Techn. University, Diss., 2002--Dresden.

Techn. Universiẗat, Diss.--Darmstadt, 2007.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Dresden.

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.

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.

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.