Mercury content and bioaccumulation in different cyprinid fish – effects of species, diet and lake type

Elohopea on myrkyllinen raskasmetalli, jota päätyy vesiekosysteemeihin niin ilmakehälaskeumana kuin vesistöä ympäröivältä valuma-alueelta. Epäorgaaninen elohopea voi oikeanlaisissa olosuhteissa muuttua metylaation kautta ihmiselle ja eläimille haitalliseksi metyylielohopeaksi, joka kertyy organismeihin ja ravintoverkkoihin. Ihmiset altistuvat metyylielohopealle pääasiassa nautitun kalaravinnon kautta, koska kalan lihaksen kokonaiselohopeapitoisuudesta lähes kaikki koostuu metyylielohopeasta. Kaloista havaittuihin elohopeapitoisuuksiin vaikuttavat lukuisat eri tekijät, kuten kalan kuluttama ravinto, kalalaji- ja yksilökohtaiset ominaisuudet, järven rehevöitymistyyppi, veden elohopeapitoisuus sekä järven valuma-alue. Tämä tutkielma käsittelee särkikalojen kokonaiselohopeapitoisuuksia ja elohopean kertymistä särjellä (Rutilus rutilus), lahnalla (Abramis brama), salakalla (Alburnus alburnus), pasurilla (Blicca bjoerkna), sulkavalla (Ballerus ballerus), säyneellä (Leuciscus idus), suutarilla (Tinca tinca), sorvalla (Scardinius erythrophthalmus) ja ruutanalla (Carassius carassius). Tutkielman kolme pääkysymystä olivat: (1) Voidaanko eri särkikalalajien ravintokäyttäytymisellä selittää niissä havaittuja elohopeapitoisuuksia? (2) Onko elohopeapitoisuus johdonmukainen kalalajien välillä eri järvityypeissä, vai vaikuttaako järven tyyppi kokonaiselohopeapitoisuuksiin? (3) Onko elohopean kertyminen johdonmukaisesti samankaltaista kalalajien välillä eri järvityypeissä? Aineisto oli kerätty valmiiksi ennen tutkimuksen aloittamista heinä-elokuussa vuosina 2020 ja 2021 mesotrofisista Kukkiasta, Hauhonselältä ja Pääjärvestä, sekä eutrofisista Vesijärvestä, Tuusulanjärvestä ja Hulausjärvestä. Jokaiselle kalayksilölle määriteltiin pituus, paino, sukupuoli, sukukypsyys, kuntokerroin (K), ravinnonkäyttö sekä lihaksen kokonaiselohopeapitoisuus. Särkikalojen ravintoa sekä elohopeapitoisuuden eroja testattiin varianssianalyysillä. Elohopean kertymistä testattiin lineaarisella regressio-analyysillä ja regressioyhtälöstä saatuja kulmakertoimia testattiin särjen ja salakan osalta t-testillä eri järvityyppien välillä. Tutkimuksessa mukana olleista lajeista, joista oli runsas näytemäärä, korkeimmat pituuskorjatut (pituuden keskiarvo 16,6 cm) elohopeapitoisuudet mitattiin salakalta ja särjeltä, kun taas pitoisuudet olivat näihin kahteen lajiin verrattuna matalampia pasurilla ja lahnalla. Elohopeapitoisuus erosi selvimmin lajeilla, joilla ravinnonkäyttö oli hyvin erilaista ja erikoistunutta. Esimerkiksi pääasiassa pintaravintoa kuluttavan salakan ja pohjaeläimiä syövän lahnan erot elohopeapitoisuuksissa olivat selkeitä jokaisessa tutkimusjärvessä. Elohopeapitoisuudet olivat pääasiassa korkeampia mesotrofissa järvissä, mutta tulokset vaihtelivat lajikohtaisesti. Lajikohtaisiin elohopeapitoisuuksiin vaikuttivat todennäköisesti ravinnon ja järvityypin lisäksi kalan aineenvaihdunta, kasvunopeus sekä elinkierron pituus. Elohopean kertyminen runsaita lajeja verrattaessa oli voimakkainta salakalla ja särjellä, ja kertyminen oli näihin lajeihin verrattuna hitaampaa pasurilla ja lahnalla. Elohopean kertymistä lajeja sisäisesti vertailtaessa eri järvityyppien välillä erot olivat lajikohtaista. Esimerkiksi salakalla kertyminen oli johdonmukaisesti voimakkaampaa mesotrofisissa järvissä reheviin järviin verrattuna, mutta pasurilla kertyminen oli rehevissä järvissä voimakasta. Tämän tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että särkikalojen elohopeapitoisuuksiin ja kertymiseen vaikuttivat mm. lajikohtaiset ominaisuudet, ravinto, ja järven rehevyys. Kalojen elohopeapitoisuuteen ja kertymiseen on voinut vaikuttaa näiden tekijöiden lisäksi valuma-alueen maankäyttö, sekä järvien hapettomat alueet, jotka ovat metylaatiolle otollisia paikkoja. Tämä tutkimus antoi tärkeää tietoa siitä, mitkä tekijät voivat olla merkityksellisiä särkikalojen kannalta kalojen elohopeapitoisuuksia ja elohopean kertymistä tarkasteltaessa.Mercury is a toxic heavy metal that ends up in aquatic ecosystems both as atmospheric deposition as well as from the catchment area surrounding the water body. Under the right circumstances, inorganic mercury can be methylated into methylmercury, which accumulates in organisms and food webs and is harmful to humans and animals. Humans are exposed to methylmercury mainly through consumed fish as almost all the total mercury content in fish muscle consist of methylmercury. Mercury content of fish is affected by numerous different factors, such as the food consumed by the fish, the characteristics of the fish species and fish individual, level of lake eutrophication, mercury concentration in water and catchment area. Thesis studies total mercury content and mercury bioaccumulation in cyprinid fish. The species included in the study are roach (Rutilus rutilus), bream (Abramis brama), bleak (Alburnus alburnus), white bream (Blicca bjoerkna), blue bream (Ballerus ballerus), ide (Leuciscus idus), tench (Tinca tinca), rudd (Scardinius erythrophthalmus) and crucian carp (Carassius carassius). Three main research questions were: (1) Can diet of different cyprinid fish explain the mercury content? (2) Is mercury content consistent between fish species in different lake types, or does lake type affect mercury content? (3) Is mercury bioaccumulation consistently similar between fish species between lake types? The fish samples for this study were gathered prior to MSc during July-August in 2020 and 2021 from Kukkia, Hauhonselkä and Pääjärvi, which are classified as mesotrophic lakes, and from eutrophic Vesijärvi, Tuusulanjärvi and Hulausjärvi. Total length, weight, sex, sexual maturity, condition factor (K), fish diet and muscle total mercury content were determined from each fish. The diet of the fish and the differences in the total mercury content were tested with analysis of variance. Mercury bioaccumulation was tested with using linear regression analysis and the slope coefficient obtained from the regression equation was tested for bleak and roach with t-test. From the abundant species of the study the highest length corrected (to length 16.6 cm) mercury contents were measured in bleak and roach, while the contents were lower in white bream and bream. The mercury content differed most clearly in species whose feeding behaviour was very specialized. For example, the differences in mercury contents between bleak, which mainly consumes surface insects and zooplankton, and bream, which prefers benthic food, were clear in every lake studied. Mercury contents were mainly higher in mesotrophic lakes compared to eutrophic lakes, but results varied by species. In addition to fish diet and lake type, fish’s metabolism, growth rate and life cycle length probably influenced the species-specific mercury contents. When comparing the abundant species, the bioaccumulation of mercury was steepest in bleak and roach. Compared to these species’ bioaccumulation was slower in white bream and bream. When comparing mercury bioaccumulation within species between different lake types, the differences were species-specific. For example, the bioaccumulation of bleak was consistently steeper in mesotrophic lakes compared to eutrophic lakes, but the bioaccumulation of white bream was steeper in eutrophic lakes. Based on this study, it can be concluded that mercury content and bioaccumulation in cyprinid fish were influenced by e.g., species-specific characteristics, fish diet and level of the lake productivity. In addition to these factors, mercury content and bioaccumulation of fish may have been affected by the land use of the lake catchment area, as well as the anoxic areas of the lakes, which are propitious places for methylation. This study provided valid information on which factors may be relevant for cyprinid fish when observing their mercury content and bioaccumulation