Accumulation and recycling of PCBs and PAHs in artificially eutrophied Lake 227 Jeff D. Jeremiason, Steven J. Eisenreich, and Michael J. Paterson Abstract: The influence of lake trophic status on the cycling and burial of polychlorinated biphenyls (PCB’s) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH’s) was examined in Lake 227 (L227), an artificially eutrophied lake in the Experimental Lakes Area, northwestern Ontario, Canada. Sedimentary accumulation of PCB’s, PAH’s, and organic carbon (OC) was determined pre- and post-eutrophication in L227 and compared with accumulation in other regional lakes. Mass and OC accumulation increased an average of 1.4 and 2.0 times, respectively, since nutrient addition began in June 1969. ΣPCB and ΣPAH sediment accumulation rates and profiles in L227 were similar to those in Lake Superior and other proximate and midlatitude lakes unimpacted by point sources. Eutrophication did not increase contaminant accumulation. In general, individual PAH accumulation rates declined following eutrophication, which coincided with similar signals elsewhere. Perylene declined markedly (4 times) since eutrophication as a result of decreased in situ formation. An increase in OC accumulation did not enhance contaminant accumulation in L227 because phytoplankton community structure shifted to species characterized by lower bioaccumulation factors, and water column recycling rates were high. Accumulation rates of mass, OC, PCB’s, and PAH’s, when compared with ice- free settling fluxes in 1993 and 1994, exhibited similar recycling ratios in eutrophic L227 and oligotrophic L110 due to the efficient preservation of organic matter in sediments. Résumé : L’influence de l’état trophique d’un lac sur le cycle et l’enfouissement des polychlorobiphényles (PCB) et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) a été étudiée dans le lac 227 (L227), un lac artificiellement eutrophisé de la région des lacs expérimentaux, dans le nord-ouest de l’Ontario, au Canada. L’accumulation dans les sédiments des PCB, des HAP et du carbone organique (CO) a été mesurée avant et après l’eutrophisation du L227 et comparée à l’accumulation dans d’autres lacs de la région. Les accumulations de matière et de CO se sont accrues en moyenne par un facteur 1,4 et par un facteur 2,0, respectivement, depuis que l’apport de nutriants a débuté, en juin 1969. Les taux d’accumulation dans les sédiments et les profils de ΣPCB et ΣHAP dans L227 étaient semblables à ceux du lac Supérieur et d’autres lacs voisins situés à une latitude moyenne qui n’ont pas été affectés par des sources ponctuelles. L’eutrophisation n’a pas accru l’accumulation de contaminants. En général, les taux d’accumulation des divers HAP ont diminué après l’eutrophisation, ce qui a coïncidé avec des observations similaires faites ailleurs. La concentration de pérylène a chuté de façon marquée (4 fois) depuis l’eutrophisation par suite d’une réduction de sa formation in situ. L’accroissement de l’accumulation de CO n’a pas entraîné un accroissement de l’accumulation de contaminants dans L227 parce que la structure de la communauté phytoplanctonique s’est modifiée pour inclure des espèces caractérisées par de faibles facteurs de bioaccumulation et que les taux de recyclage dans la colonne d’eau étaient élevés. Les taux d’accumulation de matière, de CO, de PCB et de HAP, quand ils étaient comparés aux flux de sédimentation en eau libre de glace de 1993 et 1994, ont montré des ratios de recyclage similaires dans le lac eutrophe L227 et le lac oligotrophe L110 en raison de la préservation importante de matière organique dans les sédiments. [Traduit par la Rédaction] Jeremiason et al. 660 Introduction The production, cycling, and burial of organic matter (OM) play a major role in hydrophobic organic chemical (HOC) cycling, transport, and burial in aquatic systems (Eisenreich 1987; Eisenreich et al. 1989; Baker et al. 1991; Sanders et al. 1996; Lipiatou et al. 1997). Polychlorinated biphenyls (PCB’s) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH’s) have a strong affinity for natural OM (Schwarzen- bach et al. 1993). Increases in particulate and dissolved OM derived from increased primary production should enhance retention of HOC’s added from the atmosphere and the sur- rounding watershed, leading to increased sedimentary accu- mulation rates and inventories. Whole-lake equilibrium or fugacity models (Mackay and Paterson 1991) predict en- hanced HOC burial in aquatic systems with increased bio- mass. HOC burial increases with higher OM settling fluxes and accumulation rates and is reflected in increased fugacity capacities (Z values) of the particulate phase (e.g., Mackay and Paterson 1991). Cycling of HOC’s within the water col- umn may also be impacted by eutrophication. For example, Can. J. Fish. Aquat. Sci. 56: 650–660 (1999) © 1999 NRC Canada 650 Received January 12, 1998. Accepted November 13, 1998. J14383 J.D. Jeremiason 1 and S.J. Eisenreich. 2 Department of Environmental Sciences, Rutgers University, 14 College Farm Road, New Brunswick, NJ 08901, U.S.A. M.J. Paterson. Department of Fisheries and Oceans, Freshwater Institute, 501 University Crescent, Winnipeg, MB R3T 2N6, Canada. 1 Current address: Minnesota Pollution Control Agency, St. Paul, Minn., U.S.A. 2 Author to whom all correspondence should be addressed. e-mail: eisenreich@envsci..rutgers.edu