Evaluation of quality of bottom sediments of water reservoir Poraj by applying sediment quality guidelines and spatial analysis

• Autorzy: Rozpondek K. , Rozpondek R.

Identyfikatory

DOI

10.21307/ACEE-2018-032

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to evaluate the quality of bottom sediments of water reservoir Poraj by applying a set of sediment quality guidelines (SQGs) and a spatial analysis. Samples of bottom sediments were collected at 46 measuring points. Collected samples were analyzed in terms of total trace element content, toxicity and organic matter. Concentrations of three trace elementss were above PEC value: Zn (22% of samples), Pb (17%) and Cd (17%). Considering mean PECQ value, 17% of samples were predicted to be toxic. For TEC value, 76% of bottom sediments samples were predicted to be non-toxic. Values of PECQ ranged from 0.04 to 2.08 with mean of 0.38. PERI from 4.36 to 323.62 with mean of 55.35. PERI above 150 was observed in 17% of collected samples. The Coefficient of determination were determined between studied factors: PERI and PECQ (R2= 0.98), PECQ and TEC (R2= 0.99), PERI and TEC (R2= 0.98), PERI and PE (R2= 0.06), PECQ and PE (R2= 0.07). Low correlation between toxic effect and PERI or PECQ indicated that there are other factors that contribute to the toxicity of the sediments. Spatial analysis performed in geostatistical software allowed determining areas with the highest ecological risk.

PL

Celem badań była ocena jakości osadów dennych zbiornika wodnego Poraj z zastosowaniem wytycznych dotyczących jakości osadów (ang. SQGs - Sediment Quality Guidelines) oraz analiz przestrzennych. Próbki osadów dennych zostały pobrane na podstawie regularnej siatki kwadratów zawierającej 46 punktów pomiarowych. Pobrane próbki zostały poddane analizom laboratoryjnym pod kątem zawartości metali śladowych, toksyczności oraz materii organicznej. Zawartość trzech metali śladowych przekroczyła odpowiadającą wartość PEC: Zn (22% próbek), Pb (17%) i Cd (17%). Porównując wartość PECQ, 17% próbek określa się jako prawdopodobnie toksyczne. Dla TEC w 76% badanego materiału nie wykryto toksyczności. Wartości PECQ zawierały się w przedziale od 0.04 do 2.08 z wartością średnią 0.38, PERI od 4.36 do 323.62 z wartością średnią 55.35. Wartość PERI ponad 150 została zaobserwowana w 17% próbek. Wyznaczono współczynnik determinacji pomiędzy badanymi wskaźnikami: PERI i PECQ (R2= 0.98), PECQ i TEC (R2= 0.99), PERI i TEC (R2= 0.98), PERI i PE (R2= 0.06), PECQ i PE (R2= 0.07). Niska wartość korelacji pomiędzy procentowym efektem toksyczności a analizowanymi wskaźnikami wskazuję na udział innych czynników wpływających na toksyczność osadów dennych zbiornika wodnego Poraj. Na podstawie rozkładów przestrzennych wyznaczono obszary z największym ryzykiem ekologicznym.

Słowa kluczowe

EN

SQGs; toxicity; geographic information system; trace elements; spatial distribution

PL

SQGs; toksyczność; system informacji geograficznej; metale śladowe; rozkład przestrzenny

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 11, no. 2
• Strony: 141--147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz.

Twórcy

autor

Rozpondek K.

• Faculty of Infrastructure and Environment, Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa, Poland

autor

Rozpondek R.

• Faculty of Infrastructure and Environment, Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa, Poland

Bibliografia

• [1] Baran, A., & Tarnawski, M. (2013). Zawartość metali ciężkich oraz toksyczność osadów dennych zbiornika w Zesławicach (The content of heavy metals and the toxicity of bottom sediments of the reservoir in Zesławice). Proceedings of ECOpole, 7(2), 531-537.
• [2] Rozpondek, K., Rozpondek, R., & Pachura, P. (2017). Analiza toksyczności osadów dennych zbiornika Poraj w aspekcie stopnia zanieczyszczenia metalami ciężkimi, Acta Scientiarum Polonorum Formatio Circumiectus, 16(2), 33-43.
• [3] Kazimierowicz, Z., & Kazimierowicz, J. (2014). Badania zawartości metali ciężkich w zlewni rzeki Biebrzy i jej trzech dopływów. Inżynieria Ekologiczna, 40, 25-32.
• [4] Rozpondek, K., & Rozpondek, R. (2017). Problematyka zrównoważonego rozwoju w świetle oceny geochemicznego stanu środowiska wodnego przy wykorzystaniu systemu GIS, Problemy Ekorozwoju, 12 (1), 131-137.
• [5] Małecki, Z. (2009). Wpływ rumowiska na stężenia substancji biogenicznych w zbiorniku retencyjnym w zlewni Prosny. Acta Scientiarum Polonorum Formatio Circumiectus, 8(3-4), 25-42.
• [6] Trojanowska-Olichwer, A. (2013). Ocena toksyczności osadów w Zbiorniku Włocławskim. Journal of Ecology and Health, 17(3), 103-109.
• [7] Fang, S.B., Jia, X.B., Yang, X.Y., Li, Y.D., & An, S.Q. (2012). A method of identifying priority spatial patterns for management of potential ecological risks posed by heavy metals. Journal of hazardous materials, 237-238, 290-298.
• [8] Bastami, K.D., Neyestami, M., Shemirani, F., Soltani, F., Haghparast, S., & Akbari, A. (2015). Heavy metal pollution assessment in relation to sediment properties in the coastal sediments of the southern Caspian Sea. Marine Pollution Bulletin, 92, 237-243.
• [9] Li, J. (2014). Risk assessment of heavy metals in surface sediments from the Yanghe River, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 11, 12441-12453.
• [10] Baran, A., Tarnawski, M., & Koniarz, T. (2016). Spatial distribution of trace elements and ecotoxicity of bottom sediments in Rybnik reservoir, Silesian- Poland. Environmental Science and Pollution Research, 23, 17255-17268.
• [11] Burton, A. (2002). Sediment quality criteria in use around the world. Limnology, 3, 65-75.
• [12] Hou, D., He, J., Lü, C., Ren, L., Fan, Q., Wang, J., & Xie, Z. (2013). Distribution characteristics and potential ecological risk assessment of heavymetals (Cu, Pb, Zn, Cd) in water and sediments form Lake Dalinouer, China. Ecotoxicology and Environmental Safety, 93, 135-144.
• [13] Sayed, S., Moussa, E., & El-Sabagh, M. (2015). Evaluation of heavy metal content in Qaroun Lake, El-Fayoum, Egypt. Part I: bottom sediments. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 8(3), 276-285.
• [14] Rozpondek, K., Rozpondek, R., & Pachura, P. (2017). Characteristics of spatial distribution of phosphorus and nitrogen in the bottom sediments of the water reservoir Poraj. Journal of Ecological Engineering, 18(4), 178-184.
• [15] Jaguś, A., & Rzętała, M. (2000). Zbiornik Poraj — charakterystyka fizyczno-geograficzna (Poraj reservoir - physico-geographical characteristics), Wydział Nauk o Ziemi UŚ, Sosnowiec.
• [16] Jachniak, E., & Kozak, J. L. (2013). Estimating the level of water eutrophication in Poraj dam reservoir based on selected methods. Ecological Chemistry and Engineering, 20(7-8), 779-790.
• [17] Wolska, L., & Mędrzycka, K. (2009). Ocena ekotoksyczności osadów dennych z portów morskich w Gdańsku i Gdyni (Assessing the ecotoxicity of the bottom sediments from the sea ports of Gdansk and Gdynia). Ochrona Środowiska, 31(1), 49-52.
• [18] Macdonald, D.D., Ingersoll, C.G., & Berger, T.A. (2000). Development and evaluation of consensusbased sediment quality guidelines for fresh water ecosystems. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 39, 20-31.
• [19] Niu, H., Deng, W., Wu, Q., & Chen, X. (2009). Potential toxic risk of heavy metals from sediment of the Pearl River in South China. Journal of Environmental Sciences, 21, 1053-1058.
• [20] Hĺkanson. L. (1980). An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach. Water Research, 14, 975-1001.
• [21] Guo, W., Liu, X., Liu, Z., & Li, G. (2010). Pollution and potential ecological risk evaluation of heavy metals in the sediments around Dongjiang Harbor, Tianjin. Procedia Environmental Sciences, 2, 729-736.
• [22] Bojakowska, I. (2001). Criteria for evaluation of water sediments pollution. Polish Geological Review, 49(3), 213-219.
• [23] Fiori, C., Rodrigues, A., Santeli, R., Corderio, R., Carvalheira, R., Araujo, P., Castilhos, Z., & Bidone, E. (2013). Ecological risk index for aquatic pollution control: a case study of coastal water bodies from the Rio de Janerio State, southeastern Brazil. Geochemica Brasiliensis, 27(1), 24-36.
• [24] Tavakoly Sany, S.B., Salleh, A., Sulaiman, A.H., Sasekumar, A., Tehrani, G., & Rezayi, M. (2012). Distribution characteristics and ecological risk of heavy metals in surface sediments of west port, Malaysia. Environment Protection Engineering, 28(4),139-155.
• [25] Farkas, A., Erratico, C., & Vigano, L. (2007). Assessment of the environmental significance of heavy metal pollution in surficial sediments of the River Po. Chemosphere, 68, 761-768.
• [26] Kowalski, E., & Mazierski, J. (2008). Effects of cooling water discharges from a power plant on reservoir water quality. Oceanological and Hydrobiological Studies, 36(2), 107-118.
• [27] Hakanson, L. (2003). A general management model to optimize lake liming operations. Lakes & Reservoirs: Research & Management, 8(2), 105-140.
• [28] Mankiewicz-Boczek, J., Nałecz-Jawecki, G., Drobniewska, A., Kaza, M., Sumorok, B., Izydorczyk, K., Zalewski, M., Sawicki, J. (2008). Application of microbiotest battery for complete toxicity assessment of rivers. Ecotoxicology and Environmental Safety, 71, 830-836.
• [29] Ingersoll, C.G., MacDonald D.D., Wang, N., Crane, J.L., Field, L.J., Haverland, P.S., Kemble, N.E., Lindskoog, R.A., Severn, C., & Smorong, D.E. (2001). Predictions of sediment toxicity using consensus- based freshwater sediment quality guidelines. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 41, 8-21.
• [30] Gruca-Rokosz, R., Koszelnik, P., & Tomaszek, J. (2011). Ocena stanu troficznego trzech nizinnych zbiorników zaporowych Polski południowo-wschodniej (Trophic state of three lowland reservoirs from se Poland). Inżynieria Ekologiczna, 26, 196-205.