms:available>
    <dspace:isPartOfCollection rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/28"/>
    <dcterms:alternative>Auswirkungen von Wasserspiegelschwankungen auf die frühen Lebensstadien von Fischen im Litoral von Seen</dcterms:alternative>
    <dc:contributor>Stoll, Stefan</dc:contributor>
    <dcterms:isPartOf rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/28"/>
    <dcterms:issued>2009</dcterms:issued>
    <dcterms:hasPart rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/7741/1/Diss_Stoll_Effects.pdf"/>
    <dspace:hasBitstream rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/7741/1/Diss_Stoll_Effects.pdf"/>
    <dc:date rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T17:37:11Z</dc:date>
    <dc:creator>Stoll, Stefan</dc:creator>
    <dc:language>eng</dc:language>
    <dcterms:abstract xml:lang="deu">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.&lt;br /&gt;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.&lt;br /&gt;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.&lt;br /&gt;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.&lt;br /&gt;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.</dcterms:abstract>
    <dcterms:title>Effects of water level fluctuations on the early life stages of fish in the littoral zone of lakes</dcterms:title>
    <foaf:homepage rdf:resource="http://localhost:8080/"/>
    <dc:format>application/pdf</dc:format>
    <bibo:uri rdf:resource="http://kops.uni-konstanz.de/handle/123456789/7741"/>
  </rdf:Description>
</rdf:RDF>
Interner Vermerk
xmlui.Submission.submit.DescribeStep.inputForms.label.kops_note_fromSubmitter
Kontakt
URL der Originalveröffentl.
Prüfdatum der URL
Prüfungsdatum der Dissertation
November 27, 2009
Finanzierungsart
Kommentar zur Publikation
Allianzlizenz
Corresponding Authors der Uni Konstanz vorhanden
Internationale Co-Autor:innen
Universitätsbibliographie
Begutachtet