科汇生环 | 人类活动是海洋溶解有机物的重要来源

随着人口增长与工业化，大量人为合成有机化合物（Xenobiotics，如农药、药品、工业添加剂等，后简称“人为有机物”）进入地球各类环境。从全球尺度看，部分表生生态系统中的人为有机物的输入通量可与天然有机物相当，可能直接影响全球碳生物地球化学过程。海洋是全球最大的生物圈，其溶解有机物（Dissolved Organic Matter, DOM）碳库在全球碳循环中扮演关键角色。然而，对于海洋系统中人为有机物，既往研究多局限于区域尺度，且多针对特定目标化合物（Targeted Analysis），导致缺乏对全球尺度污染格局的认知，且人为有机物在海洋DOM总库中的占比及分布特征（如近岸vs开阔大洋）也尚不清晰。

为此，该研究整合了全球海洋（包括太平洋、印度洋、大西洋等地）2315份海水样品，共21组公开的非靶向液相色谱-高分辨串联质谱（LC-HR-MS/MS, Q-Orbitrap）数据集，样品位置涵盖了不同海洋区域（河口、近岸带、珊瑚礁、开阔大洋，图1a）。数据通过严格的质量控制，扣除了实验过程中的实验室塑料干扰信号，并采用统一的数据处理流程，结合特征基分子网络（FBMN）、GNPS谱库匹配与SIRIUS注释等方法（图1b），系统鉴定了海水中农药、药物、个人护理品及工业污染物（如塑料助剂、表面活性剂）等各类人为有机物。本研究旨在回答：人为有机物在全球不同海洋生态系统中的赋存广度、类别差异及其对海洋DOM库的贡献究竟如何?

图1  样品分布及处理分析流程示意图。

a：海水采样点来自于21个公开非靶向串联质谱数据集的区域（橙色：沿海带，绿色：珊瑚礁，紫色：开阔大洋）；b：样品通过固相萃取（PPL-SPE）后在Q Exactive平台上进行分析，数据上传至MassIVE数据库，随后通过FBMN进行分子网络分析。

科学内涵

研究得到了以下核心发现：

1）人为有机物对海洋溶解有机碳库贡献显著：这些人为有机物相对丰度在近岸最高可达20%，开阔大洋约0.5%–4%（中位值2%），个别河口样本占比高达63%-76%；当通过分子网络注释范围扩展至未直接匹配的一级相邻节点（潜在转化/降解产物），人为有机物的含量还会进一步增加（图2a-b），这表明，人为有机物对海洋DOM分子组成的相对贡献已经不可忽视。

2) 海洋中人为有机物陆源输入特征明显：人为有机质总信号强度呈现出从河口、近岸、开阔大洋显著递减的趋势，支持陆源是主要初始输入源，经稀释/衰减后部分组分仍可远海传输；垂向上也呈现出表层水高于深层水，反映了大气沉降、表层混合及光化学行为的影响（图2c-d）。

3）工业源的人为有机物影响更大：农药与药物主要富集于河口及温带近岸，随离岸距离迅速衰减，开阔大洋中几乎未检出；而工业污染物不仅在近岸区域广泛存在，也在开阔大洋广泛分布，表明其具有较强传输能力或持久性（图3）。

4) 塑料来源人为有机物多样性高：来源于纳米塑料前体/降解产物的聚烷二醇类（PAGs）信号最强、结构最多样，且在近岸与珊瑚礁区丰度高；而与塑料碎屑的热/光老化浸出有关的邻苯二甲酸酯与有机磷酸酯在珊瑚礁区突出，这些塑料衍生碳的发现，为“化石碳/人为碳进入海洋活性碳库”提供实证支持（图3）。

图2  人为有机物对海洋DOM总信号的贡献梯度。

图3  不同海洋生态系统中人为有机物的类别组成。

启示1：老树开新花，数据深度挖掘潜力大。尽管本研究利用的是成熟的LC-HR-MS/MS技术，但通过数据的深度挖掘，尤其是仪器间可外推的标准化测试流程、数据处理，实现了多区域、大数据之间的整合，克服了单点研究的空间局限，从而创新性地揭示出传统监测清单之外的工业添加剂才是海洋人为污染物广泛分布的主角。这提示我们，历史沉积的海量公开数据蕴含着巨大的科研价值。

启示2：突破“目标化合物”思维，拥抱“非靶向”全景视角。长期以来，环境化学监测多聚焦于已知的“黑名单”污染物（如特定农药）。本研究通过非靶向全景扫描证明，海洋中充斥着大量未被监管的工业副产物和转化产物。未来的环境监测策略应从“验证已知”转向“发现未知”，利用分子网络技术全面捕捉复杂的人为化学指纹，以避免遗漏真正具有生态风险的新型污染物。

启示3：人为有机物应纳入海洋DOM与碳循环模型。人类活动带来的外源有机物在局部近岸DOM信号中占比可达20%，接近河流DOC中化石碳贡献比例（~22%），忽略这部分人为有机物可能低估或误判DOM组分来源与周转过程，未来海洋碳循环与DOM老化模型应考量人为合成有机分子作为DOM子集的生物可利用性与归趋。

——解读人：黄柳琴

——责任编辑：吴耿