Jahresbericht 2010 Integrales FlussgebietsmanagementJahresbericht 2010 Eawag Projekt «Integrales Flussgebietsmanagement» 10 1.2 Effects of tributaries on mainstem periphyton assemblages

Jahresbericht 2010 Integrales Flussgebietsmanagement Projektpartner: LCH-EPFL, WSL, VAW-ETHZ, BAFU Projektleitung: Armin Peter Kastanienbaum, Dezember 2010

Sense bei Plaffeien

Sense bei der Sodbachbrücke revitalisierter Scheidgraben NW

Jahresbericht 2010 Eawag: Das Wasserforschungs-Institut des ETH-Bereichs

Eawag

Seestrasse 79

6047 Kastanienbaum

Schweiz

Telefon +41 (0)41 349 21 11

Telefax +41 (0)41 349 21 68

www.eawag.ch

Jahresbericht 2010 Eawag Projekt «Integrales Flussgebietsmanagement»

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Inhaltsverzeichnis Problembearbeitung 3

Habitatsdiversität und Biodiversität 5

Verbreitung aquatischer Organismen in Flusslandschaften 5

Effects of tributaries on mainstem periphyton assemblages in relation

to catchment landuse 10 Land use and the importance of tributary streams for macrozoobenthos

communities 11

Durchgängigkeit von Fliessgewässern 12

Durchgängigkeit von Fliessgewässern für Fische: Muster der Fischarten-

verteilung und Abundanz im Gewässerlängsverlauf und einer Aue 12 Untersuchungen an Blockrampen mit Fokus auf Kleinfische und Cypriniden 17 Analysis of the situation of bullhead (Cottus gobio) population in the

Sense River and tributaries 18

Wiederbesiedlungsdynamik bei Fliessgewässerrevitalisierungen 19

Ökologische Erfolgskontrolle von Revitalisierungsmassnahmen an kleinen Bächen 19

Synthese des Gesamtprojekts 21

Organisation und Öffentlichkeitsarbeit 21


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Problemerarbeitung Die Eawag erarbeitet gemeinsam mit den Projektpartnern angewandte Forschungsfragen zu den Themen: 1. Habitatsdiversität und Biodiversität

2. Durchgängigkeit von Fliessgewässern

3. Wiederbesiedlungsdynamik bei Fliessgewässerrevitalisierungen

4. Synthese des Gesamtprojekts

Vorgehen

Die Themen werden durch Dissertationen, Master- und Bachelorarbeiten sowie durch Praktikumsarbeiten bearbeitet. Im Jahre 2010 wurden folgende Studien durchgeführt: 1 Habitatsdiversität und Biodiversität

1.1 Verbreitung aquatischer Organismen in Flusslandschaften. Fortschrittsbericht 2010. Dissertation Maria Alp, Seite 5 1.2 Effects of tributaries on mainstem periphyton assemblages in relation to catchment landuse. Masterarbeit Michael Scheurer, ETH Zürich und Eawag, Zusammen- fassung Seite 10 1.3 Land use and the importance of tributary streams for macrozoobenthos communities. Masterarbeit Anna Streit, ETH Zürich und Eawag, Zusammen- fassung Seite 11 2 Durchgängigkeit von Fliessgewässern

2.1 Durchgängigkeit von Fliessgewässern für Fische: Muster der Fischartenverteilung und Abundanz im Gewässerlängsverlauf und einer Aue. Fortschrittsbericht 2010. Dissertation Denise Weibel, Seite 12 2.2 Untersuchungen an Blockrampen mit Fokus auf Kleinfische und Cypriniden. Masterarbeit von Thomas Schläppi, Universität Bern und Eawag, Abgabetermin Ende Mai 2011, Seite 17 2.3 Analysis of the situation of bullhead (Cottus gobio) population in the Sense River and tributaries. Masterarbeit Julian Junker, Universität Bern und Eawag, Zusammen- fassung Seite 18 3 Wiederbesiedlungsdynamik bei Fliessgewässerrevitalisierungen

3.1 Ökologische Erfolgskontrolle von Revitalisierungsmassnahmen an kleinen Bächen. Masterarbeit von Christiane S. Rau, Universität Tübingen und Eawag, Zusammen- fassung Seite 19 4 Synthese des Gesamtprojekts

4.1 Organisation und Öffentlichkeitsarbeit, Seite 21


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Untersuchte Gewässer

Auch im Jahre 2010 fanden viele Untersuchungen an der Sense statt. Zum ersten Mal führten wir im Längsverlauf der Sense fünf quantitative Abfischungen durch. Da diese jedoch noch nicht ausgewertet sind, werden sie hier noch nicht vorgestellt. Neben der Sense wurden weitere Fliessgewässer beprobt:

- Mönchaltorder Aa und Kempt ZH - Brenno TI - Chlausenbach SZ - Sissle AG - Wyna AG - Aabach AG - Scheidgraben / Rotigraben NW - Mülibach NW - Vordere Frenke BL - Seewag LU - Sandbach OW - Laveggio TI - Walenbrunnen UR - Mölibach FL - Esche FL


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1 Habitats- und Biodiversität 1.1 Verbreitung aquatischer Organismen in Flusslandschaften Fortschrittsbericht 2010

Dissertation Maria Alp Betreuer PD Dr Christopher Robinson Forschungsabteilung Aquatische Ökologie, Eawag, Dübendorf


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Kurze Übersicht

Im Jahr 2010 wurde hauptsächlich an den molekulargenetischen Analysen sowie der Datenaus-wertung von einzelnen Teilprojekten gearbeitet. Eine beträchtliche Zeit wurde dabei dem Studium der wissenschaftlichen Literatur sowie dem Erlernen statistischer und molekularer Methoden gewidmet. Die Ergebnisse der Teilprojekte wurden mehrmals an projektinternen Treffen sowie an Konferen-zen vorgestellt. Ausserdem konnte der erste Entwurf der wissenschaftlichen Publikation zum Teilprojekt 1 erstellt werden.

Teilprojekt 1: Einfluss der Verfügbarkeit geeigneter Substrate auf den Erfolg der Eiablage der aquatischen Insekten. Eine experimentelle Studie an zwei schweizerischen Mitelllandflüssen

Zusammenfassung

Im Sommer 2008 wurde an der Bünz und der Reppisch eine Untersuchung zur Verbreitung aquatischer Insekten durchgeführt. In dieser Studie wurde die Rolle der Substratverfügbarkeit für die Kolonisierung neuer Habitate durch adulte aquatische Insekten untersucht (für Einzelheiten zu der Studie und ihren Ergebnissen siehe Jahresberichte M. Alp 2008-2009). Die Feld- und Laborarbeiten zu diesem Projekt wurden im Jahr 2009 abgeschlossen. In 2010 wurden die Daten weiter ausgewertet und die Arbeit an der wissenschaftlichen Publikation angefangen. Durchgeführte Arbeiten 2010

Da die statistische Datenauswertung des Projektes aufgrund der komplizierten Stichproben-aufnahme sehr anspruchsvoll war, wurden mehrere Wochen für die Erlernung des Statistik-programms R und dessen analytischen Methoden investiert. Im Herbst 2010 war die endgültige Datenauswertung beendet und die Arbeiten am Manuskript der wissenschaftlichen Publikation «Oviposition as a constraint on macroinvertebrate recruitment in restored rivers» konnten aufgenommen werden. Resultate

Für die wissenschaftliche Interpretation der Daten vom Experiment zur Insekteneiablage wurden gemischte Regressionsmodelle berechnet, die anschliessend einer Modellselektion (Vergleich der errechneten Regressionsmodelle) unterzogen wurden. Die Anwendung dieser Methode erlaubte den Einbezug mehrerer potentieller Hypothesen und zusätzlicher Faktoren in die Analyse. In beiden Flüssen konnte die relative Wichtigkeit der Faktoren Streckentyp (Morphologie), Wassertemperatur und Wasserstand sowie deren Einfluss auf die Eiablage einzelner Taxa festgestellt werden (Tabelle 1). Der Faktor Substrat (Stein oder Backstein) wurde als Interaktionsfaktor mit der Strecke in die Analyse einbezogen, um zu prüfen, ob die Unterschiede zwischen den zugegebenen Backsteinen und den in der Strecke vorliegenden natürlichen Steinen sich abhängig von der Strecke änderten. Da die zugegebenen Backsteine weniger für die Eiablage benutzt wurden als die natürlichen Steine, wurde die erhöhte relative Konzentration von Eimassen auf Backsteinen in einzelnen Strecken als ein Hinweis auf begrenzte Substratverfügbarkeit interpretiert. Diese statistische Auswertung hat die bisherigen Schlussfolgerungen bestätigt:

Die meisten Taxa zeigten Unterschiede in Eimassenkonzentrationen unter morphologisch kontrastierenden Flussstrecken (kanalisiert, natürlich, renaturiert).

Die Ergebnisse zur Eiablage der Gattungen Baetis und Hydropsyche wiesen in der Bünz auf eine Interaktion zwischen den Faktoren Substrat und Strecke hin - d.h. die relative Eiablage auf Backsteinen und Steinen war abhängig vom Kontext (Strecke).


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Ausserdem reagierten in der Bünz mehrere Taxa auf Wasserstandsschwankungen. Für die

tauchunfähigen Gattungen Baetis und Bezzia deutet dies auf ihre Sensibilität gegenüber Substratverfügbarkeit hin. Diese Taxa sind auf aus dem Wasser überragende Steine gebunden, um auf ihnen landen zu können.

Die untersuchten Taxa reagierten in den beiden Flüssen teilweise unterschiedlich auf einzelne Faktoren. Es scheint mehrere Schlüsselfaktoren zu geben, die die Verfügbarkeit der geeigneten Substrate bestimmen. Des Weiteren scheinen gewisse Kombinationen und Interaktionen dieser Faktoren die Bedingungen für die Eiablage der untersuchten Makroinvertebraten zu definieren.

Tabelle 1. Übersicht der Modellselektion zur Eiablage der Taxa, die in der Bünz und Reppisch quantitativ

erfasst werden konnten. «Signifikante Parameter» sind erklärende Variablen für die Eiablage entsprechender Taxa. Unaufgeführte Parameter wiesen keinen Zusammenhang mit den getesteten Faktoren auf, was darauf hindeutet, dass die Eiablage entweder ausschliesslich durch Saisonalität oder gar durch Zufallsfaktor bestimmt wurde.

Taxa Fluss signifikante Parameter

Baetis Reppisch Strecke

(Eintagsfliege) Buenz Strecke + Substrat + Strecke*Substrat +Wasserstand

Hydropsyche Reppisch Strecke +Temperatur

(Köcherfliege) Buenz Strecke + Substrat + Strecke*Substrat

Bezzia Reppisch

(Zweiflügler) Buenz Strecke + Wasserstand

Limnaea Reppisch

(Schnecke) Bünz Strecke

Hirudinea Reppisch Substrat

(Egel) Buenz Strecke + Wasserstand + Wasserstand*Strecke

Taxa Fluss signifikante Parameter

Baetis Reppisch Strecke

(Eintagsfliege) Buenz Strecke + Substrat + Strecke*Substrat +Wasserstand

Hydropsyche Reppisch Strecke +Temperatur

(Köcherfliege) Buenz Strecke + Substrat + Strecke*Substrat

Bezzia Reppisch

(Zweiflügler) Buenz Strecke + Wasserstand

Limnaea Reppisch

(Schnecke) Bünz Strecke

Hirudinea Reppisch Substrat

(Egel) Buenz Strecke + Wasserstand + Wasserstand*Strecke

Folgerungen

Die Ergebnisse dieser Studie resultieren in einer wichtigen Botschaft für die Praxis. Beim Revitalisieren von Flussstrecken reicht die Wiederherstellung der Tiefenvariabilität - eine der am meisten verbreiteten Methoden bei Flussrevitalisierungen in der Schweiz - nicht aus, die Wiederbesiedlung durch Zielarten zu gewährleisten. Das hydrologische Regime, die Wasser-temperatur und die Substratkorngrösse sowie deren Interaktionen gehören zu den weiteren Faktoren, die beachtet werden müssen, da sie den Kolonisierungserfolg durch gewisse Insektenarten beschränken können.


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Teilprojekt 2: Konnektivität der Flusslandschaft für Arten mit unterschiedlichen Verbreitungsweisen. Eine genetische Untersuchung der Populationsstruktur von zwei Makroinvertebratenarten

Zusammenfassung

Im Laufe des Jahres 2009 wurde eine Studie zur populationsgenetischen Struktur zweier Makroinvertebraten (Baetis rhodani und Gammarus fossarum; Abbildung 1) in Zusammenarbeit von Anja Westram, Dr. Irene Keller (Eawag, Aquatische Ökologie), Julian Junker (Eawag, Fischökologie) und der Gruppe von Prof. Dr. Christoph Scheidegger (WSL) an der Sense gestartet (für Einzelheiten zur Studie siehe Jahresbericht M. Alp 2009). Die zwei untersuchten Arten haben unterschiedliche Ausbreitungsweisen: Der Bachflohkrebs (Gammarus fossarum) kann sich nur im Wasser entlang dem Flusslauf verbreiten, während die Eintagsfliege (Baetis rhodani) eine kurzlebige beflügelte Phase hat, was ihr eine Ausbreitung in der Luft übers Land und über relativ weite Distanzen zu einem anderen Flusslauf ermöglicht. Somit wurden folgende Hypothese aufgestellt: In gleichen Flusslandschaften weisen Populationen von Gammarus eine höhere genetische Differenzierung auf als diejenigen von Baetis. Des Weiteren sollte die genetische Struktur vorhandene Barrieren wie Wasserfälle oder künstliche Wehre widerspiegeln.

Abbildung 1. Gammarus fossarum (links) und Baetis rhodani (rechts).

Durchgeführte Arbeiten 2010

Die Stichprobenaufnahmen sowie die Etablierung der Mikrosatelliten-Methode in den Labors der Eawag wurden bereits im 2009 ausgeführt. Im Laufe des Jahres 2010 wurden die Laborarbeiten ans Genetic Diversity Centre (GDC) der ETH Zürich ausgelagert und im August 2010 abgeschlossen. Die Laborarbeiten und die ersten statistische Auswertungen wurden von Maria Alp (für Baetis rhodani) und Anja Westram (für Gammarus fossarum) durchgeführt. Bei Baetis haben 6 von 7 analysierten Mikrosatelliten gute Ergebnisse geliefert. Am siebten Mikrosatellit muss eventuell weitere Laborarbeit geleistet werden, da es Verdacht auf Null-Allele gibt, die Schwierigkeiten bei der Datenauswertung bereiten. Resultate

Die ersten Datenauswertungen der beiden Makroinvertebraten-Arten weisen auf grosse Unterschiede deren genetischen Struktur hin. Die genetische Differenzierung der Baetis-Populationen ist relativ tief: Die Fst-Werte (ein Mass für genetische Differenzierung von 0 bis 1,


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wobei «0» keine Differenzierung bedeutet) betragen bei den weitest entfernten Populationen maximal 0.03. Bei den Gammarus-Populationen wurden an der Sense zwei kryptische Arten festgestellt, die separat analysiert werden müssen. Für am Häufigsten vertretene kryptische Art A wurden mit Fst-Werten bis zu 0.54 eine sehr hohe Differenzierung festgestellt. Folgerungen

Unterschiede in der genetischen Differenzierung werden oft als Hinweise auf unterschiedlichem Ausmass des Genaustausches zwischen einzelnen Populationen zurückgeführt, was wiederum mit dem Grad der Vernetzung unter den Populationen zusammenhängt. Die Ergebnisse bestätigen jedenfalls die Ausgangshypothesen: Verglichen mit den Gammarus-Populationen, die einen relativen geringen Genaustausch vorweisen, scheinen die Baetis-Populationen in der Sense einen höheren Vernetzungsgrad aufzuweisen. Diese vorläufigen Schlussfolgerungen basieren aber erst auf einer begrenzten Anzahl ausgewerteter Mikrosatelliten. Es müssen noch weitere Daten statistisch analysiert werden, unter anderem auch unter Einbezug einzelner Barrieren, bevor endgültige Schlüsse gezogen werden können. Erreichte Ziele

Die Laborarbeit für die Dissertation ist abgeschlossen worden (mit Ausnahme der einzelnen Wiederholungen die mit einzelnen DNA Proben eventuell gemacht werden müssen).

Die Daten vom Teilprojekt 1 sind statistisch ausgewertet worden.

Der erste Entwurf der wissenschaftlichen Publikation zum Teilprojekt 1 ist erstellt worden.

Weitere Aktivitäten im Jahr 2010

Zusammenarbeiten

08.2009-08.2010: Mitbetreuung in allen Phasen der Projekt-internen Semesterarbeit von Claude Herzog (ETHZ). «Is hydromorphological diversity reflected in biodiversity?» (betreut durch PD Dr. Chris Robinson und Maria Alp). Diese Arbeit wurde in September 2010 mit einem Bericht abgeschlossen.

25.11.2010: Mithilfe bei der Vorbereitung und Durchführung des Symposiums «Fluss-revitalisierungen - Synergien zwischen Hochwasserschutz und Ökologie» in Bern.

Fortsetzung der Kollaboration mit Walter Gostner (EPFL) an dem Projekt zum hydromorphologischen Index.

Vorträge

11.03.2010: «Concluding the brick experiment: a comparison of the results at Buenz and Reppisch», 5. Projektmeeting Integrales Flussgebietsmanagement, Lausanne.

12-15.04.2010: «Too simple is too simple: predicting successful recolonisation of restored rivers by aquatic insects», Posterpräsentation am FBA Summit in Aquatic Biology, Windermere, UK.

6-11.06.2010 Vortrag «Recruitment constraints of aquatic insects: towards solving the puzzle», NABS/ASLO Konferenz, Santa Fe, USA.

7.09.2010 «What can genetics do for river restoration?», Action Field Symposium, Eawag, Dübendorf.

Weiterbildungen

18-21.01.2010: Besuch des statistischen Kurses «Generalized Linear Models with R», Prof. Dr. Andrew Hector, Universität Zürich.

6-8.07.2010: Besuch des statistischen Kurses «Mixed-effects Models with R», Prof. Andrew Hector, Universität Zürich.


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1.2 Effects of tributaries on mainstem periphyton assemblages in relation to catchment landuse Masterarbeit Michael Scheurer, ETH Zürich und Eawag, 2010. 23 Seiten The spatial importance of tributaries along a river has been shown in several studies. Tributaries reflect the anthropogenic activities within the catchment and, due to their interruption of the river continuum, they form heterogeneous in which biodiversity and productivity may be enhanced. If productivity rises, we also should find changes in primary production and periphy-ton community structure. The ecological importance of periphyton has been a topic of numerous studies. Based on these two aspects, I hypothesized that periphyton community structure differs between tributaries draining different kinds of land use types regarding biomass, chlorophyll-a and taxa composition. I also expected tributaries to affect mainstem periphyton community structure as reflected in the basic land use in the respective catchment. To test these predictions, I analysed in winter 2009-2010 nine confluence zones comprising tributaries draining three different land use types: urban, agricultural and natural. Six confluence zones were within the Mönchaltdorfer-Aa catchment and three within the Kempt catchment. Both catchments are located near Zurich and can be defined as pre-alpine river systems. After defining three sub-sites per confluence zone (upstream, downstream and tributary), various samples were collected and a rough physical characterisation of each site was performed. I took water samples for chemical analysis and replicate stones (n = 10, Figure 1) with periphyton for analysing ash free dry mass (AFDM), chlorophyll-a and taxa composition of the algae. The results did not support the two hypotheses. I therefore suggest that the outcome of the study would have differed if the survey was carried out during spring/summer when the effects of land use on streams are likely most pronounced. Figure 1. Stone with scraped area, right top corner of dish: Plexiglas template used for scraping.


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1.3 Land use and the importance of tributary streams for macrozoobenthos communities. Masterarbeit Anna Streit, ETH Zürich und Eawag, 2010. 32 Seiten From a conservational point of view, a tributary can be seen as part of the catchment itself and also as a key element influencing the biology of the mainstream. Regarding the whole catchment, tributaries might be the habitat of some species not occurring in the mainstream. In this context, it is of interest whether tributaries are actually different from the mainstream. This idea led to the hypothesis that tributaries differ from mainstreams regarding macrozoobenthos abundance and community structure. Further, ecological theory postulates that tributaries affect main channel biota by influencing abiotic and biotic characteristics. The second hypothesis assessed was that tributaries affect mainstream macrozoobenthos abundance and community structure depending on land use in the tributary catchment. Two medium sized catchments in the Swiss lowlands were selected as study systems with three and six confluences selected as study sites. The sampling sites were chosen according to the land use in the tributary catchment. The nine tributaries were categorized into the types natural, agricultural or urban with three tributaries of each type. The first hypothesis was confirmed; for the nine confluences sampled in this study, the tributaries differed from the mainstream sampling positions. Tributaries augmented macrozoobenthos richness for every site and for both catchments sampled. The second hypothesis was not supported by the data collected. In some cases, tributaries had an influence on the mainstream macrozoobenthos community. It was, however, not possible to predict how much a tributary influences the mainstream, neither with tributary land use nor with tributary size.

Figure 1. Taking Hess samples with the Hess net.


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2 Durchgängigkeit von Fliessgewässern 2.1 Durchgängigkeit von Fliessgewässern für Fische: Muster der Fischartenverteilung und Abundanz im Gewässer- längsverlauf und einer Aue. Fortschrittsbericht 2010

Dissertation Denise Weibel Betreuer Dr. Armin Peter Forschungsabteilungsabteilung für Fischökologie und Evolution, Eawag, Kastanienbaum


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Kurze Übersicht

Die Feldarbeit wurde im Frühjahr abgeschlossen und das letzte Fliessgewässer untersucht. Dazu wurde der Brenno auf einer Länge von ca. 15 km an 11 Orten und innerhalb der Aue an 7 Orten befischt. Die insgesamt 18 Teststrecken wurden mittels Streifenbefischung in der Flussmitte und am Ufer befischt. Anschliessend wurden Habitats- und Wasseranalysen durchgeführt. Bachforelle und Groppen waren die dominanten Fischarten. Das Vorkommen von Südströmer, Elritze und Alet beschränkte sich auf die Aue und die direkt darunterliegende Strecke. In Mündungsnähe zum Ticino konnten Hundsbarben gefangen werden. Oberhalb eines künstlichen Absturzes verringerte sich die Abundanz der Groppen massiv. Die statistischen Tests werden derzeit ausgeführt. Die Publikation zur Erfolgskontrolle von Blockrampen wurde fertig gestellt.

Durchgeführte Arbeiten 2010

Die Daten der bereits im 2009 abgeschlossenen Translokationsexperimente an Blockrampen wurden bearbeitet und anschliessend statistisch ausgewertet. Dann erfolgte die schriftliche Arbeit an der entsprechenden Publikation zur Erfolgskontrolle des Fischaufstiegs. Eine geeignete Zeitschrift wurde ausgewählt, bei der das Manuskript eingereicht wird. Von März bis April wurde die letzte Felderhebungskampagne an einem Untersuchungsgewässer durchgeführt. Der südlich der Alpen gelegene voralpine Brenno wurde auf einer Länge von ca. 15 km an insgesamt elf Strecken und zusätzlich innerhalb der Aue an acht Strecken befischt (Abbildung 1).

Abbildung 1. Streifenbefischungsmethode am Brenno

Untersuchungsgebiete

An den folgenden Gewässern wurden dieses Jahr Untersuchungen ausgeführt: Kanton Gewässer Ortschaften Untersuchung

Tessin Brenno Biasca, Loderio, Chiesa, Orino, Malvaglia, Dongio, Acquarossa

Longitudinale Muster der Fischdiversität und Abundanz

3m


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Die Teststrecken betrugen je 100 m und lagen in einem Abstand von ungefähr 700 m zueinander, beginnend oberhalb der Mündung in den Ticino. Die Streifenbefischung stellte sich als geeignetste Methode heraus, obwohl an manchen Stellen eine Befischung aufgrund der Wassertiefe und starken Strömung nicht möglich war. Dabei wurden sowohl in der Flussmitte, wie auch an einer Uferseite einen Streifen von 3 m Breite in einem Durchgang befischt. Alle Fische (Brütlinge ausgenommen) wurden gezählt, vermessen und die Art bestimmt. Anschliessend wurden morphologische Habitatparameter protokolliert und das Substrat mittels Linienprobe analysiert. Die abiotischen Parameter der Teststrecken wurden mit Wasserproben ergänzt, welche später im Labor analysiert wurden. Tabelle 1. Überblick der gemessenen abiotischen Habitatsparameter

Morphologische Parameter Wasserchemie

max. Tiefe, benetzte Breite aktuelle Temperatur

Mesohabitate Sauerstoffkonz.

Fischunterstände pH

Substratzusammensetzung Leitfähigkeit

H.ü.M., Distanz zur Mündung Orthophosphat Nitrat, Nitrit, Ammonium Alkalinität

Für die Untersuchung der untersten Brennoaue wurden verschiedene Gerinnetypen mit unterschiedlicher Strömung und Vernetzung befischt (Abbildungen 2-7).

Abbildung 2. Oberer Hauptarm. Abbildung 3. Backwater pool.

Abbildung 4. Nebenarm. Abbildung 5. Mittlerer Hauptarm.


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Abbildung 6. Unterer Hauptarm. Abbildung 7. Seitenarm mit Grundwasserauf- stoss, ohne Oberflächenvernetzung flussaufwärts.

Für die drei Untersuchungsgewässer (Brenno TI, Mülibach NW, Chlausenbach SZ) wurden für jede Strecke die jeweiligen Abundanzen und Diversitätsindices berechnet, sowie die flächenmässige Verfügbarkeit an unterschiedlichen Fischunterständen und Mesohabitattypen. Das sehr grosse Datenset wurde einer Principle Component Analysis unterzogen, welche die entscheidenden Habitatsfaktoren aussortierte. Mittels Distanzmatrizen und einem Partial Mantel Test konnten anschliessend Unterschiede in den Fischgemeinschaften entlang des Längsgradienten erkannt werden. Dabei wurde die Hypothese untersucht, ob Migrationsbarrieren die Längsvernetzung in Fliessgewässern unterbrechen, was zu abrupten Änderungen der Fischdiversität und Abundanz führen würde. Als Migrationsbarrieren wurden nicht nur Eindolungen und hohe Überfälle in Betracht gezogen, sondern auch monotone kanalisierte Flussabschnitte. Resultate

Der Brenno ist auf seiner ganzen Länge fischspezifisch durch Groppen und Bachforellen geprägt. Durch die Mündung in den Ticino ist er mit einem reichen Artenpool vernetzt (Tabelle 2). In Mündungsnähe wurde die für die Alpensüdseite typische Hundsbarbe gefangen, während auf allen Untersuchungsabschnitten keine Äschen gefangen wurden, welche für ihre Laichaktivitäten während dieser Jahreszeit am Brenno bekannt sind. Wie zu erwarten war, erhöhte sich die Fischdiversität innerhalb der Aue und ihren heterogenen Habitaten markant. Neben vereinzelten Cypriniden wie Alet und Elritze, wurden in tiefen Uferzonen Schwärme von Südströmern gefangen, welche auch in der Teststrecke gleich unterhalb der Aue noch gefunden wurden (Abbildungen 8 und 9).

Abbildung 8. Südströmer. Abbildung 9. Künstlicher Absturz in Malvaglia,

Höhe 1,35m (rechtsufrig blockrampenartig ergänzt)


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Tabelle 2. Überblick über das Artenspektrum des Brennos in den jeweiligen Ufer- und Mittelstreifen den

Teststrecken (TS) von der Mündung flussaufwärts, sowie innerhalb der Aue (A) in den verschiedenen hydrologischen Gerinnetypen.

Brenno TS Uferstreifen Mittelstreifen

TS 1 Bachforelle, Groppe, Hundsbarbe Bachforelle, Groppe

TS 2 Bachforelle, Groppe Bachforelle, Groppe

TS 3 Bachforelle, Groppe Bachforelle


TS 5 Bachforelle, Groppe, Südströmer Groppe

Brenno Aue Hydrologischer Gerinnetyp A 1 Nebenbach Bachforelle

A 2 Seitenarm Bachforelle, Groppe

A 3 Seitenarm Bachforelle, Groppe

A 4 oberster Hauptstrom Ufer Bachforelle, Elritze, Groppe, Südströmer

A 5 unterster Hauptstrom Mitte Groppe

A 6 Seitenarm Grundwasseraufstoss Bachforelle, Groppe

A 7 mittlerer Hauptstrom Ufer Alet, Bachforelle, Groppe, Südströmer




TS 9 Bachforelle, Groppe Bachforelle

TS 10 Bachforelle Bachforelle, Groppe

TS 11 Bachforelle Bachforelle

Vergleicht man die Teststrecken unterhalb (TS8) und oberhalb (TS9) des künstlichen Absturzes in Malvaglia miteinander, so ergeben sich keine Unterschiede bezüglich des Artenspektrums. Sowohl flussabwärts wie flussaufwärts kommen Groppen vor. Ein bedeutender Unterschied zeigt sich allerdings, wenn man die Abundanz der Groppen vergleicht. Während in der Strecke unterhalb des Absturzes insgesamt 60 Groppen gefangen wurden, verringerte sich die Anzahl in allen Strecken oberhalb auf je ein einziges Individuum oder sie waren nicht vorhanden. Folgerungen

Der derzeitige Stand der Auswertung lässt darauf schliessen, dass sowohl Diversität wie auch Abundanz sich eignet, um den Einfluss von potentiellen Barrieren auf die Fischfauna zu untersuchen. Künstliche Abstürze können einen Barriereeffekt haben und eine abrupte Änderung der absoluten Abundanz und somit der relativen Artenzusammensetzung verursachen. Es zeigte sich, dass die Brennoaue innerhalb relativ kurzer Distanz eine Vielfalt an Habitate bildet und in einem relativ gut vernetzten Fliessgewässer einen Diversitätshotspot darstellt. Mit Beginn der Kanalisierung direkt am oberen Auenende verschwinden die Cypriniden und die Artenzahl nimmt ab. Durch die frei durchwanderbare Anbindung an den Ticino wurde ein positiver Effekt auf die Artenzahl oberhalb des Mündungsbereichs nachgewiesen. Blockrampen Aus den bereits im letzten Jahr abgeschlossenen Rampenexperimenten konnte folgendes Fazit gezogen werden. Blockrampen mit einem Gefälle von mehr als 6% eignen sich für Gewässer in denen nur Bachforellen vorkommen. Allerdings bestehen für kleinere Arten wie Groppen, Gründlinge und Elritzen Probleme bezüglich Fischaufstieg. Es zeigte sich, dass relativ flache aufgelöste Rampen, welche minimale Abstürze von 15 cm aufweisen, von den Groppen nicht effektiv genutzt werden können. Bei grösseren Gewässern können mittels Blockstrukturen am Uferrand strömungsberuhigte Zonen geschaffen werden.


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Erreichte Ziele

Die Felduntersuchungen der Fischfauna entlang von drei Schweizer Gewässern wurden erfolgreich abgeschlossen. Obwohl die Elektrobefischung am Brenno wegen des Geländes, der Felsen und der starken Strömung teilweise problematisch war, konnten alle ausgesuchten Strecken gemäss Methode befischt werden. Durch die Einarbeitung in die statistische Datenanalyse konnten geeignete Tests sowohl für die Rampenexperimente als auch für die Artenverteilung entlang Längsgradienten ausgewählt werden. Die Publikation zur Erfolgskontrolle von Blockrampen wurde fertiggestellt und wird demnächst eingereicht. Vorträge und Poster

8.03.2010: «Effects of longitudinal connectivity within Swiss watercourses on fish», Graduate research seminar, Kastanienbaum.

11.03.2010: «Patterns of fish diversity and distribution along the Brenno river and within the Brenno floodplain», 5. Projektmeeting Integrales Flussgebietsmanagement, Lausanne.

12.-15.04.2010: «Effectiveness of block ramps for upstream migration of fish», Posterpräsentation am FBA Summit in Aquatic Biology, Windermere, UK.

3.11.2010: «Patterns of fish diversity and distribution along river gradients», Graduate research seminar, Kastanienbaum.

Zusammenarbeiten

25.11.2010: Mithilfe bei der Vorbereitung und Durchführung des Symposiums «Fluss-revitalisierungen - Synergien zwischen Hochwasserschutz und Ökologie» in Bern. Zusammenfassen der Resultate der Rampenexperimente für Armin Peter zum Vortrag «Biodiversität in Flüssen und Bächen- die Herausforderung, sie zu erhalten und wiederherzustellen»

2.2 Untersuchungen an Blockrampen mit Fokus auf Kleinfische und Cypriniden. Masterarbeit Thomas Schläppi, Universität Bern und Eawag, Abgabetermin Ende Mai 2011 Folgende Blockrampen wurden bisher in Bezug auf die Fischdurchgängigkeit untersucht:

Clausenbach Lauerz

Sissle Eiken

Wyna Reinach

Aabach Lenzburg

Aabach Wildegg

Weitere Untersuchungen werden im Winter 2011 durchgeführt.


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2.3 Analysis of the situation of bullhead (Cottus gobio) population in the Sense River and tributaries. Masterarbeit Julian Junker, Universität Bern und Eawag, 2010. 39 Seiten

Figur 1. Die untersuchten Flussabschnitte in der Sense

und den Seitengewässern. Die Nummern 1-22 bezeichnen Stellen, an denen Groppen vorhanden waren. Die schwarzen Punkte ohne Nummer beziehen sich auf Befischungsorte, an denen keine Groppen vorkamen. Die schwarzen Balken geben die Lage der unüberwindbaren Barrieren an (eine oder mehrere pro Balken).

This project investigated the genetic population structure of bullhead (Cottus gobio) using 10 highly polymorphic microsatellites. As a study system we chose one river and its tributaries (Figure 1). We sampled fish at 22 two different sites. The sampled populations were either connected or they were disconnected through artificial barriers. This sampling allowed us to assess migration behavior as well as the influence of river fragmentation on this small bottom-dwelling fish. We found very high genetic differentiation between the populations at this small geographic scale. Additionally we found a strong isolation by distance pattern. These two results confirm the findings of earlier studies which testimonialize the bullhead as a rather resident species. Furthermore we observed reduced genetic diversity in the populations from the head reaches due to a strong asymmetrical migration in a downstream direction. We also found strong evidence for the influence of barriers leading to a greater genetic differentiation in disconnected populations and reduced genetic diversity in the above-barrier populations. In light of their limited migration, but also because of the high genetic differentiation between bull-head populations, we suggest more research to elucidate the relevant scales at which evolutionary significant units exist in bullheads.

Link zum Download der Masterarbeit: http://www.wsl.ch/land/products/rhone-thur/rivermanagement/pdf/Junker_MA10.pdf

http://www.wsl.ch/land/products/rhone-thur/rivermanagement/pdf/Junker_MA10.pdf


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3 Wiederbesiedlungsdynamik bei Fliessgewässerrevitalisierungen 3.1 Ökologische Erfolgskontrolle von Revitalisierungs- massnahmen an kleinen Bächen. Masterarbeit von Christiane S. Rau, Universität Tübingen und Eawag, 2010. 107 Seiten Ziel dieser Arbeit war es, mit dem «Handbuch für die Erfolgskontrolle von Fliessgewässer-revitalisierungen» des Rhone-Thur Projekts (Woolsey et al. 2005) ökologische Erfolgskontrollen an zehn kleineren Bächen durchzuführen (Abbildung 1), wobei der Fisch als biotischer Indikator eingesetzt wurde. Hierzu wurde aus dem Handbuch ein Set von 9 Indikatoren zusammengestellt, mit welchen die ökologischen Ziele bewertet werden können. Die Erfolgskontrollen wurden in einer räumlichen Untersuchung (Post-Treatment) durch Vergleich mit kanalisierten Strecken durchgeführt. In allen Teststrecken wurden neben einmaligen quantitativen Abfischungen die ausgewählten Indikatoren erhoben. Acht der untersuchten Bäche lagen in der Schweiz und zwei im Fürstentum Liechtenstein. Bei allen Bächen konnte ein ökologischer Erfolg durch die Revitalisierungsmassnahmen festgestellt werden (Abbildung 2). Zu deutlichen Veränderungen kam es bei der Artenzusammensetzung der Fische. In den revitalisierten Strecken konnten neben mehr Fischarten vor allem höhere Diversitäten ermittelt werden. Morphologische Unterschiede waren zwischen den Streckentypen «revitalisiert» und «kanalisiert» zum Teil sehr deutlich. Höhere Variabilitäten in der benetzten Breite sowie bei den mittleren und maximalen Tiefen konnten für alle revitalisierten Strecken bestätigt werden, wobei die Unterschiede bei der maximalen Tiefe am deutlichsten waren. Fischunterstände waren, mit Ausnahme des Kanals im Laveggio, in allen Untersuchungsstrecken vorhanden und kamen auch in den kanalisierten Strecken zum Teil mit großen Anteilen an der Gesamtfläche vor. Doch liess sich feststellen, dass es im Streckentyp «kanalisiert» hauptsächlich nicht dauerhafte Strukturen waren, welche den Fischen nicht ganzjährig zur Verfügung stehen, wie Wasserpflanzen und überhängende Vegetation, da diese nur in der Vegetationszeit aufzufinden sind. Dagegen wurden in den revitalisierten Strecken überwiegend dauerhafte Strukturen vorgefunden, wie Pools, unterspülte Ufer und künstliche Strukturen. Die Anzahl der Querverbauungen, entnommen aus den vorhandenen ökomorphologischen Daten, hatten in den vorliegenden Daten keinen Einfluss auf den Revitalisierungserfolg. Die positiven Ergebnisse in der höheren Artenvielfalt und bei den morphologischen Unterschieden zeigen das grosse Revitalisierungspotential von kleinen Bächen auf. Link zum Download der Masterarbeit http://www.wsl.ch/land/products/rhone-thur/rivermanagement/pdf/Rau_MA10.pdf

http://www.wsl.ch/land/products/rhone-thur/rivermanagement/pdf/Rau_MA10.pdf


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Abbildung 1. Lage der untersuchten Gewässer

Abbildung 2. Resultate der Einzelbewertung der Indikatoren pro Bach. Die Farben bedeuten: blau: starke

Verbesserung, grün: mittlere Verbesserung, gelb: leichte Verbesserung, rot: keine Veränderung.


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4 Synthese des Gesamtprojekts 4.1 Organisation und Öffentlichkeitsarbeit Anfangs Mai 2010 hat Sonia Angelone ihre Arbeiten bei Armin Peter an der Eawag in Kastanienbaum aufgenommen. Sie ist verantwortlich für die Koordination der Synthesearbeiten in Abstimmung mit der Projektleitung. Synthesegruppe

Im Sommer 2010 wurde eine Synthesegruppe zusammengestellt. Die insgesamt 19 Akteure setzen sich aus der Projektleitung, Mitarbeitern der Eawag und WSL sowie Vertretern des BAFU und kantonalen Fachstellen zusammen. Die Synthesegruppe traf sich zum ersten Mal am 16.07.2010 zu einer ergiebigen Sitzung. Zuerst wurden die Anliegen des BAFU und der kantonalen Fachstellen an die Synthese geäussert und im Plenum diskutiert. Anschliessend wurden ebenfalls im Plenum das Zielpublikum, mögliche Produkte sowie erste Themen definiert. Dabei kristallisierten sich zwei Produkte heraus: Eine Artikelsammlung in der Fachzeitschrift «Wasser Energie Luft» (kurz WEL) und eine Sammlung von Merkblättern. Aufgrund dieser Sitzung wurden von Seite des Projektes konkrete Vorschläge für beide Produkte ausgearbeitet und zur Vernehmlassung an alle Beteiligten geschickt. Für beide Produkte (WEL-Artikel und Merkblätter) sind Aktionspläne für das Jahr 2011 aufgestellt worden. Die nächste Sitzung der Synthesegruppe wird am 24.01.2011 stattfinden. An dieser Sitzung werden diese Vorschläge besprochen und die Inhalte der Merkblätter vertieft. Aus Akzeptanzgründen wird voraussichtlich das BAFU die Trägerschaft für die Merkblätter über-nehmen. Bis zur nächsten Sitzung muss ausserdem die inhaltliche Abstimmung der Merkblätter mit verschiedenen geplanten Wegleitungen des BAFUs erfolgt sein. Im Dezember wurden insgesamt 14 Akteure der Projektmitarbeitenden für die Synthese bestimmt. Diese Personen werden in erster Linie die WEL-Artikel verfassen und an den Merkblättern mitarbeiten. Diese Projektgruppe wird am 3.03.2011 an einem Workshop zusammentreffen, um gemeinsam die inhaltliche Abstimmung zu erarbeiten. Symposium

Am 25. November 2010 wurde in Bern eine Tagung mit dem Titel «Flussrevitalisierungen: Synergien zwischen Hochwasserschutz und Ökologie» durchgeführt. Die erfolgreiche Veran-staltung bot eine internationale Plattform zur Förderung des Informationsaustausches zwischen Experten aus der Forschung, Praxis und politischen Ämtern. An der Tagung haben rund 250 Fachleute aus unterschiedlichen Disziplinen der Forschung, Energiewirtschaft, kantonale und eidgenössische Verwaltung, Umweltbüros, Umweltschutzorganisationen gemeinsam über neue Perspektiven für die Revitalisierung von Fliessgewässern in der Schweiz diskutiert (Abbildung 1). Das Interesse an der Tagung war beachtlich: Einigen Interessenten blieb die Teilnahme aus Platzgründen sogar verwehrt. Die Tagung wurde von zwei Vertretern des BAFU eröffnet, die die neuen gesetzlichen Richtlinien im Gewässerschutz präsentierten und die Herausforderungen darstellten, welche die Gesetzesrevision für Kantonale Behörden und die Forschung mit sich bringt. Anschliessend präsentierten die vier Projektpartner die wichtigsten Zwischenergebnisse der laufenden Studien und betonten insbesondere, dass neben der Wiederherstellung unterschiedlicher Habitate die Förderung dynamischer Prozesse und vernetzter Lebensräume wesentlich ist.


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Durch die Einladung vier ausländischer Referenten mit unterschiedlichem Hintergrund ermöglichte der zweite Teil der Tagung einen tieferen Einblick in die Entwicklung von Revitalisierungsprojekten in Europa. Diese betonten einerseits, dass Flussrevitalisierungen stetig weiterentwickelt werden müssen, um bestehende Prozesse wiederherzustellen und zu erhalten. Anderseits empfahlen sie, bei Revitalisierungsprojekten in der Schweiz in Zukunft den Mehrwert für die Bevölkerung zu betonen.

Abbildung 1. Blick in den vollen Saal.

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Jahresbericht 2010 Integrales FlussgebietsmanagementJahresbericht 2010 Eawag Projekt «Integrales Flussgebietsmanagement» 10 1.2 Effects of tributaries on mainstem periphyton assemblages