冷冻水体液态微区中光活性中间体的显著富集机制及其对微污染物降解的增强效应

这篇研究揭示了冰冻条件下溶解性有机物（DOM）通过液态微区（LLR）的冷冻浓缩效应，使活性中间体（RIs）浓度提升5-41倍，首次通过激光共聚焦显微技术可视化DOM与RIs的异质分布，发现冰相中单线态氧（1O2）、三线态DOM（3DOM*）和羟基自由基（•OH）的生成路径与液相显著不同，为寒区生态系统污染物转化提供了新认知。

　　

Highlight

冰冻DOM光化学活性在液态微区（LLR）中展现出惊人增强，稳态活性中间体（RIs）浓度比液相高5-41倍。激光共聚焦显微镜首次捕捉到DOM与RIs在LLR中的"冷冻浓缩秀"，揭示其浓度可达水相的10²-10⁴倍。分子分析发现，富含氧官能团的单宁酸和羧基化无环DOM成分是冰相RI的"专属原料"，与新烟碱类农药（IMD）和抗生素（SDZ）的降解加速现象直接相关。

Materials

所有化学品信息见支持材料（SI Text S1）。实验采用国际腐殖质协会的Suwannee河天然有机物（SRNOM）和富里酸（SRFA），样本采集自青藏高原延伸带的东帕米尔高海拔湿地和东北平原中纬度湿地（图S1）。

The temperature-dependent k_{TMP, 3DOM} and k_•OH,DOM*

研究发现温度对TMP与³DOM反应速率常数（k_{TMP, 3DOM}）具有显著影响。通过1-30°C梯度实验拟合阿伦尼乌斯方程，首次建立冰相条件下该参数的定量模型。线性回归分析显示，TMP浓度（10-250 μM）与其降解速率（k_obs）呈显著相关性。

Conclusion

中高纬度高海拔内陆水体DOM库在冰冻期展现"超能力"——LLR中RIs的"涡轮增压"效应使污染物降解效率飙升。密度泛函理论计算揭示，冷冻环境通过双重机制（降低活化能和浓缩效应）推动污染物转化，为寒区环境污染物风险评估提供了全新视角。