近日，广东工业大学滨海与深海生态环境研究中心在Advanced Science上发表了题为：“Tracing the Century-Long Evolution of Microplastics Deposition in a Cold Seep”的研究性论文。该研究第一作者为冯景春教授，通讯作者为杨志峰院士和张偲院士。

自1907年塑料首次生产以来，越来越多的塑料垃圾被倒入海洋，进而降解成微塑料（MPs）。目前，MPs在各种海洋环境如水柱、沉积物带和生物体中广泛发现。为揭示深海MPs的危害和风险，探索全球所有可能的深海MPs的汇和热点是至关重要的。然而，以往的深海MPs研究主要集中在来自大陆架、大陆斜坡和深渊等有利于MPs富集的负地形地区，但MPs在深海冷泉生态系统等沉积层流体喷发区域中的赋存特征尚不清楚。

为填补沉积物中MPs的长期演变空缺以及解决小尺寸MPs识别困难的问题，该研究团队首次在冷泉区长期检测并表征了MPs的赋存特征和降解情况。利用原创专利技术鉴定海马冷泉渗漏区沉积物岩心中广泛的MPs粒径（20 μm-5 mm），从年代、降解、环境因子、微生物、环境风险等多角度进行解析，以揭示MPs在甲烷渗漏区和非渗漏区域中沉积的演变规律。

图1 采样点的地理信息及MPs丰度的演变。（a）五个采样地点的地理位置和生境分布。（b）MP质量丰度的历史记录。(c-d）非渗漏区的标准化MP埋藏率和全球塑料产量。(e–g）甲烷渗漏区的标准化 MP 埋藏率。(h）总丰度与空间分布。

研究发现，无论是1930年代工业塑料生产开始，还是1950年代大规模生产，MPs的质量丰度都有显著增长，MPs是塑料垃圾在环境中的最终命运。海马冷渗漏沉积物中MPs的历史轨迹可以反映塑料的生产历史，且沉积物中MPs的积累速率随着甲烷渗漏而降低。此外，MPs在深层沉积物中的长期迁移和转化可以降低潜在生态风险。

图2聚合物丰度和MPs的生态风险。（a-b）基于甲烷渗漏区和非渗漏区之间MPs丰度的Bray Curtis差异性指标的主坐标分析（PCoA）。（c-d）检测到的17种MPs的数量和质量丰度分布。（e-f）不同地理位置的生态风险评估。

同时，在冷渗漏区，上涌的甲烷流体可以抬升密度较大的塑料颗粒，使其被夹带到甲烷羽流中，有利于MPs等颗粒进入水柱，导致沉积物中MPs丰度降低。且沉积物中MPs整体演变主要由表层的轻工业塑料制品向深层的重工业塑料制品演变。而自COVID-19大流行以来，MPs数量丰度的增加与一次性防护服、安全手套和一次性口罩等病毒传播预防产品的广泛使用显著相关。

图3 不同MPs种类的源汇特征。（a）基于五个站位主要MPs在不同时间段内的来源分析。（b）五类主要MPs的时间演变。（c）MPs丰度与近年来使用防护设备之间的关系。（d-e）MPs丰度与南海海洋捕捞量和渔船之间的关系。

此外，研究人员发现，甲烷渗漏区与非渗漏区MPs的粒径分布存在显著差异。在甲烷渗漏区，MPs的破碎化程度对甲烷渗漏的响应程度更为敏感，且有色MPs更容易随着甲烷渗漏而分解或降解。

图4 MPs的形态和降解特征。（a）甲烷渗漏区和非渗漏区MPs尺寸的NMDS结果。（b）MPs的尺寸分布。（c）颗粒与其他类型的丰度比。（d）MPs的平均投影面积。（e）有色和无色MPs在深度上的丰度。（f）有色和无色MPs与MPs降解菌的相关性分析。

同时，MPs丰度与沉积物孔隙水中总有机碳（TOC）、总碳（TC）、铁(Fe)离子、锰(Mn)离子和磷酸盐的浓度等环境因素显著相关。且结合微生物数据可以发现，甲烷渗漏区的微生物可以提供降解相关MPs的潜力。

图5 MPs丰度与环境因素的相关性分析。（a）MPs丰度与地理因素的Mantel Test结果。（b）ROV1站位MPs的SEM-EDS结果。（c-d）MPs丰度、地理因素、微生物群落的网络分析。

图6 冷泉渗漏区MPs的生物降解机制。（a）基于KEGG Orthology数据库功能预测的MPs降解和甲烷氧化途径。（b）ROV1的微生物种群分布随沉积物深度而变化。（c）烷烃代谢、MPs单体降解、化能合成、沉积物碳封存的基因丰度分布。

总体而言，通过该研究团队的原创专利方法在海马冷泉区沉积物中研究了MPs（20-5000 μm）长达一个世纪的演变。研究发现，目前海马冷泉深海沉积物对MPs的埋藏功能要比其他环境强得多。该团队证明，自1930年代全球大规模使用塑料以来，甲烷渗漏区域具有MPs降解的潜力，且在甲烷渗漏区还发现了更多MPs降解的微生物种群和功能基因。此外，进一步研究了上升流流体渗漏促进了MPs的破碎和降解行为。基于多参数风险评估，验证了MPs在深层沉积物中的长期迁移和转化可以降低潜在的环境和生态风险。来源分析表明，人为活动和海上作业是海洋环境中沉积MPs的主要来源。

此外，该研究团队呼吁，深海MPs历史评估在阐明人为活动对地球内部深处的影响方面发挥着重要作用。需要在全球、国家和区域管理规模上减少陆地和海上活动向海洋排放合成聚合物。沉积物中逐渐降解的MPs类型为可持续海上塑料的使用提供了新的前景，以取代未降解的类别。此外，我们还可以利用冷渗漏区作为自然实验室来培养可生物降解的微生物，或者使用化学降解技术通过控制塑料污染来促进海洋的可持续发展。