To assess the effect of organic compounds on the aquatic environment, organisms are typically exposed to toxicant solutions and the adverse effects observed are linked to the concentration in the surrounding media. As compounds generally need to be taken up into the organism and distributed to the respective target sites for the induction of effects, the internal exposure is postulated to best represent the observed effects. The aim of this work is to contribute to an improved effect assessment of organic compounds by describing experimental and modelling methods to obtain information on the internal exposure of contaminants in organisms. Chapter 2 details a protocol for the determination of bioconcentration parameter for uptake (k1) and elimination (k2) of organic compounds in zebrafish (Danio rerio) eggs. This enables the simulation of the internal exposure in zebrafish eggs from an ambient exposure concentration over time. The accumulated contaminant amount in zebrafish eggs was also determined, using a biomimetic extraction method. Different bioconc-entration estimation models for the determination of internal steady-state concentrat-ion of pharmaceutical compounds in fish to an environmental exposure are presented in Chapter 3. Bioconcentration factors were estimated from the compounds octanol: water partition coefficient (KOW) to determine the internal exposure to an ambient concentration. To assess the integral bioavailable fraction from the water and sediment phase of environmental contaminants for rooted aquatic plants, the internal exposure in river-living Myriophyllum aquaticum plants were determined over time, presented in Chapter 4. The plants were collected at different time points, with the accumulated organic contaminants determined using a liquid extraction method. In Chapter 5 a protocol was established to enable the non-invasive observation of effects in M. aquaticum plants exposed to contaminated sediments over time. Since the toxicant effects are a result of all uptake and distribution processes to the target site and the toxico-dynamic process leading to an observed effect during static exposure, information on the internal exposure could thus be gained from the temporal effect expression.rn

Studies have shown that wastewater treatment plant (WWTP) effluents are the major pathways of organic and inorganic chemicals of anthropogenic use (=micropollutants) into aquatic environments. There, micropollutants can be transferred to ground water bodies - and may finally end up in drinking water - or cause various effects in aquatic organisms like multiple resistances of bacteria. Hence, the upgrading of WWTPs with the aim to reduce the load of those micropollutants is currently under discussion. Therefore, the primary objective of this thesis was to assess ecotoxicological effects of wastewater ozonation, a tertiary treatment method, using specifically developed toxicity tests with Gammarus fossarum (Koch) at various levels of ecological complexity. Several studies were designed in the laboratory and under semi-field conditions to cope with this primary objective. Prior to the investigations with ozone treated wastewater, the ecotoxicity of secondary treated (=non-ozone treated) wastewater from WWTP Wüeri, Switzerland, for the test species was assessed by a four-week experiment. This experiment displayed statistically significant impairments in feeding, assimilation and physiological endpoints related to population development and reproduction. The first experiment investigating ecotoxicological implications of ozone application in wastewater from the same WWTP displayed a preference of G. fossarum for leaf discs conditioned in ozone treated wastewater when offered together with leaf discs conditioned in non-ozone treated wastewater. This effect seems to be mainly driven by an alteration in the leaf associated microbial community. Another series of laboratory experiments conducted also with wastewater from WWTP Wüeri treated with ozone at the lab- or full-scale, revealed significantly increased feeding rates of G. fossarum exposed to ozone treated wastewater compared to non-ozone treated wastewater. These laboratory experiments also indicated that any alteration in the organic matrix potentially caused by ozone treatment is not related to the effects in feeding as this endpoint showed only negligible deviation in secondary treated wastewater, which contained hardly any (micro)pollutants (i.e. pharmaceuticals), from the same wastewater additionally treated with ozone. Moreover, it was shown that shifts in the dissolved organic carbon (DOC) profile do not affect the feeding rate of gammarids. In situ bioassays conducted in the receiving stream of the WWTP Wüeri confirmed the results of the laboratory experiments by displaying significantly reduced feeding rates of G. fossarum exposed below the WWTP effluent if non-ozone treated wastewater was released. However, at the time the ozonation was operating, no adverse effects in feeding rates were observed below the effluent compared to the unaffected upstream sites. Also population studies in on-site flow-through stream microcosms displayed an increased feeding and a statistically significantly higher population size after ten weeks when exposed to ozone treated wastewater compared to non-ozone treated wastewater. In conclusion, the present thesis documents that ozonation might be a suitable tool to reduce both the load of micropollutants as well as the ecotoxicity of wastewaters. Thus, this technology may help to meet the requirements of the Water Framework Directive also under predicted climate change scenarios, which may lead to elevated proportions of wastewater in the receiving stream during summer discharge. However, as ozone application may also produce by-products with a higher toxicity than their parent compounds, the implementation of this technique should be assessed further both via chemical analysis and ecotoxicological bioassays.

Die Arbeit stellt die Frage nach den Effekten einer tertiären Präventionsmaßnahme in Bezug auf Schmerzbewältigung und Schmerzveränderung bei chronischen Lumbalgiepatienten. Im Rahmen der Überprüfung werden ausdifferenzierte psychophysische Interventionsmaßnahmen aus den Bereichen der Physiotherapie/Krankengymnastik und Psychologie eingesetzt. Die Gruppenunterteilung erfolgt in eine behandelte Versuchsgruppe und eine unbehandelte Warte-Kontrollgruppe mit jeweils 100 Probanden (N=200). Die Ergebnisse der tertiären Präventionsmaßnahme zeigen statistisch und klinisch relevante sowie positive Veränderungen in den Bereichen der Schmerzbewältigung und Schmerzveränderung.

Studies have shown that runoff and spray-drift are important sources of nonpoint-source pesticide pollution of surface waters. Owing to this, public concern over the presence of pesticides in surface and ground water has resulted in intensive scientific efforts to find economical, yet environmentally sound solutions to the problem. The primary objective of this research was to assess the effectiveness of vegetated aquatic systems in providing buffering between natural aquatic ecosystems and agricultural landscape following insecticide associated runoff and spray-drift events. The first set of studies were implemented using vegetated agricultural ditches, one in Mississippi, USA, using pyrethroids (bifenthrin, lambda-cyhalothrin) under simulated runoff conditions and the other in the Western Cape, South Africa using the organophosphate insecticide, azinphos-methyl (AZP), under natural runoff and spray-drift conditions. The second set of studies were implemented using constructed wetlands, one in the Western Cape using AZP under natural spray-drift conditions and the other in Mississippi, USA using the organophosphate MeP under simulated runoff conditions. Results from the Mississippi-ditch study indicated that ditch lengths of less than 300 m would be sufficient to mitigate bifenthrin and lambda-cyhalothrin. In addition, data from mass balance calculations determined that the ditch plants were the major sink (generally > 90%) and/or sorption site for the rapid dissipation of the above pyrethroids from the water column. Similarly, results from the ditch study in South Africa showed that a 180 m vegetated system was effective in mitigating AZP after natural spray drift and low flow runoff events. Analytical results from the first wetland study show that the vegetated wetland was more effective than the non-vegetated wetland in reducing loadings of MeP. Mass balance calculations indicated approximately 90% of MeP mass was associated with the plant compartment. Ninety-six hours after the contamination, a significant negative acute effect of contamination on abundances was found in 8 out of the 15 macroinvertebrate species in both wetland systems. Even with these toxic effects, the overall reaction of macroinvertebrates clearly demonstrated that the impact of MeP in the vegetated wetland was considerably lower than in the non-vegetated wetland. Results from the constructed wetland study in South Africa revealed that concentrations of AZP at the inlet of the 134 m wetland system were reduced by 90% at the outlet. Overall, results from all of the studies in this thesis indicate that the presence of the plant compartment was essential for the effective mitigation of insecticide contamination introduced after both simulated and natural runoff or spray-drift events. Finally, both the vegetated agricultural drainage ditch and vegetated constructed wetland systems studied would be effective in mitigating pesticide loadings introduced from either runoff or spray-drift, in turn lowering or eliminating potential pesticide associated toxic effects in receiving aquatic ecosystems. Data produced in this research provide important information to reduce insecticide risk in exposure assessment scenarios. It should be noted that incorporating these types of best management practices (BMPs) will decrease the risk of acute toxicity, but chronic exposure may still be an apparent overall risk.

Quellen sind hochdiverse Lebensräume mit einer stark spezialisierten Fauna, wobei noch Lücken im Verständnis der besiedlungsrelevanten Faktoren für die aquatische Makrofauna bestehen, so dass die Arbeit einen klärenden Beitrag hinsichtlich anthropogener Veränderungen und ihrer Auswirkungen auf die Besied-lung leisten will. Basierend auf Daten von 334 Quellen aller Grundwasserlandschaften von Rheinland-Pfalz wurden die Quellen morphologisch und faunistisch bewertet. Außerdem wurden die Quellen des Landes morphologisch typisiert, Referenzquellen analysiert und ein Ansatz für die morphologische und faunistische Leitbildentwicklung gegeben. Außerdem wird ein selbst entwickeltes, kompaktes Kartier- und Bewertungsverfahren zur Quellstruktur vorgestellt, wo bislang noch ein Defizit bestand. Das Verfahren erfasst in einem Erfassungsbogen alle ökologisch bedeutsamen Strukturparameter und bewertet in einem 5-stufigen System. Quellen sind hochdiverse Lebensräume mit kleinen Populationen in isolierter Lage. Bei der Untersuchung der 310 Quellen wurden insgesamt 292 Arten bzw. höhere Taxa des Makrozoobenthos nachgewiesen. Es wurden 89 quellassoziierte Taxa gezählt, hiervon waren 24 krenobiont und 65 krenophil. Der Anteil der quellassoziierten Fauna an der Gesamtfauna lag bei über 30%. Es fanden sich 19 Erstnachweise für Rheinland-Pfalz, 9 besondere Nachweise (seltene Arten) und 19 Rote-Liste-Arten. Erstnachweise fanden sich in wenig bearbeiteten Dipterengruppen, vor allem den Psychodidae (13), Limoniidae (5) und ferner den Simu-liidae (1). Bei den Köcherfliegen wurden etliche seltene Arten gefunden, welche bisher in Rheinland-Pfalz kaum gefunden wurden. Häufigere krenobionte Taxa waren Crunoecia irrorata, Bythinella dunkeri, Niphar-gus sp., Pisidium personatum, Salamandra salamandra, Thaumalea sp., Agabus guttatus, Crenobia alpina, Oxycera sp. und Beraea maura. Die durchschnittliche Taxazahl pro Quelle betrug 11, die maximale 62 Taxa. Schüttung und Morphologie der Quellen waren von Naturraum und Grundwasserlandschaft abhängig, so schütteten etwa Buntsandsteinquellen ergiebiger und konstanter als Tonschieferquellen. Quellen spiegeln die Hydrologie ihrer Einzugsgebiete wider, so dass in verschiedenen hydrogeologischen Einheiten die chemischen Parameter differierten. In einzelnen Quellen schwankte die Hydrochemie jahreszeitlich aber nur gering. Der pH-Wert etwa war im Quellwasser versauerungsgefährdeter Gebiete niedrig (Hunsrück, Pfälzer-wald), der Nitratgehalt anthropogen bedingt hoch in intensiv landwirtschaftlich genutzten Räumen. Die morphologische Quelltypologie, welche sich in erster Linie auf gängige Quelltypen stützte, ergab in elf hydrogeologischen Quelltypenräumen vier Basisquelltypen und fünf geochemische Sondertypen. Die Wan-derquelle wurde neu hinzu genommen. Die landesweite Verteilung der Quelltypen ergab bei ungefassten Quellen 57 % Sicker-, 32 % Sturz-, 9 % Tümpel- und über 2 % Wanderquellen. Wanderquellen dürften aber noch öfter vorkommen. Relief und Substrateigenschaften waren entscheidende Faktoren für die Typologie, so dass etwa Sturzquellen vor allem im Buntsandstein häufig waren, während Sickerquellen im Tonschiefer des rheinischen Schiefergebirges dominierten. Es wurden 85 Strukturreferenzquellen als typische, naturnahe Beispiele für einzelne Quelltypenräume genannt. Etwa zwei Drittel aller Quellen waren strukturell beein-trächtigt bis stark geschädigt, 59 % gefasst. Fassungen, Verrohrungen und Betonverbau waren ökologisch besonders bedeutsam. In Regionen mit intensiver Landwirtschaft lagen generell die stärksten Schädigungen vor. Im Forst waren Quellen durch Nadelholzmonokulturen und in den Hochlagen pufferarmer Mittelgebirge durch Versauerung geschädigt. Hinsichtlich der Besiedlung ergaben sich Unterschiede zwischen den Naturräumen, beeinflusst durch die Faktoren Geologie, Hydrochemie, Schüttungsverhältnisse, Landnutzung im Einzugsgebiet sowie die Struk-turvielfalt an der Quelle. Strukturell unveränderte und unversauerte Quellen besaßen im Schnitt höhere Ta-xazahlen. Einzelne Faktoren mit Einfluss auf die Besiedlung wurden in ihrer Auswirkung getestet. In Quel-len ist die Versauerung grundsätzlich besiedlungsbeschränkend und überlagert strukturelle Faktoren. Bei niedrigen pH-Werten kommt es zu verminderten Taxazahlen, allerdings sind viele Quellorganismen offen-sichtlich an eine leichte Versauerung angepasst, da in sauren Quellen der Anteil der Quellfauna höher war. Außerdem ergab die Untersuchung, dass neue und intakte Fassungen weniger Taxa und Quelltaxa aufwiesen, während bei alten und verfallenen Fassungen oft eine hohe Quelltaxazahl vorlag, so dass diese als sekundär ökologisch wertvoll zu bezeichnen sind. Die Umfeldnutzung und die Größe des Quellbereichs sind ebenfalls wichtig, so dass Quellen in Laub- und Mischwald sowie in extensivem Grünland am besten besiedelt waren. Die stärksten statistischen Zusammenhänge mit der faunistischen Besiedlung ergaben sich bei den Bewer-tungsergebnissen des Strukturverfahrens, was zeigt, dass das Verfahren realistisch bewertet. Multivariate statistische Methoden dienten der Ermittlung von Besiedlungsfaktoren und der Leitbildentwick-lung. Es ergab sich eine unterschiedliche Besiedlung bei verschiedener Hydrogeologie und Hydrochemie sowie bei verschiedenen Quelltypen. Allerdings waren die Ergebnisse nicht eindeutig, so dass die Trennung der Quelltypen nur teilweise gelang und die Quelltypen von den Grundwasserlandschaften überlagert waren. Die Faunenunterschiede verschiedener Regionen waren größer als die einer Region, so dass morphologische Quelltypen faunistisch nur innerhalb einer hydrogeologischen Einheit von Bedeutung sind. Es wurden regionale faunistische Leitarten für vier Grundwasserlandschaften genannt, wobei sich auf wenige hochstete Quellarten beschränkt wurde. Die Arbeit zeigt, dass faunistisch orientierte Leitbilder nur unter Schwierigkeiten anzugeben sind und vollständige Typuszönosen für größere Gebiete grundsätzlich in Frage zu stellen sind. Sehr häufige grundsätzliche Leitarten für Quellen silikatischer Mittelgebirge in Rheinland-Pfalz sind Crunoecia irrorata und Bythinella dunkeri.