Etude du transfert de quelques oligo-éléments dans les chaînes trophiques néritiques et estuariennes: Accumulation biologique chez les poissons omnivores et super-carnivores

Helgoland Marine Research, May 2019

Five species of fishes(Dicentrarchus labrax, Gobius microps, Stizostedion lucioperca, Gadus luscus, Merlangius merlangus) and their major prey organisms were collected monthly from two stations in the Loire estuary (France). The levels of several trace elements (Cd, Pb, Cu, Zn) in their tissues were determined by means of atomic absorption spectrophotometry. The concentrations of Cd, Pb and Cu were shown to decrease in the highest trophic levels: the relatively highest metal levels were determined in annelids, followed by crustaceans, the lowest levels being encountered in fishes. However, a preferential uptake of Cu was observed in crustaceans. There is no biomagnification for these three metals, the concentrations in preys being generally lower than in predators. For Zn, the highest concentrations were measured in worms and copepods but preys such as shrimps and mysids exhibit values of the same order of magnitude compared to predator fishes.

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Etude du transfert de quelques oligo-éléments dans les chaînes trophiques néritiques et estuariennes: Accumulation biologique chez les poissons omnivores et super-carnivores

H E L G O I ~ N D E R MEERESUNTERSUCHUNGEN Helgol~inder Meeresunters. Etude d u transfert d e q u e l q u e s oligo- l ments d a n s l e s c h a i n e s t r o p h i q u e s n ritiques et e s t u a r i e n n e s : A c c u m u l a t i o n b i o l o g i q u e c h e z l e s p o i s s o n s o m n i v o r e s et s u p e r - c a r n i v o r e s C. M e t a y e r J . - C . A m i a r d On the transfer of s e v e r a l trace e l e m e n t s in neritic and e s t u a r i n e f o o d chains: B i o a c c u m u l a t i o n in o m n i v o r o u s and c a r n i v o r o u s fishes. Five species of fishes (Dicentrarchus labrax, Gobius microps, Stizostedion lucioperca, Gadus luscus, Merlangius merlanffus) and their major prey organisms were collected monthly from two stations in the Loire estuary (France). The levels of several trace elements (Cd, Pb, Cu, Zn) in their tissues were d e t e r m i n e d by m e a n s of atomic absorption spectrophotometry. The concentrations of Cd, Pb and Cu were s h o w n to decrease in the highest trophic levels: the relatively highest metal levels were d e t e r m i n e d in annelids, followed by crustaceans, the lowest levels b e i n g e n c o u n t e r e d in fishes. However, a preferential uptake of Cu was observed in crustaceans. There is no biomagnification for these three metals, the concentrations in preys b e i n g generally lower than in predators. For Zn, the highest concentrations were measured in worms and copepods but preys such as shrimps and mysids exhibit values of the same order of magnitude compared to predator fishes. - I N T R O D U C T I O N p a r t i e d e l e u r c y c l e b i o l o g i q u e e n e s t u a i r e d ' a p r S s Rice et al. (1972) , m a i s z o n e s f o r t e m e n t i n d u s t r i a t i s S e s o u e n v o i e d ' i n d u s t r i a l i s a t i o n , l e s e s t u a i r e s d o i v e n t ~ t r e l ' o b j e t d ' ~ t u d e s a p p r o f o n d i e s d a n s u n e o p t i q u e d e p r o t e c t i o n d e l ' e n v i r o n n e m e n t et d e s r i c h e s ses n a t u r e l t e s . D a n s l ' e s t u a i r e d e ia Loire, ce d o u b l e a s p e c t p r o d u c t i v i t Y - p o l l u t i o n a ~t~ a b o r d ~ p a r l ' a n a l y s e d e la s t r u c t u r e d u r ~ s e a u t r o p h i q u e ( M a r c h a n d , 1978) e t p a r u n e ~ v a l u a t i o n d e l ' a c c u m u l a t i o n b i o l o g i q u e d e c e r t a i n s m ~ t a u x a n t h r o p o g ~ n e s o u d ' o r i g i n e n a t u r e l l e ( A m i a r d et al., 1980) . La r ~ p a r t i t i o n d e s m ~ t a u x d a n s l e s r S s e a u x a l i m e n t a i r e s a e n s u i t e ~t~ e n v i s a g ~ e d a n s le c a s s i m p l e d e l a c h a ~ n e a l i m e n t a i r e : p r o d u c t e u r s p r i m a i r e s Avec la collaboration t e c h n i q u e de R. Ferre. --> z o o p l a n c t o n ~ Poissons p l a n c t o n o p h a g e s . D a n s ce cas, l ' a c c u m u l a t i o n b i o l o g i q u e des m 4 t a u x s ' e s t r4v414e g 4 n 4 r a l e m e n t b e a u c o u p m o i n s i m p o r t a n t e chez les Poissons que c h e z les C r n s t a c 4 s p l a n c t o n i q u e s qui c o n s t i t u e n t leurs proies. A p a r t q u e l q u e s e x c e p tions c o n c e r n a n t p r i n c i p a l e m e n t le zinc, on p e u t d i r e q u ' i l n ' a p a s 4t4 observ4 d e p h 4 n o m ~ n e d e b i o m a g n i f i c a t i o n ( A m i a r d - T r i q u e t et al, 1980}. N o u s e n v i s a g e o n s m a i n t e n a n t la c o n c e n t r a t i o n des m 4 t a u x ches des e s p ~ c e s pr4sent a n t d e s r 4 g i m e s a l i m e n t a i r e s c o m p l e x e s et c h e z q u e l q u e s s u p e r - c a r n i v o r e s . Le Bar (Dicentrarchus labrax) est u n Poisson m a r i n qui p6n~tre d a n s les e a u x s a u m ~ t r e s de l ' e s t u a i r e surtout p e n d a n t la p 4 r i o d e e s t i v a l e . Les j e u n e s i n d i v i d u s que nous avons p r ~ l e v ~ s (1 & 2 ans) ~ t a i e n t s u s c e p t i b l e s d ' u t i l i s e r c o m m e n o u r r i t u r e du z o o p l a n c t o n ( C o p ~ p o d e s , M y s i d a c 4 e s ) , d e s p e t i t s C r u s t a c ~ s b e n t h i q u e s v a g i l e s (Crangon crangon) m a i s surtout d e la f a u n e e n d o g ~ e (Ann41ides: Boccardia ligerica, Nereis sp.; Crustac~s: Corophium volutator). Le G o b i e (Gobius microps) se r e p r o d u i t a u p r i n t e m p s et e n ~t4. La c r o i s s a n c e des j e u n e s d a n s l ' e s t u a i r e d e la Loire est r a p i d e de j u i n ~ o c t o b r e p u i s s'arr6te en hiver. P e n d a n t cette p ~ r i o d e , la p l u p a r t d e s Poissons a d u l t e s m i g r e vers des e a u x p l u s p r o f o n d e s . Les j e u n e s i n d i v i d u s ont p r i n c i p a l e m e n t u n e n o u r r i t u r e p l a n c t o n i q u e et u t i l i s e n t s u r t o u t les M y s i d a c ~ s (Neomysis integer) v i v a n t p r o s d u fond. A u cours d e la c r o i s s a n c e , la n o u r r i t u r e d e v i e n t p l u s b e n t h i q u e et c o m p o r t e alors p r i n c i p a l e m e n t des A n n ~ l i d e s (Boccardia ligefica) et, d a n s la z o n e a v a l d e l ' e s t u a i r e surtout, d e s petits C r u s t a c ~ s (Crangon crangon, Corophium volutator) et d e s s i p h o n s d e j e u n e s M o l l u s q u e s (Mya arenaria). I1 est i m p o r t a n t de r e m a r q u e r que, c h e z ces d e u x esp~ces, r i n g e s t i o n de faune e n d o g ~ e s ' a c c o m p a g n e d e l ' i n g e s t i o n d e s 4 d i m e n t s fins et d e d 4 b r i s v~g~taux qui c o n s t i t u e n t u n v ~ r i t a b l e "pi&ge" p o u r les oligo-~14ments ~tudi~s. De ce fait, on a souvent a v a n c ~ l'hypoth&se q u e les s ~ d i m e n t s p o u v a i e n t c o n s t i t u e r un i m p o r t a n t v e c t e u r de c o n t a m i n a t i o n p o u r la f a u n e b e n t h i q u e . Les s u p e r - c a r n i v o r e s sont r e p r ~ s e n t ~ s p a r trois esp&ces p r ~ s e n t e s o c c a s i o n n e t l e m e n t d a n s l ' e s t u a i r e : l ' u n e d ' e a u douce, le S a n d r e (Stizostedion lucioperca), les d e u x autres m a r i n e s , le T a c a u d (Gadus luscus} et le M e r l a n (Merlangius merlangus). Les p r i n c i p a l e s p r o i e s utitis~es sont les C r e v e t t e s (Crangon crangon} et les Poissons d e p e t i t e faille, E p e r l a n (Osmerus eperlanus) et G o b i e (Cobius microps) ( M a r c h a n d , 1978) . MATERIEL ET M E T H O D E S N o u s r a p p e l l e r o n s b r i 6 v e m e n t le p r o t o c o l e e x p 6 r i m e n t a l qui a 4t6 d6crit d a n s des p u b l i c a t i o n s a n t 6 r i e u r e s (Boiteau & M e t a y e r , 1078; A m i a r d et al., 1980; A m i a r d - T r i q u e t et al., 1980) . Des pr616vements m e n s u e l s d e z o o p l a n c t o n , d ' i c h t h y o f a u n e et d e m a c r o f a u n e b e n t h i q u e sont effectu6s d a n s l ' e s t u a i r e i n t e r n e d e la Loire (France) sur les b a n c s de Bilho et de F i l e P i p y r e s p e c t i v e m e n t d i s t a n t s de l ' e m b o u c h u r e de 3,5 et 17 kms. Les 6 c h a n t i l l o n s d ' i c h t h y o f a u n e ont 6t4 s6par6s e n d e u x fractions qui sont r a m e n ~ s r a p i d e m e n t a u l a b o r a t o i r e e n g l a c i 6 r e . La p r e m i 6 r e , fix6e d a n s le formol, a servi l ' a n a l y s e f a u n i s t i q u e des c o n t e n u s digestifs; la s e c o n d e , c o n g e l 6 e , & la m e s u r e des c o n c e n t r a t i o n s e n m6taux. Les 4 c h a n t i l l o n s formol4s sont d i s s 4 q u ~ s afin d ' i s o l e r le t u b e digestif. L ' e s t o m a c et r i n t e s t i n sont s4par6s et leurs c o n t e n u s e x t r a i t s p a r p r e s s i o n et l a v a g e . L ' e x a m e n des fragments plus ou moins broy6s p e r m e t la r e c o n n a i s s a n c e des esp~ces ing6r6es dont les abondances relatives sont d6termia6es p a r d 6 n o m b r e m e n t des r6gions ant6rieures. Les 6chantillons destin6s a l ' a n a l y s e des m6taux sont d6congel6s. Les consommateurs (Poissons a p p a r t e n a n t & cinq esp&ces) sont diss6qu6s pour s6parer le contenu digestif (en distinguant 6 v e n t u e l l e m e n t contenu stomacal et contenu intestinal) de l ' a n i m a l dont il ne fair pas partie int6grante. Pour les organismes-proies, le contenu digestif n'6tait pas s6par6 des tissus vivants, y compris pour les Poissons (Gobie, Eperlan) consomm6s par les super-pr6dateurs. Pour c h a q u e esp&ce et pour c h a q u e date de r6colte, les 6chantillons 6taient constitu6s par la r6union des pr61&vements effectu6s sur trois individus au minimum. E o x -j E .g_ N g ' i == I o Esp&ces, lieux et Nombre dates des pr~l&- d'indivements vidus Les r 6 s u l t a t s d ~ t a i l l 6 s s o n t pr~sent@s d a n s les T a b l e a u x 1 et 2. P o u r c h a q u e e s p 6 c e , 1 8 3 Loire et d a n s l e u r n o u r r i t u r e (les c o n c e n t r a t i o n s m 6 t a l l i q u e s m o y e n n e s ~anc de Bilho; P = b a n c de l'ile P i p y T e n e u r e n Pb (~tg/kg sec) T e n e u r e n C u ( ~ g / k g sec) T e n e u r e n Z n ( m g / k g sec) N o u r r i t u r e C o n s o m m a t e u r N o u r r i t u r e C o n s o m m a t e u r N o u r r i t u r e C o n s o m m a t e u r il,7 4- 239,4 ~3,2 + 114,5 -~8,4 --+ 170,6 L1,4 4- 14123,0 -~.5,3 --+ }4,6 + |6,0 __+ ~3,5 -+ ~1,7 __+ 19,8 -+ |3,9 4[5,1 -+ ~8,4 -+ d e s C o p 6 p o d e s ) e t l e s P o i s s o n s . E l l e s s o n t n e t t e m e n t p l u s f o r t e s c h e z l e s A n n 6 1 i d e s e t l e s C o p 6 p o d e s . T a b l e a u 2. Accumulation des m6taux chez les Poissons super-carnivores m o y e n n e s sont affect6es de l'6cart-type Esp~ces, lieux et Nombre dates des pr61~- d'indiv e m e n t s vidus Poids frais d ' u n individu (g) atuaire de la Loire et dans teur nourriture (les concentrations m~talliques w/enne). B = banc de Bilho; P = banc de r i l e Pipy Teneur en Pb (~tg/kg sec) de: Teneur en Cu (/~g/kg sec) de: Teneur en Zn (mg/kg sec) de: Nourriture Consommateur Nourriture E ~= 1=: o _= E ppb .... ~ i ! ! i i i l i ~ !ppm ........ Zn Cu Fig. 2. Comparaison des concentrations m~talliques moyennes d6tect6es clans les organismes provenant du banc de Bilho c o n c e n t r a t i o n des m ~ t a u x d a n s les proies mais n o n d a n s le s ~ d i m e n t ing~r6. Pour le M e r l a n , il varie de 0,86 & 2,60 selon les pr~16vements p o u r Cd; de 1,04 ~ 1,26 pour Pb; de 1,20 & 2,65 p o u r C u et de 0,80 & 0,88 p o u r Zn. La v a l e u r du s e c o n d rapport a p u 8tre 6tablie p o u r le Bar et le M e r l a n (Tabl. 4). Nous constatons q u ' 8 u n e e x c e p t i o n pros (pour Cu) ce rapport est inf~rieur ~ l'unit~ et m 6 m e le plus s o u v e n t inf6rieur & 0,6. Nos r~sultats corroborent l ' o b s e r v a t i o n f r ~ q u e m m e n t r e n o u v e l S e d ' u n e d i m i n u t i o n des c o n c e n t r a t i o n s m ~ t a l l i q u e s lorsque l ' o n considSre les esp~ces les p l u s ~volu~es du p o i n t de r u e z o o l o g i q u e (Poissons < Crustac~s < AnnSlides). I1 faut r e m a r q u e r c e p e n Tableau 3. Transfert des m~taux dans les chaines alimentaires de l'estuaire de la Loire. ~ = moyenne 6tablie sur l'ensemble des pr~l&vements; (sin) = 6cart-type h la moyenne Cd 0,59 (0,38) 0,07--1,68 0,15 (0,10) 0,01--0,63 0,37 (0,11) 0,I5--0,53 0,08 1,63 m 6 m e s esp~ces ou des espbces voisines pr61ev6es d a n s des zones pollu6es ou non. A l ' e x c e p t i o n de la t e n e u r e n Cd r e l a t i v e m e n t 61ev6e de B. ligerica par rapport a N e r e i s diversicolor p r o v e n a n t de diff6rents estuaires b r i t a n n i q u e s (Bryan & H u m m e r s t o n e , 1973, 1977; Wharfe & v a n d e n Broek, 1977) , les c o n c e n t r a t i o n s d 6 t e r m i n 6 e s darts l ' e s t u a i r e de la Loire c o n s t i t u e n t f r 6 q u e m m e n t des v a l e u r s i n t e r m 6 d i a i r e s entre les v a l e u r s - l i m i t e s retev6es darts la litt6rature. Darts de n o m b r e u x cas (Cu chez B. ligerica, Cd chez les Cop6podes, Cd et Pb chez C. crangon, Cd, Pb et Cu chez les M e f l a n s et Cd, Pb, C u et Z n chez les Gobies), les o r g a n i s m e s de l ' e s t u a i r e de la Loire p r 6 s e n t e n t des v a t e u r s p l u s faibles q u e ceux p r o v e n a n t d ' a u t r e s aires g ~ o g r a p h i q u e s (Bryan, 1968; Bryan & H u m m e r s t o n e , 1971, 1973, 1977; Halcrow et al., 1973; P e d e n et al., 1973; Steele et al., 1973; Hardisty et al., 1974a et b, Bohn & Mc EIroy, 1976; Wright, 1976; Badsha & Sainsbury, 1977; G r e i g et al., 1977; Wharfe & v a n d e n Broek, 1977) . Le n i v e a u d ' 6 v o l u t i o n des esp~ces (consid6r6 e n fonction de la classification zoologique) varie f r 6 q u e m m e n t c o m m e le n i v e a u trophique. Les Ann61ides et les Crustac6s, qui c o n s t i t u e n t l ' e s s e n t i e l des proies, p r 6 s e n t a n t g 6 n 6 r a l e m e n t des concentrations e n Cd, Pb et Cu p l u s 61ev6es q u e celles mesur~es chez les Poissons qui les consomment, il e n r6sulte des facteurs de transfert p r e s q u e toujours inf6rieurs h l'unit6. Pour les o r g a n i s m e s (Bar, Gobie) qui i n g ~ r e n t d u s 6 d i m e n t avec leur proie, n o u s n ' a v o n s pas fait i n t e r v e n i r cette " n o u r r i t u r e " de n a t u r e tr~s particuli~re d a n s le calcul du facteur de transfert. En effet, b i e n que la d i s p o n i b i l i t 6 b i o l o g i q u e des p o l l u a n t s m a s s i v e m e n t li6s la p h a s e s 6 d i m e n t a i r e soit u n des p r o b l b m e s m a j e u r s de l'6cologie a p p l i q u 6 e & la protection de l ' H o m m e et de son e n v i r o n n e m e n t , les m 6 c a n i s m e s et l ' i m p o r t a n c e q u a n t i t a t i v e de ce p h 6 n o m 6 n e sont tr~s real connus. A court terme, les quantit6s mises e n j e u darts les 6 c h a n g e s s 6 d i m e n t ~ o r g a n i s m e s s e m b l e n t trSs faibles par rapport celles c o n c e r n a n t les 6 c h a n g e s e a u ou n o u r r i t u r e --. organismes. A long terme par contre, on 6 v a l u e m a l les c o n s 6 q u e n c e s d ' u n transfert direct (s6diment --~ organisme) ou indirect (s6diment --, e a u -* o r g a n i s m e ) (Amiard-Triquet, 1975; J e n n e & Luoma, 1977; Luoma & J e n n e , 1977) . Les d o n n 6 e s de la litt6rature r 6 s u l t a n t soit de m e s u r e s i n situ de la c o n c e n t r a t i o n des m 6 t a u x e n fonction d u n i v e a u t r o p h i q u e des organismes, soit d ' e x p 6 r i e n c e s de contamin a t i o n des o r g a n i s m e s p a r voie a l i m e n t a i r e , c o n f i r m e n t q u e s'il y a u n e b i o a c c u m u l a tion* n o n n 6 g l i g e a b l e de Cd, Pb et C u chez les o r g a n i s m e s a q u a t i q u e s , il n ' y a v r a i s e m b l a b l e m e n t pas b i o m a g n i f i c a t i o n " * d a n s les r6seaux a l i m e n t a i r e s (Bohn & Mc Elroy, 1976; A u b e r t et al., 1972, 1974, 1975, 1976; Drifmeyer & Odum, 1975; Rehwoldt et al., 1978; H o d s o n et al, 1978; Steele et al., 1973) . Pour le zinc, nos r6sultats n e p e r m e t t e n t pas de c o n c l u s i o n s aussi nettes et il e n est de m 6 m e des o b s e r v a t i o n s i n situ ou a u laboratoire des autres a u t e u r s p o u r le m i l i e u m a t i n (in: A m i a r d - T r i q u e t et al., 1980) . Les c o n c e n t r a t i o n s r e l a t i v e m e n t 61ev6es d6tect6es chez les c o n s o m m a t e u r s p e u v e n t - e l l e s r6sulter d ' u n stockage c u m u l a t i f du zinc l o n g terme? D a n s ce cas, on devrait observer u n e a c c u m u l a t i o n plus forte chez les a n i m a u x 696s q u e chez les j e u n e s . Dans l ' e s t u a i r e de la Loire, e n p6riode printani~re, * Bioaccumulation: accumulation dans les organismes r6sultant soit d'une contamination directe par l'eau (adsorption ou absorption), soit d'une contamination indirecte par voie alimentaire. * * Biomagnification: bioaccumulation caract6ris6e par une augmentation de la concentration dans les pr6dateurs par rapport ~ leurs proies, n o u s a v o n s o b s e r v ~ u n e c o r r e l a t i o n f a i b l e m e n t n ~ g a t i v e (r = -- 0,53) e n t r e l'&ge d e s p o u r r a i e n t e x p l i q u e r u n e a c c u m u l a t i o n p r ~ f S r e n t i e l l e d u z i n c d a n s les o r g a n i s m e s d e s n i v e a u x t r o p h i q u e s les p l u s ~lev~s. I1 n e faut p a s n ~ g l i g e r le r61e d e l ' e a u c o m m e v e c t e u r d e r a c c u m u l a t i o n d u zinc. E n effet, si les p r i n c i p a u x o r g a n e s d e s t o c k a g e d e c e m ~ t a l c h e z les P o i s s o n s sont les o r g a n e s g ~ n i t a u x , le foie, les r e i n s et l e s os, la p e a u p r ~ s e n t e ~ g a l e m e n t d e s t e n e u r s ~ l e v ~ e s ( H i y a m a & S h i m i z u , 1964; H a l c r o w et al., 1973; M e r l i n i et al., 1973; P e n t r e a t h , 1973; T i n g , 1973; I s h i k a w a & O h n o , 1974; W r i g h t , 1976; W h a r f e & v a n d e n Broek, 1977; A m i a r d et al., n o n publiC) p e u t - ~ t r e l i ~ e s & la p r e s e n c e d u m u c u s q u i p o s s ~ d e u n e i m p o r t a n t e c a p a c i t ~ d e r ~ t e n t i o n d u z i n c ( P e n t r e a t h , 1973; C o o m b s et al., 1972 in P e n t r e a t h , 1977) . L I T E R A T U R E C I T E E 1 9 0 C . M e t a y e r , J . - C . A m i a r d , C. A r n i a r d - T r i q u e t & J. M a r c h a n d Amiard , J.-C. & Amiard-Triquet , C , 1977 . 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