南海所在全球变暖对海洋沉积物中稀土元素影响的研究方面取得新进展
近日,中国水产科学研究院南海水产研究所院级南海渔业生态环境监测与评价创新团队谷阳光研究员和黄洪辉研究员,联合日本山形大学Richard W. Jordan教授、海南大学姜仕军教授等,在全球变暖背景下稀土元素生态环境行为研究方面取得新进展。研究发现:全球变暖可显著降低沿海海洋沉积物中稀土元素的生物可利用性和生态风险。相关成果以“Rising temperatures decrease rare earth element bioavailability and ecological risk in coastal sediments”为题,发表在环境科学与生态领域国际顶级期刊《Environmental Chemistry Letters》(JCR/中科院一区,IF=20.4,谷阳光为第一且通讯作者)。
稀土元素(包括镧系元素和钇)因其独特的化学性质,在现代高科技领域中扮演着不可替代的角色,广泛应用于电子、可再生能源及工业制造等领域。随着其大规模开采与使用,稀土元素逐渐进入环境,在土壤、水体和沉积物中不断累积。海岸带沉积物作为重要的环境汇,其中的稀土元素可能对水生物区系构成潜在生态威胁。然而,当前对于其在沉积物中的生态风险仍缺乏系统性定量研究。
在全球气候变化背景下,温度升高为污染物的环境行为带来更多复杂性。温度变化可能通过影响稀土元素的化学形态、迁移性和生物可利用性,间接调控其生态毒性。尽管近年来稀土元素作为新兴污染物受到越来越多关注,但关于其在不同温度条件下的环境行为和生态风险研究仍较为有限。
为填补这一空白,研究团队以我国大亚湾沉积物为对象,采用DGT(Diffusive Gradients in Thin Films)技术,模拟五种温度条件(0°C、10°C、20°C、30°C 和 40°C)下15种稀土元素的生物可利用性,并结合谷阳光研究员牵头且主导构建的SPI模型,系统评估这15种稀土元素对水生生物区系的联合生态风险。研究结果显示,随着温度升高,15种稀土元素的生物可利用性下降幅度达40%~70%,表明其在沉积物中的迁移能力减弱、吸附性增强。同时,联合生态风险概率由0℃的1.75%显著下降至40℃的0.08%。
研究团队指出,全球变暖将深刻影响污染物在海洋沉积物中的迁移、释放及生态暴露特征。建议在污染物监测与生态管理中引入气候调节因子,构建气候响应型生态风险评估模型。本研究不仅为海岸带污染物风险评估提供了理论支撑,也为渔业资源保护与生态环境协同管理提供了科学依据。
本研究获得了国家重点研发计划(2022YFC3105600, 2024YFD2401401)、国家自然科学基金(42322704, 42277222)、广东省自然科学基金(2023B1515020078)和中国水产科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费(2023TD15)项目的资助。
全文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s10311-025-01864-1
图1. 大亚湾沉积物中稀土元素的生物可利用性随着温度从 0 ℃升高至 40℃而显著下降,表明温度是影响稀土元素生物可利用性的关键因素。
图2. 联合生态风险与温度之间的关系。结果显示,随着温度升高,联合概率生态毒性风险显著下降(y = 1.642-0.037x,R²= 0.89)。
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