Metal exposure in a benthic macroinvertebrate, Hydropsyche californica, related to mine drainage in the Sacramento River

Daniel J. Cain, James L. Carter, Steven V. Fend, Samuel N. Luoma, Charles N. Alpers, and Howard E. Taylor

Abstract: A biomonitoring technique was employed to complement studies of metal transport in the upper Sacramento River affected by acid mine drainage. Metals (Al, Cd, Cu, Fe, Hg, Pb, and Zn) were determined in a resident invertebrate, Hydropsyche californica (Insecta: Trichoptera), and streambed sediments (<62 µm) to assess metal contamination within a 111-km section of the river downstream of the mining area. Metals in H. californica also were interpreted to be broadly indicative of metal exposure in fish. Total Hg was determined in the whole body of the insect, whereas Al, Cd, Cu, Fe, Pb, and Zn were additionally separated into operationally defined cytosolic (used as an indicator of exposure to bioavailable metal) and particulate fractions. Total concentrations of Cd, Cu, Hg, Pb, and Zn in sediments were consistent with documented upstream sources of acid mine drainage. Metal distribution patterns in H. californica and sediments were generally consistent for Cd, Cu, and Pb but inconsistent for Hg and Zn. Concentrations in H. californica indicated that bioavailable Cd, Cu, Pb, and Zn was transported at least 120 km downstream of the mine sources. Zinc in H. californica was elevated, but unlike sediments, did not decrease downstream. Mercury in H. californica was not elevated.

Résumé : Une technique de biosurveillance a été utilisée pour compléter des études sur le transport de métaux dans le cours supérieur de la rivière Sacramento contaminée par l'eau d'exhaure acide. Les métaux (Al, Cd, Cu, Fe, Hg, Pb et Zn) ont été mesurés chez un invertébré résident, Hydropsyche californica (Insecta : Trichoptera), et dans les sédiments du lit (<62 µm) afin d'évaluer la contamination par les métaux dans un tronçon de 111 km de la rivière en aval de la région minière. La présence de métaux chez H. californica a aussi été interprétée comme une indication générale d'une exposition des poissons à ces métaux. La concentration totale de Hg a été mesurée dans tout le corps des insectes, tandis que Al, Cd, Cu, Fe, Pb et Zn ont en outre été séparés en fractions cytolosique (utilisée comme indicateur de l'exposition au métal biodisponible) et particulaire définies opérationnellement. Les concentrations totales de Cd, Cu, Hg, Pb et Zn dans les sédiments concordaient avec l'information connue sur les sources d'eau d'exhaure acide en amont. Les profils de répartition des métaux chez H. californica et dans les sédiments étaient en général cohérents dans les cas du Cd, du Cu et du Pb, mais irréguliers dans le cas de Hg et de Zn. Les concentrations chez H. californica ont montré que le Cd, le Cu, le Pb et le Zn biodisponibles étaient transportés à au moins 120 km en aval des sources minières. La concentration de Zn chez H. californica était élevée, mais à la différence de ce qu'on observait dans les sédiments, elle ne diminuait pas en aval. La concentration de Hg chez H. californica n'était pas élevée.

[Traduit par la Rédaction]