SA:地球環(huán)境所通過(guò)方法學(xué)突破，首次實(shí)現(xiàn)城市大氣微/納塑料量化研究

自2004年“微塑料”概念（尺寸小于5毫米的塑料碎片）被提出后，在過(guò)去的二十年間，微塑料及更小的納米塑料（小于1微米）已被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于地球系統(tǒng)的所有環(huán)境介質(zhì)（水、土壤、空氣及生物等）中。它們通過(guò)物理與化學(xué)的復(fù)合作用，對(duì)從生物個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)的多個(gè)層級(jí)構(gòu)成潛在且長(zhǎng)期的威脅。近年來(lái)，極地、高山等偏遠(yuǎn)地區(qū)的觀測(cè)證據(jù)進(jìn)一步揭示，大氣傳輸已成為塑料全球循環(huán)的關(guān)鍵通道。同時(shí)，微米及納米級(jí)塑料顆?？山?jīng)呼吸道進(jìn)入深部肺區(qū)及血液，是除攝食外另一重要的人體暴露途徑。

傳統(tǒng)分析方法依賴(lài)顯微鏡下對(duì)塑料形狀、顏色和透明度的人工識(shí)別，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境樣品中微米級(jí)塑料的準(zhǔn)確定量，更無(wú)法精準(zhǔn)識(shí)別納米級(jí)塑料，這構(gòu)成了該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵瓶頸。作為一種可通過(guò)大氣通道快速擴(kuò)散至全球的新型污染物，盡管學(xué)術(shù)界日益關(guān)注微/納塑料在大氣中的存量、傳輸、轉(zhuǎn)化及歸趨，但受限于定量方法的缺乏，其氣候、環(huán)境與健康效應(yīng)一直難以系統(tǒng)評(píng)估。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境所空氣凈化新技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者，開(kāi)發(fā)了一種半自動(dòng)顯微分析方法，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境樣品中小至200納米塑料顆粒的有效定量。該方法基于計(jì)算機(jī)控制的掃描電子顯微技術(shù)，通過(guò)逐顆粒定位并測(cè)量其粒徑、形貌與元素組成等微觀理化參數(shù)，系統(tǒng)揭示了西安、廣州兩座千萬(wàn)級(jí)人口城市大氣氣溶膠、降水（雨、雪）、降塵和揚(yáng)塵中微塑料與納米塑料的豐度（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，道路揚(yáng)塵與降雨過(guò)程主導(dǎo)著大氣塑料的跨環(huán)境介質(zhì)傳輸，并觀測(cè)到微/納塑料在大氣中與礦物塵、黑碳等顆粒物發(fā)生了異質(zhì)混合（圖2）。

該工作通過(guò)方法學(xué)創(chuàng)新，將大氣塑料研究的空間分辨率從微米推進(jìn)至納米尺度，為精準(zhǔn)量化微/納塑料的大氣過(guò)程提供了有力工具?；诹椒直娴男蚊才c化學(xué)組成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究深化了對(duì)大氣塑料環(huán)境行為的認(rèn)識(shí)，為評(píng)估其對(duì)輻射強(qiáng)迫與生態(tài)系統(tǒng)的影響提供了直接依據(jù)。此外，研究首次發(fā)現(xiàn)的大氣異質(zhì)混合現(xiàn)象，也為深入探究微/納塑料的健康風(fēng)險(xiǎn)與氣候效應(yīng)拓展了新的研究思路。

該成果近期發(fā)表于Science Advances。中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境所胡塔峰副研究員為第一作者，中國(guó)科學(xué)院大氣物理所曹軍驥研究員、中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境所黃宇研究員、香港中文大學(xué)何建輝教授和日本熊本縣立大學(xué)張代洲教授并為共同通訊作者。研究獲得中國(guó)科學(xué)院蘭州資源環(huán)境科學(xué)大型儀器區(qū)域中心“儀器設(shè)備方法開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（lz2026g106）”和黃土科學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“2025年度全重重點(diǎn)項(xiàng)目（SKLLQGZD2503）”資助。

Tafeng Hu, Chongchong Zhang, Yuqing Zhu, Jing Duan, Suixin Liu, Niu Jin, Yingpan Song, Feng Wu, Jianjun Li, Ting Zhang, Hongya Niu, Xuxiang Li, Hong Huang, Gary S. Casuccio, Yu Huang, Kin-Fai Ho, Junji Cao, Daizhou Zhang(2026). Abundance of microplastics and nanoplastics in urban atmosphere.?Science Advance.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7779

圖1、城市大氣微塑料和納米塑料豐度、通量與組成示意圖

圖2. 城市大氣環(huán)境樣品中塑料顆粒的異質(zhì)聚集. (A) 大氣塑料粒子與黑碳和礦物塵粒子聚集體的相對(duì)含量；(B) 微/納尺度異質(zhì)聚集體的典型形貌