Ökande kontaminering av marina ekosystem av metaller som kvicksilver, kadmium, krom och nickel är ett globalt miljöproblem, eftersom förhöjda koncentrationer av metaller kan utgöra faror för marina organismer, och människor som kan konsumera förorenad skaldjur. Ställa in vattenkvalitetskriterier (WQC) för metaller (dvs. miljösäkerhetsgränser) är ett viktigt steg för att bedöma och reglera risknivåer i havsmiljön, och därmed erbjuda skydd för marina organismer och ekosystemintegritet.

För närvarande, den nuvarande metoden för att härleda WQC för metaller i Australien, Europa och Nordamerika är främst baserat på laboratoriedata som genereras genom att genomföra toxicitetstester med marina organismer under fasta laboratorieförhållanden (t.ex. en fast kombination av temperatur och salthalt). Sådana laboratoriereducerade WQC kanske inte är skyddande för marina ekosystem eftersom miljöförhållanden i den naturliga miljön ofta skiljer sig mycket från laboratorieinställningarna. I verkligheten, miljöförhållandena varierar mellan olika geografiska regioner (t.ex. tropikerna vs. tempererade regioner); även i samma region, miljöförhållanden som vattentemperatur och salthalt förändras säsongsmässigt. Sådana förändringar kan väsentligt påverka metallernas toxicitet för marina organismer.

Under det senaste decenniet har miljöforskare har letat efter ett sätt att förutsäga metallernas toxicitet och härleda deras WQC för att skydda biologisk mångfald och integritet hos marina ekosystem med olika miljöförhållanden. Denna uppgift är oerhört viktig för miljöskyddet.

Professor Kenneth Leung, Biträdande direktör för skolan för biologiska vetenskaper och forskare vid Swire Institute of Marine Science i HKU och internationella samarbetspartners tog gemensamt upp denna globala fråga. Teamet tillbringade tre år med att utveckla en ny empirisk modell för att uppskatta toxiciteten och härleda WQC för metaller och metalloider i marina kustmiljöer med varierande temperatur- och salthaltighetsregimer. Deras metod är baserad på en integration av temperatur- och saltinnehållsbaserade artkänslighetsfördelningar (SSD) med kvantitativa jonkarakteristiska samband (QICAR) -modell, medan delar av deras modellresultat valideras med empiriska data. Teamet analyserade också miljödata i realtid om havsytans temperatur och salthalt i olika delar av världen och tillämpade sin modell för att härleda provisorisk platsspecifik WQC för mer än 30 metaller och metalloider.

Forskargruppen använde sig av stora data och utvecklade den nya modellen för att förutsäga metalltoxicitet och härleda sin platsspecifika WQC i marina miljöer över hela världen. Denna viktiga innovation har publicerats i det senaste numret av den internationella tidskriften Miljövetenskap och teknik .

Resultaten indikerar att metalltoxicitet för marina organismer generellt ökar med stigande havsvattentemperatur, men metalltoxiciteten befinns vara den lägsta vid en optimal salthalt och ökar när salthalten ökar eller minskar från den optimala salthalten. Om en WQC för en metall härleds från ett laboratorieexperiment som utförts vid optimal temperatur och salthalt, en sådan WQC är osannolikt att vara skyddande för marina organismer som lever i en miljö med högre temperatur och lägre salthalt.

Resultaten tyder också på att marina arter som lever i varmare vatten i den tropiska regionen (inklusive Hongkong och södra Kina) är mer mottagliga för metalltoxicitet än deras tempererade motsvarigheter. Många regeringar i Asien som Hong Kong och Korea använder ofta tempererade toxicitetsdata för att härleda WQC eller direkt anta WQC som genereras från Europa och Nordamerika, men sådana surrogatanvändningar av tempererad information för att skydda tropiska marina ekosystem utgör stor osäkerhet i säkerhetsmarginalen.

Den nya metoden som utvecklats av teamet kommer att avsevärt förbättra hanteringen av metall och metalloider i marina kustmiljöer över hela världen, eftersom miljömyndigheter kan använda denna metod för att härleda provisorisk platsspecifik WQC för att underlätta bättre ekosystemskydd med beaktande av specifika miljöförhållanden och potentiella påverkan av globala klimatförändringar.

Professor Wu Fengchang sa:"Professor Kenneth Leung och hans team vid HKU har redan avslöjat temperatur- och salthaltberoende toxicitetsprofiler för olika föroreningar och tagit fram relevanta empiriska datamängder, medan vårt team på CRAES är bra på kvantitativ struktur-aktivitetsrelationsmodellering för metalltoxicitet. Våra kompletterande kunskaper och färdigheter är en förutsättning för att detta samarbetsprojekt ska lyckas. Vi är mycket glada över att få jobba tillsammans. "

Professor Wu anser också att resultaten av denna studie kommer att vara till enorm nytta för att härleda WQC av metaller för olika delar av marina miljöer i Kina och därefter.

Professor Kenneth Leung sa:"I Hong Kong, salthalten i de västra marina vattnen är relativt låg på grund av sötvattenutsläpp från Pearl River, Salthalten i de östra vattnen är genomgående hög på grund av det dominerande inflytandet från havsströmmar från Stilla havet och Sydkinesiska havet. Med hänsyn till sådana salthaltskillnader, metoden som utvecklats av teamet kan lätt tillämpas för att härleda provisorisk platsspecifik WQC för metaller för att möjliggöra bättre skydd för de östra och västra marina ekosystemen i Hongkong, respektive."

"Vår nya metod gör det inte bara möjligt för olika länder att härleda platsspecifik WQC av metaller för att skydda sina marina miljöer, det kommer också att medföra socioekonomiska fördelar för samhällen runt om i världen. Det är för att vi kan minska antalet toxicitetstester, använda mindre kemikalier i testerna, döda färre djur, och sparar mycket pengar och tid för att genomföra sådana tester. "tillade professor Leung.

Forskargruppen kommer vidare att undersöka inverkan av upplöst och suspenderat organiskt material på toxicitet av metaller i havsvatten, för att förbättra sin modell. De kommer också att använda fältbaserade övervakningsdata för metallkoncentrationer och marin biologisk mångfald för att validera deras preliminära WQC i olika vattenförekomster.