Ny videnskabelig metode til at udlede vandkvalitetskriterier for metaller til beskyttelse af forskellige marine økosystemer verden over

Stigende forurening af marine økosystemer med metaller som kviksølv, cadmium, krom og nikkel er et globalt miljøproblem, fordi forhøjede koncentrationer af metaller kan udgøre en fare for marine organismer, og mennesker, der kan indtage forurenet fisk og skaldyr. Opstilling af vandkvalitetskriterier (WQC) for metaller (dvs. miljøsikkerhedsgrænser) er et væsentligt skridt til at vurdere og regulere risikoniveauer i havmiljøet, og dermed tilbyde beskyttelse til marine organismer og økosystemintegritet.

På nuværende tidspunkt den nuværende metode til at udlede WQC af metaller i Australien, Europa og Nordamerika er primært baseret på laboratoriedata genereret ved at udføre toksicitetstest med marine organismer under faste laboratorieforhold (f.eks. en fast kombination af temperatur og saltholdighed). Sådanne laboratorieafledte WQC er muligvis ikke beskyttende for marine økosystemer, fordi miljøforholdene i det naturlige miljø ofte er meget forskellige fra laboratoriemiljøet. I virkeligheden, miljøforholdene varierer mellem forskellige geografiske regioner (f.eks. troper vs. tempererede regioner); selv i samme region, miljøforhold som vandtemperatur og saltholdighed ændrer sig sæsonmæssigt. Sådanne ændringer kan i væsentlig grad påvirke toksiciteten af ​​metaller for marine organismer.

I løbet af det seneste årti, miljøforskere har ledt efter en måde at forudsige metallers toksicitet og udlede deres WQC for at beskytte biodiversiteten og integriteten af ​​marine økosystemer med forskellige miljøforhold. Denne opgave er uhyre vigtig for miljøbeskyttelsen.

Professor Kenneth Leung, Vicedirektør for School of Biological Sciences og videnskabsmand ved Swire Institute of Marine Science ved HKU og internationale samarbejdspartnere tacklede i fællesskab dette globale problem. Holdet brugte tre år på at udvikle en ny empirisk model til at estimere toksiciteten og udlede WQC for metaller og metalloider i kystnære havmiljøer med varierende temperatur- og saltholdighedsregimer. Deres metode er baseret på en integration af temperatur- og saltholdighedsbaserede artsfølsomhedsfordelinger (SSD'er) med kvantitative ionkarakteristiske forhold (QICAR) model, mens dele af deres modelresultater valideres med empiriske data. Holdet analyserede også miljødata i realtid af havoverfladetemperatur og saltholdighed i forskellige dele af verden og anvendte deres model til at udlede foreløbig stedspecifik WQC for mere end 30 metaller og metalloider.

Forskerholdet gjorde brug af big data og udviklede den nye model til at forudsige metaltoksiciteter og udlede deres stedspecifikke WQC i havmiljøer verden over. Denne vigtige innovation er blevet offentliggjort i det seneste nummer af det internationale tidsskrift Miljøvidenskab og -teknologi .

Resultaterne indikerer, at metaltoksicitet for marine organismer generelt stiger med stigende havvandstemperatur, men metaltoksiciteten viser sig at være den laveste ved en optimal saltholdighed og stiger, når saltholdigheden stiger eller falder fra den optimale saltholdighed. Hvis en WQC af et metal er afledt af et laboratorieeksperiment udført ved optimal temperatur og saltholdighed, en sådan WQC er usandsynligt at være beskyttende for marine organismer, der lever i et miljø med højere temperatur og lavere saltholdighed.

Resultaterne tyder også på, at marine arter, der lever i varmere farvande i den tropiske region (inklusive Hong Kong og Sydkina), er mere modtagelige for metaltoksicitet end deres tempererede modstykker. Mange regeringer i Asien, såsom Hong Kong og Korea, anvender ofte tempererede toksicitetsdata til at udlede WQC eller direkte vedtage WQC genereret fra Europa og Nordamerika, men sådan surrogatbrug af tempereret information til beskyttelse af tropiske marine økosystemer udgør høj usikkerhed i sikkerhedsmarginen.

Den nye metode udviklet af teamet vil i høj grad forbedre håndteringen af ​​metal og metalloider i kystnære havmiljøer verden over, da miljømyndigheder kan anvende denne metode til at udlede foreløbige stedspecifikke WQC for at lette bedre økosystembeskyttelse under hensyntagen til specifikke miljøforhold og potentielle påvirkninger af globale klimaændringer.

Professor Wu Fengchang sagde:"Professor Kenneth Leung og hans team på HKU har allerede afsløret de temperatur- og saltholdighedsafhængige toksicitetsprofiler for forskellige forurenende stoffer og produceret de relevante empiriske datasæt, mens vores team hos CRAES er gode til kvantitativ struktur-aktivitets-relationsmodellering for metaltoksiciteter. Vores komplementære viden og færdigheder er forudsætningen for dette samarbejdsprojekts succes. Vi er meget glade for at arbejde sammen."

Professor Wu mener også, at resultaterne af denne undersøgelse vil være til stor gavn for at udlede WQC af metaller til forskellige dele af marine miljøer i Kina og videre.

Professor Kenneth Leung sagde:"I Hong Kong, saltholdigheden i de vestlige havområder er relativt lav på grund af ferskvandsudledning fra Perlefloden, der henviser til, at saltholdigheden i de østlige farvande er konsekvent høj på grund af den dominerende indflydelse af havstrømme fra Stillehavet og Det Sydkinesiske Hav. Med hensyn til sådanne saltholdighedsforskelle, metoden udviklet af teamet kan let anvendes til at udlede foreløbige stedspecifikke WQC af metaller for at muliggøre bedre beskyttelse af de østlige og vestlige marine økosystemer i Hong Kong, henholdsvis."

"Vores nye metode gør det ikke kun muligt for forskellige lande at udlede stedspecifikke WQC af metaller for at beskytte deres havmiljøer, det vil også bringe socioøkonomiske fordele til samfund rundt om i verden. Det er fordi vi kan reducere antallet af toksicitetstest, bruge færre kemikalier i testene, dræbe færre dyr, og i høj grad sparer penge og tid til at udføre sådanne tests," tilføjede professor Leung.

Forskerholdet vil yderligere undersøge indflydelsen af ​​opløst og suspenderet organisk stof på toksicitet af metaller i havvand, med henblik på at forbedre deres model. De vil også gøre brug af feltbaserede overvågningsdata af metalkoncentrationer og marin biodiversitet til at validere deres afledte foreløbige WQC i forskellige vandområder.