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An evaluation of stable nitrogen isotopes and polychlorinated biphenyls as bioenergetic tracers in aquatic systems

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Abstract:

This study investigated the relationship between stable nitrogen isotopes (15N) and polychlorinated biphenyl (PCB) concentrations in rock bass (Ambloplites rupestris) and bluegill sunfish (Lepomis macrochirus) with respect to age, size, and diet. 15N signatures in both species exhibited enrichment with increasing size and approached steady state with respect to dietary 15N values by the second year of growth. Young-of-the-year fish, however, exhibited lower nitrogen isotope enrichment over the diet, indicating that the commonly held trophic enrichment factor of 3.4‰ is more suitable for older, slow-growing individuals. PCB accumulation in both species progressed from being dominated by uptake from water in small (<100 g) fish to dietary uptake in larger individuals as a function of bioenergetic constraints such as food energy conversion and contaminant assimilation efficiencies. Significant increases in PCB accumulation were attributed to decreased specific growth rates such that ≤60% of body mass was gained on an annual basis. This effect was most noted in bluegills where higher PCB biomagnification factors were a consequence of increased foraging costs associated with an invertebrate diet. It is concluded that growth-related changes in species bioenergetics regulate both contaminant accumulation and 15N dynamics.

Notre étude examine la relation entre les isotopes stables d'azote (15N) et les concentrations de biphényls polychrorés (« PCB ») chez le crapet de roche (Ambloplites rupestris) et le crapet arlequin (Lepomis macrochirus) en fonction de l'âge, de la taille et du régime alimentaire. Chez les deux espèces, les signatures de 15N accusent un enrichissement en fonction directe de la taille et elles s'approchent d'un état d'équilibre en regard des valeurs alimentaires de 15N durant la seconde année de croissance. Les jeunes poissons de l'année subissent un enrichissement moindre des isotopes d'azote en fonction du régime alimentaire, ce qui indique que le facteur d'enrichissement couramment utilisé de 3,4 ‰ est plus convenable pour les individus plus âgés à croissance plus lente. L'accumulation des PCB chez les deux espèces change d'une prédominance d'absorption à partir de l'eau chez les petits (<100 g) poissons à une absorption alimentaire chez les poissons plus grands en fonction des contraintes bioénergétiques, telles que les efficacités de la conversion énergétique des aliments et de l'assimilation des contaminants. Les accroissements significatifs de l'accumulation de PCB s'expliquent par la diminution des taux spécifiques de croissance de sorte que ≤60 % de la masse corporelle est ajouté chaque année. Cet effet est plus commun chez les crapets arlequins chez qui les facteurs plus élevés de bioaccumulation sont une conséquence des coûts plus grands de recherche de la nourriture associés à un régime alimentaire à base d'invertébrés. Nous concluons que les changements des relations bioénergétiques reliés à la croissance contrôlent tant l'accumulation des contaminants que la dynamique du 15N.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2006-03-01

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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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