環(huán)境微塑料污染的研究進(jìn)展*

（曲阜師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東曲阜 273165）

1 微塑料現(xiàn)象及定義

以合成樹脂為主要原料的塑料產(chǎn)品大量投入生產(chǎn)，給人們的生活帶來極大的便利，但同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的微塑料污染。微塑料（microplastic）一般是指半徑小于5mm的微小型塑料顆?；蛩槠?，該顆粒微小到用肉眼難以發(fā)現(xiàn)，被形象的比作海洋中的PM2.5，在海洋中的數(shù)量可累計(jì)達(dá)3.54萬噸[1]。微塑料在環(huán)境中無處不在，日常使用的牙膏、面部磨砂膏等就廣泛含有，全球每年約有2.8億噸的塑料被當(dāng)成廢品處置[2]。在自然環(huán)境中（淡水、海洋以及陸地）微塑料積累問題日益突出，目前在海洋中、偏遠(yuǎn)的淡水湖咸水湖等水域，甚至像南北極這種人跡罕至的地方，都發(fā)現(xiàn)了高濃度的微塑料垃圾。

2 微塑料的形態(tài)及組成

微塑料是一種高分子化合物，疏水性和抗生物降解能力都很強(qiáng)，密度多變且顏色繁多，形狀各異。

2.1 微塑料的形態(tài)

微塑料類型復(fù)雜，形態(tài)各異，外形多為圓柱、圓形和圓盤狀，其色彩以透明、結(jié)晶、白色和灰色較常見。微塑料的形態(tài)結(jié)老化痕跡構(gòu)復(fù)雜，有明顯的裂縫孔隙，其孔隙較發(fā)達(dá)且比表面積大。微塑料長期暴露，其自身極性會(huì)大幅度增強(qiáng)，再經(jīng)過破碎，熱降解，風(fēng)化等作用后，致使其表面積進(jìn)一步增大[3]。

各具差異的微塑料其概況特點(diǎn)也不盡相同。聚乙烯（PE）類微塑料顆粒輪廓較平滑而聚酰氨（PA）顆粒的概況為毛糙多孔形態(tài)，聚氯乙烯（PVC）類和聚丙烯（PP）類微塑料外觀都具有較多的微孔，但后者內(nèi)部橫截面上還可觀察到球形凸起，聚苯乙烯（PS）微塑料的外貌形態(tài)則為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。微塑料容易在水環(huán)境中遷移，漂浮和沉降，能使一些浮游生物誤食，從而為其傳播提供途徑。

2.2 微塑料的分類及組成成分

歐盟海洋戰(zhàn)略框架指令指出，大型塑料的尺寸大于25mm，中型塑料尺寸在5mm～25mm之間，微塑料的尺寸則小于5mm，當(dāng)塑料碎片的尺寸小至1nm～100nm時(shí)則稱為納米級(jí)微塑料[4]。

海洋中存有初生和次生微塑料，初生微塑料側(cè)重于人工制造，是人類工商業(yè)生產(chǎn)生活直接產(chǎn)生的，而次生微塑料則是由體積較大的塑料經(jīng)海洋旋流運(yùn)動(dòng)，長時(shí)間海水浸泡和紫外線照射后，退化裂解，進(jìn)而成為細(xì)碎的微塑料[]。

從微塑料的起源上，有生活消費(fèi)品和工業(yè)原料生產(chǎn)碎片之分；按照微塑料的侵蝕水平可分為新穎的、未被風(fēng)化的和初始轉(zhuǎn)變的；按其組成成分有聚乙烯微塑料，聚苯乙烯和聚丙烯微塑料[5]。

3 微塑料的分布

微塑料在全球的海洋中聚集，有的甚至出現(xiàn)在兩極附近海域。0世紀(jì)70年代，紅海首次發(fā)現(xiàn)有微小塑料碎片；此后非洲、亞洲、東南亞、印度、南美洲、北美洲和歐洲都有發(fā)現(xiàn)大量的微塑料顆粒，并且受紫外光（UV）照射在相對(duì)較低溫度的環(huán)境中分解為更小的碎片。

海岸線、海床沉淀物、表層水體、海灘、冰凍水層以及各種海洋生物中，都發(fā)現(xiàn)有微塑料的存在。沿海地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖使用的發(fā)泡塑料浮筒是微塑料污染的重要來源；海洋中的塑料碎片在洋流等作用力下遷移至北大西洋、太平洋表層等海洋地區(qū)；細(xì)小的微塑料容易被海洋生物（海鳥、魚類、雙殼類、哺乳動(dòng)物等），吸食，易在組織、循環(huán)系統(tǒng)和大腦中堆積 。

海水中存在的微塑料可能會(huì)對(duì)海洋產(chǎn)品造成污染 并且可能會(huì)向人類轉(zhuǎn)移。Yang等人研究發(fā)現(xiàn)胡海鹽和食鹽中存有聚乙烯，玻璃紙和等微塑料[6]。微塑料光降能力弱，致使其在泥土介質(zhì)中不停的富集。大氣、廢水排放物、生活飲用水和陸地生物體內(nèi)也都發(fā)現(xiàn)有微塑料的存在。

微塑料的粒徑大小決定了其隱藏的生物圈影響和物理傳送途徑；來源不同、降解程度不同、不同的環(huán)境因素，其聚合物種類等都會(huì)影響微塑料的顆粒大小分布；粒子密度，源位置及洋流和海浪輸送會(huì)影響海洋中微塑料的散布。

4 微塑料的來源及進(jìn)入途徑

用于工業(yè)生產(chǎn)的初級(jí)微塑料可存在于洗面奶、牙膏、指甲油、驅(qū)蟲劑和防曬霜等化妝品，塑料微珠，服裝纖維，和藥物載體等塑料垃圾中。

二級(jí)微塑料的來源主要是大型塑料經(jīng)過風(fēng)化、紫外線等外力作用裂解而成的細(xì)小碎片，高分子聚合物在海洋中高鹽分、光熱以及微生物的作用下容易降解為微塑料 。

海洋中微塑料的首要來源是陸源的輸入。隨意丟棄的塑料制品通過海上涇流并經(jīng)過洋流分散到海洋中；陸地上的海洋回收港口和垃圾填埋場是陸源輸入的主要入口；海岸線附近的垃圾堆放，工廠及生活污水排放等污染都會(huì)穿過污水處理系統(tǒng)進(jìn)入水環(huán)境中；海洋中浮游生物攝食微塑料，微塑料被包裹在糞便中，其他生物可通過食用糞球間接攝取微塑料，從而進(jìn)入海洋。

在陸地環(huán)境中，工業(yè)原料、各類食品和飲品的包裝、購物袋、生活用品、護(hù)膚品、洗滌產(chǎn)品中的塑料成分因其粒徑小、密度低，會(huì)在土壤中沉積，并通過熱、光分解、化學(xué)降解、機(jī)械降解等非生物降解和細(xì)菌的生物降解作用變成微塑料。

此外，污水處理廠的生活污水中會(huì)有部分塑料進(jìn)入污泥中，人們常用污泥作為肥料或修復(fù)材料使用，在此過程中，大量的微塑料將會(huì)被帶入到陸地環(huán)境中。有研究報(bào)道指出，一些歐洲國家經(jīng)污泥帶入農(nóng)業(yè)土壤中的微塑料可高達(dá)1000～4000個(gè)／kg土[7]。

5 微塑料的危害

5.1 微塑料對(duì)動(dòng)、植物和人類的危害

目前，微塑料主要對(duì)海洋生物造成影響，其次是淡水生物和土壤生物。

微塑料對(duì)陽光的遮擋和反射作用阻礙海洋中浮游植物光合作用，導(dǎo)致其群落發(fā)生變化。微塑料被動(dòng)物吞食以后，容易在消化道內(nèi)積累，造成動(dòng)物進(jìn)食和消化器官的堵塞，造成動(dòng)物消化器官的機(jī)械損傷，導(dǎo)致動(dòng)物攝取量降低，使動(dòng)物營養(yǎng)不良，進(jìn)而死亡；還有一小部分微塑料可以進(jìn)入到組織中，造成潛在性的危害。

淡水環(huán)境中的微塑料與海洋中的類似，目前淡水微塑料研究而言多集中于魚類。野生淡水魚類體內(nèi)的微塑料大多累積于腸道中[8]。地膜是塑料的一種，它分解為微塑料后，由于土殖生物的攜帶而進(jìn)入土壤之中，附著于其表面的重金屬、污染物以及病原菌等也隨之進(jìn)到土壤里邊，對(duì)土壤微生物區(qū)系、土壤的理化性質(zhì)以及植物生理狀況都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響

人類是食物鏈頂端的生物，人類會(huì)因生物傳遞效應(yīng)和生物富集效應(yīng)，成為生物圈最大受害者。最新研究表明，在人類的糞便內(nèi)檢測出多達(dá)9種微塑料，它們直徑在50μm到500μm之間[9]，并且小于150微米的聚苯乙烯和聚氯乙烯微?？梢酝ㄟ^人類的腸道移動(dòng)到淋巴系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)中，微塑料對(duì)我們的危害不容小覷。

5.2 微塑料生態(tài)環(huán)境的危害

微塑料對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的生物產(chǎn)生作用，導(dǎo)致自身生理發(fā)生變化、生長發(fā)育繁殖產(chǎn)生影響，繼而降低了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，生物間的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)也會(huì)因此遭到破壞，影響到整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)[10]。進(jìn)入土壤的微塑料使更多的微生物受到威脅[11]，土壤的物質(zhì)降解和能量循環(huán)會(huì)因土壤物種多樣性被破壞而遭到嚴(yán)重危害。

5.3 微塑料的其他危害

微塑料不僅能攜帶微生物、植物的種子和藻類等，還可以富集有害有毒物質(zhì)。微塑料能富集濃度高且持久的有機(jī)污染物，如雙酚-A、鄰苯二甲酸鹽、重金屬、DDT等[12]。Avio等[13]研究發(fā)現(xiàn)貽貝受微塑料富集的多環(huán)芳烴影響，使其血淋巴、腮和消化道組織出現(xiàn)多環(huán)芳烴的明顯積累，細(xì)胞效應(yīng)包含免疫響應(yīng)、溶酶體、抗氧化系統(tǒng)的改變、神經(jīng)毒性效應(yīng)、基因表達(dá)改變等。一些有害生物就會(huì)附著在微塑料上，成為了有害生物的載體工具，導(dǎo)致外來物種入侵。

人們致力于研究這種廣泛存在的微塑料污染是如何影響動(dòng)植物、生態(tài)環(huán)境以及人類健康的，但隨著研究的積累和數(shù)據(jù)的不斷增多，人們認(rèn)識(shí)到不過是危害冰山一角，對(duì)于微塑料危害的認(rèn)識(shí)還需要不斷的提高。

6 微塑料的分離方法

微塑料尺寸小、不易發(fā)現(xiàn)和研究，因此微塑料的分離采集是開展對(duì)微塑料研究的重要基礎(chǔ)，找到精準(zhǔn)高效的鑒別檢測方法是微塑料研究的前提。

6.1 微塑料的分離和采集方法

分離水體樣品中的微塑料，可直接采用拖網(wǎng)式或?qū)⒉杉乃畼舆M(jìn)行過濾來收集微塑料，其中采集表層海水中的微塑料時(shí)使用較多的是MANTA網(wǎng)采集法。分離沉積物中的微塑料，通常是采用密度分離的方法，可以采用飽和氯化鈉溶液[14]、多鎢酸鈉溶液[15]，或海水[16]等對(duì)沉積物中微塑料進(jìn)行浸泡分離。分離土壤中的微塑料的方法有：篩分-分選-移除土壤成分-收集微塑料，其中篩分是讓土壤樣品經(jīng)過篩子，粒徑小于篩孔的透過篩面，粒徑大于篩孔的截留在篩面上，使粗、細(xì)粒物料得以分離。篩分后，通過密度分離法移除土壤礦質(zhì)相[17]。環(huán)境樣品中微塑料的采集方法有直接挑選法、大樣本法和濃縮樣本法。

6.2 微塑料的鑒定方法

傳統(tǒng)的微塑料鑒定方法是通過目測或利用顯微鏡觀測，這些方法主觀性較強(qiáng), 容易產(chǎn)生較大誤差。還可通過樣品燃燒現(xiàn)象、有機(jī)溶劑溶解后的數(shù)據(jù)來推測聚合物的組成，這類方法具有一定的破壞性。目前較為普遍的是傅立葉變換紅外光譜、拉曼光譜、掃描電鏡-能量色散 X 射線聯(lián)用、環(huán)境掃描電子顯微鏡-能量色散X射線聯(lián)用等進(jìn)行微塑料成分的鑒定。采用全反射傅立葉變換顯微紅外光譜[18]來鑒定沉積物中的微塑料, 可提高查找和鑒定的效率，還需加大研究力度提高其準(zhǔn)確性。

7 微塑料的處理方法

微塑料的粒徑很小，成本和處理效率限制了降解微量物質(zhì)和微塑料的方法的推廣。微塑料的降解可以考慮通過酶（如漆酶）的作用，從而達(dá)到高效、快速處理微塑料的結(jié)果[19]。漆酶在沒有物理?xiàng)l件的作用下，可以利用可生物降解塑料生產(chǎn)蘑菇[20]。微塑料本身在會(huì)在太陽紫外線輻射下發(fā)生光降解，但微塑料的降解非常緩慢。通過紫外光預(yù)氧化來對(duì)低密度聚乙烯(LDPE)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，可以促進(jìn)其在土壤中的降解，在30℃下降解28天，降解率由3.5%提高到了6%[21]。

7.1 避免其進(jìn)一步形成微塑料

由于微塑料粒徑的局限性，對(duì)其直接進(jìn)行處理，比處理大塑料要難的多，因此需要盡可能地形成微塑料之前將大塑料降解。

一般來說，微塑料可以通過熱降解、催化降解、生物降解等途徑進(jìn)行，其中生物降解由于其環(huán)境友好性值得進(jìn)行深入的研究。有研究證明，微塑料處于自然環(huán)境下，常常會(huì)風(fēng)化發(fā)生化學(xué)作用，塑料在空氣中被降解的效果最好[22]。

堆肥也可作為塑料處理途徑的一種，但并非所有的塑料都可通過堆肥來處理。塑料本身是否具有可堆肥的特性取決于其實(shí)際的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵以及它們對(duì)于處理環(huán)境的要求。

7.2 污染源頭截留處理塑料

目前從根本上解決微塑料問題比較遙遠(yuǎn)，有必要對(duì)微塑料的各個(gè)污染源進(jìn)行控制處理。污水處理廠作為水體中微塑料的主要來源之一，在污水處理過程中盡可能地去除微塑料是有必要的。研究發(fā)現(xiàn)采用膜生物反應(yīng)器、分濾、快速砂濾、溶氣浮選等可使微塑料的減少量達(dá)到95%以上[23]。

紡織工業(yè)廢水也是微塑料的主要來源，其中聚丙烯醇（PVA）作為施膠劑被大量使用，因此若減少PVA的使用就需要尋找替代品（且最好是可生物降解的），已有研究人員PVA作為環(huán)保上漿劑，可以被經(jīng)過一系列改良的大豆蛋白代替，活性污泥中也容易降解大豆蛋白[15]。

7.3 其他

開發(fā)利用可生物降解的以及可堆肥的塑料，具有很大的環(huán)保效益，可根據(jù)生物和石油化學(xué)基礎(chǔ)這兩種來源劃分。但由于對(duì)其成本、適用范圍、效益獨(dú)特性等方面的要求，目前僅占石化塑料的0.2%，所以不能在大范圍內(nèi)被使用[25]。

8 微塑料研究存在的問題及解決辦法

8.1 關(guān)于微塑料的認(rèn)識(shí)以及相關(guān)研究數(shù)據(jù)不足

關(guān)于微型塑料的定義還有值得商榷的地方目前的研究中，例如：目前主要以豐度作為環(huán)境中微塑料的表征指標(biāo)，而在某些情況下（如在水相中）這種表征方法對(duì)于微塑料并不完全成立[26]，故可以考慮建立“微塑料的特征譜”[27]，來實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的表征。

盡管室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)塬@得一定的數(shù)據(jù)，但由于實(shí)驗(yàn)室模擬的環(huán)境與實(shí)際環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，故這些數(shù)據(jù)并不能完全應(yīng)用于微塑料對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害方面的評(píng)估。因此在今后的研究過程中，獲取微塑料對(duì)環(huán)境造成危害的驗(yàn)證性數(shù)據(jù)將成為亟待解決的問題，可以采用對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化檢測的方式來獲取長期而可靠的數(shù)據(jù)。

8.2 相關(guān)的法律不夠完善，執(zhí)行效果較差

國內(nèi)目前還沒有關(guān)于塑料制品回收利用相關(guān)的法律規(guī)定，是塑料治理方面的一大漏洞。關(guān)于塑料制品生產(chǎn)的相關(guān)法律雖然存在，但是普遍存在這些不足：相關(guān)的規(guī)定大多是原則性或理論上的規(guī)定，較為抽象，對(duì)于違反規(guī)定的情況和具體的懲戒措施較少，在執(zhí)行過程中可能會(huì)遇到難題；政府各部門的職責(zé)劃分不夠清晰，容易導(dǎo)致責(zé)任的相互推諉，監(jiān)管責(zé)任難以落實(shí)。

8.3 微塑料的管控不夠完善

2017年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《環(huán)境保護(hù)綜合名錄 (2017年) 》將有塑料微珠添加的化妝品、清潔用品和塑料微珠添加劑加入了“高污染、高環(huán)境危險(xiǎn)”產(chǎn)品名錄[28]，但直接限制塑料微珠的條目仍未出現(xiàn)，個(gè)人護(hù)理物品類的使用和國外含有微塑料產(chǎn)品對(duì)國內(nèi)的傾銷將加大微塑料管控的難度。

8.4 塑料垃圾回收體系不健全

微塑料的很大一部分來源于塑料垃圾，塑料垃圾的不合理處置在很大程度上會(huì)加重微塑料污染?；厥粘杀靖咔一厥招实?、政府在相關(guān)方面的政策激勵(lì)不足，導(dǎo)致企業(yè)在回收方面投入資金少，回收情況較差。塑料垃圾在被收集之后，大多是采用了集中填埋的方式，再利用的效率很低，而且采用填埋的方式，塑料的降解速率很慢[29]，降解過程中釋放的有害物質(zhì)會(huì)進(jìn)入水體和土壤，存在污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)。

8.5 微塑料樣品的采樣代表性問題

采樣過程中，環(huán)境影響因素通常會(huì)有較大變化。以海洋環(huán)境為代表，由于潮汐、季節(jié)和厄爾尼諾等因素的影響，其環(huán)境要素會(huì)呈現(xiàn)變化，因此在采樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將上述時(shí)空變化考慮進(jìn)去[30]，然而目前微塑料采樣過程中對(duì)于環(huán)境要素的季節(jié)、年際以及較小尺度上的時(shí)空[31]（米；小時(shí)，天）此類的變化考慮較少。由于研究目標(biāo)不同，采取的采樣方法也會(huì)不同，數(shù)據(jù)分析方法的不同和數(shù)據(jù)分析時(shí)采用濃度單位的不同，都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的質(zhì)量和分辨率等的差異，這在一定程度上會(huì)影響數(shù)據(jù)的可靠性以及可比性，也加大了不同時(shí)空下采樣得到的數(shù)據(jù)的對(duì)比難度[32]。

8.6 微塑料定量定性分析中的技術(shù)的應(yīng)用問題

針對(duì)微塑料粒徑較小的問題，顯微技術(shù)的應(yīng)用可以有效應(yīng)對(duì)，如μ-FTIR（顯微傅里葉變換紅外光譜法）、μ-Raman（顯微拉曼光譜法）越來越占據(jù)主導(dǎo)的地位,。但對(duì)于大批量樣品的分析仍存在一些問題[33]: 如何測定所有的顆粒和如何評(píng)估所有的譜圖等等。用于μ-Raman測定的HORIBA Particle Finder（HORIBA粒子探測器）軟件以及此類的全自動(dòng)商業(yè)軟件解決方案可以實(shí)現(xiàn)顆粒物的自動(dòng)檢測，一個(gè)海水樣品中70%以上的微塑料大概僅需3h即可分析完成。

8.7 空氣中纖維的沾污問題

微纖維在環(huán)境中無處不在，實(shí)驗(yàn)室的空氣和水中都有發(fā)現(xiàn)[34]，且其濃度較高[35]，除非采取嚴(yán)格的控制措施，否則很可能發(fā)生實(shí)驗(yàn)樣品的污染，從而導(dǎo)致難以評(píng)估微塑料本身的污染水平。但若從實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果中將纖維直接去除或者是扣除實(shí)驗(yàn)室分析空白，都會(huì)導(dǎo)致部分微纖維的忽視，使得微塑料的研究走入盲區(qū)。

9 總結(jié)

微塑料已經(jīng)成為一種新型污染物，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境、淡水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了重要的影響。微塑料因生物附著效應(yīng)可以成為微生物和藻類的生長載體，載其遠(yuǎn)距離遷移，帶來生物入侵的潛在風(fēng)險(xiǎn)；微塑料與其他污染物復(fù)合，產(chǎn)生毒理效應(yīng)，經(jīng)過食物鏈效應(yīng)在人體內(nèi)蓄積，對(duì)人類的生命健康造成潛在威脅；還有微塑料在海底的富集沉積給生態(tài)環(huán)境帶來的風(fēng)險(xiǎn)等等都是急需人們加大重視和研究的問題?；谀壳暗南嚓P(guān)研究，進(jìn)行歸納分析可得，未來的研究方向可以從以下幾個(gè)方面開展：（1）加強(qiáng)對(duì)微塑料污染問題的宣傳，普及微塑料污染帶來的危害，制定完善國家相關(guān)的政策法規(guī)；（2）加大對(duì)海洋、淡水環(huán)境中微塑料污染現(xiàn)狀的全面系統(tǒng)化的調(diào)查分析（不同海洋生境）；（3）針對(duì)微塑料污染的監(jiān)測和生物攝入后帶來的機(jī)體危害的研究；（4）針對(duì)微塑料與其他污染物之間的作用機(jī)制和復(fù)合毒性帶來的影響；（5）對(duì)微塑料在食物鏈傳遞效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)帶來的潛在危害的研究；（6）評(píng)估微塑料對(duì)人類生理健康產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)建立以及對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法學(xué)的研究；（7）建立食品中微塑料的檢測標(biāo)準(zhǔn)體系；（8）微塑料源解析技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立和發(fā)展；（9）對(duì)微塑料的樣品采集、預(yù)處理、檢測、鑒定方法的優(yōu)化以及方法的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化；（10）完善對(duì)現(xiàn)有塑料的處理。