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项目名称: 海洋生态系统重金属的食物链传递和生物可利用性

推荐单位: 香港特别行政区

项目简介: 本项目属海洋科学和环境科学研究领域。

近半个世纪来,由于人类社会的迅猛发展及海洋开发活动的加剧,沿海重金属污染已严重威胁到海洋生态安全和人类健康。本项目以香港沿岸及邻近海域的海洋生物为研究对象,运用多学科交叉方法和理论,结合实验室和现场实验两种研究方法,系统、深入地开展了多种有毒金属食物链传递和生物可利用性研究,取得了大量创新性成果,主要研究内容和结果如下:

1)在国际上首次证明食物链传递是海洋无脊椎动物和鱼类累积重金属的一个重要途径,定量证实食物链传递在金属的生物累积过程中所起作用更为重要,并揭示了海洋动物能通过隔离、贮存和解毒方式应对有毒金属的暴露,开辟了食物相金属对水生动物毒性的研究新方向;

2)系统研究了不同环境介质中金属的生物可利用性,首次发现胶体态金属可通过胶体颗粒或生物还原而被水生生物直接利用。确定了沉积物中两个可控制金属生物可利用性的理化形态;

3)在国际上率先建立了基于生物能量学的金属吸收动力学模型,并在香港及邻近海域进行了现场验证,模型预测结果与现场测定金属浓度一致,该模型已被广泛应用于预测不同水生动物类群体内的金属浓度;

4)首次发现不同海洋生态系统中金属在食物链传递过程中存在显著差异,证实了常量营养盐直接影响痕量金属的生物地球化学行为;

项目执行期间,已在环境科学和海洋科学领域内的国际权威刊物上发表了140篇SCI论文,项目主要研究成果和观点已得到国际同行的普遍认可和应用,论文他引次数930次。2003年项目负责人王文雄教授因本研究的突出成绩和对环境科学的重大贡献获得国际著名的生态学奖-日本琵琶湖生态学奖。

与国外同类研究比较,本项目在重金属的食物链传递、动力学模型及生物可利用性等方面的研究更为系统、深入,并取得了许多原创性成果,促进了国际海洋环境科学学科的发展,同时对海洋环境水质与沉积物质量标准制订和水产品质量安全追溯体系的建立具有重要指导意义。

主要发现点: 1)金属的食物链传递。在国际上率先建立了利用放射性同位素示踪技术准确测定食物相金属同化效率的方法,目前该方法已成为公认的标准方法;系统研究了多种水生动物对不同金属(如镉、锌、汞和甲基汞)的同化效率,清晰地勾画出水生动物的各种暴露途径;在国际上首次发现食物链传递是海洋无脊椎动物和鱼类累积金属的重要途径,定量证实了食物链传递在金属生物累积过程中所起的作用比金属的水相吸收更为重要;阐明了海洋生态系统内金属迁移与累积的主要途径和行为,开辟了国际上食物相金属对水生动物毒性的研究新方向(主要论文1,2,5,6,7)。

2)金属的生物可利用性。系统研究了不同环境介质中金属的生物可利用性:A)在国际上首次发现自然胶体铁可以成为海洋浮游植物的一个铁来源,并发现海洋滤食生物可以直接将胶体颗粒摄入,为这些动物能够摄入结合在胶体上的金属提供了直接证据,彻底改变了"只有自由离子才具有生物可利用性"的传统观点(主要论文4,9);B)首次确定了沉积物中两个重要的、可控制金属生物可利用性的理化形态,发现与硫化物结合的金属经化学和生物学反应后可被生物所利用,这些结果为更准确的沉积物质量标准的制订提供全新的理论性指导(主要论文10);C)首次发现在海洋食物链中铜、镉、锌和银等金属元素存在很高的生物放大作用,意味着海洋水产业存在着潜在的重金属积累风险(主要论文1,6);D)发现海洋动物能通过诱导产生各种不同的细胞内配位体,以应对金属暴露和毒性,这种保护机制使动物能从环境中吸收更多的金属,这一发现对深入认识动物如何耐受和处理金属污染物具有重要意义(主要论文8)。

3)动力学模型的建立。在国际上率先建立了预测水生动物金属浓度的生物能量动力学模型,并在香港沿岸海域进行了现场检验,模型预测与现场结果一致,使得准确预测有毒和必需金属在生物体内的累积和浓度首次成为可能(主要论文5,6,7)。目前该模型已在环境科学研究领域被广泛运用,例如应用于解析"国际贻贝观察计划"所获得的大量调查数据。这一模型的建立使金属和其它污染物的生物累积第一次可在合理框架下进行研究。

4)常量营养盐和金属间的相互作用。在国际上首次证实常量营养盐直接影响痕量金属的生物地球化学行为(主要论文3)。研究发现营养盐浓度显著影响海洋浮游生物食物链的金属传递;证实"常量营养盐的添加促进细胞生长速率的提高"是导致浮游生物金属吸收增加的原因,该结论在香港近岸海域的现场研究中也得到了验证。这些发现表明营养盐可以通过控制浮游植物的生长而影响金属累积,这有助于深入认识近岸生态系统在浮游植物水华期间的金属动力学过程以及更准确地预测金属沿食物链的传递过程。

主要完成人: 王文雄

本项目的所有成果均在本人的实验室获得,本人是负责人,具体负责项目的研究思路、实验设计和实施、实验数据分析以及论文撰写与发表等。

文章录入:zgkjcx    责任编辑:zgkjcx 
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