Wskaźniki pochodzenia i kierunków przemian materii organicznej w osadach dennych zbiorników wodnych

• Autorzy: Piwińska D. , Gruca-Rokosz R.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2017.3

Warianty tytułu

EN

Indicators of origin and directions of transformation of organic matter in sediments of water reservoirs

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W osadach dennych zbiorników wodnych gromadzi się materia organiczna pochodzenia autochtonicznego i allochtonicznego. Pochodzenie materii organicznej można opisać za pomocą wskaźników, do których należą: skład izotopowy węgla δ13C i azotu δ15N, iloraz C:N, biomarkery lipidowe oraz pigmenty roślinne. Izotopy węgla i azotu występują powszechnie w środowisku w dużych ilościach. Stężenia mierzonych izotopów można opisać za pomocą delty (δ), wyrażanej w promilach [‰]. Materia organiczna pochodzenia lądowego jest zubożona w izotop 13C w porównaniu do materii organicznej pochodzenia autochtonicznego. Wskaźnik δ13C ulega zmianie podczas sedymentacji, mineralizacji oraz transformacji materii organicznej w środowisku wodnym. Natomiast wartość δ15N zmienia się w zależności od przebiegu procesów denitryfikacji i odgazowania amoniaku. Materia organiczna jest również zróżnicowana pod względem stosunku C:N, gdzie dla autochtonicznej materii organicznej osiąga wartości mniejsze w porównaniu do materii pochodzenia allochtonicznego. Z kolei biomarkery lipidowe stanowią ważną grupę związków uznawanych za substancje wskaźnikowe, gdyż nie ulegają przeobrażeniom na przestrzeni lat. Stąd też wykorzystuje się je w badaniach ekologicznych i paleoekologicznych. Podobne właściwości wykazuje kolejna grupa biomarkerów, do której należą pigmenty roślinne. Dzielą się na trzy rodzaje: chlorofile, karotenoidy i fikobiliny. Analiza zawartości i składu materii organicznej w osadach dennych zbiorników wodnych za pomocą wskaźników jest skuteczną metodą pozwalającą na ocenę pochodzenia materii organicznej oraz produktywności biologicznej akwenów. Na podstawie wielkości rozkładu i stopnia zachowania wskaźników w osadach można wyznaczyć warunki środowiskowe panujące w zbiornikach wodnych w przeszłości. W artykule scharakteryzowano poszczególne wskaźniki pochodzenia materii organicznej i możliwości interpretacji w badaniach zbiorników wodnych.

EN

Autochthonous and allochthonous organic matter is accumulated in sediments of water reservoirs. Organic matter can be described as indicators, such as: isotopic signatures of δ13C and δ15N, C:N ratio, lipid biomarkers and plant pigments. A large amount of carbon and nitrogen isotopes widely occur in the environment. Concentrations of the measured isotopes can be described with δ delta, expressed in ‰. Allochthonous organic matter is depleted in 13C isotope in comparison to autochtchonous organic matter. δ15N value changes according to denitrification process and ammonia degasification. Organic matter is also diverse in terms of C:N ratio and for autochthonous organic matter achieves values less than for allochthonous organic matter. Lipid biomarkers form an important group of compounds which are considered as indicators, because they do not undergo any transformation over the years. Thus they are used in ecological and paleoecological research. Another group of biomarkers to which plant pigments belongs has similar properties. Plant pigments are divided into three types: chlorophylls, carotenoids and phycobilins. Organic matter content and composition analysis in sediments of water reservoirs with indicators is an effective method which allows to assess organic matter origin and biological productivity of water reservoirs. On the basis of decomposition level and degree of conservation of indicators in sediments we can determine environmental conditions in water reservoirs in the past. In this scientific paper, particular indicators of organic matter origin and possibilities of interpretation in water ecosystem research were characterized.

Słowa kluczowe

PL

materia organiczna; izotop stabilny; biomarker lipidowy; pigment roślinny; stosunek C:N

EN

organic matter; stable isotopes; lipid biomarker; plant pigments; C:N ratio

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 64, nr 1
• Strony: 23--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., tab.

Twórcy

autor

Piwińska D.

• Politechnika Rzeszowska

autor

Gruca-Rokosz R.

• Politechnika Rzeszowska, ul. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Aarons A., Using lipid biomarkers to determine changes in community structure and ecological processes occurring in the meromictic Sider’s Pond, Falmouth, MA, 2011, s. 1-14.
• [2] Bianchi T.S., Biogeochemistry of estuaries. Oxford University Press, New York 2007.
• [3] Chodyka M., Nitychoruk J., Welc F., Rogóż A., Lubańska Z., Grudniewski T., Wpływ zmian klimatu na osadnictwo prehistoryczne Mazur w kontekście badań osadów jeziornych, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury – Journal Of Civil Engineering, Environment And Architecture, JCEEA, t. XXXIII, z. 63 (3/16), 2016, s. 43-50, DOI:10.7862/rb.2016.184.
• [4] de Junet A., Abril G., Guerin F., Billy and de Wit R.: Sources and transfers of particulate organic matter in a tropical reservoir 9Petit Saut, French Guiana): a multitraces analysis using 13C, C/N ratio and pigments, Biogeosciences Discussions, nr 2, 2005, s. 1159-1196.
• [5] Gireeshkumar T.R., Deepulal P.M., Chandramohanakumar N., Distribution and sources of sedimentary organic matter in a tropical estuary, south west coast of India (Cochin estuary): A baseline study. Marine Pollution Bulletin, nr 66, 2013, s. 239-245.
• [6] Gong W., Zhang Z., Lipid biomarkers and organic matter carbon isotopes in estuarine sediments as proxies for evaluating seawater intrusion. Estuarine, Coastal and Shelf Science, nr 155, 2015, s. 38-46.
• [7] Gruca-Rokosz R., Dynamika węglowych gazów cieplarnianych w zbiornikach zaporowych – mechanizmy produkcji, emisja do atmosfery, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2015.
• [8] Gruca-Rokosz R., Zbiorniki zaporowe jako źródło emisji gazów cieplarnianych, Inżynieria i Ochrona Środowiska, t. 15, nr 1, 2012, s. 51-65.
• [9] Holtvoeth J., Vogel H., Wagner B., Wolff G.A., Lipid biomarkers in Holocene and glacial sediments from ancient Lake Ohrid (Macedonia, Albania). Biogeosciences, nr 7, 2010, s. 3473-3489.
• [10] Hurley J.P., Armstrong D.E., Fluxes and transformations of aquatic pigments in Lake Mendota, Wisconsin. Limnol. Oceanogr., nr 35/2, 1990, s. 384-398.
• [11] Jeffreys R. M., Wolff G. A., Murty S. J., The trophic ecology of key megafaunal species at the Pakistan Margin: Evidence from stable isotopes and lipid biomarkers. Deep-Sea Research I, nr 56, 2009, s. 1816-1833.
• [12] Kajak Z., Hydrobiologia-Limnologia. Ekosystemy wód śródlądowych, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1998.
• [13] Ke Z., Tan Y., Huang L., Zhao C., Jiang X., Spatial distributions of δ13C, δ15N and C/N ratios in suspended particulate organic matter of a bay under serious anthropogenic influences: Daya Bay, China. Marine Pollution Bulletin, nr 114, 2017, s. 183-191.
• [14] Klisch M., Praca doktorska, pt. Kompleksowe badania izotopowe laminowanych osadów jeziora Gościąż. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Kraków 2009.
• [15] Kostecki M., Suschka J., The successful results of Pławniowice reservoir (Upper Silesia region – South of Poland) restoration by hypolimnetic withdrawal, vol. 39, no. 1, 2013, pp. 17-25, DOI: 10.2478/aep-2013-0004.
• [16] Koszelnik P., Źródła i dystrybucja pierwiastków biogennych na przykładzie zespołu zbiorników zaporowych Solina-Myczkowce, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2009.
• [17] Kowalewska G., Szymczak M., Influence of selected abiotic factors on the decomposition of chlorophylls. Oceanologia, nr 43/3, 2001, s. 315-328.
• [18] Leavitt P.R., A review of factors that regulate carotenoid and chlorophyll deposition and fossil pigment abundance. J. Paleolimnology, nr 9, 1993, s. 109-127.
• [19] Lee Y., Hur J., Shin K.-H., Characterization and source identification of organic matter in view of land uses and heavy rainfall in the Lake Shihwa, Korea. Marine Pollution Bulletin, nr 84, 2014, s. 322-329.
• [20] Lin T., Ye S., Ma C., Ding X., Brix H., Yuan H., Chen Y., Guo Z., Sources and preservation of organic matter in soils of the wetlands in the Liaohe (Liao River) Delta, North China. Marine Pollution Bulletin, nr 71, 2013, s. 276-285.
• [21] Liu D., Li X., Emeis K.-C., Wang Y., Richard P., Distribution and sources of organic matter in surface sediments of Bohai Sea near the Yellow River Estuary, China. Estuarine, Coastal and Shelf Science, nr 165, 2015, s. 128-136.
• [22] Loh A. N., Canuel E. A., Bauer J. E., Potential source and diagenetic signatures of oceanic dissolved and particulate organic matter as distinguished by lipid biomarker distributions. Marine Chemistry, nr 112, 2008, s. 189-202.
• [23] Maj K., Koszelnik P., Metody zagospodarowania osadów dennych, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury Architektury – Journal Of Civil Engineering, Environment And Architecture, JCEEA, t. XXXIII, z. 63(2/I/16), 2016, s. 157-169, DOI: 10.7862/rb.2016.118.
• [24] Naher S., Praca doktorska, pt. Sedimentary lipid biomarkers and trace metals as indicators for past hypoxia and eutrophication. Dipl. – Geol., Johannes Gutenberg University of Mainz, Germany 2012.
• [25] Remeikaite-Nikiene N., Lujaniene G., Malejevas V., Banseviciute R., Zilius M., Garnaga-Budre G., Stankevicius A., Distribution and sources of organic matter in sediments of the south-eastern Baltic Sea. Journal of Marine Systems, nr 157, 2016, s. 75-81.
• [26] Sarkar S., Wilkes H., Prasad S., Brauer A., Riedel N., Stebich M., Basavaiah N., Sachse D., Spatial heterogeneity in lipid biomarker distributions in the catchment and sediments of a crater lake in central India. Organic Geochemistry, nr 66, 2014, s. 125-136.
• [27] Scheer H., Structure and Occurrence of Chlorophylls. CRC Press, Boca Raton, Florida 1991, s. 3-30.
• [28] Sigareva L. E., Gierszewski P., Zakonnov V. V., Fosylne pigmenty roślinne biomarkerami stanu środowiska ekosystemów wodnych. Landform Analysis, nr 12, 2010, s. 99-108.
• [29] Smol J.P., Pollution of lakes and rivers: A paleoenvironmental perspective. Oxford University Press, New York 2002.
• [30] Szyjkowski A., Barwniki roślinne i ich znaczenie w rozwoju fitoplanktonu. Ochrona Środowiska, nr 5/3-4, 1983, s. 47-53.
• [31] Szymczak-Żyła M., Kowalewska G., Chloropigments a in the Gulf of Gdańsk (Baltic Sea) as markers of the state of this environment. Marine Pollution Bulletin, nr 55, 2007, s. 512-528.
• [32] Tarnawski M., Baran A., Jasiewicz C., Ocena właściwości fizyczno-chemicznych osadów dennych zbiornika Chańcza. Proceedings of ECOpole, nr 6(1), 2012, s. 1-7, DOI: 10.2429/proc.2012.6(1)042.
• [33] Wang Y., Liu D., Richard P., Li X., A geochemical record of environmental changes in sediments from Sishili Bay, northern Yellow Sea, China: Antropogenic influence on organic matter sources and composition over the last 100 years. Marine Pollution Bulletin, nr 77, 2013, s. 227-236.
• [34] https://www.pum.edu.pl/_data/assets/pdf_file/0007/83068/Lipidy-org-BMwyklad-9.pdf (dostęp: 23 styczeń 2017 r.).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)