Ajuste do modelo aditivo generalizado e identificação de padrão espacial em dados geoquímicos do município de Madre de Deus

Abstract

Esta pesquisa teve por objetivo analisar e modelar o comportamento de parâmetros de geoquímica inorgânica em solos e sedimentos na área litorânea da Baía de Todos os Santos (BTS), Bahia, especificamente no município de Madre de Deus. Visou, também, estudar a amostragem espacial em Geoquímica. Os métodos geoestatísticos unem aspectos espaciais com aspectos aleatórios de dados. Esses métodos baseiam-se na teoria das variáveis regionalizadas a partir da qual é possível estudar a estrutura espacial possibilitando calcular o erro cometido na avaliação, levando em conta a posição real das amostras. Inicialmente, para maior conhecimentodo material bibliográfico sobre o tema, foi realizado um estudo sobre o mapeamento científico relacionado com pesquisas publicadas em periódicos indexados no Scopus,pertinentesàamostragem espacial para observação da evolução das formas de abordagem. As análises realizadas foram através do software R com o pacote/ferramenta bibliometrix. Constatou-se um aumento no número de artigos publicados ao longo dos anos avaliados (2007 a 2017); os Estados Unidos da América e a China são os países com maior número de publicações sobre o tema. As palavras-chave mais frequentes nos resumos dos artigos e nos títulos foram mapeadas, mostrando o aumento da utilização, na área de geociências, de ferramentas estatísticas cada vez mais sofisticadas nas soluções de problemas. Em seguidafoi construído um modelo de regressão linear utilizando o GAMLSS para compreender a influência dos parâmetros físicos e químicos no índice de partição reduzida (IR)das frações geoquímicas de apicuns em Madre de Deus. O IR descreve quantitativamente a distribuição do metal nas frações em um intervalo entre 0 a 1, e foi aplicado em 14 amostras de sedimentos. Obteve-se as concentrações dos metais Cu, Cr e Ni em cada fração geoquímica (trocável, ligada a carbonatos, ligada à matéria orgânica, ligada a óxidos-hidróxidos de Fe e Mn, e na forma residual) e calculou-se o IR para cada metal analisado. Para modelar o comportamento de parâmetros físico e químicos (pH, Eh, salinidade, granulometria, matéria orgânica - MO, capacidade de troca catiônica (CTC), nitrogênio total (N) e fósforo assimilável (P)), foram construídos modelos considerando o IR como variável de interesse e os referidos parâmetros como o conjunto de variáveis explicativas. As variáveis pH, Eh e areia influenciaram a distribuição dos metais. A influência da salinidade foi constatada somente para o Cu e Ni, e não para o Cr.Os modelos GAMLSS produziram resultados coerentes para o apicum que apresenta elevada dispersão nos dados, demonstrando que modelos de regressão mais sofisticados podem ser utilizados na modelagem de dados ambientais. Por último, realizou-se um estudo para identificar a existência de padrão espacial dos parâmetros geoquímicos inorgânicos e demetais em solos e sedimentos em Madre de Deus por meio de técnicas geoestatísticas e da análise multivariada (Análise Fatorial Exploratória). Inicialmente foi feita análise fatorial robusta que gerou quatro fatores que representaram, juntos, 81,6% da variação total dos dados. Os dados não apresentaram o pressuposto dedistribuição normal e não foi possível fazer o variograma para verificar a existência de padrão espacial, optando-se pelo teste de aleatorização de Mantel. De acordo com esse teste, metais, parâmetros físicos e químicos apresentam padrão espacial não aleatório, indicando que essas quantidades/concentrações são autocorrelacionadas espacialmente.

The objective of this research was to analyze and model the behavior of inorganic geochemistry parameters in soils and sediments in the Bay of All Saints (BTS), Bahia,specifically in the municipality of Madre de Deus. It also aimed to deal with spatial sampling in Geochemistry. Geostatistical methods link spatial aspects with random aspects of data. These methods are based on the theory of regionalized variables from which it is possible to study the spatial structure, making it possible to calculate the error made in the evaluation, taking into account the actual position of the samples. Initially, for a better knowledge of the bibliographic material on the subject, a study was carried out on the scientific mapping related to research published in periodicals indexed in Scopus, pertinent to the spatial sampling to observe the evolution of the forms of approach. The analyzes were performed through software R with the bibliometrix package / tool. There was an increase in the number of articles published over the evaluated years (2007 to 2017); the United States of America and China are the countries with the largest number of publications on the subject. The most frequent keywords in the article summaries and in the titles were mapped, showing the increasing use in the area of geosciences of increasingly sophisticated statistical tools in problem solutions. A linear regression model was then constructed using the GAMLSS to understand the influence of physical and chemical parameters on the reduced partition index (IR) of apicuns geochemical fractions in Madre de Deus. IR quantitatively describes the distribution of the metal in the fractions in a range of 0 to 1, and was applied to 14 sediment samples. Concentrations of Cu, Cr and Ni metals were obtained in each geochemical fraction (exchangeable, bound to carbonates, bound to organic matter, bound to Fe and Mn oxideshydroxides, and in residual form) and IR was calculated for each metal analyzed. To model the behavior of physical and chemical parameters (pH, Eh, salinity, granulometry, organic matter - OM, cation exchange capacity (CTC), total nitrogen (N) and assimilable phosphorus (P)), as variable of interest and said parameters as the set of explanatory variables. The pH, Eh and sand variables influenced the distribution of metals. The influence of salinity was verified only for Cu and Ni, and not for Cr. The GAMLSS models have produced consistent results for apicum that show high dispersion in the data, demonstrating that more sophisticated regression models can be used in the modeling of environmental data. Finally, a study was carried out to identify the existence of a spatial pattern of inorganic and metal geochemical parameters in soils and sediments in Madre de Deus using geostatistical techniques and multivariate analysis (Exploratory Factor Analysis). Initially, a robust factor analysis was performed, which generated four factors that together represented 81.6% of the total data variation. The data did not present normal distribution and it was not possible to make the variogram to verify the existence of spatial pattern, choosing the Mantel randomization test. According to this test, metals, physical and chemical parameters have a spatial pattern,indicating that these quantities / concentrations are spatially autocorrelated.