Stable carbon, nitrogen, and sulfur isotope ratios in riparian food webs on rivers receiving sewage and pulp-mill effluents

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Abstract:

We examined spatial trends in ratios of stable isotopes of nitrogen (15N), carbon (13C), and sulfur (34S) in riparian food webs leading to a riparian, insectivorous bird species, the tree swallow (Tachycineta bicolor), on rivers receiving pulp-mill effluent and municipal sewage and compared them with ratios of these isotopes in components of the effluents themselves. The study was conducted on two rivers in western Canada at sites upstream and downstream from sewage and pulp mill effluent sources. Municipal sewage contained materials with 15N or 13C values that were distinct from background conditions in the receiving environment. Pulp-mill effluent contained materials with 34S values that were distinct from those at upstream sites on the rivers. At both locations, effluent-derived nitrogen and sulfur were observed in algae and suspended sediments at sites downstream from the effluent sources. This was also observed in adult aquatic insects, the one exception being that uptake of effluent-derived nitrogen was detected isotopically at only one location. Tree swallows' use of sewage-derived nitrogen was evident only at one location, while use of pulp-mill-derived sulfur was evident only at the other location. Our study demonstrates the usefulness and limitations of measuring stable isotopes for tracing the movement of nutrients derived from sewage and pulp-mill effluent in freshwater ecosystems and, further, indicates that such tracing may be extended to riparian species feeding on aquatic prey.

Nous avons étudié les tendances spatiales des rapports entre les isotopes azote stable (15N), carbone (13C) et soufre (34S), dans les chaînes alimentaires ripariennes aboutissant à une espèce riparienne d'oiseau insectivore, l'Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), dans des rivières tributaires des égouts et des effluents d'usines de pâtes et papiers; nous avons comparé ces rapports à ceux que l'on trouve directement dans les effluents. Les sites étudiés étaient en amont et en aval de l'arrivée des égouts et des effluents de papetières sur deux rivières, dans l'ouest du Canada. Les apports des égouts contenaient des matières aux valeurs 15N et 13C distinctes des conditions de base du milieu receveur des effluents. Les effluents des papetières contenaient des matières aux valeurs de 34S différentes de celles enregistrées aux stations d'amont des rivières. Aux deux endroits, de l'azote et du soufre dérivés des effluents ont été trouvés dans les algues et les sédiments en suspension aux stations sises en aval des effluents. Il en a été de même chez les insectes aquatiques adultes, sauf que l'absorption de l'azote dérivé des effluents a été détectée par la méthode des isotopes seulement à un endroit. Chez les hirondelles, l'utilisation de l'azote en provenance des égouts s'est avérée évidente à un seul endroit alors que l'utilisation du soufre dérivé des papetières n'a été observée qu'à l'autre endroit. Notre étude démontre à la fois l'efficacité et les limites de la mesure des isotopes stables pour suivre les déplacements des boues d'égout et des nutriments dérivés des papetières dans les écosystèmes d'eau douce et indique aussi comment un tel suivi peut être étendu aux espèces ripariennes qui se nourrissent de proies aquatiques.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2001

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