地球環境研究所估算微塑料化石源碳對黃河干流有機碳庫貢獻

已有大量研究表明，微塑料（MPs）具有巨大的生態危害，但這似乎忽視了MPs也是一種顆粒有機物碳（碳含量38%-92%），并且MPs碳主要來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，以及其惰性而導致其周轉速度很慢，MPs正逐漸成為河流系統碳儲存中一個被忽視但越來越重要的貢獻者，增加了一種與凈初級生產和光合作用無關的顆粒有機碳（POC）來源，且具有持久性、化學頑固性和低生物有效性的特征，所攜帶的有機碳極少參與到元素的地球化學循環中。但目前MPs對河流系統自然有機碳的干擾程度卻尚不明確。

中國科學院地球環境研究所年代學與環境示蹤團隊面對黃河流域高質量發展的國家戰略需求，瞄準研究所“十五五”規劃整體布局，對黃河干流~5500公里流域尺度內不同環境下水圈及巖石圈中有機碳進行調查。調查發現（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1523 ± 1087 items/L和22333 ± 9232 items/kg d. w.。來自水體和沉積物的MPs態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%。

進一步研究發現，受黃河流域土壤砂粒與有機碳含量、植被覆蓋等環境狀態和人類活動的共同影響，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）延長了MPs在水體中的停留時間，可以分別增加22.8%和20.4%的MPs態POC。當前，黃河中僅MPs態的POC通量達0.44-116.85 ton/d（中值達18.43 ± 34.46 ton/d），水體占>95%，達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0.029 TgC，約占渤海水體POC碳庫的5.6%。

不僅如此，MPs所含化石源碳將老化黃河POC的14C年齡，對于基于PO14C開展風化、碳循環機制等研究而言將是重大挑戰。MPs態POC不僅提高了河流生態系統碳儲量貢獻的基線，也將重塑河流碳儲量評估政策以應對黃河流域高質量發展的國家戰略需求。為此，我們呼吁不能忽視MPs作為一種高化石源碳含量的POC對河流碳循環的影響。

相關成果發表于國際期刊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全國重點實驗室黃河科學考察專項（E352010000）、國家自然科學基金（41991252、1240536、42330114、42472253、22406145）和陜西省自然科學基礎研究計劃（2024JC-YBQN-0298）的聯合資助。

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碳的空間分布特征以及與環境因素的關系