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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-90122
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9012/


Ecological niche of invasive round goby Neogobius melanostomus (Pallas, 1814) in the Kiel Canal and adjacent section of the Elbe River

Ökologische Nische der invasiven Schwarzmundgrundel Neogobius melanostomus (Pallas, 1814) im Nord-Ostsee-Kanal und angrenzenden Bereichen der Elbe

Hempel, Mattias

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SWD-Schlagwörter: Neozoen , Grundeln
Freie Schlagwörter (Deutsch): invasive Arten , Gobiidae , Nahrungsuntersuchungen
Freie Schlagwörter (Englisch): invasive species , gobies , diet analyses
Basisklassifikation: 42.81
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Tiere (Zoologie)
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Thiel, Ralf (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 23.02.2018
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 27.02.2018
Kurzfassung auf Englisch: The round goby Neogobius melanostomus (Pallas, 1814) was introduced into numerous waters in Europe and North America in the late 20th and early 21st centuries. The highly invasive species is able to build up dense populations in invaded areas within only a few years. Therefore, it can strongly influence native species by direct predation or competition and alter the invaded ecosystems.
This thesis focuses on the role of N. melanostomus in brackish and freshwater habitats in Northern Germany, especially in the federal states Schleswig-Holstein and Hamburg. The considered habitats have recently been invaded by the species and hold established populations nowadays.
Research into trophic interactions between round goby and its predators and prey organisms can contribute to the knowledge of invasive species and lead to a better understanding of processes in the invaded ecosystems. First, a recent range expansion of N. melanostomus has been shown by reporting the first records of the species in the Elbe River, Germany. Second, with regard to a possible further range expansion into regions with higher salinities, an aquaria experiment was conducted measuring the salinity tolerance of juvenile specimens. Third, the role of round goby in the Kiel Canal was studied in detail with emphasis on its feeding ecology, growth and reproductive biology. This information gives important insights into the adaptability of the species to artificial brackish water habitats. Fourth, the growth and diet composition of zander Sander lucioperca (Linnaeus, 1758) as a hypothesized predator of N. melanostomus was studied to exemplify potential effects of the newly available prey on higher trophic levels.
In Chapter 4, the first records of round goby in the Elbe River, Germany were stated. The described 36 specimens were found from May 2008 to June 2013 mainly in the tidal river section close to the city of Hamburg.
In Chapter 5, the results of an aquaria experiment dealing with the effects of salinity on juvenile round goby from the brackish Kiel Canal were shown. In detail, survival, daily food intake and growth were compared between salinities of 0.1, 7.5, 15 and 30 over 12 weeks. All specimens were fed ad libitum with mysid shrimps and measured and weighted weekly. Mean daily food intake increased from salinity level 0.1 to 15. Specimens at level 30 showed a more diversified and lower mean food intake. Mean cumulative body weight gain appeared greatest at a level of 7.5, closely followed by 0.1 and 15. In contrast, fish growth was significantly lower at a salinity level of 30. The results of the experiment indicate that the assumed salinity tolerance of round goby made by other authors is too low at least regarding specimens from brackish habitats. A further spread of this species into regions with higher salinities seems to be possible.
The results of research into diet, growth and reproductive biology of Neogobius melanostomus from the Kiel Canal, northern Germany, were shown in Chapter 6. Crustaceans, annelids and chironomids had the highest importance in the diet of all three inspected size classes of round goby. Only large specimens consumed mussels and fish, which contributed to the diet to a minor extent. Diet showed a high interannual variability. In comparison to other ecosystems, round goby in the Kiel Canal has a relatively low asymptotic total length and a high relative fecundity. The inspected population has an almost balanced sex ratio and the highest spawning activity takes place in May and June. Direct predation on eggs and fry of native fish species appear to be too low to have negative effects. Due to the high abundance of round goby in the Kiel Canal it seems likely that changes will occur in the ecosystem due to competition with native fish species and predation on invertebrates.
The diet and growth of zander from the Kiel Canal as a possible predator of round goby was studied in Chapter 7 to analyse effects of the newly available potential prey. Round goby represented the most important fish prey taxon in the zander diet in 2011–2013. Inspected zander of total lengths ≥200 mm and ≥400 mm fed heavily on round goby, at least in the warmer quarters (2nd and 3rd) of the years under study. In the colder quarters of the inspected years (1st and 4th), zander ≥400 mm showed a high amount of cannibalism. In comparison with data from 1995/1996 - before the round goby invasion in 2006 - zander showed considerable differences in diet composition. They also showed faster growth and a better condition in this study compared to the data from 1995/1996. As catch numbers of round goby dropped while zander catches increased, abundance of round goby seems to be controlled by high predator abundance.
This thesis contributes significantly to an improved state of knowledge about the invasive round goby, particularly in artificial brackish water habitats. It provides new insights into the spread of the round goby in Northern Germany and hints for a possible further development. A reassessment of the role of Neogobius melanostomus in the food web of the Kiel Canal should be conducted after a couple of years in order to estimate the changes of the ecosystem due to the invader.
Kurzfassung auf Deutsch: Die Schwarzmundgrundel Neogobius melanostomus (Pallas, 1814) gelangte im späten 20. beziehungsweise im frühen 21. Jahrhundert in zahlreiche Gewässer Europas und Nordamerikas, in welchen die Art zuvor nicht heimisch war. Die stark invasive Art bildet in neu kolonisierten Bereichen häufig bereits nach wenigen Jahren abundante Populationen aus. Daher kann sie, sowohl durch direkten Fraßdruck als auch durch Konkurrenz, einen starken Einfluss auf Ökosysteme und deren Artenzusammensetzung haben.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Rolle von N. melanostomus in Brack- und Süßwasserhabitaten in Norddeutschland, insbesondere in den Bundesländern Schleswig-Holstein und Hamburg. In den betrachteten Gebieten trat die Art erstmals vor etwa einem Jahrzehnt auf. Mittlerweile haben sich dort etablierte Populationen ausgebildet.
Die Erforschung von trophischen Interaktionen der Schwarzmundgrundel mit Prädatoren und Beutetieren kann wichtiges Grundwissen liefern und zu einem besseren Verständnis der in den kolonisierten Ökosystemen ablaufenden Prozesse führen. Zunächst wurde mit dem Erstnachweis der Schwarzmundgrundel für die Elbe in Deutschland ein Beitrag zur Ausbreitungsgeschichte geleistet. Darauf folgend wurde ein Aquarienexperiment durchgeführt, welches die Salinitätstoleranz juveniler Individuen untersuchte, um Rückschlüsse auf eine mögliche weitere Ausbreitung ziehen zu können. Um außerdem regionale Anpassungen der Schwarzmundgrundel an künstliche Brackwasserlebensräume zu untersuchen, wurden im Nord-Ostsee-Kanal detailliert die Nahrungsökologie, das Wachstum und die Reproduktion betrachtet. Ebenfalls im Nord-Ostsee-Kanal wurden Wachstum und Nahrungszusammensetzung des Zanders Sander lucioperca (Linnaeus, 1758) untersucht. Dadurch konnten mögliche Auswirkungen der potentiellen neuen Nahrungsquelle Schwarzmundgrundel auf höhere Trophieebenen studiert werden.
Mit Kapitel 4 wurden die ersten Nachweise der Schwarzmundgrundel für die Elbe in Deutschland veröffentlicht. Die beschriebenen 36 Individuen wurden zwischen Mai 2008 und Juni 2013, vor allem aus dem tidebeeinflussten Bereich des Flusses nahe der Stadt Hamburg, gemeldet.
Kapitel 5 beschreibt die Ergebnisse eines Aquarienexperiments zum Einfluss der Salinität auf juvenile Schwarzmundgrundeln aus dem brackwassergeprägten Nord-Ostsee-Kanal. Dazu wurden die Überlebensrate, die tägliche Futteraufnahme und das Wachstum bei verschiedenen Salzgehalten (0,1; 7,5; 15; 30) über die Dauer von 12 Wochen verglichen. Alle Individuen wurden ad libitum mit Schwebgarnelen gefüttert und wöchentlich gemessen und gewogen. Die tägliche Futteraufnahme stieg vom Salzgehalt 0,1 bis zum Salzgehalt von 15 an. Bei einem Salzgehalt von 30 wurde eine durchschnittlich geringere Futteraufnahme mit großen Schwankungen zwischen den einzelnen Individuen festgestellt. Die kumulative Gewichtszunahme war beim Salzgehalt 7,5 am höchsten, dicht gefolgt von der Zunahme bei den Salzgehalten 0,1 und 15. Das Wachstum beim Salzgehalt 30 dagegen war signifikant geringer. Das Experiment lässt den Schluss zu, dass die bisher von einigen Autoren für die Schwarzmundgrundel angenommene Salzgehaltstoleranz zu niedrig angesetzt ist, wenn Exemplare aus Brackwassergebieten betrachtet werden. Eine weitere Ausbreitung in Gebiete mit höheren Salzgehalten erscheint durchaus möglich.
Die Ergebnisse der Forschungsarbeit zu Nahrung, Wachstum und Reproduktionsbiologie von Neogobius melanostomus aus dem Nord-Ostsee-Kanal in Norddeutschland sind in Kapitel 6 dargestellt. Crustacea, Annelida und Chironomidae hatten die höchste Bedeutung in der Nahrung der drei untersuchten Größenklassen von Schwarzmundgrundeln. Nur von großen Individuen wurden auch in geringen Anteilen Muscheln und Fische konsumiert. In der konsumierten Nahrung zeigten sich große interannuelle Schwankungen. Im Vergleich zu anderen Ökosystemen zeigten die untersuchten Schwarzmundgrundeln aus dem Nord-Ostsee-Kanal eine relativ geringe asymptotische Totallänge bei einer hohen relativen Fruchtbarkeit. Die Population hatte ein annähernd ausgeglichenes Geschlechterverhältnis, und die stärkste Laichaktivität wurde im Mai und Juni verzeichnet. Der direkte Prädationsdruck auf Eier und Larven heimischer Fischarten wurde aufgrund der gewonnenen Daten als relativ gering eingeschätzt. Durch die hohe Abundanz der Schwarzmundgrundel im Nord-Ostsee-Kanal erscheint es jedoch wahrscheinlich, dass es durch Konkurrenz mit heimischen Fischarten und/oder Fraßdruck auf Invertebraten zu Veränderungen im Ökosystem kommt.
Um Effekte der neuen Nahrungsquelle Schwarzmundgrundel auf einen möglichen Prädator zu untersuchen, wurden in Kapitel 7 Nahrung und Wachstum des Zanders im Nord-Ostsee-Kanal betrachtet. Die Schwarzmundgrundel hatte die höchste Bedeutung in der Nahrung der Zander im Untersuchungszeitraum 2011 bis 2013. Zander der Größenklassen ≥200 mm und ≥400 mm Totallänge konsumierten, zumindest in den warmen 2. und 3. Jahresquartalen, zu großen Teilen Schwarzmundgrundeln. In den kalten 1. und 4. Quartalen war bei Zandern ≥400 mm vermehrt Kannibalismus festzustellen. Im Vergleich mit Daten aus den Jahren 1995 und 1996 - aus der Zeit vor dem Auftreten der Schwarzmundgrundel in 2006 - wurden starke Unterschiede in der Nahrungszusammensetzung des Zanders festgestellt. Außerdem zeigten die Zander in der aktuellen Studie ein schnelleres Wachstum und eine bessere Kondition als früher. Da fallende Fangzahlen bei der Schwarzmundgrundel und steigende Fangzahlen beim Zander festgestellt werden konnten, wird eine Abundanzkontrolle durch den Prädator vermutet.
Die vorliegende Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zu der Erweiterung des Kenntnisstands über die invasive Schwarzmundgrundel, insbesondere in künstlichen Brackwasserlebensräumen. Sie liefert neue Erkenntnisse zur Ausbreitung der Grundel in Norddeutschland und gibt Hinweise auf die mögliche weitere Entwicklung der Situation. Um einschätzen zu können, inwieweit Änderungen im Ökosystem des Nord-Ostsee-Kanals zu erwarten sind, sollte dort die Rolle von Neogobius melanostomus im Nahrungsnetz nach einigen Jahren nochmals untersucht werden.

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