Fischei-Sedimentkontakttest mit sauerstoffzehrenden Sedimenten

Abstract

Die untersuchten Hamburger Sedimente aus der Elbe haben einen hohen organischen Anteil, was zu einer starken Sauerstoffzehrung im Überstands-wasser des Fischei-Sedimentkontakttests führt. Für eine eindeutige Abgrenzung toxischer Effekte von Schädigungen der Fischembryonen aufgrund mangelnder Sauerstoffversorgung ist aber die Aufrechterhaltung eines Sauerstoff- gehalts von mindestens 4 mg/L O2 während der Testphase notwendig. Das entscheidende Ziel der vorliegenden Untersuchungen bestand darin, die Sauerstoffversorgung von Embryonen des Zebrabärblings (Danio rerio) im Fischei-Sediment-kontakttest sicherzustellen. Dazu wurde zunächst untersucht, wie sich die Sauerstoffkonzentration im Überstandswasser über den untersuchten stark zehrenden Elbe-Schwebstoffen über die Testdauer von 48 Stunden ohne Schüttler entwickelt. Dabei führte der Schwebstoff von der Probenahmestelle Seemannshöft generell zu einer geringeren Zehrung als der Schwebstoff aus der Probenahmestelle Bunthaus, auch wenn die Schwebstoffproben aus den verschiedenen Monaten ein unterschiedliches Zehrungspotential aufwiesen. Bei den Proben aus Bunthaus wurden dabei stets nur noch Sauerstoffkonzentra-tionen unter 1 mg/L im Überstandswasser festgestellt. Eine Verbesserung der Sauerstoffversorgung der Fischembryonen während der Testphase wäre durch verschiedene Modifikationen der Versuchsbedingungen möglich: Durch die Erhöhung der Schüttelfrequenz, durch die Vorinkubation des Schwebstoff-Überstandswasser-Gemisches, durch größere Testgefäße mit einer größeren Oberfläche und mit einer zusätzlichen Belüftung. Versuche mit Quarzsand bei verschiedenen Schüttelfrequenzen ergaben, dass maximal mit einer Schüttelfrequenz von 80 rpm gearbeitet werden kann, da mit einer höheren Frequenz letale Effekte auf die Embryonalentwicklung durch das Schütteln verursacht werden. Bei den Schwebstoffen aus Bunthaus konnte mit der Erhöhung der Schüttelfrequenz der Sauerstoffgehalt nur bei den im März genommenen Proben deutlich verbessert werden. Er lag jedoch trotz Schüttelns bei einer Frequenz von 80 rpm über 48 Stunden knapp unter 4 mg/L O2. Die Sauerstoffkonzentrationen im Überstandswasser über den Schwebstoffen aus Seemannshöft konnten durch die Erhöhung der Schüttelfrequenz auf Werte über 4 mg/l verbessert werden. Eine zusätzliche Vorinkubation des Schwebstoff-Überstandswasser-Gemisches vor dem eigentlichen Testbeginn über 24 Stunden führte bei keiner der untersuchten Schwebstoffproben aus der Elbe zu einer weiteren Verbesserung des Sauerstoffgehaltes. Die abschließend durchgeführten Toxizitätstests zeigten, dass die untersuchten Schwebstoffe aus Seemannshöft eindeutig als toxisch gegenüber Fischeiern einzustufen sind. Die Schwebstoffe aus Bunthaus führten ebenfalls zu einer hohen Mortalität der Testorganismen, die Toxizität konnte hier aber nicht eindeutig von den Effekten durch Sauerstoffmangel abgegrenzt werden.

The examined sediments from the river Elbe in Hamburg have a highly organic content, which leads to a strong oxygen consumption in the supernatant water of the fishegg-sediment- contacttest. To have a clear distinction between toxic effects and any damage of the fish embryos caused by a lack of oxygen supply, it is necessary to maintain an oxygen content of at least 4 mg/L O2 during the test phase. The major focus of this studies was to guarantee the oxygen supply of embryos of the zebrafish (Danio rerio) while conducting the sediment contact test. For this purpose the oxygen concentration in the supernatant water was examined to see how the consumptive suspended sediments developed during a period of 48 hours without shaking. Thereby the suspended sediments from the sampling station Seemannshöft resulted generally in a lower consumption than the suspended sediments from the sampling station Bunthaus, although the suspended sediments from different months differed in their depletion potential. As shown with Bunthaus’ samples oxygen concentrations were detected below 1 mg/L in the supernatant water. The fish embryos’ oxygen supply could be optimised during the test phase with various modifications of the test conditions: With the increase of the shaking frequency, with the preincubation of the supernatant water, with the suspended sediments (24 hours before starting the test), with test-vessels with a larger surface and an additional ventilation with oxygen. Experiments with quartz sand at different shaking frequencies resulted in the implementation of a maximum of 80 rpm as shaking-frequency. Higher shaking-frequencies caused lethal effects on embryonic development. For the suspended sediments from Bunthaus the increase of the shaking-frequency significantly improved the oxygen content only in the samples of March; however the content still lay slightly below 4 mg/L O2. The concentrations in the supernatant water above the suspended sediments from Seemannshöft could be improved to values above 4 mg/L. An additional preincubation of the supernatant water with the suspended sediments for 24 hours before the start of the test did not improve the oxygen content in the investigated suspended sediments from the Elbe. The final toxic analysis clearly classified the examined suspended sediments from Seemannshöft as harmful to fish eggs. The suspended sediments from Bunthaus also led to a high mortality of the test organisms