Toxicity of copper to larval Pimephales promelas in the presence of photodegraded natural dissolved organic matter

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Abstract

Copper (Cu) complexation with natural dissolved organic matter (DOM) mitigates Cu bioavailability to aquatic biota by decreasing the activity of the cupric ion ({Cu2+}). However, DOM is photochemically unstable. In a previous study, we demonstrated that irradiation (∼13 days sunlight) of DOM collected from a river decreased its binding-site density for Cu by 45%, but increased binding-site density in wetland DOM by 147%. Binding-site densities correlated positively with ketones and aldehydes (C-II groups). Herein, we determined the mortality of larval fathead minnows (FHM; Pimephales promelas) as a function of {Cu2+} in 96 h static-renewal toxicity tests without DOM. Next, we calculated {Cu2+} in control and photooxidized DOM and then predicted mortality of larval FHM in toxicity tests. Observed mortalities agreed with predictions (r2 ≈ 0.96) in treatments with lowest binding-site densities and proportions of C-II groups (highest {Cu2+}). However, treatments with ∼50% lower {Cu2+}, containing higher proportions of C-II groups, had equally high mortalities and poorer fits with predictions (r2 ≈ 0.75), possibly indicating that Cu bound to C-II groups are bioavailable. To our knowledge, this study is the first to predict and then directly test the effects of DOM photooxidation on Cu toxicity.

La formation de complexes entre le cuivre (Cu) et la matière organique dissoute (DOM) naturelle atténue la biodisponibilité du Cu aux organismes aquatiques en réduisant l'activité de l'ion cuprique ({Cu2+}). Cependant, la DOM est photochimiquement instable. Dans une étude antérieure, nous avons démontré qu'une irradiation (∼13 jours d'ensoleillement) de la DOM récoltée dans une rivière réduit la densité de ses sites de liaison avec le Cu de 45%, alors que l'irradiation augmente la densité des sites de liaison de la DOM de terres humides de 147%. Il y a une corrélation positive entre la densité des sites de liaison et les cétones et les aldéhydes (groupes C-II). Dans la présente étude, nous déterminons la mortalité de larves de têtes-de-boule (FHM; Pimephales promelas) en fonction de {Cu2+} après 96 h dans des tests de toxicité à renouvellement statique en l'absence de DOM. Nous avons ensuite calculé {Cu2+} dans des conditions témoins et en présence de DOM photooxydée et prédit la mortalité des larves de FHM dans les tests de toxicité. Les mortalités observées s'accordent aux prédictions (r2 ≈ 0,96) dans les situations expérimentales correspondant aux densités les plus faibles de sites de liaison et de proportions de groupes C-II ({Cu2+} les plus fortes). Cependant, dans les conditions expérimentales avec {Cu2+} ∼50% inférieures et de plus fortes proportions de groupes C-II, les mortalités sont également élevées et correspondent moins bien aux prédictions (r2 ≈ 0,75), ce qui indique peut-être que Cu lié aux groupes C-II demeure biodisponible. À notre connaissance, notre étude est la première à prédire les effets de la photooxydation de la DOM sur la toxicité du Cu et à les vérifier directement.[Traduit par la Rédaction]

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