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Identifying cause in sediment assessments: bioavailability and the Sediment Quality Triad

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Application of the Sediment Quality Triad approach to non-pH-stressed Sudbury area lakes clearly demonstrated increased metal (Cd, Co, Cu, and Ni) contamination, decreased abundances of some benthic invertebrates (amphipods, pisidiid clams, and tanytarsiid midges), and severe sediment toxicity to amphipods and mayflies. However, the bioavailability of metals and the cause of biological effects cannot be identified from these data. Bioaccumulation measurements, however, clearly demonstrated increased Cd, Co, and Ni bioavailability to Hyalella. Copper concentrations in Hyalella were not elevated, in spite of much higher sediment Cu concentrations. Nickel was the only metal accumulated in sufficient amounts to cause toxicity. Toxicity in Hyalella caged above the sediments was equivalent to that of animals exposed directly in sediment, demonstrating that effects were due to dissolved metal and not metals in the solid phase. Copper concentrations in overlying water were much lower than Ni concentrations and insufficient to account for toxicity. Including bioaccumulation data with traditional measurements of sediment chemistry, benthic community composition, and sediment toxicity allows quantification of metal bioavailability and identification of the cause of toxicity. This approach results in a much more complete assessment of the biological impacts of metals in sediments.

L'application d'une approche basée sur les «trois critères de qualité des sédiments» à des lacs de la région de Sudbury qui ne subissent pas de stress dû au pH a clairement révélé une contamination plus importante par les métaux (Cd, Co, Cu, Ni), des densités plus faibles chez certains invertébrés benthiques (amphipodes, moules Pisidiidae et diptères Chironomidae Tanytarsini) et une grande toxicité des sédiments aux amphipodes et aux éphéméroptères. Cependant, les résultats ne permettent pas de déterminer la biodisponibilité des métaux et d'identifier les causes des effets biologiques. Des mesures de la bioaccumulation indiquent clairement une biodisponibilité accrue du Cd, du Co et du Ni à Hyalella. Les concentrations de Cu chez Hyalella ne sont pas élevées, même si les concentrations de Cu dans les sédiments se sont fortement accrues. Le Ni est le seul métal accumulé en quantité suffisante pour produire une toxicité. La toxicité chez des Hyalella gardés dans des cages au-dessus des sédiments est la même que chez des animaux exposés directement aux sédiments, ce qui indique que les effets sont dus aux métaux dissous et non aux métaux en phase solide. Les concentrations de Cu dans l'eau surnageante sont beaucoup plus faibles que celles du Ni et insuffisantes pour expliquer la toxicité. L'addition de données sur la bioaccumulation aux mesures classiques de chimie des sédiments, de composition de la communauté benthique et de toxicité des sédiments permet la quantification de la biodisponibilité des métaux et l'identification de la cause de la toxicité. Une telle approche produit une évaluation plus complète des impacts biologiques des métaux dans les sédiments.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2001

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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