Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2026. Preprint
Article first published online: 11 FEB 2026 | DOI: 10.17581/bp.2026.15107
Microalgal diversity as bioindicators of gold and coal mining impacts on a river ecosystem in the permafrost zone (Chara River, Yakutia, Russia)
Viktor A. Gabyshev 1
,
Olga I. Gabysheva 1 &
Sophia Barinova 2 
1 Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS, Yakutsk, Russia
2 Institute of Evolution, University of Haifa, Haifa, Israel
The aim of this study was to assess the impact of gold and coal mining on aquatic ecosystems in the region using the bioindicator properties of planktonic algae. The work used previously widely tested methods of ecological mapping, JASP, and analysis of “species-environment" relationships. For the Chara River, 211 indicator species of algae and cyanobacteria with a predominance of diatoms were identified. An increase in the diversity and abundance of phytoplankton was observed towards the mouth of the river from 48 species to 94. Ecological mapping revealed not only sections of the river associated with existing gold and coal mining, but also the impact of potential developments where exploration is underway. A weak influence of organic pollution associated with subsoil mining was revealed, but it was established that natural self-purification processes take place in the studied river. The results obtained are suitable for assessing the level of anthropogenic impact on aquatic communities in permafrost conditions.
Габышев В.А., Габышев О.И., Баринова С.С. Использование разнообразия микроводорослей для оценки влияния золотодобычи и угледобычи на речные экосистемы в условиях многолетней мерзлоты (на примере реки Чара, Якутия). Целью данного исследования – оценка воздействия золотодобычи и угледобычи на водные экосистемы Якутии с использованием биоиндикационных свойств планктонных водорослей. В работе применялись ранее апробированные методы экологического картирования, анализа в программе JASP и изучения связей «виды–среда». Для реки Чара было идентифицировано 211 индикаторных видов водорослей и цианобактерий с преобладанием диатомовых. Наблюдалось увеличение разнообразия и обилия фитопланктона по направлению к устью реки – с 48 до 94 видов. Экологическое картирование выявило не только участки реки, связанные с существующей добычей золота и угля, но и воздействие потенциальных разработок, где ведутся разведочные работы. Обнаружено слабое влияние органического загрязнения, связанного с недропользованием, однако установлено, что в исследуемой реке протекают процессы естественного самоочищения. Полученные результаты пригодны для оценки уровня антропогенного воздействия на водные сообщества в условиях вечной мерзлоты.
Keywords: phytoplankton, microalgae diversity, ecology, bioindicators, ecological mapping, gold mining, coal mining, permafrost, Eastern Siberia, фитопланктон, разнообразие микроводорослей, экология, биоиндикаторы, экологическое картирование, золотодобыча, угледобыча, вечная мерзлота, Восточная Сибирь
References
Abdul-Wahab, S.A. & F.A. Marikar 2012. The environmental impact of gold mines: pollution by heavy metals. Central European Journal of Engineering 2:304-313. CrossRef
Anhalt, E.M., L.A. Dobrodomova & Z.N. Ryabinina 2020. Environmental and economic assessment of the impact of oil and gas production on the state of landscape and botanical complexes in the Urals. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 962:042011. CrossRef
Bănăduc, D., A. Curtean-Bănăduc, S. Barinova, V.L. Lozano, S. Afanasyev, T. Leite, P. Branco et al. 2024. Multi-interacting natural and anthropogenic stressors on freshwater ecosystems: Their current status and future prospects for 21st century. Water 16:1483. CrossRef
Barinova S., V. Gabyshev, S. Genkal & O. Gabysheva 2024. Diatoms' diversity in the assessment of the impact of diamond and oil and gas mining on aquatic ecosystems of the Central Yakut Plain (Eastern Siberia, Yakutia) using bioindication and statistical mapping methods. Diversity 16(8):440. CrossRef
Barinova, S. 2017a. Essential and practical bioindication methods and systems for the water quality assessment. International Journal of Environmental Sciences and Natural Resources 2:1-11. CrossRef
Barinova, S. 2017b. On the classification of water quality from an ecological point of view. International Journal of Environmental Sciences & Natural Resources 2(2):1-8. CrossRef
Barinova, S. 2017c. Ecological mapping in application to aquatic ecosystems BioIndication: Problems and methods. International Journal of Environmental Sciences & Natural Resources 3:1-7. CrossRef
Barinova, S. 2025. Database of Ecological Indicators of Freshwater Algae and Cyanobacteria. Ecology and Diversity 2(2):10003. CrossRef
Chandel, P., D. Mahajan, K. Thakur, R. Kumar, S. Kumar, B. Brar, D. Sharma & A.K. Sharma 2024. A review on plankton as a bioindicator: A promising tool for monitoring water quality. World Water Policy 10(1):213-232. CrossRef
Chistyakov, G.E. 1964. Water resources of the rivers of Yakutia. Nauka, Moscow, 255 pp. (in Russian). [Чистяков Г.Е. 1964. Водные ресурсы рек Якутии. Москва: Наука. 255 с.].
Cooke, C.A., C.A. Emmerton & P.E. Drevnick 2024. Legacy coal mining impacts downstream ecosystems for decades in the Canadian Rockies. Environmental Pollution 344:123328. CrossRef
Eisler, R. 2004a. Arsenic hazards to humans, plants, and animals from gold mining. In: Reviews of environmental contamination and toxicology, volume 180 (G. Ware, ed.), pp. 133-165, Springer, New York. CrossRef
Eisler, R. 2004b. Mercury hazards from gold mining to humans, plants, and animals. In: Reviews of environmental contamination and toxicology, volume 180 (G. Ware, ed.), pp. 139-198, Springer, New York, USA. CrossRef
Esterhuyse, S., N. Redelinghuys, P. Charvet, P. Fearnside, V. Daga, R. Braga, W. Okello et al. 2022. Effects of hydrocarbon extraction on freshwaters. In: Encyclopedia of inland waters, 2-nd edition, volume 3 (T. Mehner & K. Tockner, eds), pp. 189-209, Elsevier, Amsterdam. CrossRef
Gabyshev, V.A. & O.I. Gabysheva 2012. The structure of phytoplankton of Chara River (Eastern Siberia) and its habitat conditions in early summer (June). Izvestiya Penzenskogo Gosudaestvennogo Pedagogicheskogo Universiteta Imeny V.G. Belinskogo 29:144-151 (in Russian with English summary). [Габышев В.А., Габышева О.И. 2012. Структура фитопланктона р. Чары (Восточная Сибирь) и среда его обитания в начале летнего периода (июнь) // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского. Естественные науки. № 29. С. 144-151].
Gabyshev, V.A. & O.I. Gabysheva 2018. Phytoplankton of the largest rivers of Yakutia and adjacent territories of Eastern Siberia. SibAk, Novosibirsk, 414 pp. (in Russian). [Габышев В.А., Габышева О.И. 2018. Фитопланктон крупных рек Якутии и сопредельных территорий Восточной Сибири. Новосибирск: Изд. АНС «СибАК». 416 с.].
Gabysheva, O.I. & V.A. Gabyshev 2023. The chemical composition of the waters of large rivers in the northeast of Russia and the components of aquatic biota (on the example of planktonic mixotrophs) under conditions of seasonal permafrost degradation. Izd-vo SB RAS, Novosibirsk, 121 pp. (in Russian). [Габышева О.И., Габышев В.А. 2023. Химический состав вод крупных рек Северо-Востока России и компоненты водной биоты (на примере планктонных миксотрофов) в условиях сезонной деградации мерзлоты. Новосибирск: Издательство СО РАН. 121 с.].
Goswami, S. 2015. Impact of coal mining on environment. European Researcher 92(3):185-196. CrossRef
Guiry, M.D. & G.M. Guiry 2024. AlgaeBase. World-wide electronic publication. National University of Ireland, Galway. Available from: https://www.algaebase.org/. Last accessed 14.12.2024.
Gvozdetsky, N.A. & N.I. Mikhailov 1978. Physical geography of the USSR. Asian part. Mysl, Moscow, 512 pp. (in Russian) [Гвоздецкий Н.А., Михайлов Н.И. 1978. Физическая география СССР. Азиатская часть. Москва: Мысль. 512 с.]. CrossRef
Henson, S.A., B.B. Cael, S.R. Allen & S. Dutkiewicz 2021. Future phytoplankton diversity in a changing climate. Nature Communications 12:5372. CrossRef
Hustedt, F. 1957. Die Diatomeen flora des Flußsystems der Weser im Gebiet der Hansestadt Bremen. Abhandlungen des Naturwissenschaftlichen Vereins zu Bremen 34(3):181-440.
Hustedt, F. 1938-1939. Systematische und Ökologische Untersuchungen über die Diatomeenflora von Java, Bali und Sumatra. Archiv für Hydrobiologie, Suppl. 15:131-177, 393-506, 638-790, Suppl. 16:1-155, 274-394.
Irfan, A., H.P. Perangin-Angin & G. Y.S Purba 2024. Community perception of gold mining affecting the water quality of the Wariori River. Daengku: Journal of Humanities and Social Sciences Innovation 4:852-856. CrossRef
Katsiapi, M., A.D. Mazaris, E. Charalampous & M. Moustaka-Gouni 2012. Watershed land use types as drivers of freshwater phytoplankton structure. Hydrobiologia 698:121-131. CrossRef
Kirakosyan, D.V. & Y.P. Molchanova 2021. Analysis of first consequences of the oil spill in Norilsk. Uspekhi V Khimii I Khimicheskikh Tekhnologiyakh 35(2):43-46 (in Russian). [Киракосян Д.В., Молчанова Я.П. 2021. Анализ первых последствий нефтяного разлива в Норильске // Успехи в химии и химической технологии. Т. 35, №2 (237). С. 43-46]. CrossRef
Ko, J.Y. & J.W. Day 2004. A review of ecological impacts of oil and gas development on coastal ecosystems in the Mississippi Delta. Ocean & Coastal Management 47:597-623. CrossRef
Krupa, E., S. Barinova & S. Romanova 2019. Ecological mapping in assessing the impact of environmental factors on the aquatic ecosystem of the Arys River Basin, South Kazakhstan. Diversity 11:239. CrossRef
Laker, M.C. 2023. Environmental impacts of gold mining - With special reference to South Africa. Mining 3:205-220. CrossRef
Love, J., R. Selker, M. Marsman, T. Jamil, D. Dropmann, J.A. Verhagen, A. Ly et al. 2019. JASP: Graphical statistical software for common statistical designs. Journal of Statistical Software 88:1-17. CrossRef
MacArthur, R.H. & E.O. Wilson 1967. The theory of island biogeography. Princeton University Press, Princeton, 203 pp.
McAleece, N., J.D.G. Gage, P.J.D. Lambshead & G.L.J. Paterson 1997. BioDiversity professional statistics analysis software. Jointly developed by the Scottish Association for Marine Science and the Natural History Museum London. Available from: https://www.sams.ac.uk/science/outputs/. Last accessed 11.01.2025.
Mendelssohn, I.A., G.L. Andersen, D.M. Baltz, R.H. Caffey, K.R. Carman, J.W. Fleeger, S.B. Joye et al. 2012. Oil impacts on coastal wetlands: Implications for the Mississippi River Delta ecosystem after the deepwater horizon oil spill. BioScience 62:562-574. CrossRef
NedraDV 2026. Website of media company NedraDV. Available at https://nedradv.ru/ Last accessed 05.02.2026.
Nikanorov, A.M., V.M. Ivanic & O.S. Reshetnyak 2015. Monitoring of water bodies within the technogenic disturbed geosystems of the coal industrial areas. In: Proceedings of the Geoecological problems of coal industrial territories, (V.E. Zakrutkin et al, eds), pp. 250-262, Izdatel'stvo Yuzhnogo Federal'nogo universiteta, Rostov-on-Don (in Russian with English abstract). [Никаноров А.М., Иваник В.М., Решетняк О.С. 2015. Мониторинг водных объектов в пределах техногенно нарушенных геосистем углепромышленных районов // Геоэкологические проблемы углепромышленных территорий / под ред. В.Е. Закруткина и др. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета. С. 250-262].
Nikolaeva, N.A. & L.I. Kopyrina 2023. Evaluation of some aspects of the state of rivers and landscapes in Western Yakutia under anthropogenic impact. Uspekhi Sovremennogo Yestestvoznaniya 6:59-64 (in Russian with English summary). [Николаева Н.А., Копырина Л.И. 2023. Оценка некоторых аспектов состояния рек и ландшафтов западной Якутии в условиях антропогенного воздействия // Успехи современного естествознания. № 6. С. 59-64]. CrossRef
Radomskaya, V.I., S.M. Radomskiy, A.S. Segrenev & S.Y. Kulik 2021. Contamination of the Dzheltulak-1 river basin under alluvial gold mining (the Amur region). Nauki o Zemle i nedropol'zovanie 44(4):471-484 (in Russian with English abstract). [Радомская В.И., Радомский С.М., Сегренев А.С., Кулик С.Я. 2021. Загрязнение бассейна реки Джелтулак-1 при россыпной золотодобыче (Амурская область) // Науки о Земле и недропользование. Т. 44, № 4. С. 471-484]. CrossRef
Semenov, A.D. 1977. Guidance on the chemical analysis of surface waters of the land. Gidrometeoizdat, Leningrad, 541 pp. (in Russian). [Семенов А.Д. 1977. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Ленинград: Гидрометеоиздат. 540 с.].
Sharov, A.N. 2021. Phytoplankton of cold-water lake ecosystems under the influence of natural and anthropogenic factors. Voprosy sovremennoi al'gologii 1(25):42-49 (in Russian with English abstract). [Шаров А.Н. 2021. Фитопланктон холодноводных озерных экосистем под влиянием природных и антропогенных факторов // Вопросы современной альгологии. № 1 (25). С. 42-49]. CrossRef
Shepelev, V.V. 2009. Permafrost. In: The Republic of Sakha (Yakutia), complex atlas (N.N. Fedorenko et al., eds), pp. 30-31, FGUP "Yakutskoye aerogeodezicheskoye predpriyatiye", Yakutsk (in Russian). [Шепелёв В.В. 2009. Многолетняя мерзлота // Республика Саха (Якутия), комплексный атлас / под ред. Н.Н Федоренко и др. Якутск: Якутское аэрогеодезическое предприятие. С. 30-31].
Skorobogatova, O., E. Yumagulova, T. Storchak & S. Barinova 2019. Bioindication of the influence of oil production on Sphagnum bogs in the Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug-Yugra, Russia. Diversity 11(11):207. CrossRef
Sládeček, V. 1986. Diatoms as indicators of organic pollution. Acta Hydrochimica et Hydrobiologica 14:555-566. CrossRef
Sokolov, A.A. 1952. Hydrography of the USSR. Gidrometeoizdat, Leningrad, 287 pp. (in Russian). [Соколов А.А. 1952. Гидрография СССР. Ленинград: Гидрометеоиздат. 287 с.]. CrossRef
Sudakova, E.A., I.N. Egorova, E.N. Maksimova & E.M. Vysokikh 2020. To the flora of the soil algae of the northern territories of Baikal region: Baikal-Patom and Stanovoi uplands (Russia). Problemy botaniki yuzhnoi Sibiri i Mongolii 19(1):179-184 (in Russian with English summary). [Судакова Е.А., Егорова И.Н., Максимова Е.Н., Высоких Е.М. 2020. К флоре почвенных водорослей северных территорий байкальского региона: Байкало-Патомское и Становое нагорья (Россия) // Проблемы ботаники южной Сибири и Монголии. Т. 19, №1. С. 179-184]. CrossRef
Sukhoi Log 2026. Website of company Sukhoi Log. Available at https://polyus.com/ru/operations/development_projects/sukhoy-log/ Last accessed 05.02.2026.
Systerova, A.V. 2023. River's algoflora of Perm Krai oil fields. In: Proceedings of the All-Russian Conference Ecological safety in conditions of anthropogenic transformation of the natural environment (S.A. Buzmakov, ed.), pp. 494-496, Perm State National Research University, Perm (in Russian with English summary). [Сыстерова А.В. 2023. Альгофлора рек на территории нефтяных месторождений Пермского края // Экологическая безопасность в условиях антропогенной трансформации природной среды: материалы Всероссийской научной конференции молодых ученых, посвященной памяти Н.Ф. Реймерса и Ф.Р. Штильмарка / под ред. С.А. Бузмакова. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет. С. 494-496].
Taborny 2026. Website of company Taborny. Available at https://nordgold.com/ru/operations/production/Taborny/ Last accessed 05.02.2026. Ter Braak, C.J.F. & P. Šmilauer 2002. CANOCO reference manual and CanoDraw for Windows user's guide: Software for canonical community ordination, version 4.5. Microcomputer Power Press, Ithaca, NY, 500 pp.
Van Dam, H., A. Mertens & J. Sinkeldam 1994. A coded checklist and ecological indicator values of freshwater diatoms from the Netherlands. Netherland Journal of Aquatic Ecology 28:117-133. CrossRef
Vannote, R.L., G.W. Minshall, K.W. Cummins, J.R. Sedell & C.E. Cushing 1980. The river continuum concept. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 37(1):130-137. CrossRef
Vasser, S.P., N.V. Kondratyeva, N.P. Masyuk, G.M. Palamar- Mordvintseva, Z.I. Vetrova, E.L. Kordyum, N.A. Moshkova et al. 1989. Algae: Handbook. Naukova Dumka, Kyiv, 608 pp. (in Russian). [Вассер С.П., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П., Паламарь-Мордвинцева Г.М., Ветрова З.И., Кордюм Е.Л., Мошкова Н.А. и др. 1989. Водоросли: Справочник. Киев: Наукова думка. 608 с.].
Watanabe, T., K. Asai & A. Houki 1986. Numerical estimation of organic pollution of flowing water by using the epilithic diatom assemblage - Diatom Assemblage Index (DAIpo). Science of Total Environment 55:209-218. CrossRef
Wessa, P. 2017. Pearson correlation (v1.0.13) in free statistics software (v1.2.1). Office for Research Development and Education. Available from: https://www.wessa.net/rwasp_correlation.wasp/. Last accessed 25.122024.
Zamana, L.V. & I.L. Vakhnina 2020. The influence of alluvial gold mining on the natural complexes of river valleys of Amur River basin (Eastern Transbaikalia, Russia) Geosfernye issledovaniya 2:83-89 (in Russian with English abstract). [Замана Л.В., Вахнина И.Л. 2020. Влияние россыпной золотодобычи на природные комплексы речных долин бассейна р. Амур (Восточное Забайкалье, Россия) // Геосферные исследования. № 2. С. 83-89]. CrossRef
Zhuldybina, T.V. 2010. Hydrochemical regime of watercourses of the Chita region. Geografiya i prirodnye resursy 1:99-102 (in Russian). [Жулдыбина Т.В. 2010. Гидрохимический режим водотоков Читинской области // География и природные ресурсы. №1. С. 99-102].
|
|