The potential impact of land use changes on heavy metal contamination in the drinking water reservoir catchment (Dobczyce Reservoir, south Poland)

To investigate and assess the effects of land use and its changes on concentrations of heavy metals (Pb, Zn, Cd, Cu, Mn, Ni, Fe) in the tributary of drinking water reservoir catchment, soils of different land use types (forest, arable land, meadows and pastures, residential areas), suspended sediment and bottom sediment were collected. Heavy metals were analyzed using atomic absorption spectrophotometry (AAS). The metal distribution pattern was observed, where Zn and Cd could be considered as main metal contaminants. The variation in the concentration level of Zn and Cd in studied soils showed the impact of pollution from anthropogenic activities. Also some seasonal variations were visible among the suspended sediment and bottom sediment samples which could be associated with land agricultural practices or meteorological conditions. The sediment fingerprints approach used for determining sources of the suspension in the catchment showed (Kruskal-Wallis H test, p˂0.05), that only Mn and Ni were not able to be distinguished among the potential sediment sources. A multiple linear regression model described the relationship between suspended sediment and 4 types of soil samples. The results related suspended composition mostly to the samples from the residential land use. Considering the contemporary trend of observed changes in land use resulting in conversion of agricultural areas into residential and service structures these changes can be essential for the contamination of aquatic environment. This situation is a warning sign due to the rapid industrialization, urbanization and intensive agriculture in this region what can significantly affect the drinking water quality.

Celem pracy była ocena wpływu użytkowania gruntów i ich zmian na stężenia metali ciężkich (Pb, Zn, Cd, Cu, Mn, Ni, Fe) w dopływie zlewni zbiornika wody pitnej. Do badań pobrano próbki gleb z różnych typów użytkowania gruntów (las, grunty orne, łąki i pastwiska, tereny zabudowane), rumowiska unoszonego oraz osadów dennych. Metale ciężkie oznaczono za pomocą Atomowej Spektroskopii Absorpcyjnej (ASA). W badanych próbkach zaobserwowano zmienność stężeń metali w zależności od sposobu użytkowania gruntów. Otrzymane wyniki świadczą również, że główne zanieczyszczenie metaliczne w zlewni stanowią Zn i Cd. Wśród próbek rumowiska unoszonego oraz osadów dennych widoczne były pewne wahania sezonowe, które mogły być związane z działalnością rolniczą lub warunkami meteorologicznymi. Zastosowana do określania źródeł zawiesiny w zlewni metoda sediment fingerprints (test Kruskal-Wallis H test, p˂0.05), ) wykazała, że spośród badanych metali jedynie Mn i Ni nie umożliwiają rozróżnienia potencjalnych źródeł pochodzenia rumowiska unoszonego. Pozostałe metale zostały zatem wykorzystane do opisania zależności między rumowiskiem a 4 typami próbek gleb za pomocą modelu regresji wielokrotnej. Model ten wykazał związek zanieczyszczenia próbek rumowiska metalami z zanieczyszczeniem gleb z terenów zabudowanych. Biorąc pod uwagę zaobserwowany współczesny trend zmian w użytkowaniu gruntów, prowadzący do przekształcania obszarów rolniczych w obszary mieszkalne i usługowe, może on istotnie wpływać na zanieczyszczenie środowiska wodnego i jakość wody pitnej. Taka sytuacja jest znakiem ostrzegawczym ze względu na szybkie uprzemysłowienie, urbanizację i intensywną gospodarkę rolną w tym regionie.