英国南极调查局British Antarctica Survey吴楠Nature Water：哪些微塑料能搭上絮凝体的便车？

图文摘要

图 1 兼图片摘要：微塑料参与絮凝过程

图 1 a 微塑料参与水声环境絮凝过程机理 b 在不同环境中都展示了絮凝对于微塑料归趋的重要影响 c 局部放大展示小尺寸的微塑料更容易进入絮凝体进而与絮凝体共同运动

成果简介

英国南极调查局（ British Antarctic Survey ）的吴楠博士在《 Nature Water 》期刊上发表了题为 “Flocs as vectors for microplastics in the aquatic environment” 的研究成果。这项研究创新性地揭示了那类微塑料可以再各种水体环境被絮体（ flocs/aggregates ）结合，进而被加速输送到更深的水域乃至水体底部。文章通过荟萃分析和大量实验数据构建了微塑料和絮体的尺寸关系模型，揭示出尺寸为 162 微米以下的小微塑料更易通过絮体在不同的水体环境中被运输。该研究结果为理解河流、湖泊到海洋甚至水处理过程中微塑料迁移行为提供了关键视角，有助于未来多种水体环境的污染控制策略 。

微塑料（ MPs ， <5 mm 的塑料颗粒）因其持续进入各种水体环境，已成为悬浮颗粒物（ SPM ）的重要组成部分。絮凝是控制 SPM （包括 MPs ）命运的关键过程，它将细小颗粒聚集成大型絮体或 “ 絮块 ” ，从而增强这些颗粒的沉降能力。絮体是松散、不规则、多孔的矿物和生物材料的聚集体，其尺寸越大，越容易破裂。絮凝在河流、海洋碳通量的垂直运输、湖泊和水库的水质及养分循环中发挥重要作用。一旦 MPs 被纳入絮体，其运输便随絮体的水动力行为变化，包括水平运动、垂直沉降和再悬浮。这一过程增强了 MPs 的垂直沉降通量，促进了 MPs 从水体中移除。絮凝不仅在海洋表面去除 MPs 方面至关重要，还可以在淡水环境中形成临时或永久沉积库，并减少河口中 MPs 的流出 。

尽管已有模型尝试预测 MPs 的行为，很多却忽略了絮凝的影响或使用了不恰当的参数。因此，全面理解 MPs 的絮凝对准确模拟其水体命运至关重要。然而，由于 MPs 的物理化学特性多达十余种，不同水体环境下的絮体组成和浓度变化也不可预测，使得 MPs 的絮凝机制和速率充满挑战。本研究旨在探究不同水体中，何种尺寸和性质的 MPs 能被纳入絮体。我们通过荟萃分析研究了 2,580 组数据，并通过实验获得了超 4,000 个 MPs 与絮体的反应数据，尝试回答一个关键问题：具备哪些特性的 MPs 可以在不同水环境中进入絮体。这一研究为深入理解 MPs 的复杂行为提供了宝贵的科学依据，体现了该领域的重要进展和科学价值。

图文导读

图 2 荟萃分析： MPs 与絮体结合的尺寸关系

图 2 ： a. 此图展示了 MPs 与絮体结合的尺寸关系：红色点表示被纳入絮体的 MPs ，蓝色点表示未被纳入的 MPs 。通过拟合边界曲线，将 MPs 分为两组：曲线下的 MPs 被纳入絮体，随絮体一同运输；曲线上方的 MPs 则未被纳入，单独运输。 b. 数据集中不同水体环境测量数量分布。 c. 数据集中 MPs 的特性分布。

揭示关键参数： 本研究首次通过絮体尺寸简单预测 MPs 的运输模式，提供了一种统一的视角，将复杂的环境参数简化为絮体尺寸这一关键预测指标。 适用性广泛： 数据集覆盖了多种水体环境、絮体和 MPs 的尺寸范围，使研究结果具备广泛的适用性，能够跨环境预测 MPs 的行为。 填补知识空白： 在以往研究中，主要关注环境属性对 MPs 絮凝的影响，而忽略了尺寸关系的重要性。此研究弥补了这一缺口，增强了 MPs 絮凝模型的预测能力 。

荟萃分析的不足：由于大多数现有研究仅使用了原始的微球和碎片类型的 MPs ，其结果未能充分代表自然环境中 MPs 的多样性（图 2c ）。此外，现有数据主要来源于单一 MP 尺寸和絮体尺寸的实验，忽略了 MPs 和絮体之间的尺寸关系。因此，本研究开展涵盖不同尺寸、特性以及连续絮体尺寸范围的实验研究，以填补这一知识空白，并提高 MP 絮凝模型的准确性和预测能力。

图3 实验数据： MPs 与絮体结合的尺寸关系

a. 通过实验得出的 MPs （碎片、微纤维和微球）和絮体的尺寸关系图，使用不同形状、八种聚合物类型、三种密度范围及老化状态的 MPs 进行了实验，以探讨 MPs 特性对其絮凝行为的影响。

‘

本研究通过整合大规模荟萃分析和创新的实验数据，开发了边界曲线模型，将絮凝理论与各类水体环境中的实际观察相结合。研究结果表明， MPs 和絮体的相互作用可以通过两个简单且相对易测的参数来预测： MPs 的尺寸和絮体的尺寸。这一模型适用于复杂系统，其中 MPs 不断变化（例如，老化和破碎），而自然水体环境的多样性导致絮体形成的高度可变性 。

边界曲线模型极大地提升了我们对 MPs 在水体环境中行为和归宿的理解，为预测 MPs 是以单体形式还是作为絮体的一部分运输提供了可靠的方法。这一突破具有广泛的应用价值，包括提升 MPs 的迁移和归宿模型的准确性，优化 MPs 在废水和原水中的去除效果，并深化我们对絮凝如何影响生态风险和生物地球化学过程的认识。因此，该模型不仅推进了我们对 MPs 动态的理解，还支持在多种水体环境中更有效地控制和管理 MPs 污染。这项研究的挑战在于整合多样化环境条件和颗粒特性，而其成果将为解决全球 MPs 污染问题提供强有力的科学支撑。