Pressemitteilung vom 22. März 2017

Lachs mit Nebenwirkungen

Aquakulturen belasten die Flüsse Chiles mit einem Cocktail von gelösten organischen Substanzen

Lecker, vielseitig verwendbar, ein hoher Gehalt an lebensnotwendigen Omega-3-Fettsäuren: Lachse gehören zu den beliebtesten Speisefischen überhaupt. In den Handel kommen neben Wildfängen vor allem Tiere aus Zuchtbetrieben, die allerdings Flüsse, Seen und Meere verschmutzen können. Doch wie groß ist dieses Problem? Dieser Frage sind deutsche und chilenische Wissenschaftler unter Leitung des UFZ nachgegangen. Sie haben die gelösten organischen Verbindungen untersucht, die durch Lachsfarmen in Chiles Flüsse gelangen, und warnen im Fachjournal Scientific Reports davor, dass diese Substanzen die Ökosysteme massiv belasten und ganze Lebensgemeinschaften verändern.

Lachs-Aquakultur am Rio Niltre, einem kleinen Fluss in Chile. Hier wird die jüngste Generation der Lachse  aufgezogen. Die Abwässer werden durch ein Rohr (Bildmitte) in den Fluss geleitet. Foto: Norbert Kamjunke
Lachs-Aquakultur am Rio Niltre, einem kleinen Fluss in Chile. Hier wird die jüngste Generation der Lachse aufgezogen. Die Abwässer werden durch ein Rohr (Bildmitte) in den Fluss geleitet.
Foto: Norbert Kamjunke

Lachse führen ein ziemlich abwechslungsreiches Leben. Während die erwachsenen Fische im Meer zuhause sind, wandern sie zur Fortpflanzung die Flüsse hinauf und legen ihre Eier in den Kiesbetten der Oberläufe ab. Dort schlüpft der Nachwuchs, wächst eine Zeit lang im sauberen, sauerstoffreichen Wasser heran und macht sich dann auf den Weg Richtung Meer. Wer die beliebten Speisefische züchten will, muss ihnen also je nach Alter unterschiedliche Lebensbedingungen bieten.
Chilenische Fischfarmer tun das, indem sie sich am natürlichen Lebenszyklus der Lachse orientieren. An den klaren Flüssen, die vom Anden-Hauptkamm Richtung Pazifik fließen, haben sie einige hundert Aufzucht-Stationen für die Eier und die jüngsten Tiere eingerichtet. Etwas größere Lachse leben dann in Käfigen in den Seen des südamerikanischen Landes, und die Erwachsenen ziehen schließlich in ähnliche Unterkünfte um, die vor der Küste im Meer verankert sind. Auf diese Weise haben Chiles Aquakulturen 2012 rund 820.000 Tonnen Lachs im Wert von knapp fünf Milliarden US-Dollar produziert. Seit Jahren rangiert das Land auf der Liste der weltweit wichtigsten Lachsproduzenten auf Platz zwei nach Norwegen.

Folgen für die Umwelt?

Aus den Käfigen für die mittelgroßen und großen Fische rieseln Kot, Futterreste und andere Substanzen in die Seen und Küstengewässer des Landes. Und aus etlichen der eigentlich extrem sauberen und naturbelassenen Flüsse leiten die Betriebe Wasser für ihre Aufzuchtstationen ab. Sie pumpen es durch die Becken der Junglachse und leiten es ein Stück weiter unten wieder ein - und zwar in keinem guten Zustand.
Statt klarem Wasser fließt unterhalb solcher Anlagen oft eine nach Fisch stinkende Brühe talwärts - was für Anwohner, Touristen und Wasserlebewesen gleichermaßen eine Belastung ist. "Es darf inzwischen zwar kein völlig trübes Wasser mehr eingeleitet werden", berichtet UFZ-Biologe Dr. Norbert Kamjunke. Die darin enthaltene Menge von Partikeln muss unter bestimmten Grenzwerten bleiben. Daher klären die Aquakulturen ihr Abwasser inzwischen mithilfe von Absetzbecken und Rotationsfiltern. Für gelöste Substanzen aber gibt es solche Vorschriften nicht, diese fließen nach wie vor ohne jede Behandlung oder Überwachung in die Gewässer. Und zwar in gewaltigen Mengen.

In einer früheren Studie haben Norbert Kamjunke und seine Kollegen herausgefunden, dass in solchen Anlagen für 50 Tonnen gezüchteten Lachs rund 40 Tonnen gelöstes organisches Material in den Flüssen landen. Zu diesen Substanzen, die Chemiker unter dem Kürzel DOM (Dissolved Organic Matter) zusammenfassen, gehören zum Beispiel die flüssigen Ausscheidungen der Lachse sowie aufgelöste Reste von Futter und Kot. "Es sind aber auch Desinfektionsmittel und Antibiotika dabei", erklärt er. Doch aus welchen Verbindungen besteht dieser Cocktail genau? Und was bewirkt er in den Gewässern? Das haben die Forscher nun zum ersten Mal genau untersucht.

Zum Einsatz kamen dabei die modernsten Methoden der chemischen Analytik. Mithilfe von Fluoreszenz-Messungen, hochauflösender Massenspektrometrie und Kern-Magnet-Resonanz-Spektroskopie haben die Forscher das Abwasser von vier chilenischen Aquakulturen sowie Proben aus den oberhalb und unterhalb gelegenen Flussabschnitten unter die Lupe genommen. Bei der Probenahme haben sie dabei mit Kollegen der Universidad Austral de Chile in Valdivia zusammengearbeitet, die späteren Messungen erfolgten am Helmholtz-Zentrum München. "So konnten wir sehr genau bestimmen, welche DOM-Moleküle in welchen Konzentrationen das jeweilige Wasser enthält", erklärt Norbert Kamjunke.
Dabei hat sich herausgestellt, dass jeder der Flüsse von Natur aus einen etwas anderen chemischen Fingerabdruck hat. Strömt er durch waldreiche Gebiete, enthält sein Wasser zum Beispiel viele Huminstoffe. Ein hoher Anteil von Schwefelverbindungen ist dagegen typisch für Gewässer in Vulkanregionen. Es gibt aber auch Gemeinsamkeiten. So ist in den naturnahen Flussabschnitten generell wenig organisches Material gelöst. Und diese geringe Fracht besteht aus Verbindungen, die für Bakterien schwer zu knacken sind. "Es herrschen dort also sehr nährstoffarme Bedingungen", resümiert Norbert Kamjunke.
Durch die Einleitung der Aquakultur-Abwässer aber ändert sich das Bild. Diese Anlagen setzen große Mengen von leicht abbaubaren Verbindungen frei. Vor allem Kohlenhydrate, Proteine und deren Bausteine sowie Lipide finden sich unterhalb der Anlagen in viel höheren Konzentrationen als oberhalb. Die Aquakulturen verpassen den nährstoffarmen Flüssen also eine Art Düngerschub.

Was bedeutet das für die Gewässer und ihre Bewohner?

Auch dieser Frage sind die Forscher in ihrer Studie nachgegangen. Mithilfe von Laser-Scanning-Mikroskopen haben sie den glitschigen Überzug untersucht, der auf Steinen im Flussbett wächst. Oberhalb der Aquakulturen fanden sich in diesen sogenannten Biofilmen reichlich winzige Algen. Unterhalb waren diese Organismen deutlich seltener, dafür gab es sehr viel mehr Bakterien. "Dadurch aber verändert sich das ganze Ökosystem", erklärt Norbert Kamjunke.
Die Algen am Grund der naturnahen Gewässer spielen nämlich aus mehreren Gründen eine wichtige Rolle. Zum einen produzieren sie Sauerstoff, zum anderen bieten sie Nahrung für zahlreiche winzige Weidetiere. Schnecken grasen den Belag ebenso ab wie Eintags- oder Steinfliegenlarven. Und die wiederum stehen auf dem Speiseplan von Fischen. "Ohne die Algen fehlt diesem ganzen Nahrungsnetz die Grundlage", sagt Norbert Kamjunke. Doch das ist nicht der einzige Punkt, in dem sich die Lebensbedingungen durch das Abwasser der Aquakulturen verändern. Denn während die Bakterien unterhalb der Anlagen das gelöste organische Material abbauen, verbrauchen sie reichlich Sauerstoff. Und zu niedrige Sauerstoff-Konzentrationen bedeuten für viele an saubere Fließgewässer angepasste Arten das Ende.
Die starke Aktivität der Bakterien, die das Team unterhalb der Lachszuchtbetriebe gemessen hat, führt andererseits aber auch zur Reinigung des Wassers. "Trotzdem sollte man die Flüsse nicht als natürliche Kläranlagen missbrauchen", betont Norbert Kamjunke. Denn zum einen verdienen die sauberen und unbelasteten Gewässer mitsamt ihren Bewohnern besonderen Schutz. Zum anderen muss das Wasser unterhalb der Anlagen erst ein ganzes Stück flussabwärts strömen, bis es wieder sauber ist. Wie lang diese Strecke ist, hängt von den äußeren Umständen ab. Am effektivsten arbeiten die kleinen Wasserreiniger bei hohen Temperaturen und langsamen Fließgeschwindigkeiten. Unter solchen Umständen haben sie die Belastung rund 2,7 Kilometer unterhalb der Anlage wieder abgebaut, zeigt eine frühere Studie der Magdeburger Forscher. "Im Winter brauchen sie allerdings eine deutlich längere Fließstrecke", sagt Norbert Kamjunke. Und die haben sie in den kurzen Andenflüssen nicht immer zur Verfügung.

Die Forscher plädieren daher dafür, auch für die eingeleiteten DOM-Konzentrationen Grenzwerte einzuführen. Ihre Erkenntnisse über die Aktivitäten der Bakterien können dabei helfen, diese so festzulegen, dass die Gewässer nicht überlastet werden. Die Aquakulturen müssten dann ihr Abwasser vor dem Einleiten besser reinigen - beispielsweise mithilfe von sogenannten Tropfkörpern. Das sind im Prinzip große Röhren voller Steine, auf denen Biofilme wachsen. Oben wird das Abwasser eingeleitet, unten kommt es von den Bakterien geklärt wieder heraus. "Unsere Ergebnisse zeigen auch, wie groß solche Anlagen sein müssten", erklärt Norbert Kamjunke. Denn aus den gemessenen Abbauraten lässt sich berechnen, wie viel Steinoberfläche man für die gewünschte Reinigungsleistung braucht.
Die Forscher ziehen aus ihrer Studie aber noch einen weiteren Schluss. Sie halten es nicht für sinnvoll, an den chilenischen Flüssen noch weitere Aquakulturen einzurichten. Für neue Lachsfarmen in den Seen haben die Behörden bereits einen Genehmigungsstopp verhängt. Daher gibt es bei den Betreibern nun Überlegungen, auch die Haltung der mittelgroßen Lachse von den Seen in die Flüsse zu verlegen. "Das könnte theoretisch durchaus klappen", meint Norbert Kamjunke. "Ökologisch gesehen aber wäre es überhaupt keine gute Idee".

Publikation:
Norbert Kamjunke, Jorge Nimptsch, Mourad Harir, Peter Herzsprung, Philippe Schmitt-Kopplin, Thomas R. Neu, Daniel Graeber, Sebastian Osorio, JoseValenzuela, Juan Carlos Reyes, Stefan Woelfl, Norbert Hertkorn (2017): Land-based salmon aquacultures change the quality and bacterial degradation of riverine dissolved organic matter, Scientific Reports 7, 43739; doi: 10.1038/srep43739; http://www.nature.com/articles/srep43739


Weitere Informationen

Dr. Norbert Kamjunke
UFZ-Department Fließgewässerökologie
Telefon: +49 391 810 9434
norbert.kamjunke@ufz.de

UFZ-Pressestelle

Susanne Hufe
Telefon: +49 341 235-1630
presse@ufz.de


Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg mehr als 1.100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.

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