水體中微塑料的環(huán)境影響行為研究進展

王瓊杰，張勇，陳雨，汪金曉雪，汪貽妹

（1安徽工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，安徽馬鞍山243002；2中國石油化工股份有限公司華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇南京210000）

塑料制品由于易加工，價格相對低廉，因此在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研和日用品等多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，據(jù)《科學(xué)》雜志統(tǒng)計，僅2016年，全球約192個沿海國家和地區(qū)一共制造了約3 億噸塑料垃圾，近900萬噸塑料垃圾通過直接或者間接的途徑最終匯入了海洋[1]。其中，一類粒徑在5mm以下的顆粒被稱為微塑料[2]，水體中微塑料的來源包括陸源輸入、濱海旅游業(yè)、船舶運輸業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖捕撈行業(yè)[3]等。其中，陸源輸入是水環(huán)境中微塑料的主要來源，主要包括廢棄的塑料垃圾；在外界作用如風(fēng)力、洋流、太陽輻射以及生物化學(xué)作用后，發(fā)生裂解后形成的微塑料顆粒；日常生活使用的洗滌劑和護膚品中含有的微塑料顆粒[4]；以及工業(yè)纖維原料等。

微塑料具有粒徑小、比表面積大等特點，容易吸附水體中的污染物，如有機污染物和重金屬等，并對其遷移行為產(chǎn)生較大的影響。相關(guān)學(xué)者在不同海域采集的微塑料上都檢測到了有機物和重金屬離子等的存在[5-6]。微塑料的吸附能力受到微塑料的物化性質(zhì)、污染物的種類、濃度及環(huán)境條件等因素的影響[6-12]，因此研究水環(huán)境中微塑料對其他污染物的吸附能力及機理對于掌握微塑料對環(huán)境中其他污染物的遷移轉(zhuǎn)化行為的影響具有重要的意義。

同時，微塑料自身作為一種顆粒污染物，可以對水體中的生物產(chǎn)生一定的影響。一方面，微塑料與浮游植物表面產(chǎn)生相互作用，影響浮游植物的光合作用過程及效率[13]；另一方面，微塑料可以通過食物鏈傳輸至生物體內(nèi)，在生物器官，如胃、腸道等處富集，對生物體造成一定的毒性效應(yīng)，嚴重的甚至?xí)?dǎo)致生物體的死亡[13-15]。此外，微塑料會與環(huán)境中的污染物結(jié)合形成復(fù)合體系[16-19]，這種復(fù)合體系往往具有更大的毒性效應(yīng)，容易對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更為嚴重的危害[20-22]。

研究微塑料在水環(huán)境中的表面特性變化規(guī)律，以及水環(huán)境中微塑料與其他污染物之間的相互作用關(guān)系及機制，闡明微塑料及其復(fù)合體系的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，對系統(tǒng)掌握環(huán)境中微塑料的環(huán)境行為影響效應(yīng)，并了解微塑料存在下的水生生態(tài)效應(yīng)的變化特征具有重要的科學(xué)價值。

1 水體中微塑料在環(huán)境影響下變化特性

水體中的微塑料容易受到外界環(huán)境因素包括物理、化學(xué)和生物等的作用，使其表面物化等性質(zhì)發(fā)生變化，其表面性質(zhì)的變化會對其環(huán)境行為產(chǎn)生較大的影響，目前關(guān)于微塑料在環(huán)境中受到的影響和變化規(guī)律的系統(tǒng)性研究報道較少。

1.1 環(huán)境中微塑料的物理特性變化特征

受環(huán)境影響下的微塑料其物理特性的變化主要包括其遷移行為和表面形貌等的變化。Da Costa等[14]的研究表明，環(huán)境中的塑料可以通過風(fēng)力、河流、洋流等外力進行遠距離遷移，污染地球上的偏遠角落[23]。并且微塑料在遷移過程中，會在紫外線、溫度及海浪等作用下發(fā)生老化現(xiàn)象，導(dǎo)致表面發(fā)生裂解、破碎等行為，甚至形成更小粒徑的微塑料顆粒[14,24]。宋海碩[25]研究表明，微塑料在老化作用下可以發(fā)生裂解，形成粉化的塑料制品。顏景蓮[26]對比研究了自然環(huán)境中的塑料與實驗室條件下的老化塑料的表面特性，結(jié)果表明，兩種情況下的塑料均出現(xiàn)了粉化、龜裂和剝離的現(xiàn)象，且實驗室強化老化900h 的塑料制品與自然環(huán)境中老化18 個月的老化程度類似。Mahon 等[27-29]通過對環(huán)境中微塑料樣品進行掃描電鏡分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微塑料表面出現(xiàn)明顯的起泡、凸起和破裂等現(xiàn)象。

微塑料在環(huán)境中受到溫度、光照、風(fēng)力和海浪等作用，可以導(dǎo)致其遷移能力發(fā)生變化，同時其粒徑大小和表面形貌也會發(fā)生改變，且隨著粒徑減小，微塑料的比表面積增大，同時伴隨坑洼、凸起、開裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致其表面粗糙度增大，進而影響其對其他污染物的吸附能力和行為的變化特性。

1.2 環(huán)境中微塑料的化學(xué)特性變化特征

環(huán)境中的微塑料除了受到物理作用影響外，還會在光照和氧化等作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其分子組成和化學(xué)基團等發(fā)生一系列的變化，如發(fā)生分子鏈的斷裂和交聯(lián)，表面官能團組成和含量的改變，從而使得其極性、疏水性等發(fā)生變化，進一步對其環(huán)境效應(yīng)產(chǎn)生較大的影響作用。因此在研究微塑料的環(huán)境行為影響效應(yīng)的過程中需要重視其化學(xué)性質(zhì)等的變化特征。

1.3 環(huán)境中微塑料的生物特性變化特征

微塑料在環(huán)境中不僅受到物化特性的影響，還容易受環(huán)境微生物等的作用，使得其遷移行為和生態(tài)效應(yīng)發(fā)生變化。何蕾等[37]通過掃描電鏡分析和高通量測序的方法證明，微塑料表面容易附著微生物，且生物多樣性豐富，甚至可以形成微生物群落。Yang 等[38]研究了海洋微塑料對生物體的影響，結(jié)果表明，微塑料在海洋中容易聚集，并且成為了生物體的理想家園。盡管微塑料可以使得微生物在其表面附著，然而由于其表面特性的不同，使得其對生物體具有一定的選擇性。Hoellein 等[39]對污水處理廠周圍水體中的微塑料生物效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，污水處理廠下游的微塑料豐度更大，但微生物的多樣性卻變小，結(jié)果表明，在微塑料存在下，會選擇特定微生物在其表面生長，從而改變了水環(huán)境中的生物群落組成。此外，微塑料還可以作為微生物的堡壘，幫助微生物抵抗外界環(huán)境的變化帶來的影響[40]。水體中的微塑料表面附著的生物體會進一步影響微塑料的遷移行為和能力。Rummel 等[41]研究表明，環(huán)境中的微塑料表面被微生物附著生長后形成生物膜，該生物膜可以改變微塑料的物理性質(zhì)，影響微塑料的遷移和轉(zhuǎn)運行為等。Kooi等[42]通過模型試驗研究微塑料顆粒隨時間的垂直移動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受表面生物膜的影響作用，微塑料顆粒的最大濃度位于水體的中間位置，從而預(yù)測在表層水環(huán)境中微塑料的豐度較低，且微塑料不易到達海底。

微塑料排入水體后，由于其表面性質(zhì)的不同，容易和特定的微生物發(fā)生相互作用，進而在表面形成生物膜，該現(xiàn)象不僅會影響微塑料自身的遷移行為，同時對水體中生物群落結(jié)構(gòu)造成一定的影響，進而產(chǎn)生較大的生態(tài)影響效應(yīng)。目前關(guān)于受微生物影響下的微塑料環(huán)境行為及生態(tài)效應(yīng)的研究報道較少，有待進一步的深入研究。

2 水體中微塑料對其他污染物的吸附行為

水體微塑料具有粒徑小、比表面積大等特點，可作為水體中其他污染物的載體，影響環(huán)境污染物的遷移行為[43-44]。同時，自然界中的微塑料受到外界環(huán)境作用包括物理、化學(xué)和生物等影響，使得其物化等性質(zhì)等發(fā)生改變，進而影響其吸附行為和能力。目前有關(guān)微塑料的吸附行為開展了大量的研究工作[5-6,45-47]，然而對于受外界影響下的微塑料吸附行為變化特征以及微塑料的吸附理論尚不清晰，還需要大量深入的研究和理論分析。

2.1 微塑料對有機污染物的吸附行為

環(huán)境中的有機污染物通常包括農(nóng)藥、鹵代脂肪烴、多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）和多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）等，種類繁多，在環(huán)境中難以降解，具有較強的蓄積性，可以長距離遷移并通過食物鏈對人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響[5-6]。大量研究發(fā)現(xiàn)，微塑料對有機物存在吸附作用，且環(huán)境中的微塑料對有機物的吸附作用較強[45-47]。微塑料對有機污染物的吸附能力受到微塑料自身性質(zhì)、有機污染物種類以及外界環(huán)境因素等的影響。研究微塑料對有機污染物的吸附行為，有助于進一步了解微塑料存在下水環(huán)境中有機污染物的環(huán)境影響效應(yīng)。

不同種類的微塑料對有機污染物的吸附能力不同。Rochman等[5]研究比較了不同微塑料對PCBs類持久性有機污染物的吸附效果，結(jié)果表明，聚乙烯（polyethylene，PE）和聚丙烯（polypropylene，PP）對PCBs 有機污染物的吸附能力較強，其中對PCBs 的吸附量能達到30ng/g，而聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）和聚氯乙烯（polyvinyl chlorid，PVC）對PCBs 的吸附能力相對較弱，吸附量僅為2ng/g。Thorsten 等[6]研究對比了PS、PA、PVC和PE 4種微塑料對甲苯的吸附性能，結(jié)果表明，PS對甲苯的吸附能力最強，而PA的吸附能力最弱，這可能是由于甲苯與PS 之間能夠形成較強的π-π 鍵，而化學(xué)鍵的作用導(dǎo)致了PS 對甲苯的吸附量增加。Wang等[45]研究開展了3種微塑料（PE、PS、PVC）對疏水性有機物全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonate，PFOS）和全氟辛基磺酰胺（perfluorooctane sulfonamide，F(xiàn)OSA）的吸附行為研究，結(jié)果表明，PFOS 和FOAS 兩種物質(zhì)在微塑料上的吸附與濃度呈線性關(guān)系，這說明疏水作用是主要的吸附機制。由于PE 的疏水性強于PS 和PVC 微塑料，因此PE 對兩種有機物的吸附能力較強，而PS和PVC的吸附能力較弱。

有機污染物的化學(xué)特性對微塑料吸附行為也會產(chǎn)生較大的影響。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)微塑料對不同有機物的吸附能力大小與有機物的親疏水性相關(guān)，物質(zhì)疏水性增強，微塑料對其吸附量增加[8]。Mato等[50]對海灘采集的微塑料樣品進行了研究分析，結(jié)果表明，微塑料上攜帶有大量的壬基苯酚（nonylphenols，NP） 和少量的PCBs 以及滴滴涕（dichlorodiphenyltrichloroethane，DDT）等鹵代化合物，其中對NP的吸附量可以達到16mg/g，對PCBs和DDT 的吸附量僅為117ng/g 和3.1ng/g，這可能是由于NP 上攜帶的·OH 與微塑料的親和力更大，而PCBs 和DDT 上的鹵素元素影響了微塑料與污染物之間的親和性。Frias 等[47]在研究微塑料對POPs 的吸附過程中發(fā)現(xiàn)，微塑料對芘和菲及其同系物的吸附量較高，而對DDT 等有機物吸附量較低。Wu等[11]研究表明，在相同的實驗條件下，PVC微塑料對5 種不同的雙酚類化合物的吸附行為存在差異，PVC 對疏水性能較強的雙酚A 類似物（bisphenol analogues，PBAF）的吸附量可以達到0.24mg/g，而對雙酚S （bisphenol S，BPS） 的吸附量只有0.15mg/g，這充分說明污染物疏水性越強，越容易被表面疏水性的微塑料吸附。

環(huán)境因素如鹽度、pH 和溫度也會對微塑料吸附有機污染物行為產(chǎn)生影響。隨著鹽度的增加，微塑料對不同污染物的吸附能力變化規(guī)律隨著有機污染物種類的變化而變化，Wu 等[8]實驗研究了鹽度的改變對吸附過程的影響，研究表明，當(dāng)實驗鹽度從0.05% 增加到3.5%，PE 微塑料對樟腦（4-methylbenzylidene，4MBC）、卡馬西平（carbamazepine，CBZ） 和17-乙炔雌二醇（17-alpha-ethinyl estradiol，EE2）3 種藥物的吸附不產(chǎn)生顯著影響，而對三氯生（triclosan，TCS）的吸附量隨著鹽度的增加而顯著增加，這可能是因為4種物質(zhì)的疏水性不同，在鹽度增加時，降低了TCS在水中的溶解度，產(chǎn)生鹽析效應(yīng)，從而增加了微塑料對其的吸附；同時，Zhang 等[48]研究發(fā)現(xiàn)，不同鹽濃度條件下，微塑料對人工合成麝香（syhthetic musks，SMs）的吸附量保持不變，這說明鹽度對其吸附過程沒有太大影響，這主要是由于該吸附行為主要受到分子內(nèi)氫鍵作用調(diào)控，而非離子交換作用，而分子內(nèi)部含有氫鍵的有機物對鹽濃度的變化不敏感。水環(huán)境中的pH 也會影響微塑料對有機物的吸附作用。Wang 等[9]的研究表明，PE 和PS 顆粒對PFOS的吸附隨pH的降低而增加，這是因為在低pH 條件下，PE 和PS 微塑料顆粒表面會發(fā)生質(zhì)子化，產(chǎn)生陽性表面，而PFOS 在溶液中以陰離子形式存在，在靜電作用下，微塑料對PFOS 的吸附量增加。此外，不同溫度下有機污染物的分配系數(shù)（lgKPE-w）也會不同，這會影響到微塑料對有機污染物的吸附。Lohmann 等[51]的研究報道發(fā)現(xiàn)，菲和芘的lgKPE-w隨著溫度的升高而增大，從而微塑料對其的吸附量也隨著溫度的升高而增大。而其他有機物，諸如PCBs、DDT、PAHs 以及氯苯等在微塑料上的吸附過程均與溫度無關(guān)。

2.2 微塑料對重金屬污染物的吸附行為

水體中重金屬離子包括銅、鋅、鎘、鉻、鎳等，可以在動植物的器官內(nèi)積累[52-53]，還可以穿透動植物的細胞膜進入細胞體內(nèi)，發(fā)揮毒性作用[54-55]，影響生物體的生命活動。微塑料可以作為水體中重金屬的轉(zhuǎn)運載體，影響重金屬的遷移行為和生態(tài)效應(yīng)[56]，因此，研究微塑料對水體中重金屬污染物的吸附行為，具有重要的環(huán)境意義。

微塑料對水體中重金屬的吸附行為已經(jīng)被廣泛報道。Vedolin 等[57]對巴西19 個海灘的微塑料進行了采樣檢測，結(jié)果表明，微塑料表面附著有多種重金屬，其中以Fe2+（227.78mg/kg）和Al3+（45.27 mg/kg）的吸附量最高。Wang 等[28]對采集的微塑料樣品進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微塑料吸附大量不同種類的重金屬，包括Cu2+、Zn2+、Ti2+、Cd2+、Ni2+、Pb2+等，其中對Pb2+的吸附量較低，為15μg/g，對Zn2+的吸附量較高，達到10000μg/g。Ashton等[29]使用酸提取法分析環(huán)境微塑料中的重金屬含量，結(jié)果表明，微塑料樣品上攜帶多種金屬元素，其中以鋁、鐵、錳等為主要元素，還含有銅、鋅、鉛、銀、鉻、鎘、鈷、鉬、銻、錫、鈾等微量元素，其中，對鋁和鐵的最大吸附量分別可達到49μg/g 和64μg/g，高于環(huán)境沉積物中的積累濃度。

微塑料對重金屬離子的吸附能力受到微塑料種類、表面基團、重金屬離子種類和濃度以及環(huán)境因素的影響。首先，微塑料種類會對其吸附能力產(chǎn)生顯著影響。高豐蕾等[58]研究了不同微塑料對重金屬Pb2+的富集情況，結(jié)果表明，PVC 對Pb2+的吸附能力較強，吸附量達到1.32μg/g，吸附能力為PP 的2.1 倍。Brennecke 等[59]研究不同微塑料對油漆中所含金屬離子的吸附情況，結(jié)果表明，PVC對Cu2+的吸附量明顯大于PS，這與材料的比表面積、分子極性和對特定離子的親和性有關(guān)。Kim等[60]研究表明，重金屬Ni2+更傾向于與帶有含氧基團的微塑料進行結(jié)合，因此帶羧基基團的PS 塑料會吸附更多的Ni2+。不同形貌的微塑料也會對其吸附行為產(chǎn)生影響，孫聰惠[61]和Wang 等[28]的研究表明，環(huán)境微塑料中，纖維類主要吸附Fe2+、Mg2+和Al3+等金屬離子，薄膜類和發(fā)泡類塑料主要吸附Fe2+、Mg2+、Al3+、Ca2+和Na+等離子。微塑料在環(huán)境中受到光、熱和紫外線等的作用，會發(fā)生老化現(xiàn)象，導(dǎo)致孔徑分布、比表面積、表面的官能團等性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致微塑料對重金屬離子的吸附量發(fā)生變化。Wang 等[62]研究發(fā)現(xiàn)，老化后的PET 表面粗糙度增加，含氧官能團數(shù)量發(fā)生變化，導(dǎo)致其對重金屬Cu2+和Zn2+離子的吸附量增加。Brennecke 等[59]和Holmes等[63]研究不同老化程度的微塑料對重金屬的吸附現(xiàn)象，結(jié)果表明，與原始微塑料相比，老化微塑料能更有效的富集重金屬，吸附能力更大，這可能與微塑料在環(huán)境中由于礦化、侵蝕和腐蝕等作用導(dǎo)致的比表面積增大、分子極性的改變有關(guān)。

重金屬離子種類的不同也會導(dǎo)致微塑料對其吸附規(guī)律的變化。Holmes等[64]研究發(fā)現(xiàn)，微塑料對不同金屬離子的吸附規(guī)律不同，其中，微塑料對Cd2+、Co2+、Ni2+、Pb2+等離子的吸附量隨著pH的增加而增加；而對Cr2+的吸附量隨之減少，對Cu2+的吸附量保持不變。Brennecke 等[59]的實驗表明，微塑料與不同離子的親和力不同，這主要是受到微塑料表面不同官能基團和化學(xué)鍵的影響作用，其中，微塑料PVC和PP對Cu2+的吸附量均高于它們對Zn2+的吸附量。Rochman 等[65]研究表明，微塑料傾向于積累相似濃度的重金屬離子，但不同離子的吸附飽和值存在明顯的差異。Prunier等[66]的研究表明，隨著金屬氧化形態(tài)的增加，鈦、鎳、鎘等元素的金屬濃度會進一步增加。

在多種金屬離子共存體系中，不同重金屬離子會在微塑料表面的吸附位點形成競爭吸附，影響微塑料對不同離子的吸附能力。高豐蕾等[58]的研究表明，在Cu2+和Pb2+共存條件中，微塑料對Pb2+的吸附能力會削弱。Vedolin 等[57]研究了微塑料在多種重金屬離子體系下的吸附行為，結(jié)果表明，微塑料對Fe2+和Al3+的吸附能力較強，吸附量分別達到了227.78mg/kg 和45.27mg/kg，對Cr2+、Cu2+、Mn2+、Sn2+、Ti2+、Zn2+等離子的吸附能力較弱。

微塑料對重金屬離子的吸附過程還會受到環(huán)境因素如鹽度、溫度和pH 等的影響。Holmes 等[64]探究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽度的增加，微塑料對Cd2+、Co2+、Ni2+的吸附量下降，可能是這些重金屬離子在高鹽度條件下，發(fā)生聚集或者絡(luò)合行為，從而離子活性降低，導(dǎo)致吸附量下降；對Cr2+的吸附量增加，說明Cr2+在高鹽度條件下，仍能保持較強的離子活度，參與吸附過程。在Deng 等[67]的研究中，微塑料對Cu2+、Pb2+、Cr2+的吸附量隨著初始溶液pH 的升高而顯著提升，吸附量由pH=2 時的4mg/g 提升為pH=6 時的40mg/g，可能是因為在較低的pH 條件下，溶液中會存在較多的H+，而H+的存在會與重金屬離子產(chǎn)生競爭吸附現(xiàn)象，會占據(jù)微塑料表面一部分的吸附位點，從而降低了微塑料對重金屬離子的吸附。Wang 等[62]的研究表明，溫度會影響微塑料對重金屬Cu2+、Zn2+的吸附。隨著溫度的升高，PET微塑料對重金屬離子的吸附能力增加，通過擬合模型及熱力學(xué)計算分析發(fā)現(xiàn)，這是由于微塑料對Cu2+、Zn2+的吸附過程是一個吸熱反應(yīng)，因此對金屬離子的吸附量會隨著溫度的升高而升高。

環(huán)境中的微塑料對于水體中的污染物包括有機污染物和重金屬均有一定的吸附作用，其吸附行為除了受到微塑料和污染物種類特性的影響，還受到環(huán)境因素的變化而影響其吸附能力和吸附機理，進而導(dǎo)致污染物的遷移過程發(fā)生變化，進一步對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此深入研究受環(huán)境影響下的微塑料對各種污染物的吸附行為，闡明微塑料吸附理論，為環(huán)境中污染物的遷移過程提供理論基礎(chǔ)具有較大的意義。

3 微塑料對水生生物的生態(tài)效應(yīng)影響

微塑料進入水體環(huán)境中之后，一方面，通過與水生植物的相互作用，影響水生植物的光合作用、生命代謝活動進而對植物體的生長產(chǎn)生毒性效應(yīng)；另一方面，水生動物可能會誤食微塑料，將其攝入體內(nèi)，在動物器官，如腸道、胃部停留，從而影響其生命活動，甚至導(dǎo)致死亡；此外，環(huán)境微塑料攜帶的各種污染物質(zhì)也會在微塑料與生物體接觸后發(fā)生釋放，從而進入食物鏈或食物網(wǎng)，產(chǎn)生二次危害，進一步影響生物體的正常生命活動。

3.1 微塑料對浮游植物的生態(tài)效應(yīng)影響

浮游植物不僅是水域生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產(chǎn)者，而且是水中溶解氧的主要提供者，它啟動了水域生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)，在水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞中起著至關(guān)重要的作用。微塑料與藻類的相互作用會影響藻類的正常生命活動，比如會影響光合作用效率、基因的表達、細胞密度、形態(tài)變化、酶活性等。

微塑料對藻類生態(tài)效應(yīng)的影響因素很多，包括微塑料在環(huán)境中的濃度、聚合物類型、粒徑、表面電荷及基團、是否含有添加劑等。Zhang 等[68]的研究發(fā)現(xiàn)，微塑料對藻類的影響會隨著濃度的增大而增加，主要通過減少葉綠素含量和降低光合作用效率來體現(xiàn)。微塑料聚合物類型的不同對藻類有較顯著的影響。Lagarde 等[69]研究表明，PP 對萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）有生長抑制作用，但高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE）對生長沒有影響，這是由于在PP 存在條件下，形成了由微藻、微塑料、胞外聚合物組成的異質(zhì)聚集體，并且參與合成糖類的基因明顯過度表達。一般來說，微塑料粒徑越小對藻類的毒性越大。Zhang等[68]通過測量藻的葉綠素含量和光合效率，得出mPVC （1μm） 比bPVC （1mm） 對 肋 骨 條 藻（Skeletonema costatum）的生長抑制更明顯，原因是與bPVC 的遷移能力相比，mPVC 較弱，不容易與藻類發(fā)生相互作用；此外，相比與帶負電荷的微塑料，帶正電荷的微塑料對微藻具有更高的毒性，這是由于細胞壁中的陰離子纖維素、羧基和硫酸鹽基團通過靜電作用、氫鍵和疏水作用排斥帶負電的微塑料，吸附帶正電的微塑料，且這種作用隨藻類形態(tài)的變化而變化。Bellingeri等[70]研究結(jié)果表明帶羧酸基團的納米聚苯乙烯顆粒（PS-COOH NPs）對藻類細胞壁具有吸附作用，改變了細胞的形態(tài)，干擾了藻細胞的有絲分裂，從而降低了藻細胞密度。除了微塑料本身的表面特性對藻類毒性作用產(chǎn)生影響外，微塑料中化學(xué)添加劑的浸出也會對藻類的生理機能具有較大的影響。Luo 等[71]研究了微塑料的浸出物對藻類毒性效應(yīng)的影響，結(jié)果表明，藻類的光合作用效率（Fv/Fm）隨污染物濃度升高而降低，當(dāng)微塑料添加劑的浸出物濃度隨著溶液pH和浸出時間的增加達最大釋放量時，對藻類的毒性效應(yīng)也達到最大。

微塑料在環(huán)境中由于其可以通過與有機污染物和重金屬發(fā)生交互作用，形成復(fù)合體系，因此較大的影響了污染物在生物體內(nèi)的歸趨和毒性效應(yīng)。姜航等[72]探究了在聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素羅紅霉素（Roxithromycin，ROX）共存條件下，對斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）的聯(lián)合毒性效應(yīng)，通過測試了不同暴露組中藻細胞密度、葉綠素a 含量以及Fv/Fm 等生理指標，來表征微藻的生存狀態(tài)。結(jié)果表明，PS-MPs和ROX聯(lián)合暴露對微藻的生長具有顯著的抑制作用，同時對其光合作用效率產(chǎn)生了一定的負面影響。在殷岑[73]的試驗研究中，通過測定生長抑制效應(yīng)、細胞膜通透性、葉綠素含量和抗氧化酶活性等指標，發(fā)現(xiàn)單一的微塑料和有機物對斜生珊藻均表現(xiàn)出一定的劑量效應(yīng)關(guān)系，而微塑料與有機污染物聯(lián)合后具有復(fù)雜的毒性作用，這是由于微塑料對有機污染物的富集會導(dǎo)致對藻的毒性作用增強；微塑料與有機污染物的聯(lián)合毒性與微塑料的種類和濃度有關(guān)，其中PE 在不同濃度下和有機污染物的聯(lián)合毒性效應(yīng)均表現(xiàn)為協(xié)同作用，然而隨著PVC 濃度的增加，對有機物毒性效應(yīng)由拮抗作用變?yōu)閰f(xié)同作用，說明PVC對有機污染物的聯(lián)合毒性效應(yīng)受到微塑料自身濃度的影響。Davarpanah[74]的研究了納米金（Au-NPs）顆粒與微米級別的微塑料（MPs-μm）對扁藻（Tetraselmis chuii）的生存影響，結(jié)果表明，單一存在的Au-NPs 和MPs-μm 均對微藻生長無顯著影響，而Au-NPs 和MPs-μm 的復(fù)合體系可以顯著降低藻的平均生長速率，并對其生長產(chǎn)生了顯著的抑制作用。Bellingrri 等[70]研究了羧化聚苯乙烯納米顆粒（PS-COOH NPs）與Cu2+金屬離子和淡水月牙藻（Raphidocelis subcapitata）的胞外聚合物之間的相互作用關(guān)系，以及這種相互作用如何影響銅對藻的毒性，結(jié)果表明，單一Cu2+存在下和PS-COOH NPs 與Cu2+復(fù)合體系對藻的生長的抑制作用沒有顯著差異，這是由于在淡水介質(zhì)中，PS-COOH NPs表面沒有吸附Cu2+，因此PS-COOH NPs 不會改變Cu2+對藻的毒性作用。

微塑料與浮游植物之間的生態(tài)效應(yīng)關(guān)系主要受到微塑料與浮游植物之間的交互作用影響，因此與微塑料的表面特性及浮游植物種類等因素相關(guān)。同時，由于微塑料對水體環(huán)境中其他污染物的吸附性能，導(dǎo)致水環(huán)境中微塑料主要以復(fù)合體系存在，因此對浮游植物產(chǎn)生更為復(fù)雜的影響作用，目前關(guān)于微塑料復(fù)合體系對藻的生態(tài)效應(yīng)的影響研究報道較少，且沒有統(tǒng)一的定論，因此還有待進一步的深入研究。

3.2 微塑料對浮游動物的生態(tài)效應(yīng)影響

浮游動物作為生態(tài)系統(tǒng)中重要的一個生物類別，不僅能為水生動物提供食物和養(yǎng)料，還可以作為水污染、環(huán)境污染的指示生物來預(yù)測環(huán)境變化，因此具有重要的環(huán)境地位和研究價值。由于微塑料的粒徑小，因此容易被浮游動物誤食，阻塞生物腸道以及器官，造成生物的生長受到抑制乃至死亡。此外微塑料易吸附環(huán)境中的其他污染物，使得污染物在生物體內(nèi)富集，對生物機體帶來更為嚴重的損害。

微塑料對浮游動物的生態(tài)效應(yīng)影響因素有微塑料粒徑、聚合物類型和攜帶表面基團等。Ma 等[46]研究比較了納米和微米級PS 顆粒對大型溞的毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)50nm 的PS 對大型溞的48h-EC50為15.13mg/L，而其他微米級粒徑顆粒僅能被大型溞攝食，并從體內(nèi)排出而沒有物理性損傷。而Rehse等[75]研究了不同粒徑的PE 微塑料對大型溞的毒性效應(yīng)影響，結(jié)果表明，大型溞腸道內(nèi)存在有1μm的微塑料顆粒，因而導(dǎo)致對大型溞的明顯的毒性效應(yīng)，而100μm 的微塑料顆粒由于不能被大型溞攝入，所以無明顯的毒性作用。Kim 等[60]研究表明，微塑料對大型溞的毒性作用與微塑料本身攜帶的表面基團相關(guān)，攜帶羧基基團的微塑料具有更大的毒性效應(yīng)。此外，Wang 等[76]研究了孤雌生殖鹵蟲（Artemia parthenogenetica）對10μm 的PS 微塑料的攝入、清除以及受到的組織病理學(xué)影響，研究結(jié)果表明，攝入的微塑料主要積聚在消化道的中腸和后腸。在不同的微塑料濃度和暴露時間下，鹵蟲對微塑料的攝入量不同，攝食3h 后97%的微塑料會隨著糞便排出。當(dāng)微塑料濃度為100 個/mL 時，24h后攝食量減少，上皮細胞出現(xiàn)了豐富的脂滴，在14 天后腸道上皮細胞變形、排泄紊亂，表明隨著暴露時間延長，微塑料對鹵蟲的生命健康構(gòu)成嚴重的威脅。Hurley等[77]研究表明，水體環(huán)境中的微塑料對管狀蠕蟲生存存在阻礙作用，會造成生物能量儲備和適應(yīng)性降低，氧化應(yīng)激增加，生長率降低，死亡率增加等，這些影響都與微生物攝入并在體內(nèi)的保留的微塑料的量有關(guān)。

由于微塑料會對其他污染物產(chǎn)生吸附富集作用，隨著微塑料被生物體攝食，吸附的污染物質(zhì)在生物體內(nèi)釋放，將環(huán)境污染物質(zhì)從微塑料中轉(zhuǎn)移到生物體內(nèi)，形成復(fù)合毒性效應(yīng)，對生物體產(chǎn)生更為嚴重的危害。Hu 等[78]研究發(fā)現(xiàn)在微塑料與重金屬共存體系中，蝌蚪組織中的重金屬含量比單一重金屬處理條件下要高，這是由于微塑料會吸附重金屬，蝌蚪在攝入微塑料的同時，重金屬會被攜帶進入體內(nèi)，對蝌蚪表現(xiàn)為協(xié)同毒性作用。通過顯微鏡觀察，在蝌蚪的鰓部和消化道均存在微塑料，這會顯著降低蝌蚪對食物的攝取和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，影響其正常的生命活動。Luis等[79]研究了PE與Cd6+的聯(lián)合作用對蝦虎魚幼體的影響，研究發(fā)現(xiàn)，與單一微塑料的實驗組對比，混合體系的毒性更大，毒性指標半致死濃度（EC50）由30.5mg/L 降低到25mg/L，毒性作用增大。Kim 等[60]研究了兩種PS 微塑料[一種含有羧基基團（PS-COOH），另一種不含有羧基基團（PS）]與重金屬Ni2+對大型溞的復(fù)合毒性效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合體系下的毒性效應(yīng)與單一體系有顯著差異，并且與不帶官能團的PS相比，PSCOOH與Ni2+的相互作用力更強，導(dǎo)致對Ni2+的吸附量更大，對大型溞的毒性效應(yīng)更強，說明攜帶官能團對微塑料的毒性有顯著的影響。殷岑[73]研究了PS顆粒和有機污染物對大型溞的單一和聯(lián)合急慢性毒性效應(yīng)。在單一急性毒性實驗中，微塑料對大型溞具有較低毒性，而有機污染物對大型溞具有較高的毒性；在微塑料與有機污染物的聯(lián)合毒性實驗中，對大型溞表現(xiàn)為拮抗作用，由于此時微塑料的毒性作用較低可以忽略，然而微塑料會吸附并減少了游離的有機污染物，降低了有機污染物的生物可利用性，從而降低了生物毒性。而Ma 等[46]研究了納米級和微米級微塑料與菲對大型溞的聯(lián)合毒性作用，結(jié)果表明，50nm-NPs 和菲對大型溞的聯(lián)合毒性表現(xiàn)出疊加性效應(yīng)，并在生物體體內(nèi)有積累效應(yīng)，但10mmMPs 和菲對大型溞的聯(lián)合毒性作用不顯著，這種差異是由于50nm NPs 的比表面積大，對菲的吸附量高于在10mm-MPs。此外，Zocchi 等[80]還測試了3種不同的草甘膦化學(xué)制劑和兩種微塑料微珠（PET和PA）纖維對大型溞的聯(lián)合作用，時間超過一周。當(dāng)在單一化學(xué)制劑的條件下，對大型溞有致死效應(yīng)，然而在復(fù)合體系中，效果卻不明顯，說明了微塑料有可能降低了草甘膦等除草劑的毒性。

浮游動物會通過誤食作用攝入微塑料，并在體內(nèi)有一定的積累，從而降低了其對食物的攝取和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，以及對機體有一定的物理損傷，除此之外，微塑料還會攜帶其他污染物進入浮游動物體內(nèi)，其聯(lián)合毒性作用會根據(jù)污染物類型、濃度等的不同表現(xiàn)為協(xié)同作用或拮抗作用，威脅浮游動物的正常生命活動甚至導(dǎo)致死亡。然而，由于環(huán)境中污染物種類多而繁雜，微塑料及其復(fù)合體系對浮游動物的毒性作用效果和機理尚不明確，系統(tǒng)評價浮游動物的各項健康指標受微塑料等污染效果，進而對環(huán)境受污染情況提供指示作用，是今后進一步的研究方向和目標。

4 結(jié)語與展望

微塑料在水體環(huán)境中污染越來越受到全球性的關(guān)注，目前研究學(xué)者已經(jīng)開展了大量關(guān)于微塑料在水生環(huán)境中尤其是海洋環(huán)境中的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)研究。但是目前關(guān)于環(huán)境中微塑料對其他污染物遷移行為影響機制尚不清晰，對微塑料在環(huán)境中生態(tài)效應(yīng)的影響效應(yīng)還沒有統(tǒng)一的結(jié)論，因此為了深入了解水體中微塑料的環(huán)境行為與生態(tài)效應(yīng)影響，還需要進一步開展更為深入的科學(xué)探究。針對水體中微塑料環(huán)境行為影響研究現(xiàn)狀，本文作者對今后擬開展的重點工作提出了以下幾點展望。

（1）需要進一步開展關(guān)于水環(huán)境中納米級別微塑料的環(huán)境效應(yīng)影響研究。納米級微塑料在環(huán)境中儲量更為豐富，同時具有顆粒小、比表面積大、對其他污染物的遷移行為影響大等特點，容易導(dǎo)致更強的生物毒性和生物累積效應(yīng)等。但是其在水體中難以收集和檢測，因此導(dǎo)致其相關(guān)研究報道較少，因此，亟需開展水體中納米微塑料的檢測與分析方法研究；納米微塑料在水環(huán)境中對其他污染物遷移行為影響效應(yīng)研究及納米微塑料對水生生物的生態(tài)效應(yīng)影響研究等。

（2）利用野外試驗，深入研究水環(huán)境中微塑料的環(huán)境行為效應(yīng)。目前針對水體中微塑料的研究主要集中在室內(nèi)模擬試驗研究階段，不能準確反應(yīng)微塑料的環(huán)境行為，因此可以采用室內(nèi)模擬和野外實驗結(jié)合的方式，系統(tǒng)研究微塑料在不同水環(huán)境（如地表淡水、地下水及海水等）對污染物的吸附行為；以及不同時間和空間維度下微塑料的環(huán)境行為及生態(tài)效應(yīng)等，為掌握微塑料的環(huán)境影響效應(yīng)提供真實可靠的數(shù)據(jù)。

（3）還需要加強微塑料與其他污染物復(fù)合體系毒性效應(yīng)的理論研究。環(huán)境中微塑料往往不是以單一污染物形式存在，容易和環(huán)境中其他污染物形成復(fù)合污染，目前關(guān)于微塑料復(fù)合體系生態(tài)效應(yīng)的影響效果和機理尚不清晰。因此，需要開展關(guān)于微塑料與其他污染物包括重金屬和有機污染物等的復(fù)合體系在水環(huán)境中的毒性效應(yīng)和理論研究，對于闡明微塑料與污染物共存體系下的生態(tài)效應(yīng)影響和作用機制具有較大的科學(xué)意義。