Freshwater ecosystems, including rivers, lakes and wetlands, provide critical habitats for diverse species and support essential ecosystem services for human well-being. Meanwhile, they are under growing threats from various sources, including overexploitation, habitat degradation, flow modification, water pollution and invasive species. Consequently, monitored populations of freshwater vertebrates showed an average decline of 83% from 1970 to 2016. Freshwater megafauna (i.e., animals that spend a crucial part of their life cycle in freshwater or brackish ecosystems and have a maximum reported body mass of 30 kg) are particularly susceptible to anthropogenic impacts. Previous studies mainly focus on the impacts of overexploitation and dam construction on these large animals. The impacts of alien species on freshwater megafauna have been largely overlooked. While impacts of alien species on native freshwater megafauna are documented, many freshwater megafauna species, such as sturgeons, Asian carps, American beaver, hippo, crocodilians and the Chinese giant salamander, have been introduced outside of their native distributions. However, their impacts on native species and human well-being in the introduced regions have yet to be systematically investigated at a global scale. This thesis aims to provide a comprehensive understanding of alien species impacts related to freshwater megafauna. I used Environmental Impact Classification for Alien Taxa (EICAT) framework to assess the environmental impacts of alien species on native freshwater megafauna. Then I took a different angle and focused on environmental impacts of alien freshwater megafauna, using megafish as an example and considering both negative and positive aspects with EICAT and EICAT+ frameworks. Moreover, I adapted the approach of nature’s contributions to people (NCP) and assessed the beneficial and detrimental impacts on humans by alien freshwater megafauna. Freshwater megafauna have been affected by a wide array of alien species group from freshwater and terrestrial ecosystems, including both vertebrates and invertebrates. Alien species impact native freshwater megafauna through mechanisms such as predation, competition and hybridization, leading to declines in individual performance and population abundance, or even local extinction of native freshwater megafauna. In addition, native freshwater megafauna showed distinct susceptibility to alien-species impacts between life-cycle stages. Meanwhile, almost half of the 134 extant freshwater megafish species have been introduced to new freshwater ecosystems, with almost 70% of the introduced species established self-sustaining alien populations. These alien megafish caused negative impacts through nine different mechanisms. Predation is the most frequently reported mechanism, followed by herbivory and competition. More than half of the alien megafish species that have sufficient data for assessing impact magnitudes caused population declines of native species, or even species extirpation. A broad range of beneficial NCP categories have been documented for 59 alien freshwater megafauna species in 430 records, with food supply being the most frequently reported category (58%), followed by physical and psychological experiences (20%) and materials and companionship (12%). Much fewer records (154) were identified for detrimental NCP associated with 25 alien freshwater megafauna species, covering four categories including reduced food resources, damage to properties, reduced physical and psychological experiences and risk to health and safety. This thesis emphasizes the vulnerability of native freshwater megafauna to alien species and demonstrates the profound environmental and socio-economic impacts of alien freshwater megafauna. Additionally, it highlights gaps in long-term monitoring and bias in geographical and taxonomic coverage. Long-term monitoring studies are deemed critical for a comprehensive assessment of alien species impacts, given that short-term studies may underestimate the potentially severe, population-level effects. Furthermore, there is an urgent need for monitoring the introduction and assessing impacts of alien species in the Global South. Considering the high economic values of freshwater megafauna due to their use in aquaculture, recreational fishing and pet trade, it is anticipated that more species will be introduced and established outside of their native ranges. Strict biosecurity requirements, mandatory risk assessments and management plans should be implemented when introducing alien freshwater megafauna for activities These measures will help reduce the risk of escapes or releases into natural waterbodies and help safeguard freshwater biodiversity and human well-being.
Süßwasserökosysteme, darunter Flüsse, Seen und Feuchtgebiete, sind wichtige Lebensräume für eine Vielzahl von Arten und erbringen wichtige Ökosystemleistungen für die Menschen. Gleichzeitig sind sie zunehmenden Bedrohungen ausgesetzt, unter anderem durch Übernutzung, Habitatzerstörung, Veränderung der Wasserführung und -menge, Verschmutzung oder invasiven Arten. Infolgedessen verzeichneten ausgewählte und beobachtete Populationen von Süßwasserwirbeltierarten zwischen 1970 und 2016 eine durchschnittliche Verringerung der Populationen von 83%. Süßwasser-Megafauna (d. h. Tiere, die einen wesentlichen Teil ihres Lebenszyklus in Süß- oder Brackwasserökosystemen verbringen und deren adultes Gewicht mindestens 30 kg beträgt) sind besonders anfällig für anthropogene Einflüsse. Bisherige Studien befassen sich hauptsächlich mit den Auswirkungen von Übernutzung und Dammbau auf diese großen Tiere. Die Auswirkungen gebietsfremder Arten auf die Süßwasser-Megafauna wurden weitgehend außer Acht gelassen. Einerseits sind Auswirkungen gebietsfremder Arten auf einheimische Süßwasser-Megafauna dokumentiert, aber viele Süßwasser-Megafauna-Arten wie Störe, asiatische Karpfen, amerikanische Biber, Flusspferde, Krokodile oder der chinesische Riesensalamander wurden selbst außerhalb ihres ursprünglichen Verbreitungsgebiets eingeführt. Die Auswirkungen dieser Arten auf einheimische Fauna und das menschliche Wohlergehen in den eingeführten Regionen sind jedoch noch nicht systematisch auf globaler Ebene untersucht worden. Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein umfassendes Verständnis der Auswirkungen gebietsfremder Arten in Bezug auf Süßwasser-Megafauna-Arten zu erhalten. Dazu wurde die sog. EICAT-Analyse (Environmental Impact Classification for Alien Taxa) verwendet - einerseits, um die Umweltauswirkungen gebietsfremder Arten auf die heimische Süßwasser-Megafauna zu bewerten. Andererseits wurden die Umweltauswirkungen gebietsfremder Süßwasser-Megafauna mit Fokus auf Megafische für sowohl negative als auch positive Aspekte, mit den EICAT- und EICAT+-Rahmenwerken analysiert. Darüber hinaus wurde der Ansatz der Beiträge der Natur für den Menschen (nature’s contributions to people - NCP) angepasst und die positiven und negativen Auswirkungen gebietsfremder Süßwasser-Megafauna auf den Menschen bewertet. Die Süßwasser-Megafauna ist von einer Vielzahl gebietsfremder Arten aus Süßwasser- und Landökosystemen betroffen, darunter sowohl Wirbeltiere als auch wirbellose Tiere. Gebietsfremde Arten beeinflussen die einheimische Süßwasser-Megafauna durch Mechanismen wie Prädation, Konkurrenz und Hybridisierung, was zu einem Rückgang der individuellen Leistung und der Populationsdichte oder sogar zum lokalen Aussterben der einheimischen Süßwasser-Megafauna führt. Darüber hinaus zeigte die einheimische Süßwasser-Megafauna eine unterschiedliche Anfälligkeit für die Auswirkungen gebietsfremder Arten in den verschiedenen Lebenszyklusstadien. Inzwischen ist fast die Hälfte der 134 existierenden Süßwasser-Megafischarten in neue Süßwasser-Ökosysteme eingeführt worden, wobei fast 70 % der eingeführten Arten sich selbst erhaltende gebietsfremde Populationen gebildet haben. Diese gebietsfremden Megafische haben sich durch neun verschiedene Mechanismen negativ ausgewirkt. Raub ist der am häufigsten gemeldete Mechanismus, gefolgt von Pflanzenfresserei und Konkurrenz. Mehr als die Hälfte der gebietsfremden Megafischarten, für die ausreichende Daten zur Beurteilung des Ausmaßes der Auswirkungen vorliegen, führten zu einem Rückgang der Populationen einheimischer Arten oder sogar zum Aussterben von Arten. Für 59 gebietsfremde Süßwasser-Megafauna-Arten wurde in 430 Datensätzen ein breites Spektrum an nützlichen NKP-Kategorien dokumentiert, wobei die Nahrungsversorgung die am häufigsten gemeldete Kategorie war (58 %), gefolgt von physischen und psychologischen Erfahrungen (20 %) sowie Materialien und Gesellschaft (12 %). Für 25 gebietsfremde Süßwasser-Megafauna-Arten wurden deutlich weniger Datensätze (154) für schädliche NKP identifiziert, die vier Kategorien umfassen, darunter verringerte Nahrungsressourcen, Schäden an Grundstücken, verringerte physische und psychologische Erfahrungen und Risiken für Gesundheit und Sicherheit. Diese Doktorarbeit unterstreicht die Anfälligkeit einheimischer Süßwasser-Megafauna-Arten gegenüber gebietsfremden Arten und zeigt ökologische und sozioökonomische Auswirkungen gebietsfremder Süßwasser-Megafauna-Besiedlung auf. Darüber hinaus werden Lücken im Monitoring und systematische Tendenzen in der geografischen und taxonomischen Erfassung aufgezeigt. Langfristiges Monitoring sind für eine umfassende Bewertung der Auswirkungen gebietsfremder Arten von entscheidender Bedeutung, da kurzfristige Studien die potenziell schweren Auswirkungen auf Populationsebene unterschätzen können. Darüber hinaus besteht dringender Bedarf, die Einführung gebietsfremder Arten (z.B. im globalen Süden) zu überwachen und ihre Auswirkungen zu bewerten. In Anbetracht des hohen wirtschaftlichen Wertes von Süßwasser-Megafauna-Arten (durch Einsatz in Aquakultur, Freizeitfischerei und den Heimtierhandel) ist zu erwarten, dass noch mehr Arten eingeführt werden und sich dann außerhalb ihrer ursprünglichen Verbreitungsgebiete etablieren. Eine obligatorische Risikobewertung und Managementpläne sollten bei der Einführung nichtheimischer Süßwasser-Megafauna-Arten umgesetzt werden. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, das Risiko von Entweichungen oder die Freisetzungen in natürliche Gewässer zu verringern und die biologische Vielfalt der Binnengewässer und das menschliche Wohlergehen zu schützen.
