Andreas Zitek

The Wachauer Marille, a protected designation of origin (PDO) apricot from Austria’s Wachau region, is prized for high quality and distinctive flavour, but mislabeling of non-PDO fruit drives the need for reliable authentication. We developed an untargeted metabolomics workflow using LC–QTOFMS fingerprinting coupled with Data-Driven Soft Independent Modelling of Class Analogy (DD-SIMCA) to distinguish genuine PDO Wachauer Marille from apricots grown elsewhere in Austria and neighbouring countries. A model based on 1127 aligned molecular features achieved class-specific specificity of 73–100% and 97% sensitivity. A reduced model using 30 putatively identified markers (e.g., malic and citric acids, scopoletin, cryptochlorogenic acid, D-amygdalin, 3-O-feruloylquinic acid) yielded 60–100% correct classifications with 97% sensitivity. LC–QTOFMS fingerprints combined with class modelling can therefore verify origin with high confidence, supporting COOL and PDO/PGI claim verification and helping protect producers and consumers from economically motivated mislabeling. This provides a practical basis for routine screening in official control laboratories.

Barotrauma, caused by rapid pressure changes, poses a major risk to fish migrating downstream through hydropower turbines. This study investigated the sensitivity of larval and juvenile fish with different swim bladder morphology to barotrauma using a custom-built chamber. Four different representative species, namely the two cypriniform species common nase ( Chondrostoma nasus ) and roach ( Rutilus rutilus ), both physostomous species with a two-chambered swim bladder, European grayling ( Thymallus thymallus ) as physostomous species with a single-chambered swim bladder and European perch ( Perca fluviatilis ) as physoclistous species with a single chambered swim bladder were investigated. Fish were acclimated to 0- or 15-meters depth (101 and 251 kPa, respectively) and exposed to rapid decompression to different nadirs (15, 30, 40, 60 kPa) to simulate turbine passage as a basis to construct dose-response curves predicting lethal injury probabilities. Species- and stage-specific injury patterns emerged, with physostomous cypriniforms showing the highest sensitivity and suffering frequent swim bladder ruptures. Depth acclimation, particularly in E. grayling, increased vulnerability. Moreover, lower barotrauma-related mortality was observed under partial load conditions in Kaplan turbines compared to full load. These insights are of high relevance for predicting barotrauma-related injury risks across species, particularly for species-rich groups like Cypriniformes and Characiformes that share similar swim bladder traits, to support sustainable hydropower development.

Zusammenfassung: Mittels einer eigens konstruierten Barotraumakammer wurden unterschiedliche Larven- und Jungfischstadien repräsentativer europäischer Flussfischarten (Äsche, Flussbarsch, Nase, Rotauge) systematisch Druckverläufen ausgesetzt, wie diese in Turbinen von Laufwasserkraftwerken auftreten. Die Versuche wurden aufgrund des Tierversuchsgesetzes unter Betäubung der Tiere durchgeführt, wobei mögliche Effekte der Betäubung auf die Resultate durch Vorversuche ausgeschlossen werden konnten. Mittels der festgestellten Schädigungsraten von oberflächenadaptierten Fischen (Äsche L1/L2 und 0+, Flussbarsch L1/L2, L6/J1 und 0+, Nase L1 und 0+ sowie Rotauge L6/J1 und 0+) bei Nadiren von 60, 40, 30 und 15 kPa wurden Wirkungskurven zwischen dem Ausgangsdruck/Nadir-Verhältnis und der Wahrscheinlichkeit letaler Verletzungen erstellt. Zusätzlich wurden Versuche mit auf 15 m Tiefe bzw. 251 kPa akklimatisierten 0+ Stadien von Äsche, Flussbarsch, Nase und Rotauge durchgeführt. Schlussendlich wurden die ermittelten letalen Schädigungsraten je Ausgangsdruck/Nadir-Verhältnis auf die Druckverhältnisse in den Turbinen zweier untersuchter Kraftwerke anhand von Partikelsimulationen für Volllast (VL) bzw. Teillast (TL) der Turbinen umgelegt. Es wurden deutliche art- und stadienspezifische Unterschiede in den Schädigungsraten festgestellt, wobei insbesondere Entwicklung und Typ der Schwimmblase einen wesentlichen Einfluss auf die Schädigung der Larven und Jungfische unterschiedlicher Größenklassen hatten. Die berechneten Schädigungsraten bei Volllast lagen zwischen 0 % (Äsche L1/L2) und 8,2 % (Nase L1), bei Teillast waren sie deutlich geringer.

Zusammenfassung: Die Wanderungen von Adultfischen der Cyprinidenarten Aitel (Squalius cephalus), Nase (Chondrostoma nasus) und Barbe (Barbus barbus) wurden über ein Jahr mittels Radiotelemetrie an einer Kette von 5 mittelgroßen Laufkraftwerken an der Mur in der Südsteiermark untersucht. Die Anlagen weisen je 2 Kaplanturbinen, Einlaufrechen mit 10 cm lichter Weite, und Ausbaudurchflüsse von 200–260 m³/s auf. Flussab gerichtete Wanderungen über Kraftwerke fanden ganzjährig statt. Die verstärkte Wanderaktivität im Frühsommer kann als Nachlaichwanderung gedeutet werden. Die 216 untersuchten Fische führten im Mittel 0,63 flussab gerichtete und 0,48 flussauf gerichtete Passagen von Kraftwerken pro Jahr durch, wobei zwischen den Arten vergleichsweise wenig Unterschied bestand. Als Aufstiegsweg kommen prinzipiell nur die Fischwanderhilfen in Frage. Der Abstiegsweg (Turbine, Wehr oder Fischwanderhilfen) der Adultfische konnte anhand der Signalverläufe und Wehröffnung teilweise ermittelt werden. Abstiege sowohl über die Turbine (zumindest 27 %, maximal 62 %), als auch über Fischwanderhilfen (zumindest 38 %) spielen eine wesentliche Rolle, der Anteil von Passagen über das Wehr war gering. Kombiniert man die jährliche Abstiegsrate mit dem Anteil von Turbinenpassagen, so ergeben sich im Mittel 0,28 Turbinenpassagen pro Jahr. Die erfasste Mobilität spiegelt die Situation in einer strukturarmen Kette vergleichsweise kurzer Staue wenige Jahre nach dem Bau von Fischwanderhilfen wider. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Quantifizierung turbinenbedingter Einflüsse auf Populationen potamodromer Flussfischarten.

Zusammenfassung: Mittels altersklassenbasierter Populationsmodellierung wurden die möglichen Auswirkungen turbinenbedingter Mortalität unterschiedlicher Altersstadien durch Barotrauma (Larven- und Jungfischstadien bis 0+) und Blade-Strike-Verletzungen (Fische ab 1+) an mittelgroßen Fließgewässern auf Populationen der typischen europäischen Flussfischarten Äsche, Aitel, Barbe, Flussbarsch und Nase in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit der Turbinenpassage berechnet. Jeder Altersklasse wurden dabei basierend auf existierenden Informationen natürliche Ausgangsmortalitäten zugewiesen und entsprechend den ermittelten Schädigungsraten für die definierten Prozentsätze der jeweils abwandernden Stadien eine turbinenbedingte Mortalität hinzugefügt. Um die Effekte von Schädigungen durch Barotrauma und Blade Strike abzuschätzen, wurden diese Effekte für zuvor festgelegte stabilisierte Populationen ohne Berücksichtigung anderer natürlicher Faktoren für Populationen von Äsche, Aitel, Barbe, Flussbarsch und Nase modelliert (sog. „Zero-Impact-Ansatz“). Es wurde einerseits das theoretische jährliche Schädigungspotenzial aller potenziell in unterschiedlichen Prozentsätzen durch Turbinen abwandernden Altersstadien ohne Berücksichtigung der natürlichen Mortalität errechnet, andererseits erfolgte die Modellierung der isolierten Auswirkung turbinenbedingter Mortalität auf Populationsniveau über einen Zeitraum von 25 Jahren. Ziel dieser Modellierung war die Evaluierung der Auswirkung der Effekte von unterschiedlichen Schutz- und Ausgleichsmaßnahmen. Das jährliche Schädigungspotenzial bei Adultfisch-Populationen lag, je nach angenommener Wahrscheinlichkeit einer jährlichen Abwanderung durch eine Turbine (17 bzw. 39 % bzw. 1 % und 10 % beim Flussbarsch), zwischen 2,7 und 6,1 % (Äsche), 2,4 bis 5,5 % (Aitel), 2,4 bis 5,6 % (Barbe), 0,04 bis 0,41 % (Flussbarsch) und 3,1 bis 7,0 % (Nase), bei der Betrachtung aller Altersstadien ab 1+ bei 2,1 bis 4,8 % (Äsche), 1,1 bis 2,6 % (Aitel), 1,2 bis 2,8 % (Barbe), 0,02 bis 0,22 % (Flussbarsch) und 1,4 bis 3,3 % (Nase). Die berechnete jährliche Abnahme der Biomassen für die Leitfischarten Nase, Barbe und Aitel ab 1+ lag zwischen 2,2 und 6,7 %. Mechanische Barrieren unterschiedlicher Stabweite waren nicht in der Lage, die mortalitätsbedingten Ausfälle zu kompensieren, was lediglich durch entsprechende Verbesserung der Überlebensfähigkeit von Eiern, Larven und Juvenilen gelang.

Zusammenfassung: Es besteht noch erheblicher Forschungsbedarf hinsichtlich des Wissens über stromabwärts gerichtete Fischwanderungen, insbesondere bei der Überwindung von Hindernissen wie Wasserkraftwerken. Der vorliegende Beitrag beschreibt zusammenfassend ein FFG Collective Research-Forschungsprojekt, das sich mit den Wanderbewegungen potamodromer europäischer Fischarten in mittelgroßen Fließgewässern und den Auswirkungen von Laufwasserkraftwerken auf deren Fischpopulationen beschäftigt. Fische wandern flussaufwärts und flussabwärts, wobei die flussabwärts gerichtete Wanderung an Wasserkraftanlagen über verschiedene Wege wie Fischwanderhilfen, Wehre oder Turbinen erfolgen kann. In diesem Projekt wurden die Wanderbewegungen telemetrisch erfasst und die unterschiedlich präferierten Wege ermittelt. Es zeigte sich, dass die flussabwärts gerichteten Hauptwanderwege über die Turbinen und Fischwanderhilfen führen. Die Turbinenpassage von juvenilen und adulten Fischen wurde an zwei Laufwasserkraftwerken mittels der Balloon-Tag-Methode beobachtet und die dabei auftretenden Schädigungen erfasst. Zur Beurteilung der Turbinenpassage sind darüber hinaus Kenntnisse über physikalische Parameter wie Druckverläufe und Druckgradienten, minimale Drücke, aber auch Drehungen und Beschleunigungen notwendig. Diese wurden mit einem Barotrauma Detection System (BDS) erfasst und dienten in weiterer Folge als Input für numerische Computational Fluid Dynamics (CFD) und analytische Blade-Strike-Berechnungen sowie für Versuche mit lebenden Fischen in einer Barotraumakammer. Alle erfassten Messergebnisse und berechneten Parameter dienten als Eingangswerte für eine altersklassenbasierte Populationsmodellierung, die letztendlich Aussagen über die Schädigungsmechanismen bei der Fischpassage durch Laufwasserkraftwerke ermöglicht.

Zusammenfassung: Die Schädigung der heimischen Fischarten Aitel (Squalius cephalus), Nase (Chondrostoma nasus) und Äsche (Thymallus thymallus) bei der Passage von Kaplan-Turbinen wurde mittels HI-Z-Tags an zwei mittelgroßen Laufkraftwerken untersucht. Bei juvenilen Fischen wurden Überlebensraten (48 h) zwischen 87 und 94 % gefunden, bei den adulten Fischen zwischen 75 und 90 %. Die Schädigungsraten sind mit Ergebnissen für Kaplan-Turbinen aus der Literatur gut vergleichbar und liegen unter jenen von Kleinwasserkraftanlagen. Die geringeren Schädigungen am Murkraftwerk im Vergleich zum Draukraftwerk können plausibel durch eine geringere Zahl an Turbinenflügeln (4 statt 5), eine geringere Fallhöhe und eine etwas langsamer laufende Turbine erklärt werden. Der Anteil und die Art der Schäden waren teils artspezifisch unterschiedlich, mit höheren äußerlichen Verletzungsraten bei den adulten Nasen als bei den Aiteln und verstärktem Verlust des Gleichgewichts bei den juvenilen Äschen.