Ecological and Toxicological State of Bottom Sediments of the Gorki Reservoir (According to Biotesting and Chemical Analysis Data)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The analysis of long-term data (2010–2023) on the assessment of the toxicity of native bottom sediments (BS) the Gorky reservoir by biotesting using larvae of the Chironomus riparius mosquito. The results obtained indicate that the situation with pollution of BS, as well as their uneven integral toxicity in the water area of the reservoir, generally persists. The average values of linear sizes of chironomid larvae in most cases were significantly lower than the control values. Significant differences in mortality of chironomid larvae during biotesting to reservoir sites were noted in 2016 and 2017, linear sizes – in 2017 and 2021. In general, the average values of the toxicity index were lower than the control values, which indicates the toxicity of BS. The maximum values of the toxicity index were observed in 2011, the lowest in 2010 and 2017. The content of the common forms Cr, Mn, Zn, As, Cd and Pb in the BS of the reservoir significantly exceeded their clarks in the Earth's crust, which indirectly indicates additional anthropogenic pollution. Concentrations of the studied elements increased downstream and reached maximum values in the dam section of the reservoir (Chkalovsk station). The values of the geoaccumulation index and the pollution coefficient indicate an insignificant intake of priority heavy metals (Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb) of anthropogenic origin into the Gorky reservoir. The highest values of the geoaccumulation index were recorded for the lake section of the reservoir. The values of the pollution coefficient indicate moderate Cd contamination of the BS of the Kostroma extension and the lake site of the storage facility. According to the correlation analysis, the mortality of chironomid larvae was influenced by P, Mn, Fe, Co, Zn, As and Bi, but a significant regression model was obtained only for Mn (R² = 0.513).

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. A. Lozhkina

Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lozhkina.roza@yandex.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzsky raion, Yaroslavl oblast

I. I. Tomilina

Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences

Email: lozhkina.roza@yandex.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzsky raion, Yaroslavl oblast

References

  1. Бакаева Е.Н., Игнатова Н.А. 2020. Биоиндикация и биотестирование: особенности методов и практические примеры // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. № 1(145). С. 14.
  2. Баканов А.И., Гапеева М.В., Гребенюк Л.П. и др. 2000. Оценка качества донных отложений Верхней Волги в пределах Ярославской области // Биология внутр. вод. № 4. С. 163.
  3. Виноградов А.П. 1962. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных пород земной коры // Геохимия. № 7. С. 555.
  4. Волга и еe жизнь. 1978. Л.: Наука.
  5. Гапеева М.В. 2013. Тяжeлые металлы в воде и донных отложениях Рыбинского водохранилища // Вода: химия и экология. № 5. С. 3.
  6. Законнов В.В. 2007. Осадкообразование в водохранилищах Волжского каскада: Автореф. дис. … докт. геогр. наук. Москва. 39 с.
  7. Ковалева М.И. 2003. Оценка генотоксической активности воды Верхней Волги // Биология внутр. вод. № 2. С. 107.
  8. Косинова И.И., Соколова Т.В. 2015. Методологические особенности оценки экологического состояния донных отложений искусственно созданных водных объектов // Вестн. ВГУ. Серия: Геология. № 3. С. 131.
  9. Крылова И.Н., Томилина И. И. 2000. Оценка токсических и мутагенных свойств природной воды и донных отложений водохранилищ Верхней Волги (территория Ярославской области) // Биология внутр. вод. № 1. С. 110.
  10. Марченко Т.А., Извекова Т.В., Гущин А.А. и др. 2016. Качество воды в притоках р. Волга в акватории Горьковского водохранилища // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. № 59(5). С. 89.
  11. Маслов А.В., Немировская И.А., Шевченко В.П. 2021. Особенности распределения тяжелых металлов в серых илах Волжского каскада // Вод. ресурсы. Т. 48. № 6. С. 696. https://doi.org/10.31857/S0321059621060110
  12. Немировская И.А., Боев А.Г., Титова А.М. и др. 2018. Органические соединения в процессе седиментации водосбора Волги во время позднего паводка // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. № 81(84). С. 16. https://doi.org/10.24411/0320-3557-2018-10002
  13. Ничипорова И.П., Лямперт Н.А., Даниленко А.О. 2021. Изменения качества воды рек бассейнов Волги, Оки и Камы за 2009–2019 гг. // Сб. матер. IV Всерос. науч.-практ. конф. “Окружающая среда: Комфортность и экологическая безопасность”. Курск. С. 69.
  14. Нормативы и критерии оценки загрязнения донных отложений в водных объектах Санкт-Петербурга. Региональный норматив Санкт-Петербурга. Региональный норматив, разработанный в рамках российско-голландского сотрудничества по программе PSO 95/RF/3/1 1996. СПб.: ОАО “Ленморниипроект”.
  15. Олькова А.С. 2022. Процедура выбора методов биотестирования в условиях разных видов загрязнения // Трансформация экосистем. № 5(3). С. 63. https://doi.org/10.23859/estr-220324
  16. Сигарева Л.Е., Тимофеева Н.А. 2018. Cодержание растительных пигментов в донных отложениях водохранилищ Волги // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. № 81(84). С. 105. https://doi.org/10.24411/0320-3557-2018-10008
  17. Степанова Н.Ю. 2014. Обзор существующих подходов к нормированию качества донных отложений // Успехи соврем. биол. Т. 134. № 6. С. 605.
  18. Тихомиров О.А., Марков Н.В. 2009. Накопление тяжелых металлов в донных отложениях аквальных комплексов водохранилища сезонного регулирования стока // Уч. зап. Казанск. гос. ун-та. Серия Естественные науки. Книга 3. Т. 151. С. 143.
  19. Тюканова К.А., Спирина А.А., Извекова Т.В. и др. 2019. Мониторинг природных вод и донных отложений малых рек Горьковского водохранилища // Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. “Инновационные подходы в решении современных проблем рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды”. Т. 3. С. 103.
  20. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. 2018. Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ реки Волга по показателям токсичности и химического состава // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. № 82(85). С. 107.
  21. Чуйко Г.М., Законнов В.В., Бродский Е.С. и др. 2015. Особенности пространственного распределения стойких органических загрязнителей (СОЗ) в экосистемах водохранилищ озерного и речного типа // Современные проблемы водохранилищ и их водосборов. Т. 2. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет. С. 167.
  22. Deckere E., De Cooman W., Florus M. et al. 2000. Characterizing the sediments of Flemish Watercourses: A Manual produced by TRIAD. Brussel: AMINAL–Department Water.
  23. Ingersoll C.G., Nelson M.K. 1990. Testing sediment toxicity with Hyalella azteca (Amphipoda) and Chironomus riparius (Diptera) // Aquat. Toxicol. and Risk Assessment. Philadelphia: Amer. Soc. Test. and Mater. V. 13. P. 93. https://doi.org/10.1520/STP20101S
  24. Kerolli-Mustafa M., Fajković H., Rončević S. et al. 2015. Assessment of metals risks from different depths of jarosite tailing waste of Trepça Zinc Industry, Kosovo based on BCR procedure // J. Geochеm. Exploration. V. 148. P. 161. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2014.09.001
  25. MacDonald D.D., Ingersoll C.G., Berge T.A. 2000. Development and Evaluation of Consensus-Based Sediment Quality Guidelines for Freshwater Ecosystems // Arch. Environ. Contam. Toxicol. V. 39. P. 20. https://doi.org/10.1007/s002440010075
  26. Müller G. 1969. Index of geoaccumulation in the sediments of the Rhine River // Geojournal. V. 2. P. 108.
  27. Sokal R.R., Rohlf F.J. 1995. Biometry: the principles and practice of statistics in biological research. N.Y.: W.H. Freeman and Comp.
  28. Taylor H.E. 2001. Inductively coupled plasma–mass spectrometry. Practices and techniques. San Diego: Acad. Press.
  29. Tomilina I.I., Grebenyuk L.P., Chuiko G.M. 2011. Toxicological and teratogenic assessment of bottom sediments from the Rybinsk reservoir // Inland Water Biol. V. 4. № 3. P. 373. https://doi.org/10.1134/S1995082911030187
  30. Tomilina I.I., Lozhkina R.A., Gapeeva M.V. 2021. Toxicity of bottom sediments of the Rybinsk reservoir according to long-term biotesting data report 1. Toxicological studies // Inland Water Biol. V. 14. № 6. P. 777. https://doi.org/10.1134/S1995082921060134
  31. Udodenko Y.G., Komov V.T., Zakonnov V.V. 2018. Total mercury in surficial bottom sediments of the Volga rivers reservoir in Central Russia // Environ. Earth Sci. V. 77. Is. 19. P. 692. https://doi.org/10.1007/s12665-018-7876-6
  32. Wang D., Wang Y., Shen L. 2010. Confirmation of combinational effects of calcium with other metals in a paper recycling mill effluent on nematode lifespan with toxicity identification evaluation method // J. Environ. Sci. V. 22(5). P. 731. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(09)60170-4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Map-scheme of the studied stations of the Gorky Reservoir.

Download (165KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Mortality of Chironomus riparius larvae during biotesting of bottom sediments in sections of the Gorky Reservoir. Here and in Fig. 3, 5: 1 – river section, 2 – Kostroma expansion, 3 – lake section. Here and in Fig. 3–5, mean values ​​and errors of the mean are given.

Download (139KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Average length of Chironomus riparius larvae (% of control) in experiments on biotesting of bottom sediments, * – statistically significant differences from control.

Download (229KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Toxicity index of bottom sediments of the Gorky Reservoir based on changes in the linear dimensions of chironomid larvae.

Download (129KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Geoaccumulation index (a) and pollution coefficient (b) of bottom sediments of sections of the Gorky Reservoir.

Download (193KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».