Tarea 2
John Jairo Leal
Análisis de la Capacidad de Captación de CO2 en Plantas
En este estudio se evaluó la capacidad de captar CO2 de una especie de planta perteneciente a la familia de las graminedas, en el ensayo se experimento con 84 individuos, cuarenta y dos de ellas se evaluarón en Quebec y cuarenta y dos en Mississipi, a su vez, en cada sitio se realizó un tratamiento consistente en que veintiuna de las plantas son sometidas a refrigeración (Sometida a frio extremo) y veintiuna fuera de refrigeración (temperatura ambiente):
Cargue de las librerías y de la base de datos
#Cargando Librerías
library(readr)
library(ggplot2)
#Leyendo la base de datos
CO2 <- read_delim("CO2.csv",
delim = "\t", escape_double = FALSE,
trim_ws = TRUE)## Rows: 84 Columns: 5
## ── Column specification ────────────────────────────────────────────────────────
## Delimiter: "\t"
## chr (3): Plant, Type, Treatment
## dbl (2): conc, uptake
##
## ℹ Use `spec()` to retrieve the full column specification for this data.
## ℹ Specify the column types or set `show_col_types = FALSE` to quiet this message.# Vista previa de las primeras filas de los datos
head(CO2)## # A tibble: 6 × 5
## Plant Type Treatment conc uptake
## <chr> <chr> <chr> <dbl> <dbl>
## 1 Qn1 Quebec nonchilled 95 16
## 2 Qn1 Quebec nonchilled 175 30.4
## 3 Qn1 Quebec nonchilled 250 34.8
## 4 Qn1 Quebec nonchilled 350 37.2
## 5 Qn1 Quebec nonchilled 500 35.3
## 6 Qn1 Quebec nonchilled 675 39.2Análisis exploratorio de los datos
A continuación hacemos un análisis inicial de los datos
# Resumen estadístico de los datos
summary(CO2)## Plant Type Treatment conc
## Length:84 Length:84 Length:84 Min. : 95
## Class :character Class :character Class :character 1st Qu.: 175
## Mode :character Mode :character Mode :character Median : 350
## Mean : 435
## 3rd Qu.: 675
## Max. :1000
## uptake
## Min. : 7.70
## 1st Qu.:17.90
## Median :28.30
## Mean :27.21
## 3rd Qu.:37.12
## Max. :45.50# Calcular estadísticas descriptivas
mean(CO2$uptake) # Media de la columna uptake## [1] 27.2131sd(CO2$uptake) # Desviación estándar de la columna uptake## [1] 10.81441Visualzación: Diagrama de dispersión
Visualizamos los datos en un diagrama
# Gráfico de dispersión
ggplot(data = CO2, aes(x = conc, y = uptake, color = Treatment, shape = Type)) +
geom_point(size = 3) +
geom_smooth(method = "lm", se = FALSE, linetype = "dashed", color = "black") +
labs(title = "Concentración vs. Captación de CO2",
x = "Concentración (ppm)",
y = "Captación de CO2 (μmol/m²/s)",
color = "Tratamiento",
shape = "Tipo de Planta") +
theme_minimal() +
theme(plot.title = element_text(hjust = 0.5))## `geom_smooth()` using formula = 'y ~ x'
Otro gráfico, por ubicación y tratamiento
# Gráfico por ubicación y tratamiento
ggplot(data = CO2, aes(x = conc, y = uptake, color = Treatment, shape = Type)) +
geom_point(size = 3) +
geom_smooth(method = "lm", se = FALSE, linetype = "dashed", color = "black") +
labs(title = "Concentración vs. Captación de CO2",
x = "Concentración (ppm)",
y = "Captación de CO2 (μmol/m²/s)",
color = "Tratamiento",
shape = "Tipo de Planta") +
theme_minimal() +
theme(plot.title = element_text(hjust = 0.5)) +
facet_grid(Type ~ Treatment)## `geom_smooth()` using formula = 'y ~ x'
El análisis de la capacidad de captación de CO2 en plantas de la familia de las gramíneas revela diferencias significativas en función de la ubicación (Quebec y Mississippi) y el tratamiento aplicado (chilled y nonchilled). Utilizando gráficos de dispersión, se observa que, en general, las plantas sometidas a temperaturas ambiente (nonchilled) muestran una mayor captación de CO2 en comparación con las plantas sometidas a refrigeración (chilled) en ambas ubicaciones. Además, se destaca que las plantas en Quebec tienen una mayor variabilidad en la captación de CO2 con el aumento de la concentración, especialmente en condiciones no refrigeradas. Los gráficos también indican que las plantas de Mississippi tienen una capacidad de captación de CO2 relativamente menor y menos variable en comparación con las de Quebec, sugiriendo que las condiciones climáticas y de tratamiento influyen notablemente en la eficiencia de la fotosíntesis y la absorción de CO2 en estas plantas.
Las líneas de tendencia añadidas a los gráficos de dispersión, proporcionan una representación visual de la corelación entre la concentración de CO2 y la captación de CO2 para cada grupo de tratamiento y tipo de planta. Estas líneas, calculadas mediante regresión lineal, muestran la dirección y fuerza de la tendencia general en los datos. En nuestro análisis, las líneas de tendencia indican que, en general, a medida que aumenta la concentración de CO2, también lo hace la captación de CO2, aunque con distintas pendientes para los diferentes tratamientos y ubicaciones. Las pendientes más pronunciadas en las plantas no refrigeradas (nonchilled) sugieren una mayor eficiencia en la captación de CO2 en comparación con las plantas refrigeradas (chilled). Esto sugiere que la temperatura ambiente favorece un aumento más significativo en la absorción de CO2 con el incremento de su concentración. Las líneas de tendencia también permiten identificar y comparar cómo cada tratamiento afecta la captación de CO2, proporcionando una visión clara de las diferencias entre los grupos experimentales.
Análisis descriptivo de los datos
library(dplyr)##
## Adjuntando el paquete: 'dplyr'## The following objects are masked from 'package:stats':
##
## filter, lag## The following objects are masked from 'package:base':
##
## intersect, setdiff, setequal, union# Cálculo de estadísticas descriptivas
descriptive_stats <- CO2 %>%
group_by(Type, Treatment) %>%
summarise(
mean_uptake = mean(uptake),
median_uptake = median(uptake),
sd_uptake = sd(uptake),
n = n()
)## `summarise()` has grouped output by 'Type'. You can override using the
## `.groups` argument.print(descriptive_stats)## # A tibble: 4 × 6
## # Groups: Type [2]
## Type Treatment mean_uptake median_uptake sd_uptake n
## <chr> <chr> <dbl> <dbl> <dbl> <int>
## 1 Mississippi chilled 15.8 17.9 4.06 21
## 2 Mississippi nonchilled 26.0 28.1 7.40 21
## 3 Quebec chilled 31.8 35 9.64 21
## 4 Quebec nonchilled 35.3 39.2 9.60 21Los resultados del análisis descriptivo revelan que las plantas de Quebec tienen una mayor capacidad de captación de CO2 en comparación con las plantas de Mississippi, independientemente del tratamiento aplicado. Específicamente, las plantas no refrigeradas en Quebec muestran una media de captación de CO2 de 35.3 μmol/m²/s, mientras que las plantas refrigeradas tienen una media de 31.8 μmol/m²/s. En Mississippi, las plantas no refrigeradas tienen una media de 26.0 μmol/m²/s, en contraste con las plantas refrigeradas que presentan una media de 15.8 μmol/m²/s. Las medianas de captación de CO2 confirman estas observaciones, indicando que las plantas no refrigeradas son más eficientes en la absorción de CO2 en ambas ubicaciones. Además, la variabilidad en la captación de CO2 es mayor en Quebec, reflejada en desviaciones estándar más altas, lo que puede sugerir una mayor heterogeneidad en la respuesta de las plantas a las condiciones ambientales específicas de esta región.
En términos de tratamiento, las plantas no refrigeradas (nonchilled) superan consistentemente a las plantas refrigeradas (chilled) en ambas ubicaciones. La diferencia en la media de captación de CO2 entre plantas no refrigeradas y refrigeradas es significativa, especialmente en Mississippi, donde las plantas no refrigeradas tienen una captación de CO2 promedio considerablemente mayor. Esta diferencia sugiere que la refrigeración reduce la eficiencia de la captación de CO2, posiblemente debido a una disminución en la tasa de fotosíntesis bajo condiciones de frío extremo. La mayor variabilidad observada en la captación de CO2 en Quebec podría ser el resultado de factores ambientales específicos o de diferencias en la respuesta individual de las plantas. En resumen, tanto la ubicación como el tratamiento influyen significativamente en la capacidad de captación de CO2, con las plantas de Quebec y las plantas no refrigeradas mostrando una mayor eficiencia en la absorción de CO2.
Análisis de varianza ANOVA
# ANOVA
anova_result <- aov(uptake ~ Type * Treatment * conc, data = CO2)
summary(anova_result)## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Type 1 3366 3366 100.416 1.52e-15 ***
## Treatment 1 988 988 29.482 6.51e-07 ***
## conc 1 2285 2285 68.177 3.55e-12 ***
## Type:Treatment 1 226 226 6.735 0.0113 *
## Type:conc 1 208 208 6.206 0.0149 *
## Treatment:conc 1 32 32 0.951 0.3326
## Type:Treatment:conc 1 56 56 1.657 0.2019
## Residuals 76 2547 34
## ---
## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1El análisis de varianza (ANOVA) revela que tanto el tipo de planta, el tratamiento (chilled vs. nonchilled), y la concentración de CO2 tienen efectos significativos en la captación de CO2. Específicamente, las plantas de Quebec tienen una mayor captación de CO2 que las plantas de Mississippi, y las plantas no refrigeradas (nonchilled) captan significativamente más CO2 que las plantas refrigeradas (chilled) (F(1, 76) = 29.482, p < 0.001). Además, la concentración de CO2 tiene un efecto significativo (F(1, 76) = 68.177, p < 0.001), indicando que la captación de CO2 aumenta a medida que aumenta la concentración de CO2.
Las interacciones significativas entre el tipo de planta y el tratamiento (F(1, 76) = 6.735, p < 0.05), y entre el tipo de planta y la concentración de CO2 (F(1, 76) = 6.206, p < 0.05), sugieren que las plantas de Quebec y Mississippi responden de manera diferente a estos factores. Esto implica que el efecto del tratamiento (chilled vs. nonchilled) y la concentración de CO2 en la captación de CO2 varía según el tipo de planta. Sin embargo, la interacción entre tratamiento y concentración de CO2 no es significativa, lo que indica que el efecto de la concentración de CO2 en la captación de CO2 no varía significativamente entre plantas refrigeradas y no refrigeradas. La interacción triple entre tipo de planta, tratamiento y concentración de CO2 tampoco es significativa. En resumen, estos hallazgos subrayan la importancia de considerar múltiples factores y sus interacciones al evaluar la eficiencia de captación de CO2 en diferentes tipos de plantas y tratamientos.
Análisis de correlación
# Cálculo de la correlación
correlation_result <- cor(CO2$conc, CO2$uptake)
print(correlation_result)## [1] 0.4851774El análisis de correlación entre la concentración de CO2 y la captación de CO2 revela una correlación positiva moderada (coeficiente de correlación = 0.4851774), indicando que a medida que aumenta la concentración de CO2, también tiende a aumentar la captación de CO2. Este resultado respalda la conclusión del análisis de varianza (ANOVA), que identificó la concentración de CO2 como un factor significativo en la captación de CO2. Sin embargo, la correlación moderada sugiere que otros factores, como el tipo de planta y el tratamiento (chilled vs. nonchilled), también influyen en la capacidad de las plantas para captar CO2, como lo evidencian las interacciones significativas encontradas en el ANOVA. En conjunto, estos hallazgos subrayan la necesidad de considerar múltiples factores y sus interacciones para comprender completamente la dinámica de la captación de CO2 en las plantas.
Boxplot
# Boxplot de captación de CO2 por tratamiento y tipo
ggplot(CO2, aes(x = Treatment, y = uptake, fill = Type)) +
geom_boxplot() +
labs(title = "Captación de CO2 por Tratamiento y Tipo de Planta",
x = "Tratamiento",
y = "Captación de CO2 (μmol/m²/s)") +
theme_minimal()
En el boxplot, la posición más elevada de las plantas de Quebec en comparación con las plantas de Mississippi indica una captación de CO2 significativamente mayor en Quebec en promedio. Esto sugiere que las condiciones ambientales y climáticas en Quebec pueden ser más propicias para la fotosíntesis y la captación de CO2 que en Mississippi. La diferencia en la posición de las cajas entre las dos ubicaciones geográficas refleja una variabilidad sistemática en la captación de CO2, lo que sugiere una influencia significativa del entorno en la eficiencia de las plantas para captar CO2. Esto destaca la importancia de considerar las condiciones locales al evaluar la capacidad de las plantas para mitigar el CO2 atmosférico y subraya la necesidad de estudios adicionales para comprender mejor los factores que contribuyen a estas diferencias geográficas en la captación de CO2.
Gráfico de violín
# Gráfico de violín de captación de CO2 por tratamiento y tipo
ggplot(CO2, aes(x = Treatment, y = uptake, fill = Type)) +
geom_violin() +
labs(title = "Captación de CO2 por Tratamiento y Tipo de Planta",
x = "Tratamiento",
y = "Captación de CO2 (μmol/m²/s)") +
theme_minimal()
Lo que muestra que hay al parecer hay más datos para las plantas Mississippi.
# Gráfico de interacción para explorar la interacción entre concentración y captación de CO2
ggplot(CO2, aes(x = conc, y = uptake, color = Treatment)) +
geom_point() +
geom_smooth(method = "lm", se = FALSE) +
facet_wrap(~ Type) +
labs(title = "Interacción entre Concentración y Captación de CO2",
x = "Concentración (ppm)",
y = "Captación de CO2 (μmol/m²/s)") +
theme_minimal()## `geom_smooth()` using formula = 'y ~ x'
La gráfica de interacción revela diferencias significativas en la respuesta de las plantas al tratamiento (refrigerado vs. no refrigerado) entre las ubicaciones geográficas de Mississippi y Quebec. En Mississippi, la línea correspondiente al tratamiento “nonchilled” se sitúa claramente por encima de la línea “chilled”, indicando una mayor captación de CO2 en las plantas no refrigeradas. Esta diferencia es notable y sugiere un efecto marcado del tratamiento en la captación de CO2 en este entorno. Por otro lado, en Quebec, aunque la línea “nonchilled” también se encuentra por encima de la línea “chilled”, la separación entre ellas es menos pronunciada, lo que sugiere un efecto menos diferenciado del tratamiento en la captación de CO2 en comparación con Mississippi. Esto podría indicar que las condiciones ambientales en Quebec podrían amortiguar los efectos del tratamiento, resaltando la importancia de considerar tanto el tratamiento como el entorno local al evaluar la eficacia de las estrategias de mitigación del CO2 en las plantas.
Conclusiones
Los diversos análisis realizados proporcionan una visión comprehensiva de la capacidad de las plantas para captar CO2, destacando la influencia de múltiples factores. Desde el ANOVA, se identificó que tanto el tipo de planta, el tratamiento y la concentración de CO2 tienen efectos significativos en la captación de CO2. Esto sugiere que las diferencias geográficas y ambientales pueden influir en la capacidad de las plantas para realizar la fotosíntesis y captar CO2. Además, la correlación moderada entre la concentración de CO2 y la captación de CO2 indica que, si bien la concentración de CO2 influye en la captación, otros factores también desempeñan un papel importante. Los gráficos de boxplot y violín muestran claramente las diferencias en la captación de CO2 entre las plantas de Quebec y Mississippi, subrayando la importancia de considerar el entorno local al evaluar esta capacidad. Por último, la gráfica de interacción resalta que el efecto del tratamiento puede variar dependiendo de la ubicación geográfica, lo que destaca la necesidad de estudios más detallados para comprender completamente la dinámica de la captación de CO2 en diferentes contextos.
En resumen, estos análisis proporcionan una comprensión más profunda de la compleja interacción entre los factores ambientales, el tratamiento y la captación de CO2 en las plantas. Los resultados sugieren que, si bien la concentración de CO2 es un factor importante, las diferencias geográficas y ambientales también juegan un papel significativo en la capacidad de las plantas para captar CO2. Lo anterior, tiene implicaciones importantes para la comprensión de la respuesta de las plantas al cambio climático y la formulación de estrategias efectivas para mitigar las emisiones de CO2 a través de la conservación y gestión de los ecosistemas vegetales.