Увеличивающееся загрязнение морских экосистем такими металлами, как ртуть, кадмий, хром и никель, представляет собой глобальную экологическую проблему, поскольку повышенные концентрации металлов могут представлять опасность для морских организмов и людей, которые могут потреблять загрязненные морепродукты.
Установление критериев качества воды (WQC) для различных металлов (т.е. пределов экологической безопасности) является важным шагом для оценки и регулирования уровней их риска в морской среде и, следовательно, обеспечения защиты морских организмов и целостности экосистемы.
В настоящее время текущий метод определения ОКК металлов в Австралии, Европе и Северной Америке в основном основан на лабораторных данных, полученных в результате испытаний на токсичность различных морских организмов, которые проводятся в фиксированных лабораторных условиях (например, фиксированная комбинация температура и соленость). Такие лабораторные ВКК могут не защищать различные морские экосистемы, потому что условия окружающей среды в естественной среде часто сильно отличаются от условий в лабораторных условиях. На самом деле условия окружающей среды различаются в разных географических регионах (например, в тропиках и регионах с умеренным климатом); даже в одном и том же регионе условия окружающей среды, такие как температура и соленость воды, меняются в зависимости от сезона. Такие изменения могут существенно повлиять на токсичность металлов для морских организмов.
В течение последнего десятилетия ученые-экологи искали способ предсказать токсичность металлов и получить их WQC для защиты биоразнообразия и целостности морских экосистем с различными условиями окружающей среды. Эта задача чрезвычайно важна для защиты окружающей среды.
Профессор Кеннет Леунг, заместитель директора Школы биологических наук и научный сотрудник Свайрского института морских наук Гонконгского университета, объединяется с профессором Ву Фэнчангом, директором Государственной ключевой лаборатории экологических критериев и оценки рисков Китайской исследовательской академии наук об окружающей среде (CRAES) и академика Инженерной академии Китая для совместного решения этой глобальной проблемы. Их команда потратила три года на разработку новой эмпирической модели для оценки токсичности и получения WQC для металлов и металлоидов в прибрежной морской среде с переменными температурными режимами и режимами солености. Их метод основан на интеграции распределений чувствительности видов (SSD) на основе температуры и солености с моделью количественных взаимосвязей характеристик ионов (QICAR), в то время как часть результатов их модели подтверждается эмпирическими данными. Команда также анализирует данные о температуре и солености поверхности моря в реальном времени в различных частях мира и применяет свою модель для получения предварительных WQC для конкретных мест для более чем 30 металлов и металлоидов.
Исследовательская группа впервые успешно использует большие данные и разрабатывает новую модель для прогнозирования токсичности металлов и получения их WQC для конкретных мест в различных морских средах по всему миру. Это важное нововведение было опубликовано в последнем номере международного журнала Environmental Science & Technology.
Результаты показывают, что токсичность металлов для морских организмов обычно увеличивается с повышением температуры морской воды, но токсичность металлов оказывается самой низкой при оптимальной солености и увеличивается, когда соленость увеличивается или уменьшается по сравнению с оптимальной соленостью. Если ВКК металла получен в результате лабораторного эксперимента, проведенного при оптимальной температуре и солености, такой ВКК вряд ли защитит морские организмы, живущие в среде с более высокой температурой и более низкой соленостью.
Результаты также показывают, что морские виды, живущие в более теплых водах в тропическом регионе (включая Гонконг и Южный Китай), более восприимчивы к токсичности металлов, чем их собратья в умеренном климате. Многие правительства в Азии, такие как Гонконг и Корея, часто используют данные об умеренной токсичности для получения ВКК или напрямую принимают ВКК, полученные из Европы и Северной Америки, но такое суррогатное использование информации об умеренном климате для защиты тропических морских экосистем создает высокую неопределенность в отношении предела безопасности..
Новый метод, разработанный группой, значительно улучшит управление металлами и металлоидами в прибрежной морской среде по всему миру, поскольку природоохранные органы могут использовать этот метод для получения предварительных WQC для конкретных участков для улучшения защиты экосистемы с учетом конкретных экологические условия и потенциальное влияние глобального изменения климата.
Профессор Ву Фэнчанг сказал: «Профессор Кеннет Леунг и его команда из HKU уже выявили профили токсичности различных загрязняющих веществ в зависимости от температуры и солености и подготовили соответствующие наборы эмпирических данных, в то время как наша команда в CRAES хороша в количественном анализе. моделирование взаимосвязи структура-активность для токсичности металлов. Наши дополнительные знания и навыки являются предпосылкой успеха этого совместного проекта. Мы очень рады работать вместе."
Профессор Ву также считает, что результаты этого исследования будут иметь огромное значение для определения WQC металлов для различных частей морской среды в Китае и за его пределами.
Профессор Кеннет Леунг сказал: «В Гонконге соленость в западных морских водах относительно низкая из-за стока пресной воды из Жемчужной реки, тогда как соленость в восточных водах постоянно высока из-за доминирующего влияния океанических течений. из Тихого океана и Южно-Китайского моря. Принимая во внимание такие различия в солености, метод, разработанный группой, может быть легко применен для получения временного WQC для конкретных участков металлов для обеспечения лучшей защиты восточной и западной морских экосистем Гонконга, соответственно».
Наш новый метод не только позволяет разным странам рассчитать WQC металлов для конкретных мест для защиты их морской среды, но также принесет социально-экономические выгоды обществам во всем мире. Это потому, что мы можем уменьшить количество токсичности тесты, использовать меньше химикатов в тестах, убивать меньше животных и значительно экономить деньги и время на проведение таких тестов». Профессор Люнг добавил.
Исследовательская группа продолжит изучение влияния растворенных и взвешенных органических веществ на токсичность металлов в морской воде с целью улучшения своей модели. Они также будут использовать данные полевого мониторинга концентраций металлов и морского биоразнообразия для проверки полученных ими предварительных ВКК в различных водоемах.
Этот исследовательский проект частично финансируется Советом по исследовательским грантам через Общий исследовательский фонд.