Triáda kvality sedimentu - Sediment quality triad

v vodní toxikologie, triáda kvality sedimentu (SQT) přístup byl použit jako nástroj pro hodnocení k vyhodnocení rozsahu usazenina degradace vyplývající z kontaminantů uvolněných v důsledku lidské činnosti přítomných ve vodním prostředí (Chapman, 1990).[1] Toto hodnocení se zaměřuje na tři hlavní složky: 1.) chemie sedimentů, 2.) sediment testy toxicity pomocí vodních organismů a 3.) účinky pole na bentické organismy (Chapman, 1990).[1] Při hodnocení rizik se často používá kombinace tří linie důkazů může vést ke komplexnímu pochopení možných účinků na vodní společenství (Chapman, 1997).[2] Ačkoli přístup SQT neposkytuje vztah příčin a následků spojujících koncentrace jednotlivých chemických látek s nepříznivými biologickými účinky, poskytuje posouzení kvality sedimentu, která se běžně používá k kvantitativnímu vysvětlení charakteristik sedimentu. Informace poskytované každou částí SQT jsou jedinečné a doplňkové a kombinace těchto částí je nezbytná, protože žádná jednotlivá charakteristika neposkytuje komplexní informace týkající se konkrétního místa (Chapman, 1997)[2]

Součásti

Chemie sedimentů

Chemie sedimentů poskytuje informace o kontaminaci, neposkytuje však informace o biologických účincích (Chapman, 1990).[1] Chemie sedimentů se používá jako screeningový nástroj k určení kontaminantů, které jsou s největší pravděpodobností destruktivní pro organismy přítomné v bentické komunitě na konkrétním místě. Během analýzy data chemie sedimentu nezávisí striktně na srovnání s pokyny pro kvalitu sedimentu při použití přístupu triády. Údaje o chemii sedimentu, jakmile jsou shromážděny pro konkrétní místo, jsou spíše porovnány s nejrelevantnějšími orientačními hodnotami na základě charakteristik místa, aby bylo možné posoudit, které chemikálie mají největší obavy. Tato technika se používá, protože žádná sada dat není adekvátní pro všechny situace. To vám umožní identifikovat sledované chemikálie, které nejčastěji překračují pokyny založené na účincích. Jakmile je stanoveno chemické složení sedimentu a jsou identifikovány nejvíce kontaminující látky, provádějí se testy toxicity, které spojují koncentrace prostředí s potenciálními nepříznivými účinky.

Toxicita sedimentů

Toxicita sedimentů se hodnotí na základě biotest analýza. Používají se standardní toxikologické testy, které nejsou omezeny na organismy (Chapman, 1997).[2] Při výběru testovaných organismů je třeba vzít v úvahu rozdíly v mechanismech expozice a fyziologii organismu a musíte být schopni adekvátně zdůvodnit použití tohoto organismu. Tyto biologické testy hodnotí účinky na základě různých toxikologických koncových bodů. Zkoušky toxicity se provádějí s ohledem na sledované chemikálie v koncentracích relevantních pro životní prostředí identifikovaných chemickou částí sedimentu při přístupu triády. Chapman (1990)[1] seznamy obvykle používaných koncových bodů, které zahrnují smrtelné koncové body, jako je úmrtnost, a subletální koncové body, jako je růst, chování, reprodukce, cytotoxicita a volitelně bioakumulace. Často se používají pilotní studie, které pomáhají při výběru vhodného testovaného organismu a koncových bodů. Doporučuje se více koncových bodů a každý z vybraných koncových bodů musí adekvátně doplňovat všechny ostatní (Chapman, 1997).[2] Účinky se hodnotí pomocí statistických metod, které umožňují rozlišení mezi odpověďmi, které se významně liší od negativních kontrol. Pokud je generováno dostatečné množství dat, minimální významné rozdíly (MSD) se vypočítají pomocí energetických analýz a použijí se na testy toxicity k určení rozdílu mezi statistický rozdíl a ekologický význam.

Funkce toxické části přístupu triády je umožnit vám odhadnout účinky v poli. Zatímco laboratorní experimenty zjednodušují složité a dynamické prostředí, výsledky toxicity umožňují potenciál pro extrapolaci v terénu. Tím se vytvoří vazba expozice a účinku a umožní se určit vztah expozice a odezvy. V kombinaci s dalšími dvěma složkami triády kvality sedimentu umožňuje holistické porozumění mezi příčinou a následkem.

Terénní účinky na bentické organismy

Analýza účinků pole na bentické organismy funkce k posouzení potenciálu komunitních účinků vyplývajících ze zjištěných kontaminujících látek. Děje se tak proto, že bentické organismy jsou přisedlé a specifické pro danou lokalitu, což umožňuje jejich použití jako přesných markerů účinku kontaminace (Chapman, 1990).[1] Děje se to prováděním terénních testů, které analyzují změny ve strukturách bentických komunit se zaměřením na změny v počtu druhů, hojnosti a procentu hlavních taxonomických skupin (Chapman, 1997).[2] Změny v bentických komunitách jsou obvykle kvantifikovány pomocí analýzy a klasifikace hlavních komponent (Chapman, 1997).[2] Neexistuje žádná konkrétně definovaná metoda pro provádění těchto terénních hodnocení, ať se liší vícerozměrná analýza obvykle vytváří výsledky identifikující vztahy mezi proměnnými, když existuje silná korelace.

Znalost místně specifického ekosystému a ekologických rolí dominantních druhů v tomto ekosystému je zásadní pro získání biologických důkazů o změně v bentickém společenství, která je důsledkem expozice kontaminujícím látkám. Pokud je to možné, doporučuje se pozorovat změny ve struktuře komunity, které přímo souvisejí s testovanými druhy používanými během části toxicity triády v rámci toxicity sedimentu, aby bylo možné získat nejspolehlivější důkazy.

Bioakumulace

Bioakumulace by měla být zvažována během využití přístupu triády v závislosti na cílech studie. Je to příprava na měření bioakumulace, je třeba specifikovat, zda test poslouží k posouzení sekundární otrava nebo biomagnifikace (Chapman, 1997).[2] Bioakumulační analýza by měla být prováděna vhodným způsobem na základě kontaminujících látek, které nás znepokojují (například kovy se nezvětšují). To lze provést pomocí polních organismů, organismů v klecích nebo laboratorně exponovaných organismů (Chapman, 1997).[2] I když je bioakumulační část doporučena, není nutná. Slouží však důležitou roli za účelem kvantifikace účinků způsobených trofický přenos kontaminantů konzumací kontaminované kořisti.

Degradace vyvolaná znečištěním

Specifické pro daný web znečištění vyvolané degradací se měří kombinací tří částí triády kvality sedimentu. Chemie sedimentů, toxicita sedimentů a účinky pole na bentické organismy jsou kvantitativně srovnány. Data jsou nejužitečnější, když byla normalizována na hodnoty referenčního místa jejich převodem na hodnoty referenčního poměru (Chapman et al. 1986; Chapman 1989).[3][4] Referenční místo je vybráno jako místo s nejmenší kontaminací ve srovnání s ostatními místy ve vzorku. Po normalizaci lze data mezi částmi triády srovnávat, i když existují velké rozdíly v měření nebo v jednotkách (Chapman, 1990).[1] Z kombinace výsledků z každé části triády se vytvoří vícerozměrný údaj, který se použije ke stanovení úrovně degradace.

Metody a interpretace

Žádná jednotlivá metoda nemůže posoudit dopad kontaminace vyvolané degradace sedimentu na vodní společenství. Metody každé složky triády by měly být vybrány pro účinnost a relevanci v laboratorních a polních testech. Aplikace SQT je typicky specifická pro dané místo a lze ji použít k porovnání rozdílů v kvalitě sedimentů časově nebo napříč regiony (Chapman, 1997).[2]

Několik řádků důkazů

SQT zahrnuje tři linie důkazů (LOE), které poskytují přímé hodnocení kvality sedimentů. Chemie, toxicita a bentické složky triády poskytují LOE, který je poté integrován do a Váha důkazu.

Kritéria

Aby bylo možné získat kvalifikaci pro hodnocení SQT, musí být měření toxicity a in situ shromažďována synopticky pomocí standardizovaných metod kvality sedimentu. K vyhodnocení dopadu kontaminovaných lokalit je nezbytný kontrolní vzorek. Vhodným odkazem je celý vzorek sedimentu (částice a související voda z pórů) shromážděný v blízkosti oblasti zájmu a je reprezentativní pro podmínky pozadí v nepřítomnosti kontaminujících látek. K přiřazení místa jako chemicky ovlivněného je nutný důkaz expozice kontaminantu a biologického účinku. .

Rámec

Chemická složka zahrnuje obojí biologická dostupnost a potenciální účinky na bentickou komunitu. Potenciál toxicity sedimentu pro dané místo je založen na modelu lineární regrese (LRM). Index chemického skóre (CSI) kontaminující látky popisuje velikost expozice ve vztahu k narušení bentické komunity. Optimální sada prahových hodnot specifických pro index je vybrána pro chemickou složku statistickým porovnáním několika kandidátů s cílem vyhodnotit, která sada vykazovala největší celkovou shodu (Bay a Weisberg, 2012).[5] Velikost toxicity sedimentu je určena několika testy toxicity prováděnými v laboratoři za účelem doplnění chemické složky. Toxicita LOE se stanoví průměrem skóre kategorie toxicity ze všech příslušných testů. Vývoj LOE pro bentickou složku je založen na komunitních metrikách a hojnosti. K hodnocení biologické odezvy bentické komunity se používá několik indexů, jako je index bentické odezvy (BRI), bentická biotická integrita (IBI) a relativní biotický index (RBI). Medián skóre všech jednotlivých indexů stanoví bentickou LOE.

Každá složka triády má přiřazenu kategorii odezvy: minimální, nízké, střední nebo vysoké rušení vzhledem k podmínkám pozadí. Jednotlivé LOE jsou řazeny do kategorií porovnáním výsledků testů každé komponenty se stanovenými prahovými hodnotami (Bay a Weisberg, 2012).[5] Integrace bentosu a toxicity LOE klasifikuje závažnost a účinky kontaminace. LOE chemie a toxicity jsou kombinovány pro přiřazení potenciálu chemicky zprostředkovaných účinků.

Místu je přiřazena kategorie dopadu integrací závažnosti účinku a potenciálu chemicky zprostředkovaných účinků. Podmínkám jednotlivých lokalit zájmu je přiřazena kategorie dopadů mezi 1 a 5 (přičemž 1 je nezasažen a 5 je jednoznačně ovlivněn kontaminací). Triáda SQT může také klasifikovat dopad jako neprůkazný v případech, kdy LOE mezi komponentami nesouhlasí nebo jsou vyžadovány další informace (Bay and Weisberg, 2012).[5]

Triaxiální grafy

Měření SQT se proporcionálně mění relativním dopadem a vizuálně se znázorňují na trojosých grafech. Hodnocení integrity sedimentu a vzájemných vztahů mezi složkami lze určit podle velikosti a morfologie trojúhelníku. Velikost trojúhelníku je indikátorem relativního dopadu kontaminace. Rovnostranné trojúhelníky znamenají shodu mezi složkami. (USEPA, 1994)[6]

Hodnocení

Výhody přístupu triády

Přístup SQT byl chválen z různých důvodů jako technika charakterizace podmínek sedimentu. Vzhledem k hloubce poskytovaných informací a inkluzivní povaze je velmi nákladově efektivní. Lze jej použít na všechny klasifikace sedimentů a dokonce se přizpůsobit hodnocení půdního a vodního sloupce (Chapman a McDonald 2005).[7] A rozhodovací matice lze použít tak, že všechna tři opatření budou analyzována současně a bude proveden odpočet možných ekologických dopadů (USEPA 1994)[6]

Mezi další výhody SQT patří informace o potenciálních bioakumulačních a biomagnifkačních účincích znečišťujících látek a jeho flexibilita při aplikaci, která vyplývá z jeho koncepce jako rámce, nikoli vzorce nebo standardní metody. Použitím více řádků důkazů existuje celá řada způsobů, jak manipulovat a interpretovat data SQT (Bay a Weisberg 2012).[5] V mezinárodním měřítku byl přijat jako nejkomplexnější přístup k hodnocení sedimentů (Chapman a McDonald 2005).[7] Přístup SQT k testování sedimentů byl použit v Severní Americe, Evropě, Austrálii, Jižní Americe a Antarktidě.

Aplikace na standardy pro správu sedimentů

Vycházející z Národní systém vylučování znečišťujících látek (NPDES) Směrnice EPA, která povoluje pokyny, bodové a mimobodové vypouštění, mohou nepříznivě ovlivnit kvalitu sedimentu. Podle státních regulačních kritérií mohou být pro posouzení shody vyžadovány informace o bodové a nepolohové zdrojové kontaminaci a jejích účincích na kvalitu sedimentu. Například standardy pro správu sedimentů ve státě Washington, část IV, nařizuje standardy pro kontrolu sedimentů, které umožňují stanovení požadavků na monitorování vypouštěných sedimentů a kritéria pro vytváření a údržbu zón nárazu sedimentů (WADOE 2013).[8] V tomto případě by SQT mohl být obzvláště užitečný zahrnující více relevantních analýz současně.

Omezení a kritika

Přestože použití přístupu SQT má řadu výhod, byly zjištěny jeho nevýhody. Mezi hlavní omezení patří: nedostatek vývoje statistických kritérií v rámci, velké požadavky na databázi, potíže s aplikací chemických směsí a interpretace dat mohou být laboratorně náročné (Chapman 1989).[4] SQT zjevně nezohledňuje biologickou dostupnost komplexovaných kontaminantů nebo kontaminantů spojených se sedimentem (FDEP 1994).[9] Nakonec je obtížné převést výsledky laboratorní toxicity na biologické účinky pozorované v terénu (Kamlet 1989).[10]

Reference

  1. ^ A b C d E F [Chapman PM. 1990. Přístup triády kvality sedimentu ke stanovení degradace vyvolané znečištěním. The Science of the Total Environment 97/98: 815–825.]
  2. ^ A b C d E F G h i [Chapman PM a kol. 1997. Obecné pokyny pro používání triády kvality sedimentu. Bulletin o znečištění moří 34 (6): 368–372.]
  3. ^ [Chapman PM, Dexter RN, Cross SF, Mitchell DG. 1986. Polní pokus triády kvality sedimentu v zálivu San Francisco. NOAA Tech. Memo. NOS OMA 25, 127 stran.]
  4. ^ A b [Chapman PM, 1989. Současné přístupy k vývoji kritérií kvality sedimentu. Environ. Toxicol. Chem., 8: 589–599.]
  5. ^ A b C d [Bay SM, Weisberg SB. 2012. Rámec pro interpretaci údajů o triádě kvality sedimentu. Integrované posuzování a řízení životního prostředí 8 (4): 589–596.]
  6. ^ A b [Agentura na ochranu životního prostředí USA. 1994. ARCS Assessment Guidance Document. EPA 905-B94-002. Chicago, Ill.: Národní programová kancelář Velkých jezer.]
  7. ^ A b [Chapman PM, McDonald BG. 2005. Využití triády kvality sedimentu (Sqt) při hodnocení ekologických rizik. Vyšetřování toxicity ve sladké vodě v malém měřítku 2: 308–329.]
  8. ^ [Washingtonské ekologické oddělení. 2013. Standardy pro správu sedimentů. WAC 173–204. Olympia, WA: Toxics Cleanup Program.]
  9. ^ [Florida ministerstvo pro ochranu životního prostředí. 1994. Přístup k hodnocení kvality sedimentů v pobřežních vodách Floridy. Svazek 1 - Vývoj a hodnocení pokynů pro hodnocení kvality sedimentu. Tallahassee, FL: Úřad pro vodní politiku.]
  10. ^ [Kamlet KS. 1989. Kontaminované mořské sedimenty: hodnocení a sanace. Washington (DC): Press National Academy]