WSKAŹNIKI POCHODZENIA I KIERUNKÓW PRZEMIAN MATERII ORGANICZNEJ W OSADACH DENNYCH ZBIORNIKÓW WODNYCH

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.

Pełny tekst (pdf)

[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 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 multi-traces analysis using d¹³C, 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 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-BM-wyklad-9.pdf (dostęp: 23 styczeń 2017 r.).