Nghiên cứu được công bố ngày hôm nay trên Tạp chí SIAM về Toán học Ứng dụng, Peng Zhou (Đại học Sư phạm Thượng Hải) và Qihua Huang (Đại học Tây Nam, Trùng Khánh) đã phát triển một mô hình mô tả sự tương tác giữa một quần thể và chất độc hại có trong môi trường - trong đó chất độc hại có xu hướng vận chuyển vật chất theo một hướng, giống như một dòng sông. Mô hình như vậy có thể giúp các nhà khoa học nghiên cứu cách thức chất ô nhiễm di chuyển qua sông ảnh hưởng đến đời sống và sự phân bố của cư dân trên sông như thế nào.

Phần lớn các nghiên cứu thử nghiệm trước đây về rủi ro sinh thái của các chất độc đã được thực hiện trên từng sinh vật trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát trên cơ sở khá ngắn hạn. Tuy nhiên, việc thiết kế các chiến lược quản lý môi trường đòi hỏi sự hiểu biết về tác động của các chất độc hại đối với sức khỏe của toàn bộ quần thể tự nhiên bị phơi nhiễm trong thời gian dài. May mắn, các mô hình toán học đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi phản ứng của cá nhân đối với các tác động ở cấp độ dân số.

Các mô hình hiện có mô tả cách thức các chất độc hại ảnh hưởng đến động thái dân số thường bỏ qua nhiều đặc tính của các thủy vực. Nhưng khi làm như vậy, họ đang bỏ lỡ một mảnh ghép lớn. Trên thực tế, nhiều đặc điểm thủy văn và vật lý của các vùng nước có thể tác động đáng kể đến nồng độ và sự phân bố của một chất độc hại.

Tương tự, các mô hình mà các nhà toán học thường sử dụng để miêu tả sự vận chuyển các chất ô nhiễm qua một con sông cũng không bao gồm tất cả các thành phần cần thiết cho nghiên cứu này. Đây là các mô hình phương trình phản ứng-đối lưu-khuếch tán, các giải pháp có thể cho thấy cách các chất ô nhiễm phân bố và thay đổi dưới các ảnh hưởng khác nhau như thay đổi tốc độ dòng nước. Trong khi các mô hình như vậy cho phép các nhà nghiên cứu dự đoán sự phát triển của nồng độ chất độc và đánh giá tác động của chúng đối với môi trường, họ không xem xét ảnh hưởng của chất độc đối với động lực của các quần thể bị ảnh hưởng. Do đó, mở rộng loại mô hình này, bổ sung các yếu tố mới cho phép nhóm nghiên cứu khám phá sự tương tác giữa chất độc hại và dân số ở dòng sông ô nhiễm.

Mô hình cho phép các nhà khoa học điều chỉnh các yếu tố khác nhau và điều tra những thay đổi đến hệ sinh thái. Họ đã thử thay đổi tốc độ dòng chảy của sông - tức là tốc độ chất độc hoặc sinh vật được đưa xuống hạ lưu - và quan sát ảnh hưởng của những thông số này đối với sự tồn tại của quần thể và sự phân bố của cả quần thể và chất độc. Những kết quả lý thuyết này có thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc có thể giúp cung cấp thông tin về các chính sách sinh thái khi được kết hợp với các thông tin khác.

Một kịch bản mà các nhà khoa học đã nghiên cứu liên quan đến một chất độc có tốc độ phản ứng chậm hơn nhiều so với dân số và do đó không bị rửa trôi dễ dàng. Mô hình cho thấy một cách trực quan, mật độ quần thể giảm khi lưu lượng nước tăng lên vì có nhiều cá thể được đưa xuống hạ lưu và ra khỏi khu vực sông được đề cập. Tuy nhiên, nồng độ của chất độc hại tăng lên khi tốc độ dòng chảy tăng lên vì nó có thể chống lại dòng chảy xuôi dòng và các sinh vật thường bị cuốn trôi trước khi chúng có thể hấp thụ được.

Trong trường hợp ngược lại, chất độc có tốc độ bám dính nhanh hơn và do đó nhạy cảm với tốc độ dòng nước hơn nhiều so với dân số. Tăng lưu lượng nước sau đó làm giảm nồng độ chất độc hại bằng cách quét các chất ô nhiễm đi. Đối với tốc độ dòng chảy trung bình, mật độ dân số cao nhất xảy ra ở hạ lưu vì dòng nước đóng vai trò đánh đổi; nó vận chuyển nhiều chất độc hơn nhưng cũng mang theo nhiều cá thể hơn xuống hạ lưu.

Bằng cách cung cấp cho mô hình này các thông số về các loài và chất ô nhiễm nhất định, người ta có thể xác định các tiêu chí liên quan đến chất lượng nước cần thiết để duy trì sự sống của các loài thủy sinh. Kết quả này cuối cùng có thể hỗ trợ việc phát triển các hướng dẫn chính sách xung quanh các loài mục tiêu và các chất độc hại. Những phát hiện ở đây cung cấp cơ sở cho các công cụ ra quyết định hiệu quả cho các nhà quản lý nước và môi trường. Các nhà quản lý có thể kết nối kết quả từ mô hình với các yếu tố khác, chẳng hạn như điều gì có thể xảy ra với chất ô nhiễm sau khi nó rửa trôi xuống hạ lưu.

ctngoc