3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.3. Suda ve Sedimetteki Diğer Fiziksel ve Kimyasal Parametrelerin
3. 3. Suda ve Sedimetteki Diğer Fiziksel ve Kimyasal Parametrelerin Analizi
daha önceden Bursa Şehri’nde atmosferde ölçülmüş ağır metal ve iz elementlerin akı değerleri ile Uluabat Gölü yüzey alanı çarpılarak belirlenmiştir.
3. 3. 2. Sedimentte Ölçülen Fiziksel ve Kimyasal Parametrelerin Analizi
Sediment numuneleri göl içindeki 8 istasyondan olmak üzere 10 cm’lik üst tabakadan ekman sediment örnekleyicisi ile alındıktan sonra sıcaklığı ölçülüp, plastik kaplarla laboratuara getirilmiştir. Örnekler 2 mm’lik elekten elenerek ölçüme hazır hale getirildikten sonra, NH4-N, NO3-N, Kacar’ın (1994) bildirdiği gibi potasyum klorür (KCL) ekstraksiyonu ve ardından buhar destilasyonu ile, TN (Toplam Azot) ise standart metotlarda bildirilen nitrik asit, sülfirik asit karışımında yaş yakma yapılarak ekstrakte edilmiş ve ardından buhar destilasyonu ile ölçüm yapılmıştır (Bremner and Mulvaney 1982), Orto Fosfat (PO4-P) Kacar’ın (1994) bildirdiği gibi sodyum bikarbonat yöntemi ile ekstrakte edilen numuneler, Standart Metotlar’da belirtilen askorbik asit yöntemi gereğince 880 nm dalga boyunda spektrofotometrede, Toplam Fosfor (TP), Standart Metotlara göre asit ekstraksiyonu ve arkasından askorbik asit yöntemi ile ölçülmüştür (APHA 1998). pH ve iletkenlik 1/5 sediment örneği tartılarak (10 g sediment örneği 50 ml deiyonize su ile karıştırılır) 30 dakika çalkalanıp, pH ve elektriksel iletkenlik probları ile ölçülmüştür (Radojevic ve Bashkin 1999). % Organik madde, sabit tartıma getirilmiş sediment örneğinin 500 0C’de en 4 saat tutulması sonucunda meydana gelen ağırlık farkından belirlenmiştir (Radojevic ve Bashkin 1999). % CaCO3 Scheibler kalsimetresi ile (Nelson 1982), sediment örneğinin kum, silt ve kil fraksiyonları Bouyoucos (1951) tarafından bildirildiği şekilde hidrometre yöntemine göre belirlenip, tekstür sınıfları Soil Survey Manual (Soil Survey Staff 1962)’e göre saptanmıştır ve son olarak % TC ve % TN , Thermo Marka N-C toprak analiz cihazının Flashea 1112 serisi kullanılarak belirlenmiştir (Volkenborn 2007).
3. 4. Veri Değerlendirme Yöntemleri
3. 4. 1. Coğrafik Bilgi Sistemi Đle Su ve Sediment Kalitesi Parametrelerinin Haritalandırılması
Konsantrasyonları belirlenen ağır metal ve diğer su ve sediment kalitesi parametrelerinin göldeki kirlilik dağılım haritaları ArcGIS 9.3 programının konumsal (uzaysal) analizler modülünün sürekli yüzeyler oluşturma aracının sunduğu IDW
modeli yardımıyla coğrafik konumları baz alınarak oluşturulan vektörel nokta verisinin öznitelik tablolarına girilen ağır metal ve su kalitesi parametreleri kullanılarak hazırlanmıştır.
Söz konusu parametrelerin coğrafik dağılım haritalarının CBS ortamında oluşturulmasında daha önceki DSĐ ölçüm ve gözlem haritaları 1984, 1993, 1998, 2001 yıllarına ait sayısal uydu görüntüleri (Landsat TM5-7 uydu verileri) ve gölde yürütülen ön çalışmalar sonucu göl içerisinde 8 adet ve gölle bağlantılı ana kirletici kaynakları 5 ve göl çıkışı olmak üzere belirlenen 14 adet noktadan alınan örneklerde yapılan analiz sonuçları kullanılmıştır. Uluabat Gölü’nün sığ bir göl oluşu, özellikle yaz aylarında sürekli olarak öğleden sonraları esen ve su ve sediment örnekleri alımını imkansızlaştıran rüzgar varlığı gölde hızlı hareket edilmesini engelleyen balık ağları ve düşük hızlı balıkçı motorları nedeniyle su ve sediment örneklerinin alındığı istasyon sayıları güvenlik sorunları yaratan koşulları nedeniyle coğrafik dağılım haritalarının oluşturulması amacını karşılayacak ve göl bütününü temsil edecek biçimde sınırlı tutulmuştur. Coğrafik dağılım haritalarının oluşturulmasında seçilen noktaların belirlenen ve küresel konum belirleme aletine de yüklenen coğrafik koordinatları temel alınarak oluşturulan noktasal vektör haritaları ile bu noktalardan alınan su ve sediment analiz sonuçlarının kaydedildiği öznitelik tablolarından yararlanılmıştır. Öz nitelik tablolarına girilen su ve sediment sonuçlarına ait dağılım haritalarının (yüzey haritalarının) oluşturulmasında IDW (tersinir ağırlıklı mesafe) metodu kullanılmıştır.
Söz konusu yöntemde noktaların bilinen değerleri yardımıyla bilinmeyen noktaların değerlerinin hesaplanmasında değeri bilinen noktalara olan mesafelerin (yakınlığına ve uzaklığına) bir fonksiyonu olarak oluşturulmuş matematiksel model kullanılmakta ve böylece bilinmeyen ara değerler hesaplanarak yüzey haritaları oluşturulmaktadır.
Ayrıca, noktaların değerlerinin hesaplanmasında kullanılan matematiksel modelde nokta değerlerine farklı ağırlıklar tanımlanacağı gibi en çok kullanıldığı biçimiyle değeri bilinmeyen noktaların değerinin bilinmesinde kendisine en yakın değeri bilinen noktanın daha etkili olduğu 2 ve daha yüksek ağırlık değerleri seçilebilmektedir.
Söz konusu metodolojinin ArcGIS programının konumsal (uzaysal) modülünün IDW analiz aracının kullanımı sırasında minimum 12 nokta girilmesi istense de IDW metodolojisi daha az nokta sayısı ile de doğruya yakın yüzeyler oluşturulmasına izin vermektedir. Tüm interpolasyonla noktasal verilerden sürekli yüzeyler oluşturulmasında
kullanılan matematiksel modellerde olduğu gibi nokta sayısının fazla olması oluşturulan yüzey haritalarının (dağılım haritalarının) doğruluğunu ve değerler arasındaki geçişlerin doğallığını arttıracağı açıktır. Ancak açıklandığı üzere Uluabat Gölü meteorolojik koşulları su ve sediment örneklerinin alındığı nokta sayılarının minimum düzeyde seçilmelerine neden olmuştur.
Coğrafik dağılım haritalarının oluşturulmasında seçilen noktaların belirlenen ve küresel konum belirleme aletine de yüklenen coğrafik koordinatları temel alınarak oluşturulan noktasal vektör haritası ile bu noktalardan alınan su ve sediment analiz sonuçlarının kaydedildiği öznitelik tablolarından yararlanılmıştır. Öz nitelik tablolarına girilen her bir su ve sediment analiz sonuçlarına ait dağılım haritalarının oluşturulmasında IDW (tersinir ağırlıklı mesafe) metodu kullanılmıştır (Xu ve ark.
2001).
3. 4. 2. Ölçüm Sonuçlarının Đstatistiksel Analizi
Ağır metallerin sudaki konsantrasyonları mg/l, askıda katı maddeye tutunmuş halde bulunan konsantrasyonları mg/kg (kuru ağırlık), sedimentteki konsantrasyonları mg/kg (kuru ağırlık), balık dokularındaki konsantrasyonları mg/kg (ıslak ağırlık) olarak belirlenmiştir.
Ötrofikasyon ile ilgili olan ölçülen besin maddesi parametrelerinin (NH4-N, NO3-N, TN, PO4-P, TP) konsantrasyonları suda mg/l, sedimentte mg/kg olarak belirlenmiştir. Suda ölçülmüş olarak çözünmüş oksijen, BOĐ5, KOĐ, sertlik, alkalinite ve AKM değerleri mg/l olarak, seki derinliği ve su seviyesi m olarak ve suda ve sedimentte ölçülen elektriksel iletkenlik parametresi µs/cm olarak belirlenmiştir. Ayrıca sedimentte ölçülen organik madde, C, N, kil, silt ve mil miktarları % cinsinden belirlenmiştir.
Yapılan tüm istatistiksel hesaplamalarda Minitab 15 istatistik programı kullanılmıştır. Đncelenen tüm parametrelere ait konsantrasyonların yıllık ve mevsimsel olarak ortalama, standart sapma, maksimum ve minimum değerleri hesaplanarak, göldeki konsantrasyonların yüzey ve dip derinliği, aylar ve istasyonlar arasındaki farklılıklarının, balık türleri ve balık dokularındaki ağır metal ve iz element konsantrasyonlarının farklılıklarının önemli olup olmadığı varyans analizi (ANOVA) ile belirlenmiştir. Ayrıca birbirleriyle ilişkili olduğu düşünülen parametreler arasında r
korelasyon katsayısı değerleri hesaplanmıştır. Farklılıkların ve ilişkilerin önemliliği P=0,05’e göre değerlendirilmiştir. Grafiklerin çiziminde SigmaPlot 10.0 kullanılmıştır.
3. 4. 3. Ölçüm Sonuçlarının Literatür Đle Karşılaştırılması
Ağır metaller, iz elementler ve diğer su ve sediment kalitesi parametrelerinin ölçüm sonuçları benzer su kaynaklarında yapılan diğer çalışmalar ve çeşitli su ve sediment kalitesi standartları ve toksik etki sınır değerleri ile karşılaştırılmıştır (Anonim 1982, 1987, 1989 a, 1989 b, 1993, 2000, 2002 a, 2003, 2004, 2005 a, 2005 b, 2006 a, 2006 b, 2006 c, 2006 d, Burton 2002, Nauen 1983).
3. 4. 4. Uluabat Gölü Ötrofikasyon Seviyesinin Belirlenmesi
Trofik seviye indeksi, göllerin mevcut durumunun geçmişteki ile karşılaştırılarak belirlenmesi için oldukça etkili bir yöntemdir. TSI değerleri klorofil-a (µg/l), seki derinliği (m), toplam fosfor (µg/l) ve toplam azot (mg/l) konsantrasyonları kullanılarak hesaplanmaktadır. Belirlenen TSI değerlerinin ortalamaları alınarak bir sonuç TSI değeri bulunmaktadır. Carlson (1977) tarafından bildirildiğine göre TSI formüllerine göre oluşturulan nümerik skalada 0-40 arası oligotrofik, 40-50 arası mezotrofik, 50 ve yukarısı ötrofiktir. Trofik seviyede ara geçişleri de belirleyebilmek için oligomezotrofik seviye (30<TSI<40), mezotrofikten ötrofik seviyeye geçiş (40<TSI<60), ötrofikten hipertrofik seviyeye geçiş (60<TSI<70) ve hipertrofik seviyeler (TSI>70) belirlenmiştir (Coelho ve ark. 2007). Göllerin trofik seviyelerinin hesaplanmasında kullanılan eşitlikler şöyledir:
1. TSI SD= 10*
− 2 ln 6 lnSD
2. TSI CHL= 10*
−
− ln2
ln 68 . 0 04 .
6 2 CHL
3. TSITP = 10*
− ln2 ln 48
6 TP 4. TSITN = 10*
− ln2 47 . ln1
6 TN
Uluabat Gölü’nde bu eşitlikler kullanılarak gölün ötrofik seviyesi belirlenmiştir.
3. 4. 5. Sedimentte ve Askıda Katı Maddede Bulunan Ağır Metal ve Đz Elementlerin Dağılım Katsayıları Đle Karşılaştırılması
Doğal ortamlarda ağır metaller ve bazı iz elementler sudaki ve katı materyallerin yüzeyinde bulunan ve suyla ilişkili olan ligandlarla reaksiyona girmektedirler. Katı matriksine bağlı olan metallerin reaksiyonları sorpsiyon reaksiyonları olarak adlandırılmaktadır. Metal dağılım katsayısı (Kd: sorpsiyon dağılım katsayısı) (3.2) denge halindeki, adsorblanmış metal ve iz element konsantrasyonunun (mg/kg) çözünmüş metal konsantrasyonuna (mg/l) oranıdır.
) / (
) / (
l mg yonu konsantras metal
Çözünmüş
kg mg yonu konsantras metal
n Adsorblana
Kd = (3.2)
Ağır metallerin ve bazı iz elementlerin sedimentteki ve askıda katı maddeye tutunmuş haldeki konsantrasyonlarının suda çözünmüş halde bulunan konsantrasyonlara oranlarının aylara ve istasyonlara göre değişimleri literatürdeki dağılım katsayıları ile karşılaştırılmıştır. Dağılım katsayısından daha büyük olan oranlara sahip metal ve iz elementlerin sedimentte veya askıda katı maddede daha çok adsorblandığını, daha küçük oranlara sahip olanların suya daha çok geçtiğini söylemek mümkündür. Ancak dağılım katsayısından büyük olan ağır metal ve iz elementlerin katı fazda biriktiği ve uygun koşullarda (sıcaklık, pH, redoks potansiyeli vb.) suya geçebileceği söylenebilmektedir. Yapılan çalışmalarda Kd katsayılarının çok büyük sayısal değerlere sahip olması sebebiyle genellikle Log (Kd) değerleri ile karşılaştırılmıştır (Anonim 2005c, Abdallah 2008, Kojima ve ark. 2003, Ciffroy ve ark. 2009, Chetelat ve Gaillardet 2005). Bu nedenle ağır metal ve iz elementler için belirlenen oranların logaritmaları alınarak literatürdeki Log (Kd) değerleri ile karşılaştırılıp, sedimentten ve askıda katı maddeden suya geçen ve geçebilecek olan elementler belirlenmiştir.
3. 4. 6. Su Kolonundan Sedimente Geçen Ağır Metal ve Đz Element Akılarının Belirlenmesi
Göl ortamı bir reaktör olarak kabul ederek Fick Yasası’na göre kütle dengesi (3.3) aşağıdaki gibi yazılabilmektedir (Chapra 1997).
dt JA
V dC =− (3.3) V: hacim, C: konsantrasyon, t: zaman
J: akı, A: iki hacim arasındaki alan
Vs: çökelme hızı
Çökelme hızı, parçacıkların tane büyüklüğüne ve yoğunluklarına bağlı olarak Stokes Yasası’na göre (Taillefert ve Gaillard 2002) aşağıdaki denklem (3.4) ile belirlenebilmektedir:
(3.4)
p:
ρ parçacığın yoğunluğu (g/cm3)
w:
ρ su yoğunluğu (g/cm3) g: yer çekimi sabiti (g/cm2) d: parçacığın çapı (cm) η : suyun viskozitesi(g/cm s)
Uluabat Gölü sedimentine çökelen ağır metal ve iz element miktarlarının mevsimsel ve yıllık ortalama değerleri, su kolonunda mevcut bulunan taneciklerin çapları ve yoğunlukları tahmin edilerek hesaplanan çökelme hızları, AKMTH bulunan konsantrasyonlar ve göl yüzey alanı değerleri ile çarpılarak belirlenmiştir.
C Vs J =
η ρ ρ
18 )
( gd2
Vs p− w
=
3. 4. 7. Balıktaki Transfer Faktörlerinin Belirlenmesi
Göl ekosistemindeki ağır metallerin balıklardaki birikimleri son yıllarda çalışılan bir konudur (Rashed 2001). Su, su bitkileri ve sediment gibi göl ekosisteminden balıklara geçen ağır metallerin balıktaki birikimleri transfer faktörü (3.5) ile tanımlanabilmektedir.
(3.5)
Bu katsayı, ortamdan ağır metallerin alınabilirliğini ve balıkların bünyelerinde birikme oranlarını göstermektedir. Transfer faktörü 1’den büyük olduğu zaman biyoakumülasyon olduğu anlaşılmaktadır. Uluabat Gölü’nde incelenen Cyprinus carpio ve Esox lucius türlerinin bünyelerindeki birikime suda çözünmüş, askıda katı maddelere tutunmuş ve sedimentteki toplam ağır metal ve iz elementlerin etkileri transfer faktörleri hesaplanarak değerlendirilmiştir.