地球環(huán)境研究所估算微塑料化石源碳對(duì)黃河干流有機(jī)碳庫(kù)貢獻(xiàn)

已有大量研究表明，微塑料（MPs）具有巨大的生態(tài)危害，但這似乎忽視了MPs也是一種顆粒有機(jī)物碳（碳含量38%-92%），并且MPs碳主要來(lái)自化石能源而非從大氣中固定。隨著塑料排放及分解的增加，以及其惰性而導(dǎo)致其周轉(zhuǎn)速度很慢，MPs正逐漸成為河流系統(tǒng)碳儲(chǔ)存中一個(gè)被忽視但越來(lái)越重要的貢獻(xiàn)者，增加了一種與凈初級(jí)生產(chǎn)和光合作用無(wú)關(guān)的顆粒有機(jī)碳（POC）來(lái)源，且具有持久性、化學(xué)頑固性和低生物有效性的特征，所攜帶的有機(jī)碳極少參與到元素的地球化學(xué)循環(huán)中。但目前MPs對(duì)河流系統(tǒng)自然有機(jī)碳的干擾程度卻尚不明確。

中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所年代學(xué)與環(huán)境示蹤團(tuán)隊(duì)面對(duì)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略需求，瞄準(zhǔn)研究所“十五五”規(guī)劃整體布局，對(duì)黃河干流~5500公里流域尺度內(nèi)不同環(huán)境下水圈及巖石圈中有機(jī)碳進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)（圖1），2023年黃河干流表層水和沉積物中MPs豐度的中位值分別達(dá)1523 ± 1087 items/L和22333 ± 9232 items/kg d. w.。來(lái)自水體和沉積物的MPs態(tài)POC中值濃度分別為0.31 ± 0.41 mg/L和3.05 ± 2.85 mg/kg，占POC的6.04% ± 7.73%和0.14% ± 0.17%。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，受黃河流域土壤砂粒與有機(jī)碳含量、植被覆蓋等環(huán)境狀態(tài)和人類(lèi)活動(dòng)的共同影響，黃河干流MPs的分布不隨靠近入海口的距離而增加（圖2）。黃河典型的水力條件（高含沙量和低流速）延長(zhǎng)了MPs在水體中的停留時(shí)間，可以分別增加22.8%和20.4%的MPs態(tài)POC。當(dāng)前，黃河中僅MPs態(tài)的POC通量達(dá)0.44-116.85 ton/d（中值達(dá)18.43 ± 34.46 ton/d），水體占>95%，達(dá)到世界河流中巖石成因POC通量的中等水平。其中，黃河水體向每年渤海輸送的MPs碳量達(dá)0.029 TgC，約占渤海水體POC碳庫(kù)的5.6%。

不僅如此，MPs所含化石源碳將老化黃河POC的14C年齡，對(duì)于基于PO14C開(kāi)展風(fēng)化、碳循環(huán)機(jī)制等研究而言將是重大挑戰(zhàn)。MPs態(tài)POC不僅提高了河流生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量貢獻(xiàn)的基線，也將重塑河流碳儲(chǔ)量評(píng)估政策以應(yīng)對(duì)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略需求。為此，我們呼吁不能忽視MPs作為一種高化石源碳含量的POC對(duì)河流碳循環(huán)的影響。

相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際期刊Science Bulletin上，第一作者為劉許柯博士，通訊作者為程鵬正高工。上述研究得到黃土科學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃河科學(xué)考察專(zhuān)項(xiàng)（E352010000）、國(guó)家自然科學(xué)基金（41991252、1240536、42330114、42472253、22406145）和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2024JC-YBQN-0298）的聯(lián)合資助。

Xuke Liu, Weijian Zhou, Peng Cheng*, Fei Zhang, Liangcheng Tan, Yunchong Fu, Yukun Fan, Jianghu Lan, Huachun Gu,Wen Liu, Ting Wang,Microplastics: an overlooked particle organic carbon in river systems. Science Bulletin, 2025, 70(21): 3499-3503

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.06.022

圖1. 黃河干流的微塑料特征

圖2. 黃河干流中微塑料顆粒有機(jī)碳的空間分布特征以及與環(huán)境因素的關(guān)系