微塑料的遷移轉(zhuǎn)化及其生態(tài)風險研究進展

張雅珊，陳宗耀，馬偉芳

（1 北京林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，北京 100083；2 儋州市水務(wù)局，海南 儋州 571799）

在20世紀50年代，塑料制品由于穩(wěn)定性較好、可塑性較高、成本低廉、結(jié)實耐用而被廣泛使用。據(jù)Plastics Europe[1]于2006 年統(tǒng)計可知：1950 年全球塑料產(chǎn)量高達150萬噸，并在此后飛速增長，成為繼鋼鐵、水泥所屬的金屬材料和無機非金屬材料之后全球第三大高分子材料制造產(chǎn)品[2]。但是由于當時沒有妥善處置塑料制品，從而造成如今塑料泛濫的現(xiàn)狀。塑料制品種類繁多，可由聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯等有機物混合制成，化學性質(zhì)極其穩(wěn)定，自然條件下很難被降解。據(jù)估計[2]，截止到2015年，全球生產(chǎn)了近83億噸原生塑料，但回收的塑料廢物僅有6300t，而其中近60%的塑料又再次被隨意丟棄于環(huán)境之中。根據(jù)Plastics Europe[3]于2021 年發(fā)布的數(shù)據(jù)可知：2020 年全球生產(chǎn)了塑料3.67 億噸，比2019 年還低了0.01 億噸，結(jié)合連續(xù)數(shù)年塑料制品產(chǎn)量以2%～3%的速率穩(wěn)定增加和如今的現(xiàn)實情況綜合考慮可知，在世界各國的努力控制和疫情下全球經(jīng)濟低迷的大氛圍內(nèi)，塑料產(chǎn)量得到了一定的控制。微塑料雖是因塑料的破碎和降解[4]而形成的，但是與塑料相比，微塑料的質(zhì)量輕，粒徑小，遷移范圍更廣，造成的危害更嚴重，因而需要人類更多的關(guān)注。所以本文將目光聚焦于微塑料在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化，還原微塑料出現(xiàn)后在水體、大氣、土壤三相的循環(huán)過程，研究并預(yù)測微塑料對環(huán)境的風險指數(shù)，進而提出微塑料降解的可行性研究方案。

1 微塑料來源、特征及其環(huán)境危害性分析

1.1 微塑料的來源與特性

微塑料最早被發(fā)現(xiàn)于海洋環(huán)境中，被定義為粒徑小于5mm 的塑料顆粒，主要被分為初級微塑料和次級微塑料兩類。初級微塑料主要指的是投加在工業(yè)和日常用品中，沒有經(jīng)歷過再破裂的微塑料，包括個人護理產(chǎn)品、藥物載體、空氣噴射介質(zhì)和塑料預(yù)制顆粒等[5]，可通過工業(yè)排放口、污水處理廠排放廢水和意外泄漏等方式進入環(huán)境。次級微塑料主要指的是已經(jīng)成型的塑料碎片經(jīng)過物理、化學、生物的共同作用再次分解破碎形成的新塑料顆粒，如塑料制品經(jīng)過風化、陽光暴曬、生物降解等破裂形成微塑料；羊毛衫、地毯等合成紡織品經(jīng)過洗滌釋放到水體中的微塑料；橡膠輪胎與減速帶在行駛過程中磨損形成的微塑料等[6]。如圖1 所示。環(huán)境中原本沒有微塑料的存在，導(dǎo)致如今微塑料泛濫的主要原因是人類活動：在陸地創(chuàng)造出微塑料后，因污水排放、空氣傳播等因素侵入河流湖泊等淡水環(huán)境，最后匯流入海[7]。

圖1 微塑料主要來源

微塑料憑借自身因素可對環(huán)境造成難以估量的危害。微塑料因尺寸較小、疏水性強、比表面積大而具有較強的吸附能力，可吸附重金屬、有機物、致病菌等，從而對環(huán)境產(chǎn)生進一步污染[8]。同時，微塑料得益于體積小、質(zhì)量輕、密度小的特性，導(dǎo)致其在遷移速度快、遷移方位無法預(yù)測的同時，大部分會漂浮在表層。因而，現(xiàn)如今在深海和極為偏僻的島嶼均發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在[9]；在人類活動比較少的偏遠地區(qū)以及內(nèi)陸湖泊也發(fā)現(xiàn)了微塑料的蹤跡[10]；表層水的非球形微塑料平均豐度為(1140±880)items/m3，是沿海地區(qū)中層和底層水平均豐度的3.7 倍[11]。微塑料還因粒徑較小可以通過呼吸、進食等方式輕易進入生物體內(nèi)，在體內(nèi)蓄積從而對生物的胰腺、肝臟、腎臟乃至大腦進行不同程度的損傷，并且很難被排出體外[12-13]。研究表明，在北大西洋深海、南極、北極乃至偏遠的高原地區(qū)均有微塑料的身影，在牡蠣、貽貝、浮游生物體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了微塑料的蹤跡[14]。而由于微塑料的輕薄、易轉(zhuǎn)移、難降解、穩(wěn)定性強等特性，使得現(xiàn)如今微塑料很難被回收清理，更難被資源化利用，在環(huán)境中長時間以復(fù)合物的形式存在，而治理微塑料污染目前還只能以從源頭減少微塑料的產(chǎn)生為主。

1.2 微塑料污染現(xiàn)狀

現(xiàn)如今各個地區(qū)微塑料的含量、粒徑、顏色、種類等均有很大區(qū)別。微塑料這一原本不存在于環(huán)境中的物質(zhì)早已通過水流、大氣循環(huán)、沉降等方式滲透到地球的各個角落，并侵入生物體內(nèi)。然而微塑料不易降解，性質(zhì)十分穩(wěn)定，很難通過生態(tài)系統(tǒng)或者生物體自身消化系統(tǒng)來徹底降解。在塑料被人類大肆使用的前提下，微塑料在環(huán)境中的含量越來越高、種類越來越多，造成的污染和對生物的損傷也越來越強。

微塑料遷移過程中存在很多可變因素，導(dǎo)致不同區(qū)域微塑料的組成、數(shù)量大不相同。Rangel-Buitrago 等[15]在2021 年調(diào)查哥倫比亞中部加勒比海岸時發(fā)現(xiàn)，23 個海灘的微塑料豐度跨度極大，為557～2457items/kg 不等，其中纖維型微塑料占比高達83%。據(jù)Chen 等[16]2020 年的研究顯示，臺灣地區(qū)微塑料豐度在80～480items/kg，纖維型微塑料含量大于97%（表1）。大量的研究均表明纖維型微塑料是絕大多數(shù)地區(qū)的主要類型，然而據(jù)最新的研究[27]顯示，海洋表面大約91.8%的纖維是來自于動植物本身而非微塑料，由此可知，以往的研究很可能極大地高估了微塑料在整個生態(tài)環(huán)境中的含量，所以未來人們應(yīng)該思考如何更加精準地收集微塑料。

表1 陸地微塑料的特征

微塑料大多因人類活動產(chǎn)生后隨著氣流、生物運動等遷移至水環(huán)境中，最后蓄積在海洋底泥里。僅2010年全球就有480萬～1270萬噸塑料垃圾從陸地遷移至海洋[28]，對水環(huán)境造成了嚴重污染。據(jù)研究表明，膠州灣[29]中海水微塑料豐度可達(46±28)items/m3，其 中PET 的 含 量 最 高，達 到78.57%；渤海[30]中微塑料平均豐度只有(0.35±0.13)items/m3，PE 的占比多達43%，而PET 僅占13%（表2）。赫爾辛基委員會[40]在評估海洋垃圾的核心指標時稱：全世界污染最嚴重的海域之一波羅的海70%的垃圾是由塑料材料造成的。與此同時，據(jù)Sch?nlau 等[32]的研究證實，瑞典境內(nèi)所有水域均有微塑料的存在。

表2 水環(huán)境中微塑料的特征

大氣作為微塑料暫時停留之處，所含微塑料的量是三相中最少的，但是空氣中的微塑料可以直接通過呼吸道、口腔、皮膚進入生物體內(nèi)，所以對生物造成的影響最直接。同時，由于微塑料質(zhì)量很輕，在大氣環(huán)境中很難有固定的載體可以依附，所以其在大氣中的遷移不定性很高，過程十分復(fù)雜。據(jù)Gasperi 等[41]的研究顯示，由于室內(nèi)空氣流通性較差，同時有衣物、日用品等的加持，使得微塑料在室內(nèi)的含量遠高于室外，與Liao等[42]的研究結(jié)果相符，室內(nèi)空氣中微塑料豐度為(1583±118)items/m3，與室外豐度(189±85)items/m3相差一個等級，如表3所示。此外，與水環(huán)境、陸地相比，大氣中的微塑料種類明顯增多，可能是由于人們平日使用的化妝品、涂漆等日用品中的微塑料釋放于空氣中，密度較小的微塑料停留時間與密度大的不一樣，進而導(dǎo)致大氣中微塑料種類各異，見表1～表3。室內(nèi)作為人類最常出現(xiàn)的地方，大量且多樣的微塑料必定對人體造成極大影響。而如今隨著對微塑料研究的深入，可以通過生命周期評估（LCA）來量化說明微塑料對生物健康造成的影響[52]；通過微塑料的危害指數(shù)、污染負荷指數(shù)、潛在生態(tài)風險指數(shù)可以綜合評價微塑料給生態(tài)環(huán)境帶來的風險程度[53-56]，從而能有效地達到監(jiān)管塑料的目的。

環(huán)境中的微塑料不僅數(shù)量多，種類也多，因而不能一概而論，如表1～表3 所示。除了最常見的PE、PP、PET、PS 以外，如今環(huán)境中還存在著少部分丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯等。各類微塑料對環(huán)境造成的影響有所不同，人類對其處理方法也不盡相同，導(dǎo)致后續(xù)處理難度極大。與此同時，微塑料顏色不同對環(huán)境造成的損傷也不盡相同。據(jù)周筱田等[57]對浙江水體的研究表明，光在近岸表層水體中發(fā)現(xiàn)的微塑料顏色就存在8種之多，其中灰色微塑料占比最高，說明水體中微塑料種類很多的同時也證明了沿海地區(qū)人們?nèi)粘Ｉ钪幸蚍b、快遞、捕魚用具等產(chǎn)生的微塑料含量與因塑料袋、泡沫等白色垃圾而產(chǎn)生的微塑料相差無幾。此外，水生生物很容易誤食亮色和與其食物顏色相近的微塑料[58-59]，從而造成機械性損傷、堵塞進食器官、引起假飽腹感、患上進食障礙，最終因營養(yǎng)不足而死亡[60]。

表3 大氣中微塑料的特征

2 微塑料的遷移轉(zhuǎn)化過程

微塑料因自身輕薄、微小等特性，可在三相中任意穿梭，該過程充滿復(fù)雜性、不定性，本文為更加直觀清晰地描述此過程，將從不同類型微塑料的遷移轉(zhuǎn)化和微塑料在不同生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化兩方面來分別敘述。微塑料的來源十分寬泛，進而導(dǎo)致其種類多、數(shù)量大、分布廣泛：塑料制品可分裂成微塑料；工廠排放的廢氣含有大量微塑料；汽車、馬路等建筑材料均可釋放出微塑料。而微塑料又能吸附環(huán)境中的有機物、重金屬，形成復(fù)合污染物，在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)遷移轉(zhuǎn)化，被生物吸收到體內(nèi)，被微生物、風力、日光等降解為更小的聚合物，進而產(chǎn)生更為深遠的影響，如圖2所示。

圖2 微塑料在生態(tài)環(huán)境中遷移過程

2.1 微塑料在生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

2.1.1 初級微塑料在生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

個人護理產(chǎn)品（洗面奶、磨砂膏、化妝品等）、清潔產(chǎn)品中的磨料、鉆井液和空氣爆破介質(zhì)[61-62]等物質(zhì)中摻雜的初級微塑料大部分被沖洗并進入排水系統(tǒng)[63]，通過市政管網(wǎng)收集至污水處理廠。在污水處理過程中一部分微塑料進入污泥并填埋入土壤，另一部分微塑料隨出水排入自然水體，最終匯流入海[64]。雖然污水處理廠對微塑料的去除有很好的效果，但是由于沒有對微塑料進行降解處理，僅是一味地填埋，導(dǎo)致微塑料在環(huán)境中的含量仍呈指數(shù)級增長。芬蘭赫爾辛基污水處理廠微塑料總?cè)コ士蛇_98%，每天卻仍向水體排放約6.5×107個微塑料[65]。波蘭南部多個污水處理廠總體微塑料去除率在95% 以上，污泥中微塑料豐度高達62.6×103particles/kg[66]。污水處理廠污泥聚集大量有機物、重金屬，與微塑料相結(jié)合對土壤環(huán)境產(chǎn)生更為深遠的影響。

2.1.2 次級微塑料在生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

塑料制品、合成紡織品和橡膠制品因老化、磨損、工廠加工、洗滌、風化、紫外線照射等因素分裂出次級微塑料，部分暫時漂浮在大氣，通過干濕沉降、風力運輸落到土壤和水體表面，部分直接落入土壤或水體中，部分隨著洗滌廢水進入污水處理廠，最終與初級微塑料匯合共同在三相間遷移。此外，每年有近千萬噸塑料從沿海地區(qū)遷移到海洋[18]，打撈后保守估計仍舊有30 多萬噸塑料碎片殘留在海面上，通過紫外線照射、波浪作用、風化、沉積物磨損破裂為次級微塑料，成為海洋微塑料的主要來源[67]。

2.2 微塑料在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

微塑料通過排水、沉降進入河流湖泊后與水環(huán)境中因養(yǎng)殖、旅游業(yè)等活動而產(chǎn)生的次級微塑料一起匯入海洋。而海洋密度高、塑料制品密度普遍較低，導(dǎo)致塑料會漂浮在海面。這些塑料因長時間風吹日曬、氧化磨損、微生物分解等外力因素最終老化、破碎。老化后的微塑料比表面積相應(yīng)增加，氧氣與表面基團接觸更廣，從而能吸收更多污染物，聯(lián)合成更不利于環(huán)境的復(fù)合物[68]，沉向海底。破碎后的次級微塑料粒徑更小，更容易進入生物體內(nèi)乃至細胞中，使得其在對生物的肝臟、腎臟、頭部有一定損傷的前提下，還會改變生物細胞形態(tài)甚至調(diào)控基因表達，從而對其后代也產(chǎn)生一定影響[69]。

微塑料隨著海水不斷遷移的過程中遇到季風、環(huán)流等影響，使得遷移范圍更為廣泛，從而造成全球性微塑料污染。部分被生物誤食的微塑料或隨著食物鏈移動，或被糞便包裹最終作為底泥沉入海底[70]；密度高于海水的微塑料聚合物慢慢下沉堆積，侵入土壤環(huán)境，成為海底沉積物；密度低于海水的微塑料聚合物漂浮在水面，要么隨波遷移直至進入海岸邊，侵入土壤，要么受氣流的影響進入大氣環(huán)境。

2.3 微塑料在大氣中的遷移轉(zhuǎn)化

微塑料由于輕薄易轉(zhuǎn)移的特性，因此在隨氣流移動的同時，移動速度很快、移動方向不定。據(jù)模型顯示[71]，在大氣環(huán)境中，微塑料的遷移長度可達95km。所以存在大量受到氣流影響從水體而來的老微塑料與因塑料制品、纖維紡織品、合成橡膠等磨損分裂產(chǎn)生的新微塑料在大氣匯合。由于城市塑料工業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)生的次級微塑料含量較高，導(dǎo)致市區(qū)中大氣微塑料含量遠高于郊區(qū)[72]。一部分空氣中懸浮的微塑料隨著生物呼吸與進食進入并聚集在生物體內(nèi)，從而對機體造成機械損傷；另一部分微塑料通過干濕沉降再次進入水體或者侵入土壤環(huán)境，從而產(chǎn)生一系列不良影響。由于現(xiàn)如今研究時間尚少、技術(shù)尚不成熟，使得微塑料在大氣中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和污染特性尚不明晰，未來仍需重點研究。

2.4 微塑料在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

土壤中的微塑料大部分來源于廢物填埋、水體微塑料遷移與沉降、大氣中微塑料沉降等過程。雖然陸地是人類活動最為直接廣泛的地區(qū)，但是土壤一般還是作為微塑料的歸宿地而非來源。進入土壤中的微塑料的遷移在受到土壤顆粒移動影響的同時也會受到植物根系生長、動物活動等的影響。其中風力可以影響微塑料的橫向遷移，使得微塑料在土壤里擴散；降水會影響微塑料的縱向遷移，幫助微塑料侵入地下水，從而遷移至海洋；植物根系生長和動物活動在幫助微塑料橫向遷移的同時也幫助微塑料縱向遷移?？傊?，在不同種類生物對微塑料遷移能力影響有所差異的同時，不同類別、不同粒徑的微塑料遷移能力也天差地別[73-74]。

土壤中有諸多生物的存在，由于微塑料的侵入導(dǎo)致其遭受不同程度的損傷。微塑料可以被植物根系吸收并順著導(dǎo)管系統(tǒng)遷移到可被人類食用的營養(yǎng)區(qū)域[75]，最后通過飲食進入人體內(nèi)。同樣，微塑料也會通過攝食進入并聚集于生活在土壤中的生物體內(nèi)。此后，一部分生物死亡微塑料得以繼續(xù)留在土壤內(nèi)部，另一部分生物被捕食進而順著食物鏈遷移。由于陸地人類活動較多，所以土壤中含有大量重金屬、有機物等，因此微塑料會在遷移過程中吸附上述污染物形成復(fù)合型有機物，在土壤中穿梭。

綜上可知，微塑料可以在不同介質(zhì)中任意穿梭遷移。其在生態(tài)環(huán)境中的主要遷移過程可以大致被概述為：初級微塑料先進入水體最終沉積在土壤中，次級微塑料先進入大氣最終也沉降在土壤中。雖然微塑料的來源與遷移過程繁雜多樣、難以捉摸，但是微塑料的歸宿卻很明確地指向了土壤。由于微塑料在生態(tài)系統(tǒng)中無處不在，導(dǎo)致處在其中的生物也在時刻接觸微塑料。微塑料也會通過吸入、誤食等方式遷移到生物體內(nèi)，而微塑料難降解，不易排出，最終通過食物鏈聚集在人類體內(nèi)。早有研究[76]在人類糞便中檢測出9種不同的微塑料來證明微塑料可以進入并聚集在人體內(nèi)?，F(xiàn)如今，環(huán)境中的微塑料均是以聚合物形式存在，微塑料在運動過程中會遇到各種污染物，進而與其聯(lián)合生成更為穩(wěn)定、毒性更強的復(fù)合污染物，最終在生態(tài)系統(tǒng)中遷移[77]。此過程十分復(fù)雜多變，以如今對微塑料的模型研究很難還原全貌，所以本文僅對微塑料單體進行生態(tài)風險評價。

3 微塑料對生態(tài)系統(tǒng)影響的風險評價

國內(nèi)外通用的微塑料風險評價方法主要包含危害指數(shù)法、污染負荷指數(shù)法（pollution load index,PLI）和潛在生態(tài)風險指數(shù)法。這三個方法可以單獨對微塑料進行風險評價，也可以相互聯(lián)合、相互佐證，確保微塑料的風險評價更為精確與全面。所以本文選擇建立在以往研究[78-82]的基礎(chǔ)上，對整個生態(tài)系統(tǒng)的微塑料污染進行綜合全面地評估：通過計算微塑料的危害指數(shù)、污染負荷指數(shù)和潛在生態(tài)風險指數(shù)來進行多方面的風險評價。

3.1 危害指數(shù)

本方法建立了不同類型的微塑料對生態(tài)環(huán)境的化學毒性危險指數(shù)，有針對性地對該地區(qū)每種微塑料產(chǎn)生的環(huán)境影響進行量化表示，最終疊加在一起，從而以直觀的形式展現(xiàn)出該地區(qū)微塑料對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的危害程度。具體見式(1)[55-56,81-82]。

式中，HI為微塑料的危害指數(shù)；Pn為各微塑料聚合物類型比例；Sn為微塑料的危害得分，如表4[78]。

表4 各微塑料的危害得分

3.2 污染負荷指數(shù)（PLI）

該方法可以用來評價區(qū)域承載微塑料負荷的情況：通過結(jié)合各采樣點指數(shù)算出區(qū)域承載微塑料的負荷指數(shù)，更為直觀地體現(xiàn)該區(qū)域微塑料對環(huán)境產(chǎn)生的負擔。與HI結(jié)合后可以更為全面地評價微塑料對該地區(qū)產(chǎn)生的影響，具體見式(2)～式(4)[53-56,81-82]。

式中，Cfi為i地區(qū)微塑料的污染系數(shù)；Ci為i地區(qū)微塑料的實測含量，此處選擇各地采取的微塑料平均和最高豐度；C0為微塑料基線豐度[54-56,82-87]，其中地表水選取1192items/m3，土壤選取1680items/kg，大氣選取29items/m3、6868items/(m2·d)和5740items/kg；PLIi為i地區(qū)的微塑料污染負荷指數(shù)；PLIzone為整個系統(tǒng)中總微塑料污染負荷指數(shù)；Sn為第n個被測地區(qū)。

3.3 潛在生態(tài)風險指數(shù)

該法不僅考慮到各微塑料對環(huán)境的影響，還充分反映出多種污染物對環(huán)境的綜合效應(yīng)，進而預(yù)測出微塑料對環(huán)境產(chǎn)生的潛在風險，相比前兩種方法更為全面準確，具體見式(5)～式(8)[53-54]。

式中，Cfr為r地區(qū)微塑料的污染指數(shù)；Cr為r地區(qū)微塑料的實測含量，此處選擇r地區(qū)采集的平均和最高微塑料豐度；Cri為標準參考值，此處與上述的C0數(shù)值保持一致；Si為微塑料i的危害得分；Pi為r地區(qū)微塑料i的豐度；Tri為r地區(qū)生態(tài)毒性響應(yīng)因子，即微塑料多聚物i占總量的百分比與該多聚物危害指數(shù)的乘積總和；Eri為r地區(qū)微塑料i的潛在生態(tài)風險指數(shù)；RI為整個生態(tài)系統(tǒng)中全部微塑料的潛在生態(tài)風險指數(shù)；n為樣品中微塑料種類數(shù)。

在分別計算出水、氣、土三個生態(tài)環(huán)境中的HI、PLI、RI值后，需要對照相應(yīng)的風險等級表（表5[53-56,81-82]）對各指數(shù)進行等級劃分，最終得出微塑料對該生態(tài)環(huán)境的風險評價。

3.4 風險水平

本文收集了大量不同地區(qū)水、氣、土中微塑料的豐度和各類微塑料占比數(shù)據(jù)（見表6～表8），經(jīng)代入式(1)得出微塑料的危害指數(shù)（HI）、代入式(2)～式(4)后得出微塑料的污染負荷指數(shù)（PLI）、代入式(5)～式(8)后得出微塑料的潛在風險指數(shù)（RI），與表5進行對比后，綜合得出微塑料在三相中的風險等級。此外，本文選取各地微塑料豐度平均值和最高值共同進行風險評估。

表5 風險評估等級表

表6 土壤中微塑料豐度t

續(xù)表6

表7 水體中微塑料豐度

續(xù)表7

表8 大氣中微塑料豐度

續(xù)表8

3.4.1 生態(tài)系統(tǒng)風險評價

根據(jù)搜集的40個土壤數(shù)據(jù)計算得出以下結(jié)果。

當使用平均值計算時可知：HI為1088.6，大于1000，危害等級為V 級；PLIzone為0.5114，遠小于10，負荷等級為I級；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中31個地區(qū)風險等級為低級，3個地區(qū)風險等級為中級，0 個地區(qū)風險等級為高級，2 個地區(qū)風險等級為危險，4個地區(qū)風險等級為極度危險，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)，進而得出潛在生態(tài)風險指數(shù)為中級。當使用最高值計算時可知：HI為600.23，處于100～1000之間，危害等級為IV級；PLIzone為0.7512，遠小于10，負荷等級為I 級；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中30 個地區(qū)風險等級為低級，0 個地區(qū)風險等級為中級，3 個地區(qū)風險等級為高級，1 個地區(qū)風險等級為危險，6 個地區(qū)風險等級為極度危險，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)，進而得出潛在生態(tài)風險指數(shù)為中級。如表9、表10所示。

表9 三相風險評價表（平均值）

表10 三相風險評價表（最高值）

根據(jù)搜集的41 個水環(huán)境數(shù)據(jù)計算得出以下結(jié)果。

當使用平均值計算時可知：HI為998.4，處于100～1000 之間，危害等級為IV 級；PLIzone為0.60477，遠小于10，負荷等級為I 級；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中30 個地區(qū)風險等級為低級，0 個地區(qū)風險等級為中級，3 個地區(qū)風險等級為高級，0 個地區(qū)風險等級為危險，8 個地區(qū)風險等級為極度危險，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)計算得出潛在生態(tài)風險指數(shù)為中級。當使用最高值計算時可知：HI為801.5，處于100～1000 之間，危害等級為IV 級；PLIzone為1.00587，遠小于10，負荷等級為I 級；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中28個地區(qū)風險等級為低級，1個地區(qū)風險等級為中級，1 個地區(qū)風險等級為高級，2 個地區(qū)風險等級為危險，9個地區(qū)風險等級為極度危險，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)得出潛在生態(tài)風險指數(shù)為中級。如表9、表10所示。

而搜集的38 個大氣環(huán)境微塑料豐度數(shù)據(jù)由于單位不同，需再分為三類計算：①items/(m2·d)；②items/m3；③items/kg。

使用平均值計算時，當微塑料豐度單位是items/(m2·d)時：計算得出HI為403.5，小于1000，危害等級為IV 級；PLIzone為0.3797，遠小于10，負荷等級為I 級。當微塑料豐度單位是items/m3時：計算得出HI為35.6，小于100，危害等級為III 級；PLIzone為0.2383，遠小于10，負荷等級為I級。當微塑料豐度單位是items/kg時：計算得出HI為652.6，小于1000，危害等級為IV 級；PLIzone為0.2984，遠小于10，負荷等級為I級。綜合來看，大氣中微塑料危害等級為IV級，負荷等級為I級。此外，RI數(shù)值各地區(qū)同樣各不相同，其中29 個地區(qū)風險等級為低級，0 個地區(qū)風險等級為中級，3 個地區(qū)風險等級為高級，2 個地區(qū)風險等級為危險，4 個地區(qū)風險等級為極度危險，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)進而大致得出潛在生態(tài)風險指數(shù)為中級。當使用最高值計算時可知，當微塑料豐度單位是items/(m2·d)時：計算得出HI為265，小于1000，危害等級為IV 級；PLIzone為0.50174，遠小于10，負荷等級為I級。當微塑料豐度單位是items/m3時：計算得出HI為82，小于100，危害等級為III 級；PLIzone為0.39356，遠小于10，負荷等級為I 級。當微塑料豐度單位是items/kg時：計算得出HI為650，小于1000，危害等級為IV 級；PLIzone為0.402，小于10，負荷等級為I級。綜合來看，大氣中微塑料危害等級為IV級，負荷等級為I級。此外，RI數(shù)值各地區(qū)同樣各不相同，其中26 個地區(qū)風險等級為低級，1 個地區(qū)風險等級為中級，2 個地區(qū)風險等級為高級，3 個地區(qū)風險等級為危險，6 個地區(qū)風險等級為極度危險，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)，進而大致得出潛在生態(tài)風險指數(shù)為中級。如表9、表10所示。

微塑料在環(huán)境中平均豐度和最高豐度的計算結(jié)果均指向一個現(xiàn)狀：雖然微塑料會給環(huán)境造成很惡劣的影響，但是以如今微塑料在環(huán)境中的含量來看，其尚未對生物、生態(tài)系統(tǒng)造成負擔，潛在風險較低，在生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)的能力范圍內(nèi)。由表9、表10可知，微塑料對水和土壤環(huán)境的威脅不相上下，對大氣環(huán)境的危害程度較低，因此人們現(xiàn)在將目光更多地放在水體和土壤環(huán)境中，反而對與人類密切接觸的大氣環(huán)境關(guān)注較少。由表6～表8可知，盡管微塑料在三相中的含量差別較大，水體、土壤作為微塑料的主要來源與歸宿地含量比大氣這一微塑料暫時停留場所要高很多，但是三者計算得出的總體風險評價卻因風險水平較低而相差無幾，見表9、表10。

3.4.2 2100年環(huán)境風險演化預(yù)測

在選取微塑料豐度計算時，為增加風險評價的全面性和可靠性，本文特意選擇各地豐度的平均值和最高值進行比較，最終能很明確地得出微塑料尚未對生態(tài)系統(tǒng)造成影響的結(jié)論。但是如果未來環(huán)境中微塑料豐度仍保持如今一般呈指數(shù)增長的同時，各國對塑料依舊不引起足夠的重視去管控的話，保守預(yù)計到2100 年全球微塑料的豐度會提升50 倍[159]。此時計算出微塑料在土壤中的PLIzone為5.31，負荷等級為I 級，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)，估算總體風險等級為高度；微塑料在水體中的PLIzone為7.11，負荷等級為I級，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)估算總體風險等級為高度；微塑料在大氣中的PLIzone分別為3.55、2.78、2.84，平均負荷等級為I 級，依據(jù)概率加權(quán)平均值計算綜合風險指數(shù)估算總體風險等級為高度。而HI的計算方法不涉及微塑料在環(huán)境中的豐度，所以保持不變。由此可知，預(yù)計在2100 年（表11），微塑料雖然仍未對環(huán)境造成肉眼可見毀滅性的危害，但是已經(jīng)帶來極大的風險，導(dǎo)致很多潛在的影響，積累到一定程度后必然會大規(guī)模爆發(fā)。所以現(xiàn)在應(yīng)給予微塑料污染足夠的重視，提前預(yù)防并治理微塑料，盡量將影響降至最低。

表11 2100年三相風險評價表（最高值）

4 微塑料的強化降解及風險阻控措施

通過本文對微塑料的整體風險評價可知，微塑料對生態(tài)環(huán)境的潛在威脅極高，所以應(yīng)趁其尚未對環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞、對人類生命財產(chǎn)造成不能挽回的影響之前，在減少塑料生產(chǎn)的同時積極降解環(huán)境中殘留的微塑料，提前對微塑料進行阻控，將風險降到最低。現(xiàn)如今最常用的微塑料降解方法有物理化學法、熱化學法、生物降解法等[160]。這些方法各有優(yōu)缺點[160-161]：物理化學法在高效、有前景的同時，處理費用卻較為昂貴，過程較為復(fù)雜，很難大范圍應(yīng)用；熱化學法雖然可以大范圍混合處理各類微塑料，可以提供能源，但是其耗能極高，會產(chǎn)生大量污染物；盡管生物降解法能在耗能低、環(huán)保的同時保證對微塑料的處理效果，但是其處理速度卻較為緩慢。大量研究表明，雖然動、植物、微生物乃至酶都對微塑料有一定的降解能力，但是生物降解后的產(chǎn)物成分十分復(fù)雜，對環(huán)境仍可能會有一定危害[162]。此外，生物降解微塑料具有極高的針對性，不同的微塑料需要由相應(yīng)的生物進行降解，才能在達到理想效果的同時生成的產(chǎn)物對環(huán)境沒有影響。綜合可知，現(xiàn)在微塑料降解仍處于不成熟階段，后續(xù)仍需提升。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種微塑料均可以以TiO2為催化劑進行光催化降解[163-165]。此外，使用超臨界水對微塑料進行熱降解可以將微塑料轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂咸峁┠芰?，與傳統(tǒng)的焚燒相比更為節(jié)能，產(chǎn)生的有害氣體也更少，處理效率更高[166]。同時，也可根據(jù)各類降解方法的特點將其組合使用[165]：利用物理化學法對微塑料進行預(yù)處理，將其分解為單體，而后使用生物降解，從而達到更快、更有效、更節(jié)能的目的。

綜上可知，微塑料降解還有很多技術(shù)難點要攻克，以現(xiàn)在的研究水平很難將微塑料大規(guī)模高效率無害化處理，更不要說將分散到全球各地的連肉眼都難以辨別的微塑料集中回收。通過降解環(huán)境中的微塑料來緩解其污染，在費時費力浪費資源的同時，還可能會給環(huán)境帶來更大的負擔，效果往往也不盡如人意。然而中國科學院卻另辟蹊徑，制作出一種可被海水降解為水和二氧化碳的塑料，可從源頭上減少微塑料的產(chǎn)出[167]，也給人們帶來從源頭治理微塑料污染的新思路。綜合本文調(diào)查數(shù)據(jù)可知，土壤和水體中的微塑料含量遠遠高于空氣中的微塑料，其中土壤中微塑料主要來源于污泥填埋[66]和大氣沉降；水體微塑料主要來源于陸地遷移[18]和廢水排放[65]。所以在采用源頭治理來控制微塑料時應(yīng)從以下幾個方面努力：①我國雖然是塑料生產(chǎn)大國，但是污水處理廠去除微塑料效果卻低于70%[168-169]，使得大量微塑料得以進入水體，所以現(xiàn)如今污水處理廠應(yīng)將微塑料也納入著重處理的范疇內(nèi)，積極提高微塑料去除技術(shù)；②污水處理廠的廢棄污泥應(yīng)利用上述物化生方法將其中的微塑料以最大程度去除后再進行填埋；③盡量減少生產(chǎn)塑料制品、合成纖維和個人護理產(chǎn)品等易產(chǎn)生微塑料的物質(zhì)，做到用多少產(chǎn)多少，不鋪張浪費、過多產(chǎn)出；④加大力度研發(fā)能代替橡膠、個人護理品、紡織品等能產(chǎn)生微塑料的添加劑；⑤呼吁公民將垃圾分門別類地放到垃圾桶內(nèi)，在減少塑料大規(guī)模進入環(huán)境分裂成微塑料的同時，能更加有針對性地對（微）塑料進行統(tǒng)一降解；⑥呼吁大眾減少塑料制品的使用，盡量用玻璃制品及布袋等代替塑料；⑦嚴格把控工廠生產(chǎn)的化妝品、洗漱用品等中微塑料的含量。由于大氣中的微塑料難以長久停留，只可暫時沉降，而人類活動均離不開陸地，所以寄希望于清除大氣和土壤中的微塑料往往事倍功半，但水環(huán)境在沒有人類干擾的同時，大量微塑料最終的歸宿也是海底。因而對于環(huán)境中已有的微塑料而言，應(yīng)先去監(jiān)測、排查、管理水體中的微塑料，并對不同地區(qū)、不同種類的水體采取對應(yīng)的治理措施。

5 結(jié)語與展望

微塑料在水、土、氣三相間的遷移過程大致為：微塑料自產(chǎn)出那一刻便開始在三相間、生物體內(nèi)不斷穿梭，整體呈現(xiàn)水體為源頭與傳播途徑、大氣環(huán)境為傳播介質(zhì)與暫時停留場所、土壤為最終歸宿的趨勢。隨著對微塑料檢出頻率和檢出豐度的不斷報道，其對環(huán)境的潛在風險也引起了廣泛的關(guān)注。雖然目前微塑料在環(huán)境中的風險水平尚未造成顯著的影響，但因其風險累積增長速度迅猛，因此需要采取一定的管控措施以降低其風險水平，大致概括為：以源頭使用管控為主，微塑料集中收集處理和強化環(huán)境降解為輔。

盡管現(xiàn)在微塑料已受到諸多關(guān)注，但是對微塑料的認知仍舊十分淺顯：無論是對微塑料與環(huán)境中各類污染物吸附結(jié)合過程的了解，還是微塑料在大氣中具體遷移轉(zhuǎn)化過程的認知均停留在表面。然而在微塑料迅猛增長的時代，尚未形成具體、貼切的微塑料風險評估模型，使得人們對微塑料在生物體內(nèi)乃至對生態(tài)環(huán)境造成的影響尚不能準確把控。今后的重點應(yīng)將目光聚焦到完善微塑料風險評價模型，進而去思考如何管控微塑料風險，降解環(huán)境中已有微塑料，探討如何利用微塑料吸附特性協(xié)同去除環(huán)境中其他微量有毒有害污染物，實現(xiàn)環(huán)境綜合修復(fù)。