微塑料對海洋環(huán)境影響的研究現(xiàn)狀

魯婭梅，張萬筠，劉娜，關(guān)馨，徐穎

（大連民族大學(xué)，遼寧 大連 116600）

自從塑料被發(fā)明創(chuàng)造以來，憑借其良好的物理化學(xué)性質(zhì)使人類在生產(chǎn)生活上獲得了極大的便利。從20世紀(jì)50年代開始大規(guī)模制造塑料產(chǎn)品到今天，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明，世界每年大概制造3億t塑料[1]，僅9%的塑料垃圾被循環(huán)使用，其余91%被焚燒處理或進(jìn)入垃圾填埋場中。如果持續(xù)采用當(dāng)前的塑料制造技術(shù)和管理模式，預(yù)計2050年人類將會產(chǎn)生120億t垃圾[2]。中國是人口大國，巨大的人口體量使得中國對塑料制品的使用供不應(yīng)求，其中如聚氯乙烯、氨基模塑料等產(chǎn)量就已排名世界首位，這些塑料被使用后無法得到有效的降解處理，對我國的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[3]。

海洋面積約占地球表面積的71%，含水量約占地球總水量的97%。海洋為人類提供食物、礦物和能源等海洋資源，支持著人類文明的發(fā)展與延續(xù)，但是目前大量的海洋垃圾威脅到了海洋生物的生存，對海洋生態(tài)環(huán)境造成了巨大破壞。

海洋垃圾的60%～80%是塑料，塑料從最開始能以肉眼觀測到的“白色污染”逐漸向粒徑極小難以被觀測到但卻能對環(huán)境造成巨大污染的微塑料轉(zhuǎn)變。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫乃芰袭a(chǎn)品能以多種途徑進(jìn)入海洋，由于塑料的穩(wěn)定性、持久性和難降解特性，塑料會在環(huán)境中存在百年甚至千年，對環(huán)境造成長期影響。

在2004年，OLSEN[4]等第一次提出了微塑料的英文術(shù)語microplastic。通常粒徑小于5 mm的塑料顆粒被稱為微塑料。塑料垃圾破碎成微塑料后，能沉積于土壤里或通過地表水徑流進(jìn)入海洋。經(jīng)過研究人員檢測發(fā)現(xiàn)，微塑料在較淺的海洋沿岸和大多數(shù)海洋中均被檢出[5]。CAUWENBERGHE[6]等證實了深海海底存在微塑料。微塑料因形態(tài)、色澤、種類多樣、粒徑較小，對海洋中不同營養(yǎng)級生物均會產(chǎn)生毒性作用，且可沿食物鏈傳遞，危及人類健康。第五屆聯(lián)合國環(huán)境大會續(xù)會于2022年2月28日至3月2日在肯尼亞共和國首府內(nèi)羅畢召開，在該次會議中，聯(lián)合國官員彼得·湯姆森倡議各國共同治理海洋塑料污染，海洋塑料污染問題已經(jīng)到了刻不容緩的地步，而海洋塑料垃圾和微塑料污染問題將是一個持續(xù)性的熱點問題。本文從微塑料來源分布、生態(tài)毒理效應(yīng)方面綜述海洋微塑料國際研究情況，并對未來研究進(jìn)行展望。

1 海洋微塑料的來源與分布

海洋環(huán)境中的微塑料來源多樣，主要可以分為初級來源和次級來源微塑料，這兩種來源的微塑料進(jìn)入海洋的途徑有許多種，如污水排放、海產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備的破損[7]、海上作業(yè)、地表水徑流、甚至是大氣排放到海洋中[8]。初級來源是指通過生活污水、工業(yè)廢水和河流排入海洋中的塑料微粒，多來源于工業(yè)生產(chǎn)過程中形成的微米級塑料[9]，如日常生活中經(jīng)常使用到的清潔用品，包括牙膏和洗面奶[10]、藥物和紡織物中的塑料微粒等[11]，交通運(yùn)輸中的輪胎磨損以及塑料制品的生產(chǎn)也會產(chǎn)生塑料微粒[12]。次級來源微塑料是指在海洋環(huán)境中大塊塑料在紫外輻射和水面波浪的影響下分裂和體積減小而形成的塑料微粒[13]。

在紫外線的照射下，大塊塑料的破碎和風(fēng)化過程會加快，然而大塊塑料進(jìn)入海洋后，其降解過程變慢，在海洋環(huán)境中最久可存在數(shù)千年。微塑料粒徑較小，容易遷移，在海洋環(huán)境和洋流的作用下，在海域中分布十分廣泛，在全世界海洋環(huán)境中幾乎都可以發(fā)現(xiàn)微塑料的存在。因為海洋微塑料的形態(tài)與比重多變，通常密度小于海水的微塑料浮游在海面上，而密度大于海水的微塑料則上下移動，抵達(dá)深?；蛩?；另外，浮游于海洋表面的微塑料也有可能在風(fēng)、潛流的作用下或者被生物攜帶向下進(jìn)入深海或海底[14]。

2 微塑料的海洋生態(tài)毒理效應(yīng)

當(dāng)微塑料的化學(xué)成分完全顯露在海洋環(huán)境中時對海洋生物具有毒性效應(yīng)，另一方面，由于微塑料吸附污染物的能力較強(qiáng)[15]，會和其他污染物結(jié)合出現(xiàn)復(fù)合毒害。又因為微塑料的體積小，疏水性強(qiáng)，所以很容易吸附在生物體表面和被海洋生物攝食，毒性效應(yīng)從食物鏈傳遞、放大[16]，最后威脅到整個海洋系統(tǒng)。

2.1 攝取塑料

微塑料本身含有毒性，其由危險單體和化學(xué)添加劑組成，后者大部分沒有生物降解性，在海洋環(huán)境中被釋放，會被生物攝入。實驗表明，海洋無脊椎動物、雙殼類、多毛類、棘皮動物和橈足類動物在生命階段中會在攝食微塑料[17-20]。有實驗室用含有聚乙烯微珠的惰性飼料喂食歐洲鱸魚幼蟲，結(jié)果顯示在所有魚的腸道中均檢測到塑料微珠[21]。微塑料被生物攝入后，多數(shù)都會在腸道中滯留最后被排出體外，但隨著微塑料粒徑的減小，越難被生物排出，對生物體的影響范圍越廣，對生物體的毒性效應(yīng)也越強(qiáng)[22]。

2.2 生理毒性

微塑料可以誘發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生應(yīng)激氧化反應(yīng)，造成細(xì)胞損傷從而降低生長率和繁殖能力；微塑料還能破壞生物的免疫系統(tǒng)功能，導(dǎo)致生物免疫力降低，最終死亡；微塑料中的化學(xué)添加劑是內(nèi)分泌干擾物，干擾海洋生物的正常生理功能[23]。微塑料能引起不同營養(yǎng)級生物的物理化學(xué)效應(yīng)，能形成行為毒性、生殖毒性和基因及遺傳毒性等[24]，并且這些毒性還能沿食物鏈傳遞，對整個海洋生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成重大 威脅。

2.3 引發(fā)的生態(tài)效應(yīng)

浮游植物在海洋生態(tài)系統(tǒng)中屬于初級生產(chǎn)者，微塑料對藻類有物理和化學(xué)方面的毒性危害[25]。有研究表明，微塑料可能會抑制藻細(xì)胞的生長，降低藻類的光合效率[26]，而粒徑1 um的mPVC抑制微藻的生長，高濃度mPVC使微藻葉綠素含量和光合效率降低[27]。

微塑料在海洋環(huán)境中漂浮，容易吸附細(xì)菌病毒等生物體，成為這些微生物的載體，遷移至海域各處[28]，倘若微塑料吸附的微生物是有毒性的細(xì)菌，該細(xì)菌隨著微塑料遷移到新棲息地，并對該棲息地帶來生物感染風(fēng)險，以至于打破生態(tài)平衡[29]。由于塑料的疏水性，可吸附大量有益于浮游植物生長發(fā)育的氮、磷等營養(yǎng)鹽，當(dāng)有害藻類攝取這些營養(yǎng)鹽，并在適宜的環(huán)境下大量繁殖時，在這些區(qū)域就會產(chǎn)生赤潮現(xiàn)象，從而耗盡了水體中的溶解氧，威脅到其他海洋生物的正常生長發(fā)育，危害海洋環(huán)境[30]。

2.4 環(huán)境激素污染

微塑料還會加劇水體中環(huán)境激素污染，在塑料合成過程中加入的增塑劑具有環(huán)境激素的生態(tài)毒害效應(yīng)。其中鄰苯二甲酸酯（PAEs）是被應(yīng)用最廣泛的一種[31]。PAEs是持久性有機(jī)污染物，具有三致毒性。海洋環(huán)境中的PAEs能對海洋生物產(chǎn)生細(xì)胞毒性，對生物體造成無法恢復(fù)的有害影響。水體中的PAEs被初級生產(chǎn)者攝入后，會沿食物鏈流動，經(jīng)過生物富集、生物積累、生物放大等途徑危害海洋生態(tài)系統(tǒng)，最終危害人類。

3 展望

從塑料被發(fā)明創(chuàng)造到如今造成的嚴(yán)重微塑料污染問題，短短幾十年里塑料污染已經(jīng)變成了一個亟待人們解決的問題。從海洋微塑料污染問題的提出到深入研究，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)通過實驗室研究取得了許多重要成果，這些成果從微塑料的遷移特性、毒性危害、降解方法等方面加深了人們對海洋微塑料的認(rèn)知，令海洋微塑料污染問題從實驗室走向大眾。但在微塑料的物理化學(xué)特性與污染物的毒性效應(yīng)關(guān)系、微塑料對生物體的復(fù)合毒性效應(yīng)等方面的研究與認(rèn)識仍舊不足。塑料在降解過程中會形成粒徑更小的納米塑料，納米塑料在海洋環(huán)境中不可降解會逐漸積累，對海洋生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)。相對于尺寸更大的微塑料，納米塑料不能被生物的腸道組織阻擋，最終將會進(jìn)入食物鏈，進(jìn)入人體危害人類健康?，F(xiàn)階段受方法和技術(shù)所限制，在自然環(huán)境中很難得到納米塑料，對納米塑料的研究也更少。目前對微塑料的檢測和提取方法有許多，檢測方法如FTIR、SEM、RM、色譜法、直接觀察法、核磁共振法等，提取方法有消化提取法、直接提取法、超聲提取法、過濾提取法等。隨著研究的深入進(jìn)行，為避免在檢測和提取上出現(xiàn)誤差，更需要一套標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范微塑料的檢測方法。

現(xiàn)階段，關(guān)于微塑料的研究工作主要是在實驗室內(nèi)開展，研究對象較單一，與自然環(huán)境相比存在偏差。另外，微塑料的粒徑和結(jié)構(gòu)也會影響實驗結(jié)果，因此實驗室需嚴(yán)格控制條件。目前階段還沒有一種完全有效解決微塑料污染的方法，微塑料的污染防治手段主要還是靠提高大眾對微塑料危害的認(rèn)識和增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識，加強(qiáng)塑料廢品的循環(huán)利用和處理，頒布政策限制塑料用品的使用數(shù)量，加快研究出能替代部分塑料產(chǎn)品的新型環(huán)保材料等。呼吁國際社會共同努力，友好交流微塑料治理技術(shù)和經(jīng)驗。