温度驱动下多种微塑料溶解有机质光浸出的指数增长效应及其对海洋碳循环的影响

本研究针对海洋微塑料(MPs)在升温条件下释放溶解有机质(DOM)的机制不明问题，通过模拟10-35°C梯度实验，首次量化了PE/PP/PET/PVC四种MPs的光浸出温度敏感性(Q10=1.62-1.93)，发现MP-DOC(0.06-0.61 mg-C/g-MP/week)与MP-FDOM释放的不一致性，提出HIX-BIX指数可区分MP-DOM与天然DOM，为评估气候变暖对塑料污染-碳循环耦合作用提供新依据。

　　

塑料污染已成为地球碳循环中不可忽视的人为干扰因素。自1950年代以来，全球海洋中微塑料(MPs)的累积量正以惊人速度增长，预计到2035年其碳储量将媲美沿海生态系统总量。这些直径小于5毫米的塑料碎片在阳光、海浪作用下不断释放溶解有机质(DOM)，悄然改变着海洋微生物的食物网和生物泵过程。然而，在气候变暖背景下，温度如何调控MPs向海洋释放DOM的机制仍是未解之谜。

为回答这一关键科学问题，中国的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表最新成果，通过精密设计的温度梯度实验，首次揭示了MPs释放DOM的温度敏感性规律。研究选取聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚氯乙烯(PVC)四种占全球产量80%以上的典型MPs，在人工海水环境中进行为期1周的紫外/黑暗对照实验，温度精确控制在10-35°C范围内以5°C为间隔。运用紫外光谱、三维荧光光谱(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)等技术，系统量化了不同MPs释放溶解有机碳(DOC)和荧光DOM(FDOM)的动力学特征。

主要技术方法
研究采用商用MPs片(5×5×0.3 mm)经超声清洗和H₂O₂预处理后，置于人工海水介质中，设置6个温度梯度和UV/黑暗双条件。使用TOC分析仪测定DOC浓度，通过SUVA₂₅₄表征芳香度，EEM光谱解析FDOM组分，并计算腐殖化指数(HIX)和生物指数(BIX)。温度敏感性采用Q₁₀模型量化。

EEM光谱揭示MP-FDOM特征
通过PARAFAC分析识别出两类MP-FDOM：PE/PP/PVC表现4个特征峰(2个类蛋白峰T₁/T₂和2个类腐殖质峰A/M)，而PET独有的C4组分(Ex/Em=270/309 nm)可作为含双酚A添加剂的标记物。这种光谱指纹为区分MP-DOM与天然DOM提供了新工具。

不同MPs的光浸出差异性
在25°C紫外条件下，DOC释放速率呈现PE(0.26)>PET(0.21)>PP(0.11)>PVC(0.07 mg-C/g-MP/week)的规律。值得注意的是，PE/PP/PVC以DOC释放为主，而PET同时释放大量FDOM，这种"碳-荧光解耦"现象暗示不同聚合物降解路径的分子机制存在本质差异。

温度敏感性的突破发现
Q₁₀分析显示，温度每升高10°C，MP-DOC光浸出速率呈1.62(PVC)至1.93(PET)倍的指数增长。这种温度依赖性远超多数生物代谢过程，表明未来海洋变暖可能显著加速MPs向碳循环的"人为输入"。HIX-BIX二维分析进一步证实，MP-DOM具有显著低于天然DOM的腐殖化程度和更高生物活性。

环境启示
该研究首次建立MP-DOM释放的温度响应模型，揭示气候变暖将通过双重机制影响海洋碳循环：一方面加速MPs向DOC的转化，另一方面改变FDOM的组成特征。考虑到到210年海洋温度可能上升4.4°C，MPs对碳循环的贡献可能被严重低估。研究提出的HIX-BIX判别指标和Q₁₀参数，为评估塑料污染与气候变化协同效应提供了量化工具。

这项由Yan Li和Xiaoxia Cai等学者完成的工作，不仅填补了MPs环境行为温度效应研究的空白，更警示我们必须将海洋变暖纳入塑料污染风险评估体系。随着全球MPs产量持续增长，其通过温度敏感型途径对碳循环的干扰可能重塑海洋生态系统的物质流动格局，这一发现对完善地球系统模型具有深远意义。