Apex avian species as sentinels for legacy and emerging contaminants in northern Baltic Sea coastal food webs

Abstract

Anthropogenic contamination is a wide-spread environmental problem. In addition to persistent, bioaccumulative and toxic legacy contaminants, emerging contaminants with unknown environmental behaviour are causing concern. Many contaminants biomagnify in food webs, meaning that highest concentrations of contaminants are found in the apex species. Trophic dynamics of contaminants may differ depending on the properties of the contaminant, environment, and species composing a particular food web. In this thesis, I examine the current state of metal and organohalogen contamination in the Finnish Baltic coastal food webs, focussing on three avian sentinel species: the white-tailed eagle (Haliaeetus albicilla), the great cormorant (Phalacrocorax carbo), and the common eider (Somateria mollissima). In Chapter I, I investigate whether nestlings of white-tailed eagles and great cormorants act as sentinels for metal contamination associated with acidic sulphate soils. Compared to the control areas, I find higher concentrations of aluminium and cobalt in white-tailed eagles and of copper and manganese in great cormorants from the acidic sulphate soil areas. These results indicate that acidic sulphate soils are a source of certain metals for white-tailed eagle and great cormorant nestlings; there are, however, differences in metal exposure between these species. In Chapter II, I study the trophic transfer of mercury (Hg) between the benthic and pelagic food chains of the Archipelago Sea food web. The rate of trophic magnification of Hg was higher in the pelagic food chain than in the benthic food chain when the homeotherm birds were excluded from statistical models. In Chapter III, I investigate organohalogen contamination in the Archipelago Sea food web. I find that several organohalogen compounds biomagnify in the food web. Concentrations were generally highest in bird species, particularly the white-tailed eagle. As with the Hg models, statistical fit of the trophic magnification models of organohalogen compounds increased when removing birds from the data. In addition to the legacy contaminants, I also found emerging contaminant perfluoroethylcyclohexane sulfonate in the white-tailed eagle, great cormorant, and two fish species. This thesis demonstrates that different ecological and ecophysiological traits of the species play a role in the contaminant exposure and food web dynamics of the contaminants.

<b>Ravintoverkkojen huippulajit haitta-aineiden ilmentäjinä Suomen rannikolla</b>

Ympäristön kemiallinen saastuminen on vakava maailmanlaajuinen ongelma. Pysyvien, eliöihin kertyvien ja myrkyllisten, laajalle levinneiden haitta-aineiden lisäksi huolta aiheuttavat uudet haitta-aineet, joiden käyttäytymistä ympäristössä ei vielä tunneta. Monet haitta-aineet rikastuvat ravintoverkossa, jolloin korkeimmat pitoisuudet löytyvät ravintoverkon huipulla olevista lajeista. Haitta-aineiden käyttäytyminen ravintoverkossa riippuu aineen kemiallisista ominaisuuksista sekä ympäristön ja kyseisen ravintoverkon koostavien lajien piirteistä. Tässä väitöskirjassa tutkin metallien ja orgaanisten halogeeniyhdisteiden aiheuttamaa saastumista Suomen rannikon ravintoverkoissa keskittyen kolmeen ilmentäjälajiin: merikotkaan (Haliaeetus albicilla), merimetsoon (Phalacrocorax carbo) ja haahkaan (Somateria mollissima). Luvussa I tutkin ilmentävätkö merikotkan ja merimetson pesäpoikaset happamista sulfaattimaista peräisin olevia metallipäästöjä. Merikotkan poikasissa alumiinin ja koboltin pitoisuudet, ja merimetson poikasissa kuparin ja mangaanin pitoisuudet olivat koholla happamien sulfaattimaiden läheisyydessä syntyneissä ja kasvaneissa poikasissa verrattuna kontrollialueiden poikasiin. Tulokset osoittavat, että happamat sulfaattimaat ovat joidenkin metallien lähde merikotkan ja merimetson poikasille. Metalleille altistumisessa oli kuitenkin eroa lajien välillä. Luvussa II tutkin elohopean kulkeutumista Saaristomeren ravintoverkon benttisessä ja pelagisessa ravintoketjussa. Elohopea rikastui nopeammin trofiatasoa kohden pelagisessa ravintoketjussa verrattuna benttiseen ravintoketjuun, kun tasalämpöisiä lintuja ei sisällytetty mukaan rikastumismalleihin. Luvussa III tutkin orgaanisia halogeeniyhdisteitä Saaristomeren ravintoverkossa. Useat tutkituista aineista rikastuivat ravintoverkossa. Useimpien aineiden pitoisuudet olivat korkeimmat linnuissa, etenkin merikotkassa. Samoin kuin elohopean rikastumismalleissa, halogeeniyhdisteiden rikastumismallien selitysaste parani, kun lintuja ei sisällytetty malleihin. Tavanomaisten, Itämeren ympäristössä jo vuosia esiintyneiden haitta-aineiden lisäksi löysin perfluorietyylisykloheksaani sulfonaattia merikotkista, merimetsoista ja kahdesta kalalajista. Väitöskirja korostaa eri ekologisten ja ekofysiologisten ominaisuuksien roolia lajien haittaainealtistuksessa ja haitta-aineiden käyttäytymisessä ravintoverkoissa.