Metal pollution of sediments in small water reservoirs in the Kielce Highland (South Eastern Poland)

• Autorzy: Sałata Aleksandra , Bąk Łukasz Z. , Chmielowski Krzysztof , Rabajczyk Anna

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2019.127976

Warianty tytułu

PL

Zanieczyszczenie metalami ciężkimi osadów dennych małych zbiorników wodnych Wyżyny Kieleckiej (Południowo-Wschodnia Polska)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to evaluate the degree of pollution of bottom sediments from small water reservoirs with heavy metals on the basis of geochemical criteria: the enrichment factor and the geo-accumulation index. The investigations concerned sediment from eight small water reservoirs located in the Kielce Highland. Selected heavy metals, including cadmium, chromium, copper, lead and zinc, were determined using inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry method. Additionally, particle size distribution and the content of organic matter expressed as loss of ignition were designated. The concentration of heavy metals in sediments was characterized by a great variety. The sediments of Morawica and Rejów show very high and extremely high enrichment in Cr, Zn, Pb and Cd. The values of EF>20 indicate also an extremely high enrichment in Cd of sediments in Mostki. In addition, over 50% of the samples of sediment from Suchedniów, Kaniów, Mostki and Jaśle reservoirs (the value of EF for Cr exceeded 5) indicate a moderately high enrichment of this element. Results of the analysis of the I_geo values indicate that the tested sediments are characterized by moderately high [formula] or high [formula] pollution. The differences in individual enrichment factor and geoaccumulation index values may result in the nature of heavy metals, their pollution loads, as well as speciation forms of trace elements occurrence in sediment-water complex. These findings indicate that the integration of geochemical methods is necessary for an appropriate ecological risk assessment of heavy metals in bottom sediments.

PL

Celem niniejszej pracy było określenie stopnia zanieczyszczenia osadów dennych pochodzących z małych zbiorników wodnych metalami ciężkimi. Do oceny zanieczyszczenia osadów zastosowano następujące wskaźniki: współczynnik wzbogacenia (EF) oraz indeks geoakumulacji (I_geo). Badaniom poddano osady z ośmiu małych zbiorników zaporowych zlokalizowanych na terenie Wyżyny Kieleckiej. Zawartość wybranych metali ciężkich (kadmu, miedzi, chromu, ołowiu i cynku) określono metodą atomowej spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem w plazmie indukowanej (ICP-OES). Dodatkowo określono skład granulometryczny osadów oraz zawartość materii organicznej – wyrażonej jako straty po prażeniu (LOI). Stężenie poszczególnych metali ciężkich w badanych zbiornikach było zróżnicowane. Osady zbiorników Morawica oraz Rejów charakteryzowały się bardzo dużym wzbogaceniem w chrom, cynk, ołów i kadm. Wyliczone wartości EF>20 wskazywały również na bardzo wysokie wzbogacenie w kadm osadów zbiornika Mostki. Ponadto, przeszło 50% przebadanych próbek osadów pochodzących ze zbiorników Suchedniów, Kaniów, Mostki i Jaśle odznaczało się umiarkowanie wysokim wzbogaceniem w chrom (EF>5). Natomiast wyniki analizy wartości indeksu I_geo wskazywały na umiarkowanie wysokie [formuła] lub wysokie [formuła] zanieczyszczenie osadów badanych zbiorników pierwiastkami śladowymi. Różnice w ocenie stopnia zanieczyszczenia osadów w oparciu o wyliczone wartości EF i I_geo mogą wynikać z samej natury pierwiastków śladowych, ładunku zanieczyszczeń wprowadzanych do środowiska wodnego jak również form specjacyjnych metali występujących w kompleksie woda–osad. Spostrzeżenie to implikuje konieczność integracji metod geochemicznych w ocenie ryzyka ekologicznego oraz stopnia zanieczyszczenia osadów dennych metalami ciężkimi.

Słowa kluczowe

EN

enrichment factor; heavy metals; geoaccumulation index; sediments

PL

współczynnik wzbogacenia; metale ciężkie; wskaźnik geoakumulacji; osady

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 45, no. 2
• Strony: 12--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sałata Aleksandra

• Kielce University of Technology, Poland

autor

Bąk Łukasz Z.

• Kielce University of Technology, Poland

autor

Chmielowski Krzysztof

• University of Agriculture in Krakow, Poland

autor

Rabajczyk Anna

• University of Bielsko-Biala, Poland

Bibliografia

• 1. Anderson, R.H. & Kravitz, M.J. (2010). Evaluation of geochemical associations as a screening tool for identifying anthropogenic trace metal contamination, Environmental Monitoring and Assessment, 167, pp. 631-641.
• 2. Bąk, Ł., Górski, J., Górska, K. & Szeląg, B. (2012). Solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area: A case study, Environmental Pollution Control, 34, 2, pp. 49-52. (in Polish)
• 3. Bąk, Ł., Górski, J. & Rabajczyk, A. (2013). Content of heavy metal compounds in bottom sediments of the Suchedniów water reservoir, Ecological Chemistry and EngineeringA, 20, 7-8, pp. 757-769.
• 4. Bąk, Ł. (2017). Silting and bottom sediments of small water reservoirs in the Kielce Upland, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Monografie, Studia, Rozprawy nr M96, Kielce 2017.
• 5. Charlesworth, S., Everett, M., McCarthy, R., Ordóñez, A. & de Miguel, E. (2003). A comparative study of heavy metal concentration and distribution in deposited street dusts in a large and a small urban area: Birmingham and Coventry West Midlands, UK, Environment International, 29, 5, pp. 563-573.
• 6. Chen, C.W., Kao, C.M., Chen, C.F. & Dong, C.D. (2007). Distribution and accumulation of metals in sediments of Kaoshiung Harbor, Taiwan, Chemosphere, 66, pp. 1431-1440.
• 7. Czaplicka-Kotas, A., Ślusarczyk, Z., Zagajska, J. & Szostak, A. (2010). Variations in the content of some heavy metals observed in Lake Goczalkowickie in the time span of 1994-2007, Environmental Pollution Control, 32, 4, pp. 51-56. (in Polish)
• 8. Elliott, J.M. (1977). Some methods for the statistical analysis of samples of benthic invertebrates, Freshwater Biological Association, Scientific Publication 25.
• 9. Ghrefat, H.A., Abu-Rukah, Y. & Rosen, M.A. (2011). Application of geoaccumulation index and enrichment factor for assessing metal contamination in the sediments of Kafrain Dam, Jordan, Environmental Monitoring and Assessment, 178, pp. 95-109.
• 10. Gorlach, E. & Gambuś, F. (1997). Phosphate and multicomponent fertilizers as a source of soil contamination with heavy metals, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 448a, pp. 139-146. (in Polish)
• 11. Ibragimow, A., Walna, B. & Siepak, M. (2013). Physico-chemical parameters determining the variability of actually and potentially available fractions of heavy metals in fluvial sediments of the middle Odra river, Archives of Environmental Protection, 39, 2, pp. 3-16.
• 12. Karbassi, A., Monavari, S., Bidhendi, G.R.N., Nouri, J. & Nematpour, K. (2008). Metal pollution assessment of sediment and water in the Shur River, Environmental Monitoring and Assessment, 147, pp. 107-116.
• 13. Müller, G. (1979). Heavy metals in the sediments of the Rhine - changes since 1971, Umschau, 79, pp. 778-783. (in German)
• 14. Nasr, S.M., Okbah, M.A. & Kasem, S.M. (2006). Environmental assessment of heavy metal pollution in bottom sediments of Aden Port, Yemen, International Journal of Oceans and Oceanography, 1, pp. 99-109.
• 15. Nocoń, W., Barbusinski, K., Nocoń, K. & Kernert, J. (2013). Changes in trace metal load in suspended solids carried along the river, Environmental Pollution Control, 35, 1, pp. 33-38. (in Polish)
• 16. Nriagu, J.O. (1989). A global assessment of the natural sources of atmosphere trace metals, Nature, 338, pp. 47-49.
• 17. Nuremberg, H.W. (1984). The voltammetric approach in trace metal chemistry of natural waters and atmospheric precipitation, Analitica Chimica Acta, 164, pp. 1-21.
• 18. PN-EN ISO 11885 (2009). Water Quality. Determination of selected elements using optical emission spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-OES). The Polish Committee for Standardization. Warsaw, Poland.
• 19. PN-R-04032 (1998). Soil and soil formations. Collecting of samples and determination of granulometric composition. The Polish Committee for Standardization. Warsaw, Poland.
• 20. PN-EN 12880 (2004). Characterization of sludges - determination of dry residue and water content. The Polish Committee for Standardization. Warsaw, Poland.
• 21. Sady, W. & Smoleń, S. (2004). Influence of soil and fertilizing factors on the accumulation of heavy metals in plants, Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, Ogrodnictwo, XXXCLVI, 37, pp. 269-277. (in Polish)
• 22. Santisteban, J.I., Mediavilla, R., López-Pamo, E., Dabrio, C.J., Zapata, M.B.R., García, M.J.G., Castaño, S. & Martínez-Alfaro, P.E. (2004). Loss on ignition: a qualitative or quantitative method for organic matter and carbonate mineral content in sediments, Journal of Paleolimnology, 32, pp. 287-299.
• 23. Sayadi, M., Sayyed, M. & Kumar, S. (2010). Short-term accumulative signatures of heavy metals in river bed sediments in the industrial area, Tehran, Iran, Environmental Monitoring and Assessment, 162, pp. 465-473.
• 24. Schuurmann, G. & Market, B. (1998). Ecotoxicology, ecological fundamentals, chemical exposure, and biological effects, Wiley, New York 2006.
• 25. Smal, H., Ligęza, S., Wójcikowska-Kapusta, A., Baran, S., Urban, D., Obroślak, R. & Pawłowski, A. (2015). Spatial distribution and risk assessment of heavy metals in bottom sediments of two small dam reservoirs (south-east Poland), Archives of Environment Protection, 41, 4, pp. 67-80.
• 26. Suresh, G., Sutharsan, P., Ramasamy, V. & Venkatachalapathy, R. (2012). Assessment of spatial distribution and potential ecological risk of the heavy metals in relation to granulometric contents of Veeranam lake sediments India, Ecotoxicology and Environmental Safety, 84, pp. 117-124.
• 27. Tam, N.F.Y. & Wong, Y.S. (2000). Spatial variation of heavy metals in surface sediments of Hong Kong mangrove swamps, Environmental Pollution, 110, pp. 195-205.
• 28. Taylor, S.R. & McLennan, S.M. (1985). The continental crust: its composition and evolution, Carlton, Blackwell Scientific Publication 312, United States 1985.
• 29. Wu, Z., He, M. & Lin, C. (2012). Environmental impacts of heavy metals (Co, Cu, Pb, Zn) in surficial sediments of estuary in Daliao River and Yingkou Bay (northeast China): concentration level and chemical fraction, Environmental Earth Science, 66, pp. 2417-2430.
• 30. Zabetoglou, K., Voutsa, D. & Samara, C. (2002). Toxicity and heavy metal contamination of surficial sediments from the Bay of Thessaloniki (Northwestern Aegean Sea) Greece, Chemosphere, 49, pp. 17-26.
• 31. Zahra, A., Hashmi, M.Z., Malik, R.N. & Ahmed, Z. (2014). Enrichment and geo-accumulation of heavy metals and risk assessment of sediments of the Kurang Nallah-Feeding tributary of the Rawal Lake Reservoir, Pakistan, Science of the Total Environment, 470-471, pp. 925-933.
• 32. Zhang, H. & Shan, B. (2008). Historical records of heavy metal accumulation in sediments and the relationship with agricultural intensification in the Yangtze-Huaihe region, China, Science of the Total Environment, 399, pp. 113-120.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).