Analysis of heavy metals contamination in bottom sediments of lakes located in the Gniezno Lakeland

• Autorzy: Sojka M. , Jaskula J. , Wrozynski R.

Warianty tytułu

PL

Analiza zawartości metali ciężkich w osadach dennych jezior Pojezierza Gnieźnieńskiego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of the study The aim of the study was to assess the degree of heavy metal pollution in bottom sediments of lakes on the basis of geochemical and ecotoxicological indicators. Material and methods The analysis was conducted for 16 lakes located in the Gniezno Lakeland in central-western Poland. The studied lakes were included in the research program obtained from the Inspector of Environmental Protection within the framework of the State Environmental Monitoring. The Contamination Factor (CF), Pollution Load Index (PLI) and Metal Pollution Index (MPI) were calculated to assess the level of sediment contamination. Assessment of the potential toxic effects of heavy metals accumulated in bottom sediments were made on the basis of TEC, MEC and PEC values. Cluster analysis (CA) was used to show similarities between lakes in terms of heavy metal concentration in bottom sediments. To identify factors affecting metal content in bottom sediments and potential sources of pollution, the PCA analysis was applied. Results and conclusions The analyses showed a large variation of heavy metals concentration in bottom sediments. The bottom sediments of lakes were polluted mostly with lead. High concentrations of lead in individual lakes may cause harm to living organisms. The lowest concentrations of heavy metals were found in the bottom sediments of Kamienieckie Lake and the highest in Ostrówieckie Lake. Cluster analysis allowed to divide the lakes into two groups with similar concentration of heavy metal in bottom sediments. The studies did not allow to clearly expose the factors responsible for determining the heavy metal content in bottom sediments of lakes.

PL

Cel pracy Celem pracy było wykorzystanie wskaźników geochemicznych i ekotoksykologicznych w ocenie stopnia zanieczyszczania metalami ciężkimi osadów dennych jezior. Materiał i metody Do badań wybrano 16 jezior zlokalizowanych na obszarze Pojezierza Gnieźnieńskiego w centralo-zachodniej Polsce. Dane na temat zawartości metali ciężkich w osadach pochodziły z bazy Państwowego Monitoringu Środowiska. Do oceny stopnia zanieczyszczenia obliczono wskaźnik zanieczyszczenia poszczególnym metalem (CF – Contamination Factor); wskaźnik sumarycznego ładunku zanieczyszczeń metalami (PLI – Polution Load Index) oraz wskaźnik zanieczyszczenia metalami (MPI – Metal Pollution Index). Ocenę potencjalnego działania toksycznego metali ciężkich zakumulowanych w osadach dennych dokonano na podstawie wartości TEC, MEC i PEC. Do wyeksponowania podobieństw pomiędzy jeziorami w zakresie zawartości metali ciężkich w osadach dennych, zastosowano analizę skupień (CA). Do identyfikacji czynników kształtujących zawartość metali w osadach dennych oraz potencjalnych źródeł zanieczyszczeń zastosowano analizą składowych głównych (PCA). Wyniki i wnioski Przeprowadzone analizy wykazały duże zróżnicowanie zawartości metali ciężkich w osadach dennych jezior. Najsilniej osady denne jezior zanieczyszczone były ołowiem. Duże zawartości ołowiu w osadach dennych niektórych jezior mogą powodować szkodliwie oddziaływanie na organizmy żywe. Najmniejszą zawartością metali ciężkich charakteryzowały się osady denne jeziora Kamienieckiego, a największą jeziora Ostrówieckiego. Analiza skupień pozwoliła na podział jezior na dwie grupy, charakteryzujące się podobną zawartością metali ciężkich w osadach dennych. Badania nie pozwoliły w sposób jednoznaczny wyeksponować czynników, które odpowiedzialne są za kształtowanie zawartości metali ciężkich w osadach dennych jezior.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.137-149,fig.,ref.

Twórcy

autor

Sojka M.

• Institute of Land Improvement, Environment Development and Geodesy, Poznan University of Life Sciences, Piatkowska 94, 60-649 Poznan, Poland

autor

Jaskula J.

• Institute of Land Improvement, Environment Development and Geodesy, Poznan University of Life Sciences, Piatkowska 94, 60-649 Poznan, Poland

autor

Wrozynski R.

• Institute of Land Improvement, Environment Development and Geodesy, Poznan University of Life Sciences, Piatkowska 94, 60-649 Poznan, Poland

Bibliografia

• Bojakowska, I., Sokołowska, G. (1998). Geochemiczne klasy czystości osadów wodnych. Przeg. Geolog., 46 (1), 49–54.
• Borek, Ł. (2018). Eutrophication risk of water in the manor-park channels: different ways of evaluation. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, 13(2), 409–421.
• Choiński, A., Macias, A. (2008). Jeziora w parkach narodowych, rezerwatach przyrody i parkach krajobrazowych Polski północnej i środkowej. Wody na obszarach chronionych. Komisja Hydrologiczna PTG, Kraków, 2008, 31–42.
• Dąbrowska, J., Moryl, A., Kucharczak-Moryl, E., Żmuda, R., Lejcuś, I. (2016). Zawartość związków azotu w wodach rzeki Strzegomki powyżej zbiornika Dobromierz. Acta Sci. Pol. Form. Cir., 15(3), 57–69.
• Dung, T.T.T., Cappuyns, V., Swennen, R., Phung, N. K. (2013). From geochemical background determination to pollution assessment of heavy metals in sediments and soils. Rev. Environ. Sci. Biotechnol., 12(4), 335–353.
• Frankowski, M., Sojka, M., Zioła, A., Siepak, M., Murat-Błażejewska, S. (2009). Distribution of heavy metals in the Mała Wełna River system (western Poland). Oceanol. Hydrobiol. Stud., 38 (2), 51–61.
• Glińska-Lewczuk, K., Skwierawski, A., Kobus, Sz., Sidoruk, M., Krzyżaniak, M., (2009). Spatial distribution of heavy metals (Cr, Cu, Zn and Pb) in bottom sediments of oxbow lakes in northern Poland differed by hydrological connectivity. Fresenius Environ. Bull., 18 (7), 1138–1145.
• Główny Inspektorat Ochrony Środowiska (2016). Wyniki badań osadów dennych jezior i zbiorników zaporowych – Państwowy Monitoring Środowiska.
• Jahan, S., Strezov, V. (2018). Comparison of pollution indices for the assessment of heavy metals in the sediments of seaports of NSW, Australia. Mar. Pollut. Bull., 128, 295–306.
• Jańczak, J. (1996). Atlas jezior Polski: Jeziora Pojezierza Wielkopolskiego i Pomorskiego w granicach dorzecza Odry. Bogucki Wydawnictwo Naukowe.
• Joksimovic, D., Castelli, A., Pestoric, B., & Perosevic, A. (2019). An assessment of trace metal contamination in surface sediments of the montenegrin coast by using pollution indexes and statistical analysis. Fresenius Environ. Bull., 28(2), 879–884.
• Karthikeyan, P., Vennila, G., Venkatachalapathy, R. (2018). Assessment of heavy metals in the surface sediments of the Emerald Lake using of spatial distribution and multivariate techniques. Environ. Monit. Assess., 190(11), 668.
• Karwacka, A., Niedzielski, P., Staniszewski, R. (2015). Ocena stanu osadów dennych wybranych jezior powiatu poznańskiego. Annual Set The Environment Protection, 17(2), 1684–1698.
• Kumar, P., Tasso, J., Guimarães, F., Walfir, P., Souza-filho, M., Powell, M.A., Dall, R. (2019). Catena Statistical analysis of lake sediment geochemical data for understanding surface geological factors and processes: an example from Amazonian upland lakes, Brazil. Catena, 175, 47–62.
• Kuriata-Potasznik, A., Szymczyk, S., Skwierawski, A., Glińska-Lewczuk, K., Cymes, I. (2016). Heavy metal contamination in the surface layer of bottom sediments in a flow-through lake: a case study of lake Symsar in Northern Poland. Water, 8(8), 358.
• MacDonald, D.D, Ingersoll, C.G, Berger, T.A, (2000b). Consensus-Based Sediment Quality Guidelines, Recommendations for Use & Application. Interim Guidance. Contaminated Sediment Standing Team, December 2003. Wisconsin Department of Natural Resources.
• MacDonald, D.D., Ingersoll, C.G., Berger, T.A. (2000a). Development and evaluation of consensus-based sediment quality guidelines for freshwater ecosystems. Arch. Environ. Contam. Toxicol., 39 (1), 20–31.
• Martin, J.M., Meybeck, M., Elemental mass-balance of material carried by major world rivers. Mar. Chem., 7 (3), 173–206.
• PN-EN ISO 11885:2009. Water quality – Determination of selected elements by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) (ISO 11885:2007). The Polish Committee for Standardization.
• Ptak, M., Sojka, M., Choiński, A., Nowak, B. (2018). Effect of environmental conditions and morphometric parameters on surface water temperature in Polish lakes. Water, 10 (5), 580.
• Raut, R., Bajracharya, R.M., Sharma, S., Sharma, C.M. (2017). Potentially toxic trace metals in water and lake-bed sediment of panchpokhari, an alpine lake series in the central himalayan region of Nepal. Water Air Soil Pollut., 228(8), 303.
• Siepak, M., Sojka, M. (2017). Application of multivariate statistical approach to identify trace elements sources in surface waters: A case study of Kowalskie and Stare Miasto Reservoir, Poland. Environ. Monit. Assess., 189 (8), 364.
• Singovszka, E., Balintova, M., Demcak, S., Pavlikova, P. (2017). Metal pollution indices of bottom sediment and surface water affected by acid mine drainage. Metals, 7(8), 284.
• Sobczyński, T., Siepak, J. (2001). Speciation of heavy metals in bottom sediments of lakes in the area of Wielkopolski National Park. Pol. J. Environ. Stud., 10 (6), 463–474.
• Sojka, M., Jaskuła, J., Siepak, M. (2019a). Heavy metals in bottom sediments of reservoirs in the lowland area of Western Poland: concentrations, distribution, sources and ecological risk. Water, 11(1), 56.
• Sojka, M., Jaskuła, J., Wicher-Dysarz, J. (2016). Ocena ładunków związków biogennych wymywanych ze zlewni rzeki Głównej w latach 1996–2009. Annual Set The Environment Protection, 18 (1), 815–830.
• Sojka, M., Kałuża, T., Siepak, M., Strzeliński, P., (2019b). Heavy metals concentration in the bottom sediments of the mid−forest reservoirs. Sylwan, 163(8), 694−704.
• Sojka, M., Siepak, M., Gnojska, E. (2013). Assessment of heavy metal concentration in bottom sediments of Stare Miasto pre-dam reservoir on the Powa River. Annual Set The Environment Protection. 15(2), 1916–1928.
• Sojka, M., Siepak, M., Jaskuła, J., Wicher-Dysarz, J. (2018a). The heavy metals transport in river – reservoir system: a case study of Stare Miasto Reservoir and Powa River, Central Poland. Pol. J. Environ. Stud., 27(4), 1725–1734.
• Sojka, M., Siepak, M., Pietrewicz, K. (2018b). Concentration of rare earth elements in surface water and bottom sediments in Lake Wadąg, Poland. J. Elem., 24 (1), 125–140.
• Sojka, M., Siepak, M., Zioła, A., Frankowski, M., Murat-Błażejewska, S., Siepak, J. (2008). Application of multivariate statistical techniques for evaluation of water quality in the Mała Wełna River (Western Poland). Environ. Monit. Assess., 147, 159–170.
• Szafran, K. (2003). Heavy metals in bottom sediments of three shallow lakes in the Łęczna-Włodawa lakeland. Acta Agrophysica, 1 (2), 329–337.
• Szyczewski, P., Siepak, J., Niedzielski, P., Sobczyński, T. (2009). Research on heavy metals in Poland. Pol. J. Environ. Stud., 18(5), 755.
• Tomlinson, D.L., Wilson, J.G., Harris, C.R., Jeffrey, D.W. (1980). Problems in the assessment of heavy-metal levels in estuaries and the formation of a pollution index. Helgol. Mar. Res., 33, 566–575.
• Tylmann, W., Łysek, K., Kinder, M., Pempkowiak, J. (2011). Regional pattern of heavy metal content in lake sediments in Northeastern Poland.” Water Air Soil Pollut., 216(1-4), 217–228.
• Wiatkowska, B. (2019). Changes in the flow and quality of water in the dam reservoir of the Mała Panew catchment (South Poland) characterized by multidimensional data analysis. J. Environ. Prot. Sci., 45(1), 26–41.
• Yang, Y.M. (2018). Geochemical properties and pollution assessment of heavy metals in the sediments of Daechung Lake, Korea. Environmental Quality Management, 27(4), 163–171.
• Zhou, Y., Gao, L., Xu, D., Gao, B. (2019). Science of the Total Environment Geochemical baseline establishment, environmental impact and health risk assessment of vanadium in lake sediments, China. Sci. Total Environ., 660, 1338–1345.