Comparing mercury concentration in Northern pike (Esox lucius) from six large lakes in the Halden watercourse

Abstract

Konsentrasjonen av kvikksølv (Hg) i toppredatoren, gjedde (Esox Lucius) ble undersøkt i seks store innsjøer i Haldenvassdraget i Sørøst-Norge, inkludert Hemnessjøen, Rødenessjøen, Øymarksjøen, Aremarksjøen, Aspern og Femsjøen. Vassdraget har en eutrofiering gradient hvor øvre deler er mer eutrofiert enn nedre deler. Formålet med studien var å sammenligne konsentrasjonen av kvikksølv i gjedde mellom innsjøene, og å teste om graden av eutrofiering påvirker biomagnifisering, bioakkumulering og biofortynning av kvikksølv i næringskjeden og spesielt i gjedde. I tillegg ble det vurdert om gjedde fra Haldenvassdraget kunne være trygt å konsumere som mat, eller om den utgjorde en helserisiko på grunn av høyt kvikksølvinnhold. Derfor ble det totalt samlet inn 130 gjedder, 29 byttefisk, 34 bunndyr (zoobenthos), zooplankton, og primære produsenter fra innsjøene i Haldenvassdraget. Disse organismene ble gruppert etter sine trofiske nivåer for å representere næringsnettet i innsjøene. Bioakkumulering av kvikksølv ble analysert i forhold til gjeddenes alder og størrelse. Biomagnifisering ble vurdert ved å analysere stabile nitrogenisotoper (δ15N) i alle trofiske grupper. Biofortynning ble undersøkt ved å bruke spesifikke avvik (delta von Bertalanffy) til innsjøene, der positivt avvik ble betraktet som rask vekst. Graden av eutrofiering i innsjøene ble definert ut fra konsentrasjonen av total fosfor i vannet.

Gjeddene viste generelt høye nivåer av kvikksølv, med en gjennomsnittlig konsentrasjon på 0,83 mg/kg og en standardfeil på ± 0,11. Den laveste målte kvikksølvkonsentrasjon blant individene var 0,283 mg/kg, mens den høyeste målte var 2,44 mg/kg. Den statistiske analysen viste at fosfor var signifikant positivt assosiert med akkumulering av kvikksølv i gjedde. Analyser av stabile isotoper indikerte tre nivåer (3,6) i næringsnettet. δ15N viste en sterk signifikant positiv korrelasjon med THg i gjedde, noe som tyder på et meget høyt nivå av biomagnifisering. Gjeddene viste høyere nivåer av THg og trofisk posisjon sammenlignet med byttefiskene. Modell-seleksjonen blant de aktuelle modellene som ble tilpasset gjeddenes THg-data, foretrakk en modell som inkluderte additive effekter av variablene alder, baseline-justert δ15N, total fosfor (TotP), delta von Bertalanffy, og kjønn. Disse variablene var statistisk signifikante for å forklare konsentrasjonen av kvikksølv (THg) i gjedde. Topmodellen ga svar på hypotesene mine i konklusjonen.

Konklusjonen avslørte at de eldste gjeddene hadde den høyeste kvikksølvkonsentrasjonen. Til tross for at Femsjøen var den minst eutrofe innsjøen (lavest fosforverdi), viste gjeddene der den høyeste gjennomsnittlige kvikksølvkonsentrasjonen, noe som indikerer et komplekst forhold mellom innsjøeutrofiering og kvikksølvakkumulering i gjedder. Det viste seg å være en sammenheng mellom vekstkurver i forhold til delta von Bertalanffy og konsentrasjonen av THg, noe som indikerte på effekt av biofortynning. Gjennomsnittlige kvikksølvnivåer i gjeddene oversteg EUs anbefalte grense på 0,5 mg/kg THg, noe som understreker de potensielle helsefarene forbundet med å konsumere gjedde fra disse innsjøene.

The concentration of mercury (Hg) in the top predator Northern pike (Esox lucius) was examined in six large lakes in the Halden watershed in southeastern Norway, including Hemnessjøen, Rødenessjøen, Øymarksjøen, Aremarksjøen, Aspern, and Femsjøen. This watercourse has a eutrophication gradient where upper reaches are more eutrophicated than lower reaches. The purpose of the study was to compare the concentration of mercury in pike between the lakes, and to investigate whether the degree of eutrophication affects the biomagnification, bioaccumulation, and biodilution of mercury in the food chain and in the pike particularly. Additionally, it was assessed whether pike from the Halden watercourse could be safely consumed as food or posed a health risk due to high mercury content. Therefore, a total of 130 pikes, 29 prey fish, 34 benthic organisms, zooplankton, and primary producers were collected from the study lakes. These organisms were grouped according to their trophic levels to represent the food web in the lakes. Mercury bioaccumulation was analyzed in relation to the age and size of the pikes. Biomagnification was assessed by analyzing stable nitrogen (δ15N) in all trophic groups. Biodilution was investigated by using the lake-specific deviation (delta von Bertalanffy) from the mean growth pattern, - defined from the von Bertalanffy function, where positive deviation was considered fast growers. The degree of eutrophication in the lakes was defined from the total phosphorus concentration in the water.

Pikes generally showed high levels of mercury, with an average concentration of 0.83 mg/kg and a standard error of ± 0.11. The lowest measured mercury concentration among pike was 0.283 mg/kg, while the highest measured was 2.44 mg/kg. The statistical analyse showed that phosphorus was significantly positive associated with mercury accumulation in pike. Stable isotope analyses indicated three levels (3.6) in the food web. δ15N showed a strong significantly positive correlation with THg in pike, suggesting a very high level of biomagnification. The pikes exhibited elevated levels of THg and trophic positioning compared to the prey fish. The model selection among candidate models fitted to pike THg data, favoured a model including additive effects of the variables age, baseline-adjusted δ15N, total phosphorus (TotP), delta von Bertalanffy, and sex. These variables were statically significant in explaining the concentration of mercury (THg) in pike. The top model gave answers to my hypotheses in the conclusion.

In conclusion, the study revealed that the oldest pikes exhibited the highest mercury concentration. Despite Femsjøen being the least eutrophic lake (lowest phosphorus value), its pikes displayed the highest average mercury concentration, indicating a complex relationship between lake eutrophication and mercury accumulation in pikes. It turned out that there was a positive relationship between the growth curves in relation to the delta von Bertalanffy and concentration of THg, indicating the effect of biodilution. The average mercury levels in pikes exceeded the EU’s recommended limit of 0.5 mg/kg THg, underscoring the potential health risks associated with consuming pike from these lakes.