Триада качества осадков

В водной токсикологии подход триады качества отложений (SQT) использовался в качестве инструмента оценки степени деградации отложений в результате загрязнения водной среды, высвобождаемого в результате деятельности человека (Chapman, 1990). Эта оценка сосредоточена на трех основных компонентах: 1.) химия отложений, 2.) испытания на токсичность отложений с использованием водных организмов и 3.) воздействие полевых условий на донные организмы (Chapman, 1990). Комбинация трех доказательств , часто используемая при оценке риска, может привести к всестороннему пониманию возможных последствий для водного сообщества (Chapman, 1997). Хотя подход SQT не обеспечивает причинно-следственной связи, связывающей концентрации отдельных химических веществ с неблагоприятными биологическими эффектами, он все же обеспечивает оценку качества отложений, обычно используемую для количественного объяснения характеристик отложений. Информация, предоставляемая каждой частью SQT, уникальна и дополняет друг друга, и комбинация этих частей необходима, поскольку ни одна характеристика не дает исчерпывающей информации о конкретном сайте (Chapman, 1997).

Компоненты

Химия осадков

Химический состав осадков дает информацию о загрязнении, однако не дает информации о биологических эффектах (Chapman, 1990). Химический состав отложений используется в качестве инструмента проверки для определения загрязняющих веществ, которые с наибольшей вероятностью будут разрушительными для организмов, присутствующих в бентическом сообществе на конкретном участке. Во время анализа данные о химическом составе отложений не зависят строго от сравнения с рекомендациями по качеству отложений при использовании триадного подхода. Вместо этого данные о химическом составе отложений, собранные для конкретного участка, сравниваются с наиболее значимыми ориентировочными значениями, основанными на характеристиках участка, чтобы оценить, какие химические вещества вызывают наибольшую озабоченность. Этот метод используется потому, что ни один набор данных не подходит для всех ситуаций. Это позволяет выявить вызывающие обеспокоенность химические вещества, содержание которых чаще всего превышает нормативы, основанные на воздействии. После определения химического состава отложений и выявления наиболее опасных загрязняющих веществ проводятся испытания на токсичность, чтобы связать концентрации в окружающей среде с потенциальными неблагоприятными последствиями.

Токсичность осадков

Токсичность осадков оценивают на основе биоанализа . Используются стандартные биоанализы на токсичность, которые не ограничиваются организмом (Chapman, 1997). При выборе тестовых организмов необходимо учитывать различия в механизмах воздействия и физиологии организма, и вы должны быть в состоянии адекватно обосновать использование этого организма. Эти биоанализы оценивают эффекты, основанные на различных токсикологических конечных точках. Испытания на токсичность проводятся в отношении вызывающих озабоченность химических веществ в экологически значимых концентрациях, определенных в рамках триадного подхода, посвященного химии отложений. Чепмен (1990) перечисляет обычно используемые конечные точки, которые включают летальные конечные точки, такие как смертность, и сублетальные конечные точки, такие как рост, поведение, размножение, цитотоксичность и, необязательно, биоаккумуляция . Часто пилотные исследования используются для оказания помощи в выборе подходящего тестируемого организма и конечных точек. Рекомендуется использовать несколько конечных точек, и каждая из выбранных конечных точек должна адекватно дополнять друг друга (Chapman, 1997). Эффекты оцениваются с использованием статистических методов, которые позволяют различать ответы, значительно отличающиеся от отрицательного контроля. Если собрано достаточно данных, минимальные значимые различия (MSD) рассчитываются с использованием анализа мощности и применяются к тестам на токсичность, чтобы определить разницу между статистической разницей и экологической значимостью.

Функция триадного подхода, касающаяся токсичности, состоит в том, чтобы позволить вам оценить последствия в полевых условиях. В то время как лабораторные эксперименты упрощают сложную и динамичную среду, результаты токсичности открывают возможность экстраполяции на местах. Это создает связь воздействия и эффекта и позволяет определить взаимосвязь воздействия и реакции. В сочетании с двумя другими компонентами Триады качества осадков он обеспечивает целостное понимание причины и следствия.

Полевые воздействия на донные организмы

Анализ полевых воздействий на бентосные организмы направлен на оценку возможности воздействия на сообщества в результате выявленных загрязнителей. Это делается потому, что бентосные организмы сидячие и зависят от местоположения, что позволяет использовать их в качестве точных маркеров воздействия загрязнения (Chapman, 1990). Это делается путем проведения полевых испытаний, в ходе которых анализируются изменения в структурах донных сообществ с упором на изменения количества видов, численности и процентного содержания основных таксономических групп (Chapman, 1997). Изменения в донных сообществах обычно оцениваются количественно с использованием анализа и классификации главных компонентов (Chapman, 1997). Не существует какого-то конкретного метода проведения таких полевых оценок, однако различные многомерные анализы обычно дают результаты, определяющие взаимосвязи между переменными, когда существует надежная корреляция.

Знание экосистемы конкретного участка и экологической роли доминирующих видов в этой экосистеме имеет решающее значение для получения биологических доказательств изменений в донных сообществах в результате воздействия загрязнителей. Когда это возможно, рекомендуется наблюдать за изменениями в структуре сообщества, которые непосредственно связаны с тестируемыми видами, используемыми в рамках триадного подхода, посвященного токсичности отложений, чтобы получить наиболее надежные доказательства.

Биоаккумуляция

Биоаккумуляцию следует учитывать при использовании триадного подхода в зависимости от целей исследования. При подготовке к измерению биоаккумуляции необходимо указать, будет ли тест служить для оценки вторичного отравления или биомагнификации (Chapman, 1997). Анализ биоаккумуляции следует проводить соответствующим образом с учетом вызывающих беспокойство загрязнителей (например, металлы не подвергаются биоусилению). Это можно сделать с помощью организмов, собранных в полевых условиях, в клетках или организмов, подвергшихся воздействию в лаборатории (Chapman, 1997). Хотя часть биоаккумуляции рекомендуется, она не является обязательной. Тем не менее, он играет важную роль в количественной оценке последствий трофического переноса загрязняющих веществ при употреблении в пищу зараженной добычи.

Деградация, вызванная загрязнением

конкретного участка, Деградация, вызванная загрязнением измеряется посредством комбинации трех частей триады качества отложений. Количественно сравниваются химический состав отложений, токсичность отложений и воздействие полей на донные организмы. Данные наиболее полезны, когда они нормализованы к значениям эталонного участка путем преобразования их в значения отношения к ссылке (Chapman et al. 1986; Chapman 1989). Эталонным участком выбирается участок с наименьшим загрязнением по сравнению с другими участками, где были отобраны пробы. После нормализации данные между частями триады можно сравнивать даже при наличии больших различий в измерениях или единицах измерения (Chapman, 1990). На основе комбинации результатов каждой части триады разрабатывается многомерная цифра, которая используется для определения уровня деградации.

Методы и интерпретация

Ни один метод не может оценить влияние деградации отложений, вызванной загрязнением, на водные сообщества. Методы каждого компонента триады следует выбирать с точки зрения их эффективности и актуальности для лабораторных и полевых испытаний. Применение SQT обычно зависит от местоположения и может использоваться для сравнения различий в качестве отложений во времени или между регионами (Chapman, 1997).

Несколько линий доказательств

SQT включает три линии доказательств (LOE) для обеспечения прямой оценки качества отложений. Химический состав, токсичность и бентосные компоненты триады обеспечивают LOE, который затем включается в вес доказательств.

Критерии

Чтобы претендовать на оценку SQT, химические измерения, токсичность и измерения на месте должны быть собраны синоптически с использованием стандартизированных методов качества отложений. Контрольный образец необходим для оценки воздействия загрязненных территорий. Соответствующим эталоном является вся проба отложений (частицы и связанная с ними поровая вода), собранная вблизи проблемной зоны и репрезентативная для фоновых условий при отсутствии загрязняющих веществ. Для того чтобы определить участок как подвергшийся химическому воздействию, необходимы доказательства воздействия загрязняющих веществ и их биологического воздействия.

Рамки

Химический компонент включает в себя как биодоступность , так и потенциальное воздействие на донные сообщества. Потенциальная токсичность отложений для данного участка основана на модели линейной регрессии (LRM). Индекс химического балла (CSI) загрязнителя описывает величину воздействия относительно нарушения бентического сообщества. Оптимальный набор пороговых значений для конкретного индекса выбирается для химического компонента путем статистического сравнения нескольких кандидатов, чтобы оценить, какой из наборов продемонстрировал наибольшее общее согласие (Bay and Weisberg, 2012). Степень токсичности отложений определяется с помощью многочисленных тестов на токсичность, проводимых в лаборатории в дополнение к химическому компоненту. LOE токсичности определяется средним значением категории токсичности по результатам всех соответствующих испытаний. Разработка LOE для донного компонента основана на показателях сообщества и численности. Несколько индексов, таких как индекс реакции бентоса (BRI), целостность бентоса (IBI) и относительный биотический индекс (RBI), используются для оценки биологической реакции бентического сообщества. Медианная оценка всех отдельных индексов будет определять бентический LOE.

Каждому компоненту триады присваивается категория реагирования: минимальное, низкое, умеренное или высокое нарушение относительно фоновых условий. Отдельные LOE ранжируются по категориям путем сравнения результатов испытаний каждого компонента с установленными пороговыми значениями (Bay and Weisberg, 2012). Интеграция бентоса и токсичности LOE классифицирует тяжесть и последствия загрязнения. LOE химии и токсичности объединены, чтобы определить потенциал химически опосредованных эффектов.

Объекту присваивается категория воздействия путем объединения серьезности воздействия и потенциального химического воздействия. Условиям отдельных объектов, вызывающих обеспокоенность, присвоена категория воздействия от 1 до 5 (где 1 означает отсутствие воздействия, а 5 — явное воздействие загрязнения). Триада SQT также может классифицировать воздействие как неубедительное в случаях, когда LOE между компонентами расходится или требуется дополнительная информация (Bay and Weisberg, 2012).

Трехосные графики

Измерения SQT масштабируются пропорционально относительному воздействию и визуально представляются на трехосных графиках. Оценку целостности отложений и взаимоотношений между компонентами можно определить по размеру и морфологии треугольника. Величина треугольника указывает на относительное воздействие загрязнения. Равносторонние треугольники подразумевают согласие между компонентами. (USEPA, 1994 г.)

Оценка

Преимущества триадного подхода

Подход SQT получил высокую оценку по ряду причин как метод характеристики условий отложений. Учитывая глубину предоставляемой информации и инклюзивный характер, она очень эффективна с точки зрения затрат. Его можно применять ко всем классификациям отложений и даже адаптировать к оценкам толщи почвы и воды (Чепмен и Макдональд, 2005 г.). Можно использовать матрицу решений , позволяющую анализировать все три меры одновременно и делать выводы о возможных экологических последствиях (USEPA 1994).

Другие преимущества SQT включают информацию о потенциальном эффекте биоаккумуляции и биомагнификации загрязняющих веществ, а также гибкость его применения, обусловленную его дизайном как основой, а не формулой или стандартным методом. Используя множество доказательств, существует множество способов манипулировать и интерпретировать данные SQT (Bay and Weisberg 2012). Он был принят в международном масштабе как наиболее комплексный подход к оценке отложений (Чепмен и Макдональд, 2005). Подход SQT к тестированию отложений использовался в Северной Америке, Европе, Австралии, Южной Америке и Антарктике.

Применение к стандартам управления отложениями

Согласно рекомендациям Агентства по охране окружающей среды Национальной системы ликвидации выбросов загрязняющих веществ (NPDES), точечные и неточечные сбросы могут отрицательно повлиять на качество отложений. В соответствии с критериями государственного регулирования для оценки соответствия может потребоваться информация о точечных и неточечных источниках загрязнения и его влиянии на качество отложений. Например, Стандарты управления отложениями штата Вашингтон, Часть IV, предписывают стандарты контроля отложений, которые позволяют устанавливать требования к мониторингу сбросов отложений, а также критерии создания и поддержания зон воздействия отложений (WADOE 2013). В этом случае SQT может быть особенно полезен, если одновременно проводить несколько соответствующих анализов.

Ограничения и критика

Несмотря на многочисленные преимущества использования подхода SQT, были выявлены и недостатки его использования. К основным ограничениям относятся: отсутствие разработки статистических критериев в рамках этой системы, большие требования к базе данных, трудности с применением химических смесей, а интерпретация данных может быть трудоемкой в ​​лабораторных условиях (Chapman 1989). SQT явно не учитывает биодоступность комплексных или связанных с отложениями загрязнителей (FDEP 1994). Наконец, трудно перевести лабораторные результаты токсичности в биологические эффекты, наблюдаемые в полевых условиях (Kamlet 1989).