Die Fischfauna der Mongolei umfasst 64 Arten, von denen aktuell in der Roten Liste elf Arten als regional bedroht und vier Arten als potentiell bedroht eingestuft werden. Eine der wichtigsten Ursachen für den Rückgang der Arten ist der Gold-Tagebau. Viele Goldvorkommen lagern in alluvialen Sedimenten der Fließgewässerauen und werden durch großflächigen Abbau und mechanische Auswaschungsprozesse gewonnen. Dies führt zu erheblichen Störungen im Schwebstoff- und Stoffhaushalt der Fließgewässer und beeinflusst die Habitatverfügbarkeit und -qualität für die Fischfauna. Das primäre Ziel der Arbeit war daher die abiotische und ichthyologische Charakterisierung ausgewählter Referenzgewässer sowie durch Gold-Tagebau beeinflusster Gewässer und die Quantifizierung der Einflüsse des Gold-Tagebaus. Ein weiteres Ziel lag in der Formulierung von angepassten Managementstrategien für eine nachhaltige Entwicklung des expandierenden Bergbausektors in der Mongolei. Die Untersuchungen fanden in den Jahren 2003 bis 2006 an vier rhitralen Gewässern des Khentii-Gebirges im Nord-Osten der Mongolei statt. Die Erfassung der Fischbestände erfolgte mit Hilfe von Elektrofischfanganlagen und Reusen, wobei die vorkommenden Habitate repräsentativ erfasst wurden. Zusätzlich erfolgten Untersuchungen zum Stoffhaushalt der Gewässer und der Gewässersohle. Die relevanten Habitate wurden kartiert und Experimente zum Wanderverhalten ausgewählter Arten durchgeführt. Die Untersuchungen erbrachten folgende wesentliche Ergebnisse: 1. Die Fischfauna der untersuchten Gewässer umfasste 14 Taxa mit überwiegend rhitralen Charakterarten wie Salmoniden, Äschen und Elritzen. Die Fischbestände wiesen eine sehr hohe saisonale Dynamik auf, wobei kleinere Fließgewässer im Herbst verlassen und im Frühjahr neu besiedelt wurden. 2. Der Gold-Tagebau führte zu erhöhten Schwebstoffkonzentrationen und zur Kolmation des hyporheischen Interstitials. Die physikalisch-chemischen Untersuchungen ergaben vor allem eine signifikante Erhöhung der Wassertemperaturen in den belasteten Gewässerabschnitten. Durch den Gold-Tagebau wurden weiterhin die Auenvegetation und die natürlichen Uferstrukturen zerstört, was zu vielfältigen Habitatveränderungen führt. 3. Die untersuchten Effekte des Gold-Tagebaus sind als sublethal und verhaltens-verändernd einzustufen. Sie wirken sich z.B. auf das funktionale Gefüge der verschiedenen trophischen Ebenen des Fließgewässerökosystems aus. So wiesen zahlreiche Fischarten einen signifikant verringerten Konditionsfaktor auf, der offensichtlich bottom-up gesteuert durch verminderten Aufwuchs und geringere Abundanzen des Makrozoobenthos verursacht wird. Auch wurde ein deutlicher Einfluss auf die Fischwanderung festgestellt, der vermutlich durch ungünstige physikalisch-chemische oder hydraulische Habitateigenschaften innerhalb des Abbaugebiets verursacht wird. Für Arktische Äschen und Lenok ist das Abbaugebiet nicht oder nur eingeschränkt passierbar. 4. Die Kolmation des Kieslückensystems führte zum Verlust von Laich- und Überwinterungshabitaten und ist daher als ein gravierender Einflussfaktor für die lokale Fischfauna einzustufen. 5. Letale Effekte wie Kiemen- oder Schleimhautverletzungen auf Grund von direkter Schädigung der Tiere durch die erhöhten Schwebstofffrachten wurden nicht beobachtet. Im Rahmen der Arbeit wurden ökologische Grundlagenkenntnisse zu Fischbeständen und Populationsdynamiken im Nord-Osten der Mongolei erarbeitet. Diese Informationen tragen zu einem besseren Verständnis der Gefährdungsursachen bei. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse über die Ökologie der Arten und der Einflüsse des Gold-Tagebaus wurden Managementempfehlungen unterschiedlicher Priorität formuliert und an Hand eines Fallbeispiels exemplarisch bearbeitet. Darüber hinaus wurden Grundlagen für ein ökologisches Monitoring des Gold-Tagebaus entwickelt. / The fish fauna of Mongolia comprises 64 species of which eleven are regionally endangered and four potentially endangered according to the Red List of Mongolian Fish. Gold mining is regarded as one of the major causes for declining fish populations. Many gold deposits are found in the alluvial sediments of the floodplains and are extracted by large scale mining and mechanical elutriation. This heavily disturbs the balance of suspended sediments and matter in running waters and affects the habitat availability and quality for the fish fauna. Thus, the primary objective of this study was the abiotic and ichthyological characterization of selected reference waters and waters influenced by gold mining as well as the quantification of gold mining effects. Furthermore, an aim was the formulation of management strategies for a sustainable development of the expanding mining sector in Mongolia. The investigation took place from 2003 to 2006 at four rhitral waters of the Khentii Mountains in north-east Mongolia. Data acquisition of the fish fauna was carried out with electric fishing devices and fish traps on representative habitats. In addition, the balance of mater and characteristics of the hyporheic zone were analyzed, relevant habitats mapped and the migratory behavior of selected species experimentally studied. The following major results were obtained from this research: 1. The fish fauna of the examined waters comprised 14 taxa dominated by rhitral characteristic species like salmonids, arctic grayling and minnows. The fish population was strongly seasonally influenced, whereas small running waters being repopulated yearly in spring. 2. Gold mining brings about an increase in concentrations of suspended sediment and clogging of the hyporheic interstitial. Physical-chemical investigations primarily identified a significant rise in water temperatures in the polluted water sectors. Furthermore, gold mining degrades floodplain vegetation and natural bank structures causing varied habitat changes. 3. The examined gold mining effects are sublethal to fish or influence their behavior. They disrupt the functional arrangement of the different trophic levels of the river ecosystem. Thus, the condition of some fish species was significantly decreased, evidently regulated bottom-up by depleted periphyton and reduced abundances of macro invertebrates. Moreover, a strong influence on the river continuum was assessed. Arctic grayling and lenok did not migrate through the mining area, possibly due to unfavorable physical-chemical or hydraulic conditions within the mining site. 4. The clogging of the river bed substrate resulted in a loss of spawning and hibernation habitats and thus must be regarded as a major thread to the local fish fauna. 5. Lethal effects like injuries of gills or skin by direct lesions of suspended particles could not be observed. In this study basic ecological knowledge and population dynamics of the fish fauna in north-east Mongolia have been identified. This information is fundamental for a better understanding of the causes of endangerment. Based on the findings on the ecology of fish species and the influences of gold-mining management recommendations of different priority were developed and exemplified in a case study. Furthermore, this study worked out basic principles for an ecological monitoring of gold mining.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Beeinflussung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenwasser, Interstitial und Grundwasser durch eutrophierungsbedingte Kolmationszyklen in einem anthropogen belasteten Fließgewässer (Lahn, Hessen) untersucht. Dabei wurden Mesokosmosexperimente und Freilanduntersuchungen an einer hyporhithralen Pool-Riffle-Sequenz miteinander kombiniert und die Ergebnisse vergleichend interpretiert. Im Rahmen der Arbeit wurde ein experimenteller Versuchsstand aufgebaut, der aus einer kontinuierlich durchströmten Sedimentsäule bestand und in einem mobilen Laborcontainer an der Lahn installiert war. Mit Hilfe dieses mesoskaliges Sedimentkörperexperimentes wurden jahreszeitliche Verlaufsmuster der inneren Kolmation analysiert, parametrisiert und mit physikalischen (Schwebstoffdynamik) und biologischen Kolmationskomponenten in Beziehung gesetzt. Besonderer Fokus lag dabei auf der Entwicklung des Periphytons, das in eutrophierten Fliessgewässern verstärkender Faktor der Kolmation werden kann. Ferner ließ sich mit dem aufgebauten Sedimentkörperexperiment der Einfluss von Kolmation auf Stoffumsetzungsprozesse (O2) im Interstitial modellhaft erfassen. In einem zweiten mesoskaligen Versuchsstand wurde die Bedeutung der hyporheischen Meiofauna für biogene Dekolmationsvorgänge (Fraß und Bioturbation) untersucht.

L'objectif de cette étude est de mieux comprendre comment la biodiversité influence le service de purification de la qualité de l'eau en tant que service de régulation capable de limiter la charge en polluants de l'eau naturelle. Peu d'études ont regardé comment les invertébrés (macro- et méio-faune) sont capables d'influencer le fonctionnement de la zone hyporhéique considérée, comme un réacteur biogéochimique contribuant largement au recyclage des nutriments. L'élimination du nitrate et la dénitrification sont utilisés comme indicateur de ce service dans les rivières afin de pouvoir suivre son évolution spatiale et temporelle. Dans cette thèse, la relation fonctionnelle entre le taux de réduction des nitrates et les organismes participant à l'expression de ce service est testée à différentes échelles d'étude allant du microcosme jusqu'à l'habitat hyporhéique d'un méandre de large rivière, la Garonne. Cette relation est mise en évidence dans une série de colonnes d'infiltration reproduisant le lit de rivière avec sa communauté benthique (projet Inbioprocess). Dans cette expérience, un gradient de biodiversité a été créé avec des combinaisons de communautés +/- biofilm, +/- méiofaune et +/- macrofaune pour tester leur influence sur l'élimination du nitrate avec et sans pesticides dans le cadre du projet Inbioprocess. Les résultats suggèrent l'influence des interactions entre communautés, sur le taux de réduction des nitrates qui est supérieur quand les invertébrés sont présents (11.8 ± 1.2) par comparaison avec les conditions sans invertébrés (7.7 ± 1.4 mg N l-1d-1 ; moyenne ± erreur standard (m ± ET)). Ces interactions ont également été suggérées comme favorisant le retour de la capacité de réduction des nitrates en présence de pesticides, utilisé comme source de stress, dans l'eau des microcosmes. Ces résultats de laboratoire montrent l'influence des interactions trophiques et non trophiques entre les différents niveaux trophiques de ce réseau, avec probablement l'implication des espèces les plus résistantes pour expliquer la capacité potentielle de résilience du système. L'existence de cette relation fonctionnelle de type "top-down" a ensuite été explorée en conditions in situ. Les taux de rétention mesurés dans 9 cours d'eau européens (projet STREAMES) ont été estimés à l'échelle du tronçon de rivière à 1.64 ± 2.39 (m ± ET) mg NO3--N m-2.min-1. L'influence des communautés d'invertébrés sur le taux de réduction des nitrates se révèle statistiquement comme aussi importante que celle des facteurs physicochimiques dans l'ensemble des tronçons explorés. L'étude des traits biologiques des communautés d'invertébrés a permis de préciser le type de communauté le plus corrélé aux processus d'élimination des nitrates. Ces organismes sont majoritairement interstitiels vivant dans les sédiments grossiers et avec des modes d'alimentation de type brouteurs de biofilm. Dans la zone hyporhéique de la zone humide alluviale de Monbéqui (projet Attenagua), la corrélation positive de la communauté d'invertébrés avec le taux de dénitrification a été seulement visible pendant automne. Cette période est considérée comme un moment propice pour l'observation de la relation diversité-fonction dans ce milieu. / This PhD study aims to understand how the biodiversity influences the water purification processes in the hyporheic zone of running water, as an important regulating service that reduces the quantity of pollutants in freshwater ecosystems. Few studies have focused on how the invertebrate community influences the functioning of hyporheic zones, which are considered as a biogeochemical reactor that largely contributes to nutrient cycling capacity of the rivers. Nitrate retention or denitrification functions in hyporheic zones are used as indicators for the water purification service. The relationship between the nitrate removal function and its associated biodiversity was tested at different scales from indoor microcosms to in-stream reaches and the hyporheic habitat of a large river (Garonne) meander, under natural and stressful conditions. First, the linkage between invertebrates and the nitrate (NO3-) removal function was given in evidence in a series of infiltration columns that mimicked the riverbed conditions with its benthic communities. A gradient of community diversity was created with biofilm, meiofauna and macrofauna communities' combination in different treatments. It enabled to test the influence of the invertebrate community on the NO3- removal rates with and without pesticides during the Inbioprocess project. The results implied the influence of invertebrate and microbial cross-community interactions on NO3- removal rates, which was higher with invertebrate communities in the sediments (11.8 ± 1.2) than without (7.7 ± 1.4 mg N.l-1.d-1). These findings suggested a top-down control of invertebrates on the microbial activities. These interactions were also depicted at the source of the recovery of the NO3- removal capacity when facing stressful conditions due to addition of pesticide in the experimental water. These laboratory findings highlighted the importance of multi-trophic level interactions in the hyporheic habitat, with probable implication of the more resistant species in the resilience capacity of this system. The occurrence of the top-down linkage was then explored in in situ habitats. The NO3- removal rates measured at the reach scale in 9 European streams during the STREAMES project ranged from 0.04 to 10.75 with an average of 1.64 ± 2.39 mg NO3--N m-2.min-1 (Mean ± SE). The results suggested that not only physico-chemical and hydrological factors, but also macro-invertebrate assemblages may influence nitrate removal. Some functional groups positively correlated with nitrate reduction were biofilm grazers and interstitial organisms associated with macro-porous substrate. In the hyporheic water of Monbequi meander of the Garonne river, the positive correlation between invertebrate diversity and the potential denitrification rates was only visible during the autumn season, suggesting a potential "hot moment" for the observation of this correlation between biodiversity and ecosystem function in fields.

Cette thèse s’est déroulée dans le cadre du projet EPEC (Epuration en Eau Courante) soutenu par le programme ECOTECH 2010 de l’ANR. Ce projet doit permettre d’aider à répondre aux exigences de la Directive Cadre sur l’Eau pour les petits cours d’eau en zone rurale. Deux voies ont été explorées i) la première vise à étudier et à proposer des moyens d’améliorer la capacité d’épuration au sein de systèmes naturels, en s’appuyant sur des observations réalisées sur deux cours d’eau en Lorraine (Brénon et St-Oger) ii) la seconde concerne la réduction des impacts sur le milieu récepteur des rejets de stations d’épuration en milieu rural par l’étude du fonctionnement de zones de rejet végétalisées (ou ZRV) à la sortie de ces stations. A l’échelle de la rivière, la caractérisation sur tout son cours permet de distinguer les zones les plus susceptibles de présenter des phénomènes d’autoépuration marqués. Cela a permis, en combinaison avec des caractérisations hydromorphologiques, de sélectionner pour chacun tronçon de taille plus réduite. Ces tronçons sont localisés en aval de zones urbanisées et présentent une succession de parties rectifiées et de parties naturelles. La réponse du tronçon naturel face aux polluants domestiques est différente selon le cours d’eau. Le tronçon naturel du Brénon, d’une longueur d’environ 6 km était efficace en termes d’abattement des matières organiques, de l’azote ammoniacal et des nitrates. Quant au St-Oger, les polluants ont été beaucoup moins influencés dans le tronçon naturel dont la longueur n’était que de 0.5 km. La troisième échelle s’est intéressée au compartiment hyporhéique dont le comportement est déterminé par les caractéristiques hydromorphologiques du cours d’eau, la composition du substrat et notamment sa porosité, et les conditions hydrologiques qui varient en fonction des aléas climatiques. A partir de prélèvements dans la zone hyporhéique (- 30 et -50 cm pour le Brénon et -20 et -30 cm pour le St-Oger), quatre types de fonctionnement ont été distingués en fonction de la disponibilité en oxygène dissous et des échanges possibles entre la zone hyporhéique et l’eau de surface : (1) les zones aérobies à échange hyporhéique important contribuent à la dégradation des matières organiques et à l’oxydation de l’azote ammoniacal ; (2) les zones anoxiques à échange hyporhéique moindre caractérisées par une épuisement rapide de l’oxygène dissous par le biais de métabolismes microbiens aérobies et par une réduction des nitrates ; (3) les zones anoxiques à faible échange hyporhéique caractérisées par une accumulation des sels en profondeur et une réduction des nitrates et sulfates et (4) les zones fermées caractérisées soit par présence du colmatage soit par une très faible conductivité hydraulique. Ces fonctionnements ont pu partiellement être reproduits au laboratoire dans un réacteur à lit poreux permettant de simuler la zone hyporhéique. Le terme de ZRV est utilisé pour décrire des espaces aménagés entre le point de rejet de station d'épuration en amont et le milieu récepteur en aval, dans le but de réaliser un traitement de finition des eaux résiduaires traitées. Ces ZRV ont montré une forte capacité à éliminer les nitrates et les phosphates en période estivale, mais une production de carbone organique dissous a aussi été notée lié à la décomposition des macrophytes (phragmites, lentilles d’eau, algues, etc). En plus, une forte production d’oxygène par la photosynthèse des algues a été observée au printemps. Cependant, cette production s’atténuait progressivement avec la vitesse de recouvrement de l’eau libre par de lentilles d’eau. Deux tests biologiques sur le potentiel de la dénitrification et de méthanisation des sédiments des zones humides ont été effectués en laboratoire pour corroborer les observations de terrain / The present PhD work was carried out within the project EPEC (Epuration en Eau Courante) funded by an ANR program, ECOTECH, in order to meet the requirements of Water Framework Directive for small streams, in particular in rural areas where domestic wastewater could be directly discharged by reason of lack of sewerage network and contribute to water quality degradation. Two study directions have been taken: i) the first aimed to study natural purification in stream systems and find out the way to improve water quality, and 2) the second concerned the reduction of the impact of wastewater treatment plants (WWTP) discharge to receiving water bodies by installation of a free-surface constructed wetland between them. Three study scales were investigated within two rural streams of Lorraine, Brénon and St-Oger. At stream scale, characterization of water quality along its course allowed us to distinguish some segments where occurred naturel purification processes. The second study scale was on relevant stream sections presenting interesting hydromorphologic features. These sections were located at the downstream of urban areas and present a succession of rectified and naturel segments. The response of naturel sections to domestic pollutants was different for the two streams. The Brénon section length of about 6 km was efficient for organic matter, ammonium nitrogen and nitrates removal. Concerning the St-Oger stream, the pollutants were less influenced in the natural section long of only 0.5 km. The last study scale focused on the hyporheic zone where system function depends on hydromorphologic features of the stream, composition of streambed, especially its porosity, and hydrologic conditions which depends on climate. According to analysis on hyporheic waters sampled at -30 and -50 cm for Brénon and -20 and -30 cm for St-Oger, four functional zones were distinguished in relation with dissolved oxygen availability and possible water exchange between hyporheic zone and surface water: (1) aerobic zones at high hyporheic exchange showing contribution to organic matter degradation and oxidation of ammonium nitrogen; (2) Anoxic zones with less hyporheic exchange characterized by fast dissolved oxygen depletion by aerobic microbial metabolism and reduction of nitrates; (3) Anoxic zones with low hyporheic exchange characterized by accumulation of salts in deep layers and reduction of nitrates and sulfates and (4) “closed” zones characterized by clogged spaces or very low hydraulic conductivity. These functions could be partially reproduced in laboratory within a porous bed reactor simulating an hyporheic zone. Free-surface wetlands are spaces constructed between the discharge point of the WWTP and the receiving watercourse, here small streams in rural areas, with the aim to finish the waste water treatment. The wetlands had shown high capacity to remove nitrates and phosphates in summer periods. However a production of dissolved organic carbon was noticed and results from plant decomposition (reed, duckweed, algae, etc.). Algae contributed to high oxygen production through photosynthesis in spring. This production progressively decreased with the proliferation of duckweed on the water surface. Two biological tests on sediment's potentiality for denitrification and methane production were carried out at laboratory scale in order to corroborate the field observations

Cette thèse se propose d'examiner les phénomènes de transport dans des milieux poreux colonisés par des biofilms. Ces communautés sessiles se développent dans les sols ou les roches souterraines, ou dans la zone hyporhéique des rivières et peuvent influencer significativement le transport de masse et de quantité de mouvement. Les biofilms modifient également très largement la spéciation chimique des éléments présents dans le milieu, menant à la biodégradation de nombreux polluants. Par conséquent, ces systèmes ont reçu une attention considérable en ingénierie environnementale. Pourtant, la recherche dans ce domaine a été très fortement limitée par notre incapacité à (1) observer directement les microorganismes dans des milieux poreux opaques réels et (2) prendre en compte la complexité multi-échelles des différents phénomènes. Cette thèse présente des avancées théoriques et expérimentales permettant de surmonter ces deux difficultés. Une nouvelle stratégie, basée sur la microtomographie à rayons X assistée par ordinateur, a été utilisée pour obtenir des images en trois dimensions de la distribution spatiale du biofilm dans la structure poreuse. Ces informations topologiques peuvent être utilisées pour étudier la réponse de l'entité biologique à différents paramètres physiques, chimiques et biologiques à l'échelle du pore. De plus, ces images sont obtenues sur des volumes relativement importants et peuvent donc être utilisées pour étudier l'influence du biofilm sur le transport de solutés à plus grande échelle. Pour cela, les problèmes aux conditions limites décrivant le transport de matière à l'échelle du pore peuvent être moyennés en volume pour obtenir des équations homogénéisées à l'échelle de Darcy. Différents modèles, ainsi que leurs domaines de validité, sont présentés dans les cas réactifs et non-réactifs. Cette thèse se base sur la technique de prise de moyenne volumique, en conjonction avec des analyses utilisant les moments spatiaux, pour présenter une théorie complète de transport macroscopique ainsi qu'une analyse détaillée des relations entre les différents modèles, tout particulièrement entre les modèles à une et deux équations. Une décomposition non standard en terme de moyenne plus perturbation est présentée dans le but d'obtenir un modèle à une équation dans le cas du transport multiphasique avec des taux de réactions linéaires en fonction de la concentration. Finalement, la connexion entre l'analyse théorique et l'imagerie en trois dimensions est établie. Cette thèse illustre aussi brièvement comment la perméabilité peut être calculée numériquement en résolvant des problèmes de fermeture à partir des images en trois dimensions. / This dissertation examines transport phenomena within porous media colonized by biofilms. These sessile communities of microbes can develop within subsurface soils or rocks, or the riverine hyporheic zone and can induce substantial modification to mass and momentum transport dynamics. Biofilms also extensively alter the chemical speciation within freshwater ecosystems, leading to the biodegradation of many pollutants. Consequently, such systems have received a considerable amount of attention from the ecological engineering point of view. Yet, research has been severely limited by our incapacity to (1) directly observe the microorganisms within real opaque porous structures and (2) assess for the complex multiple-scale behavior of the phenomena. This thesis presents theoretical and experimental breakthroughs that can be used to overcome these two difficulties. An innovative strategy, based on X-ray computed microtomography, is devised to obtain three-dimensional images of the spatial distribution of biofilms within porous structures. This topological information can be used to study the response of the biological entity to various physical, chemical and biological parameters at the pore-scale. In addition, these images are obtained from relatively large volumes and, hence, can also be used to determine the influence of biofilms on the solute transport on a larger scale. For this purpose, the boundary-value-problems that describe the pore-scale mass transport are volume averaged to obtain homogenized Darcy-scale equations. Various models, along with their domains of validity, are presented in the cases of passive and reactive transport. This thesis uses the volume averaging technique, in conjunction with spatial moments analyses, to provide a comprehensive macrotransport theory as well as a thorough study of the relationship between the different models, especially between the two-equation and one-equation models. A non-standard average plus perturbation decomposition is also presented to obtain a one-equation model in the case of multiphasic transport with linear reaction rates. Eventually, the connection between the three-dimensional images and the theoretical multiple-scale analysis is established. This thesis also briefly illustrates how the permeability can be calculated numerically by solving the so-called closure problems from the three-dimensional X-ray images.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Beeinflussung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenwasser, Interstitial und Grundwasser durch eutrophierungsbedingte Kolmationszyklen in einem anthropogen belasteten Fließgewässer (Lahn, Hessen) untersucht. Dabei wurden Mesokosmosexperimente und Freilanduntersuchungen an einer hyporhithralen Pool-Riffle-Sequenz miteinander kombiniert und die Ergebnisse vergleichend interpretiert. Im Rahmen der Arbeit wurde ein experimenteller Versuchsstand aufgebaut, der aus einer kontinuierlich durchströmten Sedimentsäule bestand und in einem mobilen Laborcontainer an der Lahn installiert war. Mit Hilfe dieses mesoskaliges Sedimentkörperexperimentes wurden jahreszeitliche Verlaufsmuster der inneren Kolmation analysiert, parametrisiert und mit physikalischen (Schwebstoffdynamik) und biologischen Kolmationskomponenten in Beziehung gesetzt. Besonderer Fokus lag dabei auf der Entwicklung des Periphytons, das in eutrophierten Fliessgewässern verstärkender Faktor der Kolmation werden kann. Ferner ließ sich mit dem aufgebauten Sedimentkörperexperiment der Einfluss von Kolmation auf Stoffumsetzungsprozesse (O2) im Interstitial modellhaft erfassen. In einem zweiten mesoskaligen Versuchsstand wurde die Bedeutung der hyporheischen Meiofauna für biogene Dekolmationsvorgänge (Fraß und Bioturbation) untersucht.

Die Fischfauna der Mongolei umfasst 64 Arten, von denen aktuell in der Roten Liste elf Arten als regional bedroht und vier Arten als potentiell bedroht eingestuft werden. Eine der wichtigsten Ursachen für den Rückgang der Arten ist der Gold-Tagebau. Viele Goldvorkommen lagern in alluvialen Sedimenten der Fließgewässerauen und werden durch großflächigen Abbau und mechanische Auswaschungsprozesse gewonnen. Dies führt zu erheblichen Störungen im Schwebstoff- und Stoffhaushalt der Fließgewässer und beeinflusst die Habitatverfügbarkeit und -qualität für die Fischfauna. Das primäre Ziel der Arbeit war daher die abiotische und ichthyologische Charakterisierung ausgewählter Referenzgewässer sowie durch Gold-Tagebau beeinflusster Gewässer und die Quantifizierung der Einflüsse des Gold-Tagebaus. Ein weiteres Ziel lag in der Formulierung von angepassten Managementstrategien für eine nachhaltige Entwicklung des expandierenden Bergbausektors in der Mongolei. Die Untersuchungen fanden in den Jahren 2003 bis 2006 an vier rhitralen Gewässern des Khentii-Gebirges im Nord-Osten der Mongolei statt. Die Erfassung der Fischbestände erfolgte mit Hilfe von Elektrofischfanganlagen und Reusen, wobei die vorkommenden Habitate repräsentativ erfasst wurden. Zusätzlich erfolgten Untersuchungen zum Stoffhaushalt der Gewässer und der Gewässersohle. Die relevanten Habitate wurden kartiert und Experimente zum Wanderverhalten ausgewählter Arten durchgeführt. Die Untersuchungen erbrachten folgende wesentliche Ergebnisse: 1. Die Fischfauna der untersuchten Gewässer umfasste 14 Taxa mit überwiegend rhitralen Charakterarten wie Salmoniden, Äschen und Elritzen. Die Fischbestände wiesen eine sehr hohe saisonale Dynamik auf, wobei kleinere Fließgewässer im Herbst verlassen und im Frühjahr neu besiedelt wurden. 2. Der Gold-Tagebau führte zu erhöhten Schwebstoffkonzentrationen und zur Kolmation des hyporheischen Interstitials. Die physikalisch-chemischen Untersuchungen ergaben vor allem eine signifikante Erhöhung der Wassertemperaturen in den belasteten Gewässerabschnitten. Durch den Gold-Tagebau wurden weiterhin die Auenvegetation und die natürlichen Uferstrukturen zerstört, was zu vielfältigen Habitatveränderungen führt. 3. Die untersuchten Effekte des Gold-Tagebaus sind als sublethal und verhaltens-verändernd einzustufen. Sie wirken sich z.B. auf das funktionale Gefüge der verschiedenen trophischen Ebenen des Fließgewässerökosystems aus. So wiesen zahlreiche Fischarten einen signifikant verringerten Konditionsfaktor auf, der offensichtlich bottom-up gesteuert durch verminderten Aufwuchs und geringere Abundanzen des Makrozoobenthos verursacht wird. Auch wurde ein deutlicher Einfluss auf die Fischwanderung festgestellt, der vermutlich durch ungünstige physikalisch-chemische oder hydraulische Habitateigenschaften innerhalb des Abbaugebiets verursacht wird. Für Arktische Äschen und Lenok ist das Abbaugebiet nicht oder nur eingeschränkt passierbar. 4. Die Kolmation des Kieslückensystems führte zum Verlust von Laich- und Überwinterungshabitaten und ist daher als ein gravierender Einflussfaktor für die lokale Fischfauna einzustufen. 5. Letale Effekte wie Kiemen- oder Schleimhautverletzungen auf Grund von direkter Schädigung der Tiere durch die erhöhten Schwebstofffrachten wurden nicht beobachtet. Im Rahmen der Arbeit wurden ökologische Grundlagenkenntnisse zu Fischbeständen und Populationsdynamiken im Nord-Osten der Mongolei erarbeitet. Diese Informationen tragen zu einem besseren Verständnis der Gefährdungsursachen bei. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse über die Ökologie der Arten und der Einflüsse des Gold-Tagebaus wurden Managementempfehlungen unterschiedlicher Priorität formuliert und an Hand eines Fallbeispiels exemplarisch bearbeitet. Darüber hinaus wurden Grundlagen für ein ökologisches Monitoring des Gold-Tagebaus entwickelt. / The fish fauna of Mongolia comprises 64 species of which eleven are regionally endangered and four potentially endangered according to the Red List of Mongolian Fish. Gold mining is regarded as one of the major causes for declining fish populations. Many gold deposits are found in the alluvial sediments of the floodplains and are extracted by large scale mining and mechanical elutriation. This heavily disturbs the balance of suspended sediments and matter in running waters and affects the habitat availability and quality for the fish fauna. Thus, the primary objective of this study was the abiotic and ichthyological characterization of selected reference waters and waters influenced by gold mining as well as the quantification of gold mining effects. Furthermore, an aim was the formulation of management strategies for a sustainable development of the expanding mining sector in Mongolia. The investigation took place from 2003 to 2006 at four rhitral waters of the Khentii Mountains in north-east Mongolia. Data acquisition of the fish fauna was carried out with electric fishing devices and fish traps on representative habitats. In addition, the balance of mater and characteristics of the hyporheic zone were analyzed, relevant habitats mapped and the migratory behavior of selected species experimentally studied. The following major results were obtained from this research: 1. The fish fauna of the examined waters comprised 14 taxa dominated by rhitral characteristic species like salmonids, arctic grayling and minnows. The fish population was strongly seasonally influenced, whereas small running waters being repopulated yearly in spring. 2. Gold mining brings about an increase in concentrations of suspended sediment and clogging of the hyporheic interstitial. Physical-chemical investigations primarily identified a significant rise in water temperatures in the polluted water sectors. Furthermore, gold mining degrades floodplain vegetation and natural bank structures causing varied habitat changes. 3. The examined gold mining effects are sublethal to fish or influence their behavior. They disrupt the functional arrangement of the different trophic levels of the river ecosystem. Thus, the condition of some fish species was significantly decreased, evidently regulated bottom-up by depleted periphyton and reduced abundances of macro invertebrates. Moreover, a strong influence on the river continuum was assessed. Arctic grayling and lenok did not migrate through the mining area, possibly due to unfavorable physical-chemical or hydraulic conditions within the mining site. 4. The clogging of the river bed substrate resulted in a loss of spawning and hibernation habitats and thus must be regarded as a major thread to the local fish fauna. 5. Lethal effects like injuries of gills or skin by direct lesions of suspended particles could not be observed. In this study basic ecological knowledge and population dynamics of the fish fauna in north-east Mongolia have been identified. This information is fundamental for a better understanding of the causes of endangerment. Based on the findings on the ecology of fish species and the influences of gold-mining management recommendations of different priority were developed and exemplified in a case study. Furthermore, this study worked out basic principles for an ecological monitoring of gold mining.

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