Influence of river floods on the humification process in the bottom sediments from the Goczałkowice reservoir

• Autorzy: Czerwieńska K. , Szendera W. , Chmielewski W.

Identyfikatory

DOI

10.1515/aep-2016-0017

Warianty tytułu

PL

Wpływ powodzi na rzece Wiśle na procesy humifikacji osadów dennych zbiornika Goczałkowice

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of studies on the influence of the 2010 Vistula flood on the humification process in the bottom sediments of the Goczałkowice Reservoir in southern Poland. Due to its location in the vicinity of farmlands, forests and urbanized areas, the Goczałkowice Reservoir is characterized by amplified and intense humification processes within its sediments. The studies were focused on the determining the influence of the flood wave containing organic and inorganic suspensions on these processes. Humic acids were analyzed using two spectroscopic methods: Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Application of these methods allowed to determine the values of free radicals and of the g-factor, which are indicators of oxidation, aromatization and maturation of humic acids during the humification process, as well as the value of the 1650/1720 ratio, reflecting the dissociation of the COOH group to COO‾ and the formation of complexes of transitional metals with humic acids during the humification process.

PL

Przedmiotem artykułu jest przedstawienie wyników badań wpływu powodzi, która miała miejsce na rzece Wisła w 2010 roku na zmianę przebiegu procesu humifikacji osadów dennych Zbiornika zaporowego Goczałkowice, leżącego w południowej części Polski. Zbiornik Goczałkowice, ze względu na swoje położenie oraz obecność obszarów rolnych, leśnych i terenów zurbanizowanych charakteryzuje się wzmożonymi i intensywnie przebiegającymi procesami humifikacji kwasów huminowych zawartych w osadach dennych. Przeprowadzone badania miały na celu określić wpływ fali powodziowej, zawierającej organiczne i nieorganiczne zawiesiny na intensyfikację wyżej wymienionego procesu. Kwasy huminowe badano dwoma metodami spektroskopowymi: elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) i spektroskopią w podczerwieni połączoną z transformacją Fouriera (FT-IR). W oparciu o te metody wyznaczono wartości stężenia wolnych rodników i wartości parametru g, stanowiące wskaźnik przebiegu procesów utleniania, aromatyzacji i dojrzewania kwasów huminowych w trakcie procesów humifikacji oraz wartości ilorazu 1650/1720, wskazującego na dysocjację grupy COOH do COO‾ tworzenie się kompleksów metali przejściowych.

Słowa kluczowe

EN

humification; humic acids; EPR; FT-IR; flood; Goczałkowice Reservoir

PL

humifikacja; kwasy huminowe; metoda spektroskopowa; EPR; FTIR; powódź; zbiornik Goczałkowice

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 42, no. 2
• Strony: 26--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czerwieńska K.

• Pracownia Żywokost Waldemar Szendera ComfreyLab

autor

Szendera W.

• Institute of Environmental Protection – National Research Institute

autor

Chmielewski W.

• Institute of Environmental Protection – National Research Institute

Bibliografia

• [1]. Arifur Rahman, M., Abu Hasan, Md., Rahim, A. & Shafiqul Alam, A. M. (2010). Characterization of humic acid from the river bottom sediments of Burigonga: complexation studies of metals with humic acid, Pakistan Journal of Environmental and Analytical Chemistry, 11, pp. 42–52.
• [2]. Czaplicka-Kotas, A., Ślusarczyk, Z., Zagajewska, J. & Szostak, A. (2010). Analysis of the changes in the content of selected heavy metal ions in water of the Goczałkowice Lake in 1994–2007, Ochrona Środowiska, 32, 4, pp. 51–56. (in Polish)
• [3]. Czaplicka-Kotas, A., Cwalina, B., Szostak, A., Nogaj, P. & Ślusarczyk, Z. (2004). Influence of flood on the water quality in the Goczałkowice Reservoir, Czasopismo Techniczne. Środowisko, 8, pp. 49–58. (in Polish)
• [4]. Fenske, C., Westphal, A., Bachor, E., Breitenbach, E., Buchholz, W., Julich, W.D. & Hensel, P. (2001). The consequences of the Odra flood (summer 1997) for the Odra lagoon and the beaches of Usedom: What can be expected under extreme conditions?, International Journal of Hygiene and Environmental Health, 203, pp. 417–433.
• [5]. Fooken, U. & Liebezeit, G. (2003). An IR study of humic acids isolated from sediments and soils, Senckenbergiana maritima, 32, 1–2, pp. 183–189.
• [6]. Giovela, M., Parlanti, E., Soriano-Sierra, E.J., Soldi, M.S. & Sierrae, M.M.D. (2004). Elemental compositions, FT-IR spectra and thermal behavior of sedimentary fulvic and humic acids from aquatic and terrestrial environments, Geochemical Journal, 38, pp. 255–264.
• [7]. Godlewska, M., Mazurkiewicz-Boro, G., Pociecha, A., Wilk-Woźniak, E. & Jelonek, M. (2003). Effects of flood on the functioning of the Dobczyce Reservoir ecosystem, Hydrobiologia, 504, pp. 305–313.
• [8]. Ibragimov, A., Głosińska, G., Siepak, M. & Walna, B. (2010). Heavy metals in fluvial sediments of the Odra River flood plains – introductory research, Quaestiones Geographicae, 29, 1, pp. 37–47.
• [9]. Lenzia, M.A. & Marchai, L. (2000). Suspended sediment load during floods in a small stream of the Dolomites (northeastern Italy), Catena (Elsevier Science), 39, pp. 267–282.
• [10]. Martínez-Santos, M., Probst, A., García-García, J. & Ruiz-Romera E. (2015). Influence of anthropogenic inputs and a high-magnitude flood event on metal contamination pattern in surface bottom sediments from the Deba River urban catchment, Science of The Total Environment, 514, pp. 10–25.
• [11]. Mazurkiewicz, G. & Żurek, R. (1998). Direct ecological effects of the July 1997 flood in the case of a river and dammed reservoir, in: Conference Materials, Flood in the Upper Vistula River catchment area in July 1997, Scientific Conference, Cracow, 7–9 May 1998, PAS, Cracow, pp. 195–201.
• [12]. Milligan, T.G., Hill, P.S. & Law, B.A. (2007). Flocculation and the loss of sediment from the Po River, Continental Shelf Research, 27, pp. 309–321.
• [13]. Młynarczyk, N., Bartoszek, M., Polak, J.& Sułkowski, W.W. (2013). Forms of phosphorus in sediments from the Goczałkowice Reservoir, Applied Geochemistry, 37, pp. 87–939.
• [14]. Polak, J., Bartoszek, M., Żądło M., Kos, A. & Sulkowski, W.W. (2011). The spectroscopic studies of humic acids extracted from sediment collected at different seasons, Chemosphere, 84, pp. 1548–1555.
• [15]. Polak, J., Bartoszek, M. & Sulkowski, W.W. (2009). Comparison of some spectroscopic and physico-chemical properties of humic acids extracted from sewage sludge and bottom sediments, Journal of Molecular Structure, 924–926, pp. 309–312
• [16]. Polak, J., Sułkowski, W.W., Bartoszek, M., Luty, A., Pentak, D. & Sułkowska, A. (2007). Spectroscopic study of the effect of biological treatment on the humification process of sewage sludge, Journal of Molecular Structure, 834–836, pp. 229–235.
• [17]. Polak, J., Ziółkowska, A., Bartoszek, M., Maślankiewicz, M. & Sułkowski, W.W. (2007). Study of the humification process in bottom sediment from Goczałkowice dam reservoir (Poland), Annals of the Polish Chemical Society, pp. 443–446.
• [18]. Polak, J., Buhl, F., Kita, A., Bartoszek, M. & Sulkowski, W.W. (2005). The effect of heavy metals on the reduction and stabilisation of the g-factor value of humic acids extracted from sewage sludge, Acta Universitas Latviensis, 692, pp. 121–126.
• [19]. Polish Standard PN-ISO 5667-15, 2004 (according to ISO 5667-15:1999)
• [20]. Siudy, A., Bilnik, A., Świerszcz, T. & Szlęk, Z. (2005). Multifunctional Goczałkowice Reservoir on Little Vistula and its significance for the Upper Silesia Water Management, in: Conference Materials, Scientific-Technical Conference for the 50th anniversary of the construction of the Reservoir on Little Vistula in Goczałkowice, Pszczyna, pp. 10–21. (in Polish)
• [21]. Szalińska, E., Koperczak, A. & Czaplicka-Kotas, A. (2010). Analyses of the heavy metal content in the bottom sediments of the inflows to the Goczałkowice Reservoir, Ochrona Środowiska, 32, 1, pp. 21–25. (in Polish)
• [22]. Szostak, A. & Zimoch, I. (2005). Quantitative and qualitative changes of phytoplankton in the Goczałkowice Reservoir in 1992–2004, in: Conference Materials, Scientific-Technical Conference for the 50th anniversary of the construction of the Reservoir on Little Vistula in Goczałkowice, Pszczyna, pp. 124–134. (in Polish)
• [23]. Szostak, A. & Zimoch, I. (2005). Quantitative and qualitative changes of phytoplankton in the Goczałkowice Reservoir in 1992–2004, in: Conference Materials, Scientific-Technical Conference for the 50th anniversary of the construction of the Reservoir on Little Vistula in Goczałkowice, Pszczyna, pp. 124–134. (in Polish)
• [24]. Tesi, T., Miserocchi, S., Acric, F., Langone, L., Boldrin, A., Hatten J.A. & Albertazzi, S. (2013). Flood-driven transport of sediment, particulate organic matter, and nutrients from the Po River watershed to the Mediterranean Sea, Journal of Hydrology,498, pp. 144-152.
• [25]. Watanabe, A.D., McPhail, B., Maie, N., Kawasaki, S., Anderson, H.A. & Cheshire, M.V. (2005). Electron spin resonance characteristics of humic acids from wide range of soil type, Organic Geochemistry, 36, pp. 981–990.
• [26]. Zhaoa, Y., Marriott, S., Rogers, J. & Iwugo, K. (1999). A preliminary study of heavy metal distribution on the floodplain of the River Severn, UK by a single flood event, The Science of the Total Environment, 243/244, pp. 219–231.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.