Artikel Vaeßen Groß - Edelkrebsprojekt NRW

Erschienen in: Forum Flusskrebse Heft 15 / 2011, S. 18 - 30
Untersuchungen zur Überwindbarkeit von fischpassierbaren Barrieren durch
Signalkrebse (Kurzfassung)
Susanne Vaeßen und Harald Groß
1. Einleitung
Der starke Rückgang heimischer Flusskrebsarten ist neben der allgemeinen
Biotopzerstörung zu einem Großteil auf das Eindringen gebietsfremder
Flusskrebsarten zurückzuführen, welche neben allgemeiner ökologischer Konkurrenz
insbesondere durch die Übertragung der Krebspest (Aphanomyces astaci), einer für
heimische Flusskrebse tödlichen Pilzinfektion, die Bestände stark dezimiert haben.
Zunehmender Schiffsverkehr und gewässerverbindende Kanalbauten haben dabei
noch zusätzlich zur Verbreitung der Fremdarten beigetragen, so dass sich die
Artenzahl der wirbellosen Neozoen im Rhein seit der Jahrhundertwende verfünffacht
hat (Boye 2003). Die letzten Rückzugsgebiete des häufigsten heimischen
Flusskrebses, dem Edelkrebs (Astacus astacus) liegen heute in isolierten Gewässern
wie Kleinseen, Stauteichen, Talsperren, wassergefüllten Kiesgruben und vor allem
auch in Oberläufen von Fließgewässern (Blanke 1998, Blanke & Schulz 2002),
während die Unterläufe gerade größerer Wasserstraßen bereits mit nicht heimischen
Flusskrebsarten – hier insbesondere mit dem Amerikanischen Kamberkrebs
(Orconectes limosus ) - verseucht sind (Momot 1988, Troschel & Dehus 1993, Dehus
et al. 1999).
Dem Nordamerikanischen Signalkrebs (Pacifastacus leniusculus) kommt bei der
stattfindenden Invasion eine besondere Bedeutung zu, da er – im Gegensatz zum
Kamberkrebs – auch in der Lage ist, bis in die Oberläufe der Fließgewässer
vorzudringen. Dabei stellen selbst krebspestfreie Populationen dieser besonders
großen Art eine Gefahr für die heimischen Krebse dar, da sie aggressiver und
fruchtbarer sind und schneller wachsen. Selbst ohne die Übertragung der Krebspest
wird daher ein in ein Gewässer einwandernder Signalkrebsbestand, eine dort
vorhandene Edelkrebspopulation auf Dauer verdrängen (Söderbäck 1991, Westman
et al. 2002).
Am 22. Dezember des Jahres 2000 trat die Wasserrahmenrichtlinie der
Europäischen Gemeinschaft in Kraft. Diese fordert einen "guten ökologischen
Zustand" der europäischen Binnengewässer, der bis zum Jahr 2015 erreicht werden
soll. Dabei soll unter anderem auch die größtmögliche Durchgängigkeit eines
Fließgewässers bewerkstelligt werden. Künstliche Hindernisse wie Wehre, Dämme
und Verrohrungen, die nicht unbedingt benötigt werden, sollen hierzu entfernt und
die übrigen so weit wie möglich passierbar gemacht werden (Richtlinie 2000/60/EG).
Obwohl diese Zielsetzungen zunächst sicher positiv zu bewerten sind, bringen sie zu
Zeiten biologischer Invasionen allerdings auch Probleme mit sich. Die geographische
Isolation von Fließgewässerabschnitten durch Wehre und Dämme stellt nämlich
vielerorts den letzten wirksamen Schutz der darin vorkommenden heimischen
Krebsbestände dar (Bohl 1987, Gross 2003). Dass aber nicht nur Fische, sondern
auch nicht heimische Krebsarten die neu erworbene Durchgängigkeit von
Fließgewässern nutzen werden, liegt auf der Hand. Entsprechend wäre es optimal,
Fremdpopulationen von Flusskrebsen selektiv zu isolieren, so dass die
2
Durchgängigkeit des Gewässers für andere Spezies – insbesondere für Fische –
erhalten bleibt.
Versuche zur Entwicklung einer solchen selektiven Barriere hat es bereits
anderenorts gegeben. Besonders möchte ich an dieser Stelle auf die
Untersuchungen von Ellis (2005) verweisen. Auch in dieser Studie wurde eine
physikalische Barriere erprobt, die Restpopulationen des stark bedrohten ShastaFlusskrebses (Pacifastacus fortis) in den Oberläufen eines Fließgewässersystems in
Kalifornien vor einem einwandernden Signalkrebsbestand schützen sollte. Das
einzige Modell, das sich in dieser Studie als passierbar für Fische, jedoch nicht für
Krebse erwies, bestand in einer vertikalen Barriere mit Überhang (Abb. 1, Ellis 2005).
Water Surface
>5 inch (~130mm) open drop
Barrier apron extends 3+ ft
Barrier headwall ~3 ft deep
Anchoring “Footer” Boulders
Abbildung 1: Flusskrebsbarriere mit Überhang und vertikaler Wand (Ellis 2005)
Diese Barriere war allerdings nur für Freiwasserfische wie Regenbogenforellen
(Oncorhynchus mykiss) passierbar. Bodenfische wie Groppen konnten sie nur
überwinden, wenn sie mit einem Netz gejagt wurden. Sie überquerten die Barrieren
in den Versuchsreihen niemals aus eigenem Antrieb. Die Barrieren schienen für die
Tiere eine Verhaltensbarriere darzustellen (Ellis 2005).
In derselben Studie wurde auch das Schwimmverhalten von Signalkrebsen zur
Sperrenüberwindung untersucht, indem 44 Tiere für mehrere Wochen in einem
Becken untergebracht wurden, von dem die eine Hälfte, in der sich die Tiere
befanden, durch eine in sich geschlossene Aluminium-Bande abgegrenzt wurde
(siehe Abb. 2). Weder Futter, noch ein durch eine Pumpe erzeugter
Sauerstoffgradient, oder Störungen wie vom Menschen geworfene Schatten oder
Aufschrecken der Tiere mit einem Netz oder einer Fischattrappe konnte diese zum
Überschwimmen der Barriere bringen, sodass davon ausgegangen wurde, dass
3
Krebse diese Methode nicht zur Barrierenüberwindung nutzen (Ellis 2005).
Grundsätzlich deckten sich Ellis' Befunde somit mit den Aussagen von Wine und
Krasne (1972), Webb (1979), Holdich und Reeve (1988), Holdich (2002) und Light
(2002), laut denen der Schwimmreflex eines Flusskrebses durch einen anterioren
visuellen Stimulus ausgelöst und nur selten und dann sehr kurz spontan gezeigt wird.
Webb (1979) ermittelte erreichbare Schwimmgeschwindigkeiten von Roten
Amerikanischen Sumpfkrebsen (Procambarus clarkii) zwischen 0,4 und 0,8 m/s. Die
Tiere schwammen in seiner Studie aber niemals länger als 1 s mit dieser hohen
Geschwindigkeit, was für die Überwindung einer Barriere nicht ausreichen würde.
Ellis' Studie zeigte außerdem, dass jede noch so kleine Unebenheit in Barrieren –
sowohl in Fließrinnen- als auch Stillwasserversuchen – eine Überwindung der
Barriere durch Überklettern ermöglichte, die Barriere also vollkommen glatt sein
muss, um überhaupt für einen erfolgreichen Rückhalt der Tiere in Frage zu kommen.
Abbildung 2: 12 Zoll hohes, in sich geschlossenes Aluminiumblech als
Flusskrebsbarriere im Stillwasserversuch (Ellis 2005)
Die vorliegende Arbeit sollte einen ersten Versuch unternehmen, Neigungswinkel von
glatten Flächen zu erkunden, die die Passage von Flusskrebsen gerade noch
verhindern, um so letztlich zur Entwicklung einer selektiven, fischpassierbaren
Krebssperre, wie sie später in festen wasserbaulichen Strukturen wie z. B.
Fischtreppen eingebaut werden könnte, beizutragen. Dabei wurde davon
ausgegangen, dass eine sanft ansteigende Barriere die Überwindung für
Bodenfische im Vergleich zu einer vertikalen Barriere erleichtern könnte. Zusätzlich
sollten die Verhaltensstrategien der Krebse beobachtet werden – insbesondere das
Schwimmverhalten. Außerdem wurde auch die Bedeutung der Sperrenrauheit noch
einmal experimentell untersucht.
Diese Untersuchungen wurden im Rahmen des Pilotprojekt „Maßnahmen zum
nachhaltigen Schutz der heimischen Flusskrebsbestände vor invasiven
gebietsfremden Flusskrebsarten“ vorgenommen. Initiator dieses mit EFF-Mitteln der
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EU geförderten Pilotprojektes ist der Fischereiverband NRW. Mit der Durchführung
des dreijährigen Projektes (2010 – 2012) wurde das Edelkrebsprojekt NRW betraut.
2. Material und Methode
Die Versuche fanden in der Versuchshalle des Instituts für Wasserbau und
Wasserwirtschaft an der RWTH Aachen unter biologischer Betreuung des Lehrstuhls
für Ökosystemanalyse statt. In einer 30 m langen, 1 m hohen und 1 m breiten
Fließrinne wurden zwei Versuchskammern mit einer Länge von jeweils 3 m durch
Trenngitter voneinander und vom restlichen Rinnenvolumen abgegrenzt. In jeder
Versuchskammer wurde eine im Anstellwinkel verstellbare, an den Wänden dicht
abschließende Barriere aus PVC (1,5 cm stark, 35 cm hoch) installiert, welche die
Kammern nochmals in je einen Start- und Zielbereich unterteilten. Der 1 m² große
Startbereich wurde mit Krallmatten ausgelegt, um den Tieren Halt zu gewähren, wie
er auch in einem natürlichen Bachbett gegeben wäre. Der 2 m lange Zielbereich
wurde mit Köderkörbchen (Frolic Hundefutter) für die Tiere noch attraktiver gemacht,
ansonsten jedoch nicht weiter verändert. Ebenso wie der übrige Rinnenboden war er
mit eingeklebten PVC-Platten eingeebnet worden. Abbildung 3 zeigt eine Skizze des
Versuchsaufbaus und Abbildung 4 den tatsächlichen Versuchsaufbau in der
Fließrinne mit Fokus auf dem Startbereich.
Abbildung 3: Skizze des Versuchsaufbaus (vereinfacht)
In den Versuchen wurden bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und
Abflusswerten jeweils in 8°-Schritten ansteigende Sperrenneigungswinkel von 0°
(flach aufliegend) bis 48° erprobt. Jeder Versuch lief jeweils 48 Stunden, wenn es
den Tieren nicht bereits vorher gelang, die Sperre zu überwinden. In diesem Fall
wurde der Versuch vorzeitig abgebrochen. Wie bereits in Abbildung 4 zu erkennen,
wurden alle Versuche durchgehend mit Infrarotkameras überwacht und abschließend
ausgewertet.
5
Abbildung 4: Startbereich einer Versuchskammer
Zusätzlich zur Hauptversuchsreihe wurden auch noch einige Messreihen mit einer
aufgerauten Sperrenplatte absolviert, die durch das flächige Aufkleben von
Schmirgelpapier auf der den Krebsen zugewandten Seite konstruiert wurde. Ebenso
fanden noch einige Stillwasser-Versuche in einem Aquarium mit gerasterter
Bodenscheibe (cm²) statt, bei denen die Tiere gezielt über Fluchtreaktionen zum
Schwimmen gebracht und die erreichten Geschwindigkeiten gemessen wurden. Die
Auswertung erfolgte hier anhand von Videoaufnahmen, über die sich die
zurückgelegte Wegstrecke pro Sekunde feststellen ließ.
Als Versuchstiere kamen Signalkrebse (Pacifastacus leniusculus) ab einer
Körpergröße von 9,5 cm (Spitze des Rostrums bis Ende des Schwanzfächers) zum
Einsatz. Diese konnten aus einem nahe gelegenen Bach in großer Zahl entnommen
werden. Es wurden sowohl körperlich intakte als auch Tiere mit fehlenden
Gliedmaßen in den Versuchen genutzt.
3. Ergebnisse und Diskussion
Wie
erwartet
ergab
sich
eine
deutliche
Korrelation
zwischen
Abfluss/Strömungsgeschwindigkeit und erforderlichem Sperrenneigungswinkel. Bei
stärkeren Strömungsverhältnissen reichte schon ein geringer Neigungswinkel aus,
um eine Überwindung der Sperre durch Flusskrebse zu verhindern. So war bei einer
Strömungsgeschwindigkeit von 0,531 m/s (gemessen unmittelbar über der Barriere)
bereits eine flach aufliegende glatte Sperrenplatte ein wirksames Hindernis. Bei
extrem langsamen Geschwindigkeiten von 0,070 m/s war dagegen selbst eine 48°
6
steile Sperre noch überlaufbar. Tabelle 1 gibt die Ergebnisse der unterschiedlichen
Strömungs- und Neigungsverhältnisse wieder.
Abfluss
(l/s)
Sperrenneigungswinkel
(°)
Fließgeschwindigkeit unmittelbar über
der Sperre (m/s)
10
24,0
32,0
40,0
48,0
Nicht detektierbar
Nicht detektierbar
0,056
0,070
35
1,0
8,4
17,1
25,0
32,0
40,0
47,8
0,098
0,116
0,151
0,177
0,263
0,309
0,383
56
-0,3
8,2
16,0
24,3
32,4
0,273
0,295
0,348
0,437
0,502
106-118
6,0
10,0
0,500
0,462
135-140
1,0
8,4
0,480
0,442
160-170
0,0
12,0
0,531
0,567
Tabelle 1: Fließgeschwindigkeiten gemessen unmittelbar über der Barriere in
Korrelation zum Sperrenneigungswinkel bei den verschiedenen
Abflussklassen (grün: Sperre überwunden, rot: Sperre wirksam)
Bei einer Aufrauung der Sperrenplatte mit Schmirgelpapier verschoben sich
wirksame Strömungs- und Winkelverhältnisse zugunsten der Krebse, was in
Abbildung 5 deutlich wird, in der die Versuche mit rauer Sperrenoberfläche hell
hervorgehoben wurden. Hier konnten sowohl höhere Strömungsgeschwindigkeiten
als auch steilere Sperrenwinkel überwunden werden. Dies verdeutlicht die
Notwendigkeit einer regelmäßigen Wartung und Reinigung der Sperrenoberfläche in
der Praxis, da auch hier durch Biofilme und Algenwuchs eine Aufrauung auftreten
kann.
Das überraschendste Ergebnis der Versuchsreihen stellte wohl das Verhalten der
Signalkrebse dar, die – im Gegensatz zu der amerikanischen Studie – hier das
eigentlich als Fluchtreaktion bekannte Schwimmverhalten gezielt einsetzten, um über
die Sperre zu schwimmen. Zwar wurde stets erst einmal kletternd versucht, an der
Sperrenwand hoch zu kommen, doch wenn dies nicht zum Erfolg führte, brachen die
7
Sperrenneigungswinkel (°)
Tiere die Kletterversuche ab, drehten sich mit dem Schwanz zur Sperre und
beförderten sich in die Wassersäule darüber und auf die andere Seite. Abbildung 6
zeigt ein Beispiel für diese Vorgehensweise.
50,0
47,5
45,0
42,5
40,0
37,5
35,0
32,5
30,0
27,5
25,0
22,5
20,0
17,5
15,0
12,5
10,0
7,5
5,0
2,5
0,0
-2,5
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500 0,550 0,600 0,650 0,700 0,750 0,800
Fließgeschwindigkeit unmittelbar über Sperrenrand (m/s)
Abbildung 5: Korrelation von Sperrenneigungswinkel und
Fließgeschwindigkeit am Sperrenrand (grün: Sperre überwunden, rot: Sperre
wirksam – Versuche mit aufgerauter Sperrenplatte hell hervorgehoben)
Abbildung 6: Schwimmender Flusskrebs bei erfolgreicher
Barrierenüberwindung
8
Bis zu Strömungsgeschwindigkeiten von 0,437 m/s wurde in den Versuchen
erfolgreiches Schwimmverhalten gezeigt. Inwieweit ein Überschwimmen auch
oberhalb dieses Wertes noch möglich ist, kann nicht mit Sicherheit gesagt werden. In
den Aquarien-Versuchen zur Schwimmgeschwindigkeit, bei denen die Tiere
aufgeschreckt und schwimmend über einen gerasterten Bodengrund getrieben
wurden, wurden lediglich Geschwindigkeiten von maximal 0,375 m/s erreicht, womit
die Tiere weit hinter den in der Fließrinne gezeigten Leistungen zurück blieben.
Abbildung 7 fasst die Ergebnisse noch einmal zusammen. Bei den eingezeichneten
Linien handelt es sich um Schätzungen. Es wird deutlich, dass das
Schwimmverhalten eine weitaus größere Rolle spielt, als zunächst angenommen. Bei
Strömungsgeschwindigkeiten, die ein Überschwimmen der Sperre zulassen, ist der
Winkel der Sperre praktisch irrelevant. Zwar kam es unterhalb dieses Wertes auch
zum erfolgreichen Rückhalt der Krebse, dies sagt aber letztlich nur aus, dass die
Tiere in diesen Versuchen keinen erfolgreichen Schwimmversuch unternahmen. Ist
die kritische Strömungsgeschwindigkeit dagegen überschritten, sind bereits sehr
geringe Anstellwinkel der Sperre wirksam, was aus dem sehr kleinen dunkelgrünen
Bereich in der Abbildung hervorgeht. Somit kommt der Strömungsgeschwindigkeit
über der Sperrenkante letztlich eine größere Bedeutung zu als dem Anstellwinkel der
Sperre, sofern nicht zusätzliche Strukturen vorhanden sind, die die Überquerung
durch Schwimmen verhindern.
Abbildung 7: Zusammenfassung der Ergebnisse (Grenzen geschätzt, Quadrate:
blau = Sperre überschwommen, grün = Sperre überklettert, rot = Sperre
wirksam)
4. Literaturverzeichnis
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Anschriften der Verfasser:
Susanne Vaeßen
Bertholdstraße 12
52066 Aachen
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Dr. Harald Groß
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