在全球气候加速变暖的背景下，冻土的融化及其对生态环境的风险引起了广泛关注。高寒地区常被视为各种污染物的集散地，其中包括挥发性的卤代有机物。这些物质可能从融化的冻土中释放。由于技术限制，现有文献中关于土壤卤代有机物的报道主要集中在溶剂可提取的游离态。这类物质化学性质相对活跃，生物有效性较高，就像处于“清醒”状态。但在高寒环境中，是否还存在化学稳定、被土壤锁定的结合态物质，仿佛在“冬眠”而未被察觉？目前，人们对冻土中卤代有机物的真实情况了解甚少，这限制了我们对未来气候变化可能带来的生态风险的评估。
图1 青藏高原冻土及其融化后形成的热融湖塘 （《中国国家地理》李朝阳 摄影供图）
近日，复旦大学环境科学与工程系王梓萌团队与德国亚琛工业大学Jan Schwarzbauer合作，研究分析了青藏高原的多年冻土。他们首次列出了冻土样品中的卤代有机化合物的详细清单，并惊讶地发现传统的溶解萃取方法测得的含量只是真实总量的“冰山一角”。他们还揭示了这些物质在气候变暖中的释放风险。这项研究成果以“青藏高原冻土储藏大量卤代有机物”（Substantial halogenated organic chemicals stored in permafrost soils on the Tibetan Plateau）为题，于2023年10月23日在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）上发表。
图2 本研究在青藏高原冻土区的采样点分布
该研究采用了分步化学处理方法，在传统溶剂提取的基础上，逐级分析冻土中的不可提取残留态物质（Non-extractable residues, NER）。他们从23个样品中共鉴定出了270多种卤代有机化合物，平均浓度高达310,000 ng/g，其中180,000 ng/g可能是自然来源。令人惊讶的是，冻土中的卤代有机物的不可提取残留态占了总量的99%以上，远超其他常温环境的土壤和沉积物。研究还发现，冻土中85%的不可提取残留态是物理封存的，与化学结合态相比，它们有更高的释放潜力。实验表明，冻土融化会增加可提取态卤代有机物的含量，而微生物活动的增强则促进了污染物的释放。
图3 青藏冻土和德国城市土卤代有机物在可提取和不可提取态组分间分布的显著差异
2023年7月召开的全国生态环境保护大会“把应对气候变化、新污染物治理等作为国家基础研究和科技创新重点领域”。本研究通过追踪污染物在高寒环境中“冬眠”和“苏醒”的化学状态，揭示了青藏高原冻土中大量的不可提取残留态卤代有机物，并证明了它们在气候变暖中的释放风险。这为气候变化应对、新污染物治理和冰冻圈的生物地球化学研究开辟了新的前沿方向。
本研究是复旦大学环境科学与工程系近年来系统规划和建设水土界面环境过程方向，积极拓展与环境微生物、环境地理和环境生态交叉融合发展所取得的又一重要成果（此前成果《新型古菌的产甲烷功能得到实验证实》于2023年6月28日发表于《科学进展》（Science Advances）期刊），也是《自然·地球科学》发表的首篇由复旦大学领衔的研究论文。本文第一作者和第一通讯单位均为复旦大学环境科学与工程系，博士后朱晓婧、硕士生杨帆、本科生李臻为论文的前三位作者，系内其他共同作者还包括陈建民教授、王琳教授、方明亮教授等。中国科学院西北生态环境资源研究院、青藏高原研究所、广州地球化学研究所和南京大学、美国麻省大学等国内外合作团队提供了宝贵的样品和技术支持。研究受到国家自然科学基金、中科院西北生态环境与资源研究院开放基金、青藏高原二次科考项目、以及“一带一路”国际科学组织联盟等资助，并在启动阶段得到了复旦大学的校内支持。
据悉，自2018年起，复旦大学环境系开始系统规划建设土壤、地下水相关环境生物地球化学方向。经过5年发展，已引进、培养国家“四青”人才2人，平台和“有组织科研”模式日趋成熟。团队结合水化学、分析技术、数值模拟和多组学技术，深入研究水土界面中的关键环境生物地球化学过程，并探讨这些过程与气候变化、城市化、农业可持续性以及公众健康之间的相互影响。团队成员以第一或通讯作者在Nature Geoscience（《自然·地球科学》）, Science Advances（《科学进展》）, Nature Communications（《自然·通讯》）, 《中国科学：地球科学》等综合类期刊，以及ES&T, GCA, J. Hydrology等专业类期刊上发表50余篇。先后获得美国化学会环境化学部James J. Morgan Award和国际地球化学协会Ebelmen Award，分属国际环境与地球化学领域享有盛誉的杰出青年科学奖。主持多项国家级和省部级人才项目，国家重点研发计划课题、子课题，国家自然科学基金，以及企业委托项目。
该团队现为国际地球化学协会会刊Applied Geochemistry（创刊于1986年，由Elsevier出版）全球总编辑部的依托单位，团队PI王梓萌研究员担任该刊首位来自亚洲的总主编（Editor-in-Chief）。团队正与校内外其他相关学科和团队通力协作，全面推进水土界面环境过程学科方向的稳步发展。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-023-01293-1
