Nature｜来自陆地和海洋的大气微塑料排放

近日，奥地利维也纳大学Ioanna Evangelou团队研究了来自陆地和海洋的大气微塑料排放。该项研究成果发表在2026年1月21日出版的《自然》杂志上。

微塑料作为全球性污染物，其在大气中的分布特征尚不明确。尽管大气微塑料的观测数据日益增多，但对排入大气的微塑料数量的估算仍存在数个数量级的差异。

研究组整合了全球大气微塑料数据集，并与经过粒径校准的微塑料模型模拟结果进行比对。模型模拟结果显示，其对全球大气微塑料浓度中位数的估算比实测值高出2至4个数量级。实测数据表明，海洋上空微塑料浓度中位数仅为陆地上空的1/27（分别为0.003和0.08颗粒/立方米）。

通过运用简易比例推算法，研究组估算得出海洋排放的微塑料数量低于陆地排放。全球陆源与海洋排放总量分别为每年6.1×1017（1.3×1017至1.1×1018）颗粒和每年2.6×1016（2.7×1015至5.0×1016）颗粒。研究结果表明，排入大气的微塑料颗粒数量低于既往认知。陆源排放主导数量而非质量排放，这表明需要进一步研究微塑料排放的粒径分布特征。

通过系统收集全球大气微塑料（MPs）观测数据，结合自下而上（BU）与自上而下（TD）排放清单，利用拉格朗日粒子扩散模型（FLEXPART）进行源‑受体关系模拟，并对排放量进行比例缩放，重新估算了陆地与海洋向大气排放的微塑料通量。研究指出，现有模型普遍高估了大气微塑料浓度，陆源排放的数量贡献显著高于海源，而在质量贡献上则需进一步考虑粒径分布的影响。

1 科学问题

当前大气微塑料排放估算存在数量级差异（如海洋排放估算介于0.0007 Tg year⁻¹至9 Tg year⁻¹之间），亟需基于全球观测数据对排放通量进行约束。

陆地与海洋对大气微塑料的贡献比例尚不明确，尤其是在不同粒径范围下的数量与质量排放特征。

现有模型模拟结果与实测浓度之间存在系统性偏差，需探究其原因并改进排放估算方法。

2 研究方案

数据收集：共整理76项研究、283个地点、2782条大气微塑料浓度与沉降观测数据（包括925条浓度、1007条整体沉降、556条湿沉降、294条干沉降），覆盖2014‑2024年。

排放清单：构建三种排放情景——自下而上清单（BU，含交通、海洋与干旱土壤再悬浮），以及两种基于美国西部观测优化的自上而下清单（TD‑B与TD‑E）。所有排放统一调整至5‑100 μm粒径范围。

模型模拟：使用FLEXPART模型进行反向源‑受体计算，模拟四种粒径区间（5‑10 μm、10‑25 μm、25‑50 μm、50‑100 μm）的大气传输与沉降过程，并考虑不同形态（纤维、碎片、薄膜等）的沉降行为。

排放缩放：基于实测与模拟浓度的对比，分别对陆地与海洋排放施加全局缩放因子，以缩小模型与观测之间的差距。

统计分析：采用皮尔逊相关系数、分数偏差、超出因子、均方根误差等指标评估模拟与观测的一致性。

3 结论

排放量估算：缩放后的全球陆地排放为6.1×10¹⁷ particles year⁻¹（0.0005 Tg year⁻¹），海洋排放为2.6×10¹⁶ particles year⁻¹（0.004 Tg year⁻¹），陆源排放数量约为海源的23倍。

浓度差异：实测中位数浓度在陆地为0.08 particles m⁻³，海洋为0.003 particles m⁻³，陆海浓度比约为27。模型对陆地浓度的高估可达3‑4个数量级。

源贡献：除南极地区外，陆地排放是各区域大气微塑料的主要来源。海洋排放对开阔海域的贡献有限，且先前TD研究可能因依赖陆地数据反推海洋排放而高估海源贡献。

粒径与形态影响：排放与观测的粒径范围不一致、形态假设（如纤维与球形）及质量‑数量转换不确定性是导致估算差异的重要原因。

不足与展望

观测限制：现有数据空间覆盖不均，开阔海域观测稀缺，且缺乏统一采样与分析标准。

排放因子不确定性：各类人为活动的排放因子基础薄弱，尤其是小粒径（<5 μm）与纳米塑料的排放特征尚未明确。

模型改进方向：未来需发展分区或分部门的排放缩放方法，结合更多观测数据，逐步推进基于反演模型的排放约束。

重点研究方向：应系统开展排放与大气微塑料的粒径分布观测，拓展至更小尺寸范围，并加强质量与数量单位转换的标准化。

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