水體中微塑料的污染行為研究進(jìn)展

孟曉彤，秦鵬飛，鄧一深，潘星任

（臨沂大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山東 臨沂 276000）

微塑料，是指通過(guò)塑料垃圾降解分解產(chǎn)生的形狀不一、分散不均勻的直徑小于5毫米的塑料碎片和塑料顆?；旌象w，在全球的產(chǎn)量不少于2.4億噸。微塑料的體積很小，通常指肉眼難以分辨，且種類很多，被稱作“海中的PM2.5”[1]。它們可在地球上存活數(shù)百甚至數(shù)千年，且每一種微塑料對(duì)生物都有獨(dú)特的污染行為，能對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)時(shí)間的污染行為污染。

1.塑料污染分類及危害

微塑料是海洋中豐度最高的塑料污染，通常主要分為兩大類，分別是初生微塑料和次生微塑料（圖1）。水體作業(yè)時(shí)，通過(guò)水波擾動(dòng)和波浪擊打以及凍融循環(huán)作用下，塑料逐漸碎化和降解[2]，最終流入水體的微塑料為初生微塑料，同時(shí)也包括女性使用的化妝品所含顆粒以及服裝纖維。次生微塑料主要包括合成塑料殘骸降解所產(chǎn)生的微小顆粒，以及大型塑料垃圾通過(guò)各種物理、化學(xué)和生物的作用分解形成的細(xì)小顆粒。這些微塑料會(huì)進(jìn)一步對(duì)水環(huán)境及水中生物相互作用，極易被各種海洋生物攝取進(jìn)入食物鏈，甚至隨飲食進(jìn)入人體。同時(shí)，微塑料的巨大比表面積，使其極易吸附各種有毒有害物質(zhì)，成為污染物在環(huán)境中遷移運(yùn)輸?shù)摹拜d體”，造成更為嚴(yán)重的復(fù)合污染。因此，微塑料的污染行為成為水污染控制和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。

2.微塑料的污染行為研究

2.1 影響范圍

研究表明，微塑料在淡水和海水中都具有一定的污染行為效應(yīng)[2]。世界上淡水流域的污染范圍主要存在于萊茵河、多瑙河、五大湖，還有巴西、印度等地區(qū)的淡水中，我國(guó)淡水流域中的微塑料污染，主要集中在長(zhǎng)江東海入?？?，山東半島海岸帶，以及太湖流域。在這些受微塑料影響的水域附近，人口密集，垃圾產(chǎn)生量過(guò)多，隨之造成的微塑料的產(chǎn)生量急劇增加，而氣候條件與季節(jié)變化使其垃圾分解變得困難。在這些水域中，微塑料對(duì)原位水生生物的污染行為較為明顯，生物的攝食速率、生長(zhǎng)速率、能量耗竭和行為等方面都與其他水域的生物有著顯而易見(jiàn)的差異。大體上看，人口密集的地方水域微塑料污染嚴(yán)重，但在某些人煙稀少的地方也檢測(cè)出了高濃度的微塑料。例如西藏北部的盆地，青藏高原的湖泊等，由于它們都是封閉水系，無(wú)法與其他水體進(jìn)行交匯，使進(jìn)入水體的微塑料長(zhǎng)時(shí)間停留并積累，造成微塑料污染。尤其在我國(guó)淡水流域中的污染極為嚴(yán)重。雖然淡水流域的微塑料密度已經(jīng)較高，但海洋區(qū)域的大氣運(yùn)動(dòng)和大氣洋流作用強(qiáng)烈，容易造成微塑料在環(huán)流區(qū)域聚集，形成高污染區(qū)，所以微塑料污染最為集中的還是在海洋區(qū)域，幾乎能在全球各處海域均能檢測(cè)到，且在海洋的表層水體中，微塑料的污染程度高于深層水體，同時(shí)它們?nèi)菀自诤０稁С练e，表現(xiàn)出更為嚴(yán)重的污染行為。其中，靠近工業(yè)中心或者大都市等人類聚集密集的區(qū)域的海洋中，微塑料污染最為嚴(yán)重。比較鮮明的例子是北太平洋、北大西洋、地中海等五大塑料“垃圾帶”。在這些垃圾帶中，微塑料的粒徑不一且大多小于1mm，甚至有的小于20mm，它們所表現(xiàn)出來(lái)的污染行為程度也有明顯的差異。

2.2 影響生物的行為和發(fā)育

研究發(fā)現(xiàn)，生活在水體中的湯氏紡錘水蚤幼體暴露在微塑料的聚集團(tuán)中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“跳躍”反應(yīng)[3]。微塑料對(duì)于水體中的甲殼動(dòng)物的鰓組織也有很大的影響。當(dāng)微塑料在鰓組織大量聚集后，會(huì)抑制生物酶的活性，進(jìn)而影響鰓組織里的離子運(yùn)輸，對(duì)生物的生長(zhǎng)行為指標(biāo)造成影響，嚴(yán)重影響到生物的攝食行為。生物主要靠攝食吸收營(yíng)養(yǎng)，當(dāng)攝食微塑料時(shí)，因微塑料無(wú)法被吸收消化，在生物體的消化道內(nèi)聚集、積累并阻塞消化道，還會(huì)對(duì)腸道造成物理性損傷，只能逐漸減少對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝食，最后因營(yíng)養(yǎng)不足而消亡。微塑料對(duì)生物的生長(zhǎng)毒害性已經(jīng)被大量研究證實(shí)，很多科學(xué)家將海膽暴露于不同濃度的聚乙烯微球中，微球的濃度越高，由于滲透壓，使海膽攝入的微球數(shù)量越多，海膽的體形越來(lái)越小。有的生物吸入了微塑料后，由于消化階段耗費(fèi)了大量的能量，導(dǎo)致能量缺失，最終會(huì)讓生物體因饑餓而死亡。不止在生長(zhǎng)發(fā)育階段會(huì)影響生物，微塑料對(duì)生物本身的生殖系統(tǒng)也有著極大的危害。長(zhǎng)期生活暴露在高濃度微塑料水域中的生物產(chǎn)卵量會(huì)下降，生殖細(xì)胞質(zhì)量會(huì)下降，孵化率也會(huì)下降。將哲水蚤被放入20mm的聚苯乙烯微塑料中暴露5-6d時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)哲水蚤產(chǎn)出卵的質(zhì)量下降，孵化成功率也顯著下降。另外，在塑料生產(chǎn)過(guò)程中，許多添加劑的成分屬于內(nèi)分泌干擾物，它會(huì)導(dǎo)致生物機(jī)體的內(nèi)分泌紊亂，使生物的生殖能力下降，例如常見(jiàn)的塑化劑鄰苯二甲酸酯和雙酚A，當(dāng)它們進(jìn)入生物體內(nèi)后，會(huì)干擾生物內(nèi)分泌，進(jìn)而影響其繁殖過(guò)程。

2.3 影響生物的免疫行為

在免疫污染行為方面，由于生物機(jī)體對(duì)微塑料的免疫敏感性于微塑料的形狀有關(guān)，所以，在引起機(jī)體免疫反應(yīng)的程度上，表面平滑的微塑料顆粒要弱于表面粗糙的微塑料顆粒，當(dāng)粒徑小于16m的微塑料顆粒進(jìn)入機(jī)體后，會(huì)轉(zhuǎn)移到貽貝淋巴系統(tǒng)，使溶酶體膜不穩(wěn)定，進(jìn)而引起機(jī)體免疫系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)[5]。一般長(zhǎng)時(shí)間生活在高濃度微塑料水域中的生物肝臟會(huì)受到極大的損傷。生物攝食大量微塑料后，由于微塑料難降解，會(huì)一直在機(jī)體中殘留，使水生生物產(chǎn)生基因污染行為效應(yīng)，表現(xiàn)為部分DNA存在斷鏈現(xiàn)象，使其基因表達(dá)水平受損[6]，進(jìn)而影響后代數(shù)量，甚至后代會(huì)持續(xù)獲得污染行為。

2.4 微塑料的吸附行為

由于微塑料具有巨大的比表面積和良好的流動(dòng)性，當(dāng)進(jìn)入水體后，會(huì)從環(huán)境中吸附一些疏水性持久性有機(jī)污染物（POPs)，如多氯聯(lián)苯（PCBs)、各類的有機(jī)氯殺蟲劑 (DDT）多溴聯(lián)苯醚、多環(huán)芳烴等，同時(shí)還會(huì)吸附一些如鉛、鋅、銅等的重金屬，使污染有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)大量富集，形成具有高強(qiáng)度的復(fù)合污染物。由于它們尺寸與浮游生物接近，非常容易成為魚類、貝類和蝦蟹的食物。當(dāng)微塑料顆粒和有機(jī)污染物的結(jié)合體被生物攝食后，其中的化學(xué)物質(zhì)在生物消化系統(tǒng)中表面活性劑的作用下釋放，對(duì)生物產(chǎn)生復(fù)合污染行為效應(yīng)。微塑料還可以與藻類團(tuán)聚體結(jié)合，隨著水流，被藻類團(tuán)聚體運(yùn)輸?shù)剿w底部[7]，影響生態(tài)系統(tǒng)的垂直碳通量。微塑料穩(wěn)定性高、質(zhì)量輕且具有良好的流動(dòng)性，可隨著水流做長(zhǎng)距離的遷移，成為微生物、藻類和昆蟲等生物附著生長(zhǎng)的載體.微塑料作為生物的新型生態(tài)棲息地，為生物傳播提供了載體條件。微塑料作為微生物載體，在進(jìn)行生物能量遷移的同時(shí)帶來(lái)生物入侵等威脅[8]。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，微塑料通過(guò)與菲吸附，一方面使菲在大型水蚤體中富集程度顯著加強(qiáng)，并且和菲產(chǎn)生嚴(yán)重的加和污染行為反應(yīng)，另一方面可以抑制菲及其代謝產(chǎn)物從生物內(nèi)排出，從而使代謝廢物在生物體內(nèi)累積，對(duì)水蚤造成危害。當(dāng)微塑料吸附其他物質(zhì)后，其作用機(jī)制和毒理效應(yīng)改變，并使毒性加倍釋放，對(duì)生物體造成極大的危害。

3. 結(jié)語(yǔ)

本文主要探究了水中微塑料的污染行為效應(yīng)，尤其對(duì)水生生物的新陳代謝、生理生化等層面，以及通過(guò)食物鏈對(duì)人類造成的潛在影響。這對(duì)微塑料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了重要參考。在接下來(lái)的研究中需要進(jìn)一步優(yōu)化微塑料采集、使用的方法，做好微塑料分布情況的統(tǒng)計(jì)，同時(shí)綜合考慮生物因素以及非生物因素，以及微塑料的粒徑大小、表面形態(tài)、塑料的種類以及污染物的濃度和存在狀態(tài)等因素，同時(shí)應(yīng)該加大力度改善固體廢物和廢水處理設(shè)施以處理微塑料。微塑料是新型污染物，在研究和防治體系方面并不完善，導(dǎo)致了解微塑料不深入，因此，要弄清微塑料的來(lái)源及遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理,完善微塑料監(jiān)測(cè)與污染行為效應(yīng)測(cè)評(píng)體系，從源頭上控制微塑料污染問(wèn)題。在體系完善后，應(yīng)繼續(xù)完善評(píng)價(jià)指標(biāo)，使研究微塑料污染行為的科學(xué)家能夠明確其污染行為程度，同時(shí)開展微塑料污染對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體生命健康進(jìn)行毒理研究, 對(duì)治理及控制微塑料污染的技術(shù)和手段進(jìn)行更新和研究,建立微塑料的統(tǒng)一分析標(biāo)準(zhǔn), 增加納米級(jí)別微塑料的相關(guān)研究。