Research Paper

Bioaccumulation of heavy metals in Ephemera danica larvae under influence of a trout farm outlet waters

Bioaccumulation de métaux lourds dans les larves d'Ephemera danica sous l'influence des effluents d'un élevage de truites

¹ University of Belgrade, Faculty of Biology, Studentski Trg 16, 11000 Belgrade, Serbia
² University of Belgrade, Institute of Chemistry, Technology and Metallurgy, Center of Chemistry, Njegoševa 12, Belgrade, Serbia
³ University of Belgrade, Faculty of Agriculture, Nemanjina 6, 11080 Belgrade, Serbia
⁴ University of Belgrade, Faculty of Chemistry, Studentski trg 12-16, Belgrade, Serbia
⁵ South Ural State University, Chelyabinsk, Lenin Prospect 76, 454080, Russia

^* Corresponding author: ivanas@bio.bg.ac.rs

Received: 23 June 2019
Accepted: 9 October 2019

Abstract

Trout farms are one of the major sources of pollution of highland streams and rivers. Since river sediment burdened with organic pollution binds greater amounts of heavy metals we investigated the influence of the trout farm on the accumulation of metals in the sediment, water and Ephemera danica larvae. Research was conducted seasonally (April, July, and October of 2015 and January of 2016) at one control locality (SK1) and three localities downstream from the farm (SK2–SK4). In agreement with the hypothesis the fish farm discharge induced localized and statistically significant increase of concentrations of Fe, Cu, Cr_, Ni, Pb and Cd in sediment and E. danica larvae, but not in water at locality SK2 just below the fish farm indicating that sediment is the main source of heavy metals for this organism. However, according to the values of Biota sediment accumulation factor (BSAF) only metals with low sediment concentrations (As, Cd and Cu) accumulated in the larvae. Moreover, BASF values for toxic metals (As, Cd and Cr) showed negative correlation with their concentrations in sediment indicating existence of defense mechanisms in E. danica against assimilation of these metals in high concentrations lethal for it. On the other hand, BSAF values for essential microelements (Cu and Fe) were positively correlated with their sediment concentrations. In conclusion the trout farm induced accumulation of heavy metals in river sediment and E. danica larvae proved to be a good bioindicators of the pollution of river systems by As, Cd and Cu.

Résumé

L'élevage de truites est l'une des principales sources de pollution des ruisseaux et des rivières des régions montagneuses. Comme les sédiments fluviaux chargés de pollution organique lient de plus grandes quantités de métaux lourds, nous avons étudié l'influence de l'élevage de truites sur l'accumulation des métaux dans les sédiments, l'eau et les larves d'Ephemera danica. La recherche a été menée de façon saisonnière (avril, juillet, octobre 2015 et janvier 2016) dans une localité témoin (SK1) et trois localités en aval de la ferme (SK2 − SK4). En accord avec l'hypothèse que le rejet de la pisciculture a induit une augmentation localisée et statistiquement significative des concentrations de Fe, Cu, Cr, Ni, Pb et Cd dans les sédiments et les larves d'E. danica, mais pas dans l'eau à la localité SK2 juste sous la pisciculture indiquant que les sédiments sont la principale source des métaux lourds pour cet organisme. Cependant, selon les valeurs du facteur d'accumulation des sédiments du biote (FASB), seuls les métaux à faible concentration sédimentaire (As, Cd et Cu) se sont accumulés dans les larves. De plus, les valeurs de BASF pour les métaux toxiques (As, Cd et Cr) ont montré une corrélation négative avec leurs concentrations dans les sédiments indiquant l'existence de mécanismes de défense chez E. danica contre l'assimilation de ces métaux en fortes concentrations mortelles pour lui. D'autre part, les valeurs de BSAF pour les microéléments essentiels (Cu et Fe) étaient positivement corrélées avec leurs concentrations dans les sédiments. En conclusion, l'accumulation de métaux lourds dans les sédiments fluviaux et les larves d' E. danica s'est avérée être un bon bioindicateur de la pollution des systèmes fluviaux par As, Cd et Cu.