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Hochwasser – im Labor simuliert

Projekt

Integrierte Hochwasserfolgebewertung

Mit dem Klimawandel steigt die Zahl der extremen Wetterereignisse - Hochwasser gehören dazu. Bei einem Hochwasser werden Sedimente in Bewegung gebracht (erodiert), die bisher ruhig am Grund des Flusses gelegen haben. Dadurch werden sediment-gebundene Schadstoffe frei und können dem Ökosystem schaden.

Hintergrund und Zielsetzung

Über die Prozesse von Sediment-Erosion und die Wirkung von Schadstoffen während eines Hochwassers ist wenig bekannt. FLOODSEARCH geht der Frage nach, wie die an das Sediment gebundenen Schadstoffe - polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Schwermetalle - während eines Hochwassers für Fische gefährlich werden könnten. Das Ziel des Projektes ist, die dabei ablaufenden Prozesse besser zu verstehen und so die negativen Auswirkungen von Flutereignissen besser bewerten zu können.

Vorgehensweise

In dem Projekt kombinieren wir unter der Leitung der RWTH Aachen Methoden aus der Wasserbautechnik und der Ökotoxikologie, indem wir Hochwasser und Erosion in einem speziellen Tank (Kreisgerinne) simulieren. Dabei untersuchen wir die Wirkung der Schadstoffe auf die Fische mit toxikologischen Methoden.

Daten und Methoden

Im Teilprojekt des Thünen-Instituts für Fischereiökologie haben wir drei PAK-Metabolite in Gallen von sediment-exponierten Forellen bestimmt. Die Analysenmethode besteht aus einer enzymatischen Behandlung der Fischgalle, gefolgt von einer Flüssigchromatographie-Trennung und einer fluorimetrischen Detektion. Wir ermitteln die Schadstoffkonzentration mit zertifizierten Standards oder Standardlösungen. Als Begleitparameter bestimmen wir die Färbung der Galle photometrisch. Das Ergebnis wird in ng/ml Galle für jeden Fisch einzeln angegeben.

Ergebnisse

Wir konnten nachweisen, dass PAK aus aufgewirbeltem Sediment innerhalb weniger Tage vom Fisch aufgenommen und verstoffwechselt werden. Auf ihrem Weg durch den Organismus haben diese Substanzen unterschiedliche Auswirkungen. Zum Beispiel schädigen sie das Erbgut durch die Fragmentierung von Chromosomen im Kern von Fischblutzellen: Neben dem großen Zellkern zeigen sich unter dem Mikroskop kleine Mikrokerne. Sie bestehen aus Chromosomen oder ihren Fragmenten, die bei der Zellteilung nicht in einen Kern der Tochterzellen integriert werden. Dadurch wird deutlich, dass durch die Schadstoffe in den aufgewirbelten Sedimenten das Krankheitsrisiko und die Tumorrate bei den Fischen signifikant ansteigen können. Diese Untersuchungen sind Teil einer Risiko-Abschätzung der Auswirkungen von Hochwasser auf das Ökosystem Fluss.

Links und Downloads

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Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte externe Thünen-Partner

  • RWTH
    (Aachen, Deutschland)

Zeitraum

1.2010 - 6.2014

Publikationen

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  1. Hudjetz S, Herrmann H, Cofalla C, Brinkmann M, Kammann U, Schäffer A, Schüttrumpf H, Hollert H (2014) An attempt to assess the relevance of flood events - biomarker response of rainbow trout exposed to resuspended natural sediments in an annular flume. Environ Sci Pollut Res 21(24):13744-13757, doi:10.1007/s11356-013-2414-2
  2. Brinkmann M, Eichbaum K, Kammann U, Hudjetz S, Cofalla C, Buchinger S, Reifferscheid G, Schüttrumpf H, Preuss TG, Hollert H (2014) Physiologically-based toxicokinetic models help identifying the key factors affecting contaminant uptake during flood events. Aquatic Toxicol 152:38-46, DOI:10.1016/j.aquatox.2014.03.021
  3. Brinkmann M, Hudjetz S, Kammann U, Hennig M, Kuckelkorn J, Chinoraks M, Cofalla C, Wiseman S, Giesy JP, Schäffer A, Hecker M, Wölz J, Schüttrumpf H, Hollert H (2013) How flood events affect rainbow trout: Evidence of a biomarker cascade in rainbow trout after exposure to PAH contaminated sediment suspensions. Aquatic Toxicol 128-129(1):13-24, DOI:10.1016/j.aquatox.2012.11.010
  4. Cofalla C, Hudjetz S, Roger S, Brinkmann M, Frings RM, Wölz J, Schmidt B, Schäffer A, Kammann U, Hecker M, Hollert H, Schüttrumpf H (2012) A combined hydraulic and toxicological approach to assess re-suspended sediments during simulated flood events : Part 2, applicability of (spiked) artificial sediment according to OECD test guideline 218. J Soils Sediments 12(3):429-442
  5. Brinkmann M, Hudjetz S, Herrmann H, Cofalla C, Kammann U, Hecker M, Schüttrumpf H, Schäffer A, Hollert H (2012) Floodsearch: Hochwasser im Labormaßstab - Ökotoxikologie und Wasserbau arbeiten Hand in Hand bei der Hochwasserfolgenbewertung. Mitt Fachgruppe Umweltchemie Ökotoxikol Ges Dt Chemiker(4):88-91

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