The Current Ecological State of Water and Bottom Sediments in Lakes Krugloye and Maltsevo in the Tomsk Region

Abstract

The state of freshwater ecosystems has been studied for several decades and extensively reported in the scientific literature. Programs aimed at water protection and water quality management should include geochemical monitoring of the pollutants and evaluation of the physical-chemical and biochemical processes in natural water ecosystems (both surface water and bottom sediment). The purpose of the present study was to assess the initial state of the surface water and bottom sediments (BS) of Lakes Krugloye and Maltsevo as the basis for further environmental monitoring and evaluation of the anthropogenic impact on them. The methods used to achieve this aim included extraction and determination of organic and inorganic compounds using high-performance chromatography, capillary electrophoresis, electron spectrophotometry, and X‑ray fluorescence analysis. The study shows that bottom sediments of these lakes can be classified as moderately polluted, with the total content of hydrocarbons in them varying from 58.14 to 82.20 ng/g. The content of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the surface water samples varies from 0.01 to 0.13 μg/L for different compounds and in the bottom sediments – from 0.11 to 14.44 ng/g. The mixture of PAHs in the water samples contains increased amounts of such compounds as naphthalene, fluorene, phenanthrene, and benza[a]nthracene. The lighter bi- or tricyclic polyarenes, which have higher solubility, predominate in water, in contrast to bottom sediments. The contents of ions (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, Сl-, NO2-, SO42-, NO3-, PO43-, and F -) and heavy metals do not exceed their maximum permissible concentration (MPC) values. The natural pigments identified in the BS suggest the satisfactory hydrobiological status of the lakes and indicate normal function of algal communities. The study demonstrates that Lakes Maltsevo and Krugloye can be regarded as reference water bodies, and the proposed integrated approach is an efficient tool for assessing the ecological status of the lakes, which can be used as the basis for further lake monitoring

Состояние пресноводных экосистем изучается уже на протяжении многих десятилетий, и результаты этих исследований широко освещаются в научной литературе. Разработка программ, направленных на охрану и контроль качества вод, должна включать геохимический мониторинг загрязняющих веществ, оценку физико‑химических и биохимических процессов в природных водных экосистемах (как поверхностных водах, так и в донных отложениях). Целью работы было определение исходного состояния поверхностных вод и донных отложений (ДО) озер Круглое и Мальцево для дальнейшего экологического мониторинга и оценки влияния на них антропогенной нагрузки. Комплексный подход для решения этой задачи включал в себя такие методы, как экстракция, определение органических и неорганических соединений с применением высокоэффективной хроматографии, капиллярного электрофореза, электронной спектрофотометрии, рентгенофлуоресцентного анализа. Показано, что донные отложения этих озер могут быть отнесены к умеренно загрязненным, суммарное содержание углеводородов изменяется от 58,14 до 82,2 нг/г. Содержание полиароматических соединений (ПАУ) в изученных пробах поверхностных вод изменяется от 0,01 до 0,13 нг/л для различных соединений, а в донных отложениях от 0,11 до 14,44 нг/г. В смеси ПАУ в водных образцах отмечается повышенное содержание таких соединений, как нафталин, флуорен и фенантрен, а также бенз[а]антрацен. В целом в воде, по сравнению с донными отложениями, преобладают более легкие 2–3‑ядерные полиарены, обладающие лучшей растворимостью. Содержание ионов (Ca 2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, Сl-, NO2-, SO42-, NO3-, PO43-, F-), а также тяжелых металлов не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК). Природные пигменты, определенные в ДО, позволяют охарактеризовать гидробиологическое состояние озер как удовлетворительное и указывают на нормальное функционирование водорослевых сообществ. Исследования показали, что озера Мальцево и Круглое могут рассматриваться как фоновые объекты, а предложенный комплексный подход эффективен для оценки экологического состояния озер и может использоваться как основа для дальнейших мониторинговых исследований