Triada jakości osadów - Sediment quality triad
W toksykologii wodnym The osad jakości triada podejście (SQT) stosuje się jako narzędzie do oceny, w celu oceny stopnia osadu degradacji w wyniku zanieczyszczeń uwalnianych w wyniku działalności człowieka obecnych w środowiskach wodnych (Chapman, 1990). Ocena ta skupia się na trzech głównych elementach: 1.) chemii osadów, 2.) testach toksyczności osadów z wykorzystaniem organizmów wodnych oraz 3.) wpływach terenowych na organizmy bentosowe (Chapman, 1990). Często stosowana w ocenie ryzyka, kombinacja trzech linii dowodowych może prowadzić do pełnego zrozumienia możliwych skutków dla społeczności wodnej (Chapman, 1997). Chociaż podejście SQT nie zapewnia związku przyczynowo-skutkowego łączącego stężenia poszczególnych substancji chemicznych z niekorzystnymi skutkami biologicznymi, zapewnia ocenę jakości osadów powszechnie stosowaną do ilościowego wyjaśniania cech osadów. Informacje dostarczane przez każdą część SQT są unikalne i komplementarne, a połączenie tych części jest konieczne, ponieważ żadna pojedyncza cecha nie dostarcza wyczerpujących informacji dotyczących konkretnego miejsca (Chapman, 1997)
składniki
Chemia osadów
Chemia osadów dostarcza informacji o skażeniu, jednak nie dostarcza informacji o skutkach biologicznych (Chapman, 1990). Chemia osadów jest wykorzystywana jako narzędzie przesiewowe w celu określenia zanieczyszczeń, które najprawdopodobniej będą niszczyć organizmy obecne w społeczności bentosowej w określonym miejscu. Podczas analizy dane dotyczące chemii osadów nie zależą wyłącznie od porównań z wytycznymi dotyczącymi jakości osadów przy zastosowaniu podejścia triadowego. Zamiast tego dane dotyczące chemii osadów, zebrane dla konkretnego miejsca, są porównywane z najistotniejszymi wartościami orientacyjnymi, opartymi na charakterystyce miejsca, w celu oceny, które chemikalia budzą największe obawy. Ta technika jest używana, ponieważ żaden zestaw danych nie jest odpowiedni dla wszystkich sytuacji. Pozwala to na identyfikację substancji chemicznych budzących obawy, które najczęściej przekraczają wytyczne oparte na efektach. Po określeniu składu chemicznego osadu i zidentyfikowaniu najbardziej niepokojących zanieczyszczeń przeprowadza się testy toksyczności, aby powiązać stężenia w środowisku z potencjalnymi niekorzystnymi skutkami.
Toksyczność osadów
Toksyczność osadów ocenia się na podstawie analizy biologicznej . Stosowane są standardowe testy toksyczności testów biologicznych, które nie ograniczają organizmów (Chapman, 1997). Przy wyborze organizmów testowych należy wziąć pod uwagę różnice w mechanizmach narażenia i fizjologii organizmu i należy być w stanie odpowiednio uzasadnić użycie tego organizmu. Te testy biologiczne oceniają efekty w oparciu o różne toksykologiczne punkty końcowe. Testy toksyczności są przeprowadzane w odniesieniu do substancji chemicznych będących przedmiotem zainteresowania w stężeniach istotnych dla środowiska, zidentyfikowanych przez część metody triady dotyczącą chemii osadów. Chapman (1990) wymienia typowo stosowane punkty końcowe, które obejmują śmiertelne punkty końcowe, takie jak śmiertelność, i subletalne punkty końcowe, takie jak wzrost, zachowanie, reprodukcja, cytotoksyczność i opcjonalnie bioakumulacja . Często wykorzystuje się badania pilotażowe, aby pomóc w wyborze odpowiedniego organizmu testowego i punktów końcowych. Zaleca się stosowanie wielu punktów końcowych, a każdy z wybranych punktów końcowych musi odpowiednio uzupełniać każdy z pozostałych (Chapman, 1997). Efekty są oceniane przy użyciu metod statystycznych, które pozwalają na rozróżnienie między odpowiedziami, które są znacząco różne niż w przypadku kontroli negatywnych. Jeżeli wygenerowane zostaną wystarczające dane, minimalne istotne różnice (MSD) są obliczane przy użyciu analiz mocy i stosowane do badań toksyczności w celu określenia różnicy między różnicą statystyczną a istotnością ekologiczną.
Funkcją części dotyczącej toksyczności podejścia triadowego jest umożliwienie oszacowania efektów w terenie. Podczas gdy eksperymenty laboratoryjne upraszczają złożone i dynamiczne środowisko, wyniki toksyczności pozwalają na ekstrapolację w terenie. Tworzy to powiązanie ekspozycji i efektu oraz pozwala na określenie relacji ekspozycja-odpowiedź. W połączeniu z pozostałymi dwoma elementami Triady Jakości Osadów pozwala na całościowe zrozumienie przyczyny i skutku.
Oddziaływanie polowe na organizmy bentosowe
Analiza oddziaływań terenowych na organizmy bentosowe służy do oceny potencjalnych skutków środowiskowych wynikających ze zidentyfikowanych zanieczyszczeń. Dzieje się tak, ponieważ organizmy bentosowe są specyficzne dla osiadłych i lokalizacji, co pozwala na ich wykorzystanie jako dokładnych wskaźników działania zanieczyszczenia (Chapman, 1990). Odbywa się to poprzez przeprowadzanie testów terenowych, które analizują zmiany w strukturach zbiorowisk bentosowych, koncentrując się na zmianach liczby gatunków, liczebności i odsetka głównych grup taksonomicznych (Chapman, 1997). Zmiany w zbiorowiskach bentosowych są zazwyczaj określane ilościowo przy użyciu analizy i klasyfikacji podstawowych składników (Chapman, 1997). Nie istnieje jedna konkretnie zdefiniowana metoda przeprowadzania tych ocen terenowych, jednak różne analizy wielowymiarowe zazwyczaj dają wyniki identyfikujące relacje między zmiennymi, gdy istnieje silna korelacja.
Znajomość ekosystemu specyficznego dla danego miejsca i ekologicznej roli dominujących gatunków w tym ekosystemie ma kluczowe znaczenie dla uzyskania biologicznych dowodów zmian w zbiorowiskach bentosowych wynikających z narażenia na zanieczyszczenia. Jeśli to możliwe, zaleca się obserwowanie zmian w strukturze zbiorowiska, które są bezpośrednio związane z badanymi gatunkami wykorzystywanymi podczas części podejścia triady dotyczącej toksyczności osadów w celu uzyskania najbardziej wiarygodnych dowodów.
Bioakumulacja
Bioakumulację należy rozważyć podczas stosowania podejścia triadowego w zależności od celów badania. W przygotowaniu do pomiaru bioakumulacji należy określić, czy test będzie służył do oceny zatrucia wtórnego lub biomagnifikacji (Chapman, 1997). Analizę bioakumulacji należy przeprowadzić odpowiednio w oparciu o dane zanieczyszczenia (np. metale nie ulegają biomagnifikacji). Można to zrobić z organizmami zebranymi w terenie, z klatek lub organizmami eksponowanymi w laboratorium (Chapman, 1997). Chociaż porcja bioakumulacyjna jest zalecana, nie jest wymagana. Pełni jednak ważną rolę w ilościowym określaniu skutków troficznego przenoszenia zanieczyszczeń poprzez konsumpcję skażonej ofiary.
Degradacja spowodowana zanieczyszczeniem
Degradację wywołaną zanieczyszczeniem w danym miejscu mierzy się poprzez połączenie trzech części triady jakości osadów. Porównuje się chemię osadów, toksyczność osadów i wpływy terenowe na organizmy bentosowe. Dane są najbardziej przydatne, gdy zostały znormalizowane do wartości miejsc odniesienia poprzez przekształcenie ich w wartości odniesienia do współczynnika (Chapman i wsp. 1986; Chapman 1989). Miejsce odniesienia wybiera się jako miejsce o najmniejszym zanieczyszczeniu w porównaniu z innymi miejscami, z których pobrano próbki. Po znormalizowaniu dane pomiędzy częściami triady mogą być porównywane nawet w przypadku wystąpienia dużych różnic w pomiarach lub jednostkach (Chapman, 1990). Z kombinacji wyników z każdej części triady opracowuje się figurę wielowymiarową i wykorzystuje się ją do określenia poziomu degradacji.
Metody i interpretacja
Żadna pojedyncza metoda nie może ocenić wpływu wywołanej zanieczyszczeniami degradacji osadów na społeczności wodne. Metody każdego elementu triady powinny być wybrane pod kątem skuteczności i przydatności w testach laboratoryjnych i terenowych. Zastosowanie SQT jest zazwyczaj zależne od lokalizacji i może być wykorzystane do porównania różnic w jakości osadów czasowo lub między regionami (Chapman, 1997).
Wiele linii dowodów
SQT obejmuje trzy linie dowodowe (LOE), aby zapewnić bezpośrednią ocenę jakości osadów. Chemia, toksyczność i elementy bentosowe triady zapewniają LOE, które jest następnie integrowane w ciężar dowodu.
Kryteria
Aby zakwalifikować się do oceny SQT, chemia, toksyczność i pomiary in situ muszą być zbierane synoptycznie przy użyciu znormalizowanych metod jakości osadów. Próbka kontrolna jest niezbędna do oceny wpływu miejsc skażonych. Właściwym odniesieniem jest próbka całego osadu (cząstki i związana z nimi woda porowa) pobrana w pobliżu obszaru zainteresowania i jest reprezentatywna dla warunków tła przy braku zanieczyszczeń. W celu zakwalifikowania terenu jako dotkniętego chemicznie wymagane są dowody narażenia na zanieczyszczenia i efekt biologiczny.
Struktura
Komponent chemiczny obejmuje zarówno biodostępność, jak i potencjalny wpływ na środowisko bentosowe. Potencjał toksyczności osadów dla danego miejsca jest oparty na modelu regresji liniowej (LRM). Wskaźnik oceny chemicznej (CSI) zanieczyszczenia opisuje wielkość narażenia w stosunku do zaburzeń bentosowych. Optymalny zestaw progów specyficznych dla indeksu wybiera się dla składnika chemicznego przez statystyczne porównanie kilku kandydatów w celu oceny, który zestaw wykazał największą ogólną zgodność (Bay i Weisberg, 2012). Wielkość toksyczności osadu określa się na podstawie wielu testów toksyczności przeprowadzonych w laboratorium w celu uzupełnienia składnika chemicznego. Toksyczność LOE są określane przez średnią punktacji kategorii toksyczności ze wszystkich odpowiednich testów. Rozwój LOE dla komponentów bentosowych opiera się na wskaźnikach społeczności i liczebności. Do oceny odpowiedzi biologicznej społeczności bentosowej wykorzystuje się kilka wskaźników, takich jak wskaźnik odpowiedzi bentosowej (BRI), integralność biotyczna bentosu (IBI) i względny wskaźnik biotyczny (RBI). Mediana wyniku wszystkich wskaźników indywidualnych określi poziom wskaźnika bentosowego.
Każdemu składnikowi triady przypisywana jest kategoria reakcji: minimalne, niskie, umiarkowane lub wysokie zakłócenie w zależności od warunków tła. Poszczególne LOE są klasyfikowane w kategorie poprzez porównanie wyników testów każdego składnika z ustalonymi progami (Bay i Weisberg, 2012). Integracja bentosu i toksyczności LOE klasyfikuje dotkliwość i skutki zanieczyszczenia. LOE chemii i toksyczności są połączone, aby przypisać potencjał efektów mediowanych chemicznie.
Stanowisko jest przypisywane do kategorii wpływu poprzez zintegrowanie dotkliwości skutków i potencjału skutków mediowanych chemicznie. Warunkom poszczególnych obszarów zainteresowania przypisuje się kategorię oddziaływania od 1 do 5 (przy czym 1 jest nienaruszony, a 5 wyraźnie dotkniętych zanieczyszczeniem). Triada SQT może również klasyfikować wpływ jako niejednoznaczny w przypadkach, gdy LOE między komponentami nie są zgodne lub wymagane są dodatkowe informacje (Bay i Weisberg, 2012).
Wykresy trójosiowe
Pomiary SQT są skalowane proporcjonalnie do względnego wpływu i wizualnie przedstawiane na wykresach trójosiowych. Ocenę integralności osadów i współzależności między składnikami można określić na podstawie wielkości i morfologii trójkąta. Wielkość trójkąta wskazuje na względny wpływ zanieczyszczenia. Trójkąty równoboczne oznaczają zgodność między składnikami. (USEPA, 1994)
Ocena
Zalety podejścia triady
Podejście SQT było chwalone z wielu powodów jako technika charakteryzowania warunków osadów. W stosunku do głębokości dostarczanych informacji i inkluzywnego charakteru jest to bardzo opłacalne. Można go zastosować do wszystkich klasyfikacji osadów, a nawet dostosować do oceny gleby i słupa wody (Chapman i McDonald 2005). Można zastosować macierz decyzyjną w taki sposób, aby wszystkie trzy miary były analizowane jednocześnie i dokonywać dedukcji możliwych wpływów ekologicznych (USEPA 1994)
Inne zalety SQT obejmują informacje o potencjalnych skutkach bioakumulacji i biomagnifikacji zanieczyszczeń oraz elastyczność w stosowaniu wynikającą z jego konstrukcji jako ramy, a nie formuły lub standardowej metody. Korzystając z wielu linii dowodowych, istnieje wiele sposobów manipulowania i interpretowania danych SQT (Bay i Weisberg 2012). Zostało przyjęte w skali międzynarodowej jako najbardziej kompleksowe podejście do oceny osadów (Chapman i McDonald 2005). Podejście SQT do badania osadów zostało zastosowane w Ameryce Północnej, Europie, Australii, Ameryce Południowej i na Antarktydzie.
Zastosowanie do standardów gospodarowania osadami
Wynikające z Discharge Narodowego Systemu Zanieczyszczeń Elimination (NPDES) EPA pozwalając wytyczne, wskaż i Nonpoint wyładowania mogą niekorzystnie wpływać na jakość osadów. Zgodnie z krajowymi kryteriami regulacyjnymi do oceny zgodności mogą być wymagane informacje dotyczące punktowego i niepunktowego źródła skażenia oraz jego wpływu na jakość osadów. Na przykład, Washington State Sediment Management Standards, Part IV, narzucają normy kontroli osadów, które pozwalają na ustalenie wymogów monitorowania zrzutu osadów oraz kryteriów tworzenia i utrzymywania stref oddziaływania osadów (WADOE 2013). W tym przypadku SQT może być szczególnie przydatny, obejmując jednocześnie wiele odpowiednich analiz.
Ograniczenia i krytyka
Chociaż istnieje wiele korzyści wynikających z zastosowania podejścia SQT, zidentyfikowano wady w jego stosowaniu. Główne ograniczenia to: brak opracowania kryteriów statystycznych w ramach, duże wymagania dotyczące baz danych, trudności w stosowaniu mieszanin chemicznych, a interpretacja danych może być intensywna w laboratorium (Chapman 1989). SQT wyraźnie nie uwzględnia biodostępności kompleksowych lub związanych z osadami zanieczyszczeń (FDEP 1994). Wreszcie, trudno jest przełożyć wyniki laboratoryjnej toksyczności na efekty biologiczne obserwowane w terenie (Kamlet 1989).