關(guān)于微塑料污染的文獻(xiàn)調(diào)研

晏 婷，陳天賜，秦仲揚，劉建芳

(武漢輕工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430023)

塑料及塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活中被大量生產(chǎn)和使用，給人們帶來極大便利的同時，也造成了嚴(yán)重的微塑料污染問題。作為世界上最大的塑料生產(chǎn)國和消耗國，我國微塑料污染防治形勢嚴(yán)峻[1]。

微塑料一般是指粒徑小于5 mm的塑料碎片或顆粒，它種類較多，主要包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚酯PEst和聚對苯二甲酸PET類等[2]。它分布廣泛，在淡水、海洋、陸地環(huán)境中均發(fā)現(xiàn)有大量微塑料[3]，人們?nèi)粘Ｓ闷泛褪称?，如護(hù)膚品[4]、飲用水[5]等中也存在微塑料，含有磨砂效果的牙膏中通常含有一種極小的微塑料(塑料微珠)[6]。更令人震驚的是，德國和瑞士科研人員在美國《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表論文表示，微塑料的魔爪已經(jīng)伸到了地球兩極，微塑料在德國多地、瑞士阿爾卑斯山區(qū)以及北極地區(qū)采集的雪樣中均大量存在[7]。如此廣泛存在的微塑料，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可在環(huán)境中存在數(shù)百年甚至幾千年，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其對生物體也會產(chǎn)生影響，被認(rèn)為是一類新型的威脅著生態(tài)和環(huán)境安全的污染物[3,8-9]。本文采用文獻(xiàn)調(diào)研分析法和搜索引擎調(diào)研法對國內(nèi)外微塑料污染的現(xiàn)狀、檢測方法和政策法規(guī)等進(jìn)行了調(diào)查，旨在為微塑料污染的認(rèn)識和防治提供一定的思路和參考。

1 資料與方法

以“微塑料”和“Microplastic”為中文和英文主題詞檢索中國知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫(CNKI)、維普資訊數(shù)據(jù)庫、讀秀中外文學(xué)術(shù)搜索、萬方中文和外文數(shù)據(jù)庫，收集國內(nèi)外微塑料的相關(guān)文獻(xiàn)；利用Origin軟件對文獻(xiàn)數(shù)量、發(fā)表時間、主題分布等進(jìn)行統(tǒng)計和分析，從文獻(xiàn)調(diào)研層次分析微塑料的污染現(xiàn)狀、檢測方法和政策法規(guī)等。

2 文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果與討論

2.1 對微塑料的關(guān)注和研究起步較晚

國內(nèi)對微塑料關(guān)注時間較晚。以“微塑料”為主題詞在中國知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫、維普資訊數(shù)據(jù)庫、讀秀中外文學(xué)術(shù)搜索、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺以及以“Microplastic”為主題詞在萬方外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫中檢索，按照文獻(xiàn)發(fā)表時間進(jìn)行統(tǒng)計，文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果如圖1。國內(nèi)外對微塑料的關(guān)注主要從本世紀(jì)初開始，2004年微塑料概念在科學(xué)雜志上被提出后，各國對微塑料的重視程度明顯增強，2010年以后發(fā)表的微塑料污染相關(guān)文獻(xiàn)超過50%。而我國對微塑料的關(guān)注時間和研究時間起步較晚，從維普、讀秀以及知網(wǎng)統(tǒng)計的文獻(xiàn)比例可以看到2010年以后的文獻(xiàn)超過80%。

圖1 微塑料相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)表時間統(tǒng)計情況Fig.1 Publication time of the related literature about microplastics

國內(nèi)對于微塑料的關(guān)注程度不夠。以中國知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫中檢索到的結(jié)果為例，以“微塑料”為主題詞搜索到6870個結(jié)果(包括學(xué)術(shù)期刊、學(xué)術(shù)論文、會議、報紙和圖書)，其中中文文獻(xiàn)僅占14.4%，外文文獻(xiàn)超過5800篇。與國外相比，我國對微塑料的關(guān)注和研究不足。檢索到的微塑料文獻(xiàn)中微塑料污染相關(guān)文獻(xiàn)占30.0%以上，隨著對微塑料的深入研究，發(fā)現(xiàn)微塑料的污染已經(jīng)不容小覷。

2.2 微塑料污染普遍存在，對人體健康有潛在威脅

從中國知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫中檢索到的微塑料污染文獻(xiàn)中，涉及到海洋污染的文獻(xiàn)占68.4%，微塑料被形象地稱為“海洋中的PM2.5”；其次是關(guān)于環(huán)境和土壤的污染，這兩類文獻(xiàn)比例分別占到51.6%和24.1%，緊接著是關(guān)于微生物、人體、魚類、大氣和日常生活中的微塑料污染等(見圖2)。雖然從文獻(xiàn)統(tǒng)計結(jié)果而言，與人體相關(guān)的微塑料污染文獻(xiàn)比例并不高，但人類站在食物鏈的頂端，以上形式分布的微塑料都可能通過攝食或呼吸等方式進(jìn)入人體內(nèi)部。

圖2 微塑料污染的分布情況Fig.2 Distribution of microplastic pollution

許多海洋生物，包括魚類、蝦及貝類等，已經(jīng)被證實會吸收微塑料并儲存于體內(nèi)，且它們不易降解和排岀，會在生物體內(nèi)存留較長時間[10]。在中國17個城市的養(yǎng)殖牡蠣中均發(fā)現(xiàn)了微塑料，平均每個牡蠣樣本中含有微塑料2.93個[11]。而對市售的牡蠣進(jìn)行凈化，三天后牡蠣體內(nèi)依然存留有微塑料[12]。毫無疑問，這些海洋生物被食用后，其體內(nèi)的微塑料就會進(jìn)入人體。據(jù)估算，每年通過食物進(jìn)入人體內(nèi)的微塑料多達(dá)6.8萬個，從世界不同地域的人類糞便樣本中都檢測出微塑料顆粒的存在[13]。

大氣中存在微塑料，人口稠密區(qū)空氣中微塑料濃度明顯高于人口密度低的郊區(qū)[14]，大氣中微塑料濃度沒有確切的數(shù)值，它受地域、氣候條件、季節(jié)以及抽樣方法等影響較大。據(jù)估計，人體平均每天會吸入26～130個微塑料，它們會進(jìn)入呼吸系統(tǒng)并聚集在肺部[15]。而計算模型對此進(jìn)行了印證，模型估算出，即使不進(jìn)行劇烈運動，男性大概每天會吸入272個微塑料，這些微小顆?？梢缘竭_(dá)肺部深處并長時間沉積于此[16]。

另外，微生物在微塑料表面生長良好，微塑料很可能成為引起疾病的載體[13]。而通過食物及呼吸作用進(jìn)入人體的微塑料可以在腸道和肺部富集，并有可能轉(zhuǎn)移到其他器官和組織中?，F(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)表明，微塑料對人體健康有潛在威脅，而科學(xué)家猜測這種威脅可能是長期的、大規(guī)模的危害[13]，雖然現(xiàn)獲得的研究成果主要以動物為實驗對象，還有一些是依靠計算模型，并且實驗條件比真實環(huán)境更苛刻，微塑料對于人體健康危害的更多證據(jù)還有待研究[17]。

2.3 微塑料缺少快速、精準(zhǔn)、便捷的檢測方法

在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中以“微塑料”和“檢測方法”為主題詞的檢索結(jié)果中，進(jìn)一步檢索到，對于海水、淡水或飲用水、土壤、魚中微塑料的檢測方法都有涉及和研究，具體文獻(xiàn)占比見圖4。關(guān)于水體(包括海水、淡水或飲用水)中微塑料的檢測文獻(xiàn)達(dá)50%，檢測水體中的微塑料主要步驟為分離提取、定性鑒別和定量分析，即通過密度分離、過濾和篩分、消解、干燥等方法分離提取后，再通過光譜分析法、色譜分析法、質(zhì)譜分析法、熱分析法以及光學(xué)或電子顯微鏡分析法等儀器分析方法進(jìn)行定性和定量測定[18]。對土壤和魚等中微塑料檢測的步驟也大體相似，只是微塑料來源廣泛、組分復(fù)雜、形狀、大小、顏色各不相同，因此選擇的分離提取方法和儀器分析方法也不盡相同。

現(xiàn)代技術(shù)手段和儀器分析方法不僅為微塑料的鑒別和測定提供了技術(shù)基礎(chǔ)，也為更小粒徑的微塑料的檢出提供了可能，如，劉丹童等篩選過濾膜作為分離和分析微塑料所用基底，使用顯微拉曼光譜的面掃模式對常見的微塑料進(jìn)行定性分析，該方法能從濾膜背景上有效識別最小粒徑為1 μm的小尺寸微塑料[19]。傳統(tǒng)的微塑料定量分析一般通過人工計數(shù)等目檢法來完成，不僅耗時、費力，而且差錯率高，儀器分析方法與物理、化學(xué)表征方法的聯(lián)用，如熱紅聯(lián)用(TGA-FTIR)[20]、熱解/氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(Pyr-GC-MS)[21]和熱萃取/氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(TED-GC-MS)[22]等，大大提高了分析的準(zhǔn)確性。張玉佩等在熱重分析儀中對微塑料熱解，微塑料的熱解氣體產(chǎn)物通過傳輸線進(jìn)入傅里葉變換紅外光譜儀，利用熱解氣體的紅外特征峰對微塑料進(jìn)行識別和量化[20]。

圖3 微塑料檢測的文獻(xiàn)分布情況Fig.3 Literature distribution of microplastic detection

然而，現(xiàn)有的微塑料檢測方法大多停留在研究階段，在選擇和建立微塑料檢測方法或系統(tǒng)時更多考慮的是否能辨識、能測量以及定量是否準(zhǔn)確上，對于人力成本、時間效率、操作過程等關(guān)注較少，缺少可應(yīng)用于人們的日常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活的快速、精準(zhǔn)、便捷的微塑料檢測方法和檢測儀器。

2.4 微塑料污染控制勢在必行，國內(nèi)已經(jīng)出臺了相應(yīng)政策法規(guī)

據(jù)英國廣播公司(BBC)報道：迄今為止人類已生產(chǎn)了83億噸原生塑料，僅有20%左右的廢棄塑料被回收利用或焚燒，剩余的塑料廢品都堆積在垃圾填埋場和自然環(huán)境中[23]。我國塑料生產(chǎn)量和使用量巨大，為塑料垃圾提供了豐富的來源，其中最為社會所關(guān)注的塑料快餐盒、塑料袋和農(nóng)業(yè)塑料薄膜等造成的塑料污染問題自上世紀(jì)90年代起已逐漸被政府所關(guān)注，而2010年以后也逐漸認(rèn)識到微塑料污染應(yīng)從源頭控制。

對于微塑料污染控制，國外出臺了一系列有力度的政策，如英國2018年實施的塑料微珠禁令[24]，日本制定的“塑料資源循環(huán)戰(zhàn)略”[25]。近年來，我國也逐漸重視環(huán)境微塑料污染防治工作。2020年1月，國家發(fā)改委與生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布關(guān)于《進(jìn)一步加強塑料污染治理的意見》，文件中明確規(guī)定“到2020年底，禁止生產(chǎn)含塑料微珠的日化產(chǎn)品；到2022年底，禁止銷售含塑料微珠的日化產(chǎn)品”，并要求強化與微塑料污染防治相關(guān)的科技支撐工作。2020年7月，發(fā)改委等九部委發(fā)布《關(guān)于扎實推進(jìn)塑料污染治理工作的通知》，不僅對塑料污染治理工作進(jìn)行了統(tǒng)籌安排，在附件中明確了現(xiàn)階段含塑料微珠的日化產(chǎn)品細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)。在生態(tài)環(huán)境部下達(dá)的2020-2035年《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃綱要》聚焦專題專項監(jiān)測中，專門列出了海洋微塑料監(jiān)測任務(wù)。而遼寧省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局也發(fā)布了通過傅立葉變換顯微紅外光譜法測定海水中微塑料的標(biāo)準(zhǔn)方法(DB21/T 2751-2017)。這些都是微塑料污染控制的基準(zhǔn)和依據(jù)，為微塑料污染的控制工作提供了政策保障和檢測標(biāo)準(zhǔn)。

2021年1月1日我國禁塑令正式落地，可降解塑料成為解決“白色污染”的重要途徑之一。最常見的可降解塑料包括光降解塑料和生物降解塑料兩類。光降解塑料由于降解速率受環(huán)境影響較大，適應(yīng)面相對較窄，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)地膜。而生物降解塑料應(yīng)用范圍相對廣泛，目前在日常生活用品、汽車內(nèi)飾件、醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)林、土建等方面都有涉及[26]。針對“塑料微珠禁令”，英國專家以木質(zhì)素為原料生產(chǎn)出新微型顆粒，在日化用品中以此替代添加的傳統(tǒng)塑料微粒[27]。英國學(xué)者使用淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)研制出的生物塑料薄膜，具有合適的力學(xué)強度、透明外觀、透氣性和良好的安全性，生物降解性好，是理想的食品包裝材料[28]。法國Total公司與CorbionPurac公司合作，以甘蔗為原料發(fā)酵得到單體(乳酸等)，再經(jīng)化學(xué)合成制得生物降解塑料聚乳酸(PLA)，實現(xiàn)了從糖到PLA的全集成生產(chǎn)鏈[29]。PLA可用于一次性用品和耐用包裝品，使用后可回收或堆肥后重返土壤，國內(nèi)已有多家PLA規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)。顯然，可降解塑料的使用會很大程度降低微塑料的污染，但已產(chǎn)生的微塑料污染的處理以及其它控制微塑料污染的措施還需要投入技術(shù)、方法和手段。

3 結(jié) 語

微塑料的污染已經(jīng)十分廣泛，它已侵入人們的生活，對人體健康具有潛在威脅，但我國對微塑料的關(guān)注和研究起步較晚，未建立食物、大氣和土壤等中微塑料的限定標(biāo)準(zhǔn)，還缺少可應(yīng)用于人們?nèi)粘９まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活的快速、精準(zhǔn)、便捷的檢測方法，微塑料污染的研究和控制形勢嚴(yán)峻。所幸微塑料污染控制已引起國家重視，我國政府已推出了相應(yīng)政策法規(guī)為減緩和控制微塑料污染指明方向、列出依據(jù)、保駕護(hù)航，可降解塑料的研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)取得了一定成果，相信在不久的將來，經(jīng)過政府、科研人員以及大眾的共同努力和參與，對于微塑料污染會有更深入的了解，會尋找到控制微塑料污染更多有效的辦法和便捷的技術(shù)。