Analiza geostatystyczna toksyczności osadów
Transkrypt
Analiza geostatystyczna toksyczności osadów
ANALIZAGEOSTATYSTYCZNATOKSYCZNOŚCIOSADÓWDENNYCHZATOKIGDAŃSKIEj MariaSkauradszun promotor:Prof.UG,drhab.JacekUrbański WPROWADZENIE Osadydenneodgrywająbardzoważ nąrolęwekosystemachś rodowiskwodnych.Stanowią miejsceż yciawieluorganizmó w,uczestnicząwprocesiecyrkulacjipierwiastkó w,aletakż e kumulujązanieczyszczeniapochodzącezeź ró dełantropogenicznych.Wosadachdennych zachodząliczneprocesybiogeochemiczne,wwynikuktó rychpowstawać mogąnowezwiązki, bardziejlubmniejtoksyczne.Wieluznichnadalniejesteś mywstanieidenty ikować . Tradycyjnepodejś ciedooszacowania jakoś ciosadó wdennych,oparte naanalizachinstrumentalnych wybranychsubstancji chemicznych,moż ebyć niewystarczające.Pomiar toksycznoś cijestogó lną ocenądziałaniawszystkich substancjiobecnych wosadachdennych naorganizmy.Uzupełnia więcchemiczneanalizy poszczegó lnychsubstancji omiaręichpołączonego działanianaorganizmy. IEKSPLORACYJNAANALIZADANYCH-cd. IIINTERPOLACJADANYCH-cd. Wartoś ciodstającelokalnie wystąpiływdwó chmiejscach: napołudniuodCyplaHelskiego Normal QQPlot Transformation:w Log orazwmiejscustykupiaskó zosadamimulistymi(szarepola namapieVoronoi).Obapunkty wykazująspecy iczne,odmienne właś ciwoś ci,wynikającezich lokalizacji,dlategowdalszych analizachichniepominięto. MIN MAX MEAN STD Ztechnikstochastycznychuż ytokriginguzwyczajnego, IDW Layer 0.0303 99.8522 12.0574 15.0962 0.2239 79.3272 11.6903 14.5676 polecanegodobadań ś rodowiskowych,gdyż zakłada, LPI RBF -15.4989 107.6362 11.0619 16.5728 ż elokalneś redniemogąró ż nić sięodś redniejpopulacj. Kriging-default -4.757 102.748 11.1607 15.3697 Kriging-moreneighbors -0.684 100.4033 11.305 13.559 Wprzypadkuzastosowaniaustawień standardowych Kriging-trendremoval -2.348 99.8792 12.0998 15.3655 -1.8717 99.1934 12.4259 15.0462 programuuzyskanyś rednibłądinterpolacjibyłpodobnej Cokriging wielkoś cijakzastosowanychwcześ niejmetoddeterministycznych(RBF).Zwiększenieliczby „sąsiadó w”orazusunięcietrenduniepozwoliłonauzyskanieniż szegobłęduś redniego(kolejno: 0.59i0.57).Najniż szybłądinterpolacji(0.01)uzyskanopoprzezzastosowaniecokriginu idołączeniedoobliczeń danychoprocentowejzawartoś cimateriiorganicznejwosadzie (wspó łczynnikkorelacjizezmiennąparametrutoksycznoś ciwynosił0.94). Voronoi Map Type: Cluster 4.61 2.9 1.2 -0.51 -2.21 -3.91 -2.66 -2.13 -1.06 -0.53 0 0.53 1.06 1.6 2.13 2.66 IIIMAPYPRAWDOPODOBIEŃSTWA IIINTERPOLACJADANYCH Mapyprawdopodobień stwaikwantyliwykonanozzastosowaniemcokrigingu.Osadytoksyczne ibardzotoksycznewystępujązprawdopodobień stwemwiększymniż 60%wś rodkowejczęś ci ZatokiGdań skiejiGłębiGdań skiej.Wykonanamapakwantylipokazujewartoś citoksycznoś ci osadó wdennych,któ rezprawdopodobień stwem95%występująwbadanymrejonie. METODYKA Materiałemdobadań byłpowierzchniowyosaddenny.Toksycznoś ćmierzonotestem Microtox,któ rywykorzystujemorskiebakteriebioluminescyjneVibrio ischeri.Substancje niebezpiecznewpró bcepowodujązmniejszenieichś wieceniaproporcjonalniedostopnia toksycznoś cibadanejpró bki.Wery ikacjimetodydokonywano naroztworzesiarczanucynkuVI,wedługproceduryreferencyjnej. Wynikianalizwyraż onojakoEC50–procentowestęż eniepró bki powodujące50%spadekluminescencji.Doocenystanuś rodowiska stosujesięskalęKwanaiDutkę,dlaktó rejosadtoksycznywykazuje wartoś ćEC50poniż ej2%,aosadbardzotoksycznyponiż ej1%. Analizęgeostatystycznąprzeprowadzonozuż yciemprogramuArcGIS(Esri)zrozszerzeniem GeostatiticalAnalyst.Wykonanoeksploracyjnąanalizadanych(rozkładdanych,trend,mapy Voronoi).Interpolacjędanychprzeprowadzonozzastosowaniemmetoddeterministycznych (metodaodwrotnychodległoś ci,lokalnychwielomianó worazradialnychfunkcjibazowych) jakistochastycznych(krigingzwyczajny:zustawieniamistandardowymi,zwiększeniem liczby„sąsiadó w”,usunięciemtrenduicokriging).Dodatkowązmiennąuż ytądocokrigingu byłazawartoś ćmateriiorganicznejwosadzie.Wykonanomapyprawdopodobień stwa wystąpieniaosadutoksycznego.Walidacjainterpolacjipolegałanawydzieleniuzezbioru danychlosowejgrupy(20%),przeprowadzeniuanaliznapozostałejczęś cizmiennych,oraz okreś leniuś redniegobłęduanalizynapodstawiewydzielonegopodzbioru. Zzastosowanychtechnikdeterministycznych, najniż szybłądinterpolacjiwykazałametoda radialnychfunkcjibazowych(RBF).Metodata jestzbliż onadometodyodwrotnychodległoś ci (IDW)jednakwartoś ciprzewidywanemogą wniejprzekraczać lokalnemaksimaiminima. InterpolacjemetodamiIDWorazlokalnych wielomianó w(LPI)wykazałyzbliż onyś redni błąd(kolejno:2.75oraz2.50). WYNIKI IEKSPLORACYJNAANALIZADANYCH WNIOSKI 1.Przeprowadzoneanalizygeostatystycznepozwoliłynawskazaniecokrigingu,jakonajlepszej metodyinterpolacjizmiennychś rodowiskowych,któ rewykazująsilnąkorelacjęzparametrem pomocniczym(ś rednibłądinterpolacji:0.01%). 2.Metodyinterpolacjiopartenajednymparametrze(EC50)dałyprzybliż onyś rednibłądanalizy (0.19-0.50%),któ rydlawieluinterpretacjiś rodowiskowychmoż ebyć zadowalający. 3.Toksycznoś ćosadó wdennychBasenuGdań skiegowykazujewzrostwrazzoddalaniemsięod liniibrzegowejizbliż aniemdogłębszychregionó w. 4.ToksyczneosadywystępująwrejonachGłębiGdań skiejorazczęś ciś rodkowejZatokiGdań skiej, (P>80%). Literatura: Normal QQPlot Transformation: Log Dataset 4.61 2.9 1.2 -0.51 -2.21 -3.91 -2.66 -2.13 -1.6 -1.06 -0.53 0 Standard Normal Value Dataset : tox Attribute: EC50 0.53 1.06 1.6 2.13 2.66 Eksploracyjnaanalizadanychwykazała log-normalnyrozkładbadanejzmiennej orazwystąpieniedwó chtrendó w: zpołudniowegozachodunapó łnocny wschó dorazzpó łnocnegozachodu napołudniowywschó d.X-kształtny charaktertrendumoż ewynikać zaró wno zezmiangłębokoś cijakiwystąpienia barierywpostacipó łwyspuHelskiego. Pracadyplomowazrealizowananastudiachpodyplomowych „Geogra iczneSystemyInformacyjne–GIS”(edycja2012/13)–CentrumGISWydziałuOiG,UniwersytetGdański BodnarL.,2010.TheuseofArcGISGestatisticalAnalystExploratorySpatialDataAnalysisandanintegrated regionalizationofColoradoprecipitationandelevationdata.TexasA&MUniversity. HartlM.G.J.,vanPeltF.N.A.M.,2005.Developmentandapplicationofsedimenttoxicitytestsforregulatory purposes.WaterEncyclopedia.ISBN0-471-44164-3. JohansonK.,verHoefJ.M.,KrivoruchkoK.,2003.ArcGIS9.UsingArcGISGeostatisticalAnalyst.ESRI. KarickhoffS.W.,BrownD.S.,ScottT.A.,1979.Sorptionofhydrophobicpollutantsannaturalsorbents. WaterResearchVol.13,241-248. McGrathD.,ZhangCh.,CartonO.T.,2004.Geostatisticalanalysesandhazardassessmentonsoillead inSilverminesarea,Ireland.EnvironmentalPollution127,239-248. SahebjalalE.,2012.ApplicationofGeostatisticalAnalysisforEvaluatingVariationinGroundwater Characteristics.WorldAppliedSciencesJournal18(1),135-141. UrbańskiJ.,2012.GISwbadaniachprzyrodniczych.WydawnictwoUniwersytetuGdań skiego. Wersjaelektroniczna