包木太，程 媛，陳劍俠，趙蘭美，李天滋，戚清淳，趙嘉嘉，李一鳴，陸金仁

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)海洋大學(xué)海洋高等研究院，山東 青島 266100；2.中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，山東 青島 266100)

自20世紀(jì)初期發(fā)明以來(lái)，塑料為人類的生活帶來(lái)了翻天覆地的變化，但由塑料引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題也愈發(fā)凸顯并亟待解決。有研究報(bào)道，全球192個(gè)鄰海國(guó)家每年向海洋中排放的塑料垃圾約為480～1 200萬(wàn)t，而中國(guó)的排放量居于前列[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署統(tǒng)計(jì)，全球每平方千米海域中漂浮的塑料數(shù)目約為1.8萬(wàn)個(gè)，若將重污染水域算在內(nèi)，該數(shù)值可激增至38萬(wàn)，平均每年造成經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)130億美元[2-3]。

目前，塑料/微塑料污染問(wèn)題已得到了各國(guó)研究者的普遍關(guān)注，并在全球范圍內(nèi)開展了海洋微塑料污染情況的相關(guān)綜合調(diào)查研究[4-6]，中國(guó)也在近五年陸續(xù)開始了針對(duì)微塑料的相關(guān)研究[7]。研究發(fā)現(xiàn)飲用水、食鹽、海洋魚類和貝類中均有微塑料的蹤跡[8-11]，甚至在人類的糞便中也檢測(cè)出了多達(dá)9種類型的微塑料[12]。由此可見(jiàn)，微塑料污染對(duì)海洋生態(tài)和人類健康構(gòu)成了潛在威脅。本文將從微塑料污染研究的興起為切入點(diǎn)，在對(duì)微塑料的定義和分類進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，分別對(duì)海洋微塑料的污染現(xiàn)狀、環(huán)境行為效應(yīng)等問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性闡述。以期在微塑料污染問(wèn)題發(fā)展脈絡(luò)的基礎(chǔ)上，加深對(duì)該新興污染物的認(rèn)識(shí)，為海洋微塑料的治理提供借鑒。

1 微塑料研究的興起及相關(guān)概念

1.1 微塑料研究的興起

2004年普利茅斯大學(xué)國(guó)際海洋垃圾研究中心主任Richard Thompson等通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)[13]：海洋中廣泛分布著大量尺寸微小的塑料碎片和纖維，他們中的一些最終會(huì)漂浮到遠(yuǎn)洋帶并沉積在海洋生物的棲息地中。需要指出的是，該研究并不是首次對(duì)海洋塑料污染進(jìn)行報(bào)道，類似的研究可以追溯到1970年代[14-15]。但直到這篇論文在《科學(xué)》雜志上發(fā)表后，人們才意識(shí)到這種尺寸微小且數(shù)量眾多的污染物可能構(gòu)成的危害。從某種程度上說(shuō)，該篇論文可以看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，揭開了人們對(duì)微小型塑料污染物研究的序幕。在2014年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)發(fā)布的年鑒中，海洋微塑料被正式列為全球十大新興環(huán)境問(wèn)題之一[3]。從圖1可以看出，2014年以后，相關(guān)論文的數(shù)量呈指數(shù)趨勢(shì)急劇增加，這意味著海洋微塑料污染問(wèn)題已經(jīng)引起了全世界的普遍關(guān)注。

圖1 1970年至2018年間發(fā)表的有關(guān)“塑料碎片/微塑料污染”論文數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)

1.2 微塑料研究涉及的相關(guān)概念

在我們著手處理微塑料污染這個(gè)問(wèn)題之前，首先需要對(duì)“微塑料”的定義和分類有清晰的認(rèn)識(shí)。眾多國(guó)際組織機(jī)構(gòu)和研究人員已經(jīng)意識(shí)到解決該問(wèn)題的重要性和緊迫性[16-18]，但目前在世界范圍內(nèi)還沒(méi)有就此達(dá)成共識(shí)。

早在2008年，華盛頓大學(xué)塔科馬校區(qū)與美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)聯(lián)合舉辦了首屆國(guó)際微塑料海洋碎屑的產(chǎn)生、影響和命運(yùn)研究研討會(huì)(International Research Workshop on the Occurrence, Effects and Fate of Microplastic Marine Debris)，會(huì)上將小于5 mm的塑料顆粒定義為微塑料，但同時(shí)也提到333 μm可作為微塑料尺寸的下限[19]。之所以選用5 mm作為微塑料的劃分界限是基于這樣一個(gè)前提：可以將大量的小顆粒囊括在內(nèi)，這些小顆粒很容易被生物攝食，而且這些小顆粒造成的威脅可能與較大的塑料制品造成的威脅不同[16]；而設(shè)置333 μm作為下限尺寸并不意味著實(shí)際海洋中微塑料的最小尺寸為333 μm，而是因?yàn)殚_展拖網(wǎng)調(diào)查時(shí)普遍使用這一尺寸網(wǎng)眼的浮游生物網(wǎng)來(lái)捕獲浮游生物和漂浮的碎片[19]。2014年，全球最大的非營(yíng)利性環(huán)境機(jī)構(gòu)國(guó)際自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)[20]對(duì)微塑料進(jìn)行了進(jìn)一步定義：尺寸小于5 mm的微小塑料或纖維為“microplastics”(MPs)，尺寸小于100 nm的則為“nanoplastics”(NPs)。

在諸多的研究中，也不乏相關(guān)研究人員和組織機(jī)構(gòu)采用1 mm作為界定微塑料的尺寸，Costa等[21]在2009年對(duì)巴西某城市海灘上的塑料顆粒進(jìn)行研究時(shí)提及，沒(méi)有普遍認(rèn)可的專業(yè)術(shù)語(yǔ)對(duì)塑料碎片和顆粒的尺寸進(jìn)行描述，在參考了前人的研究后提出：將尺寸介于1～20 mm的塑料碎片稱作“small”，將小于1 mm的則稱為“microplastics”；Browne等[22-23]在研究六大洲海岸線微塑料空間分布與其源和匯的關(guān)系、被攝食的微塑料在貽貝循環(huán)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移、河口岸線塑料碎片的空間分布特征時(shí)均將1 mm作為微塑料的界定標(biāo)準(zhǔn)；聯(lián)合國(guó)海洋污染科學(xué)問(wèn)題聯(lián)合專家組(GESAMP)于2015年發(fā)布的一份報(bào)告中亦對(duì)塑料污染物的術(shù)語(yǔ)和相對(duì)應(yīng)的尺寸進(jìn)行了詳細(xì)描述，其中規(guī)定“nano-<1 μm”、“micro-介于1 μm和1 mm之間”、“meso-介于1 mm～2.5 cm之間”、“macro-介于2.5 mm和1 m之間”、“mega->1 m”[16]。

至于微塑料的分類，Sundt等[24]提出的分類方法得到了包括國(guó)際自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)[25]在內(nèi)的研究者和研究機(jī)構(gòu)的認(rèn)可[16, 26]。Sundt將微塑料大致分為了兩類[24]，一類是初級(jí)微塑料，另一類則是次級(jí)微塑料。前者是指在人類生產(chǎn)生活過(guò)程中直接產(chǎn)生并釋放到環(huán)境中的塑料微粒，例如個(gè)人清潔日化用品中添加的塑料磨砂微珠就是一種典型的初級(jí)微塑料[18,27-28]；后者則是指由尺寸較大的塑料碎片在環(huán)境中經(jīng)一系列物理、化學(xué)和生物過(guò)程后形成的尺寸較小的塑料碎片。

由此可見(jiàn)不明確的術(shù)語(yǔ)和定義不僅會(huì)引起誤解，還會(huì)拖慢該領(lǐng)域的研究進(jìn)度，阻礙微塑料污染治理措施的出臺(tái)[17]。就尺寸的界定來(lái)看，微塑料的形狀各異導(dǎo)致的高徑比差異懸殊，單純依靠單一參數(shù)對(duì)其進(jìn)行分類和界定無(wú)法滿足目前需求。但隨著科研人員對(duì)微塑料研究的不斷深入，國(guó)際組織機(jī)構(gòu)和各國(guó)政府對(duì)微塑料污染的監(jiān)察監(jiān)管逐漸走向正軌，填補(bǔ)“微塑料”相關(guān)術(shù)語(yǔ)模糊這一鴻溝的迫切性和重要性也日漸凸顯。為了盡快達(dá)成共識(shí)，近期微塑料研究領(lǐng)域的眾多專家就其定義和分類框架提出了合理化建議[17]：其中不再單純依賴尺寸分級(jí)，而是采用了聚合物組成、固態(tài)、溶解度這三個(gè)物理化學(xué)性質(zhì)作為定義標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)采用大小、形狀、顏色和來(lái)源四個(gè)分類詞對(duì)其進(jìn)行分類；在此基礎(chǔ)上，專家們建議將“塑料碎片”定義為由合成或經(jīng)過(guò)大量改性的天然聚合物組成的物體，作為一種基本成分(標(biāo)準(zhǔn)I)，當(dāng)它在自然環(huán)境中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能時(shí)，在20 ℃下是固體(標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ)和具有不溶性(標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ)。該框架的提出不僅夯實(shí)了微塑料研究的基礎(chǔ)，為該領(lǐng)域未來(lái)研究的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化做出了積極貢獻(xiàn)，隨著研究的不斷深入，此方案也將得到進(jìn)一步的修訂和完善。

2 海洋微塑料的污染現(xiàn)狀

海洋微塑料主要來(lái)自于陸源污染物、海源污染物和大氣污染物，而大氣中微塑料的實(shí)際來(lái)源也是陸源污染，因此陸源和海源污染才是海洋微塑料的根本來(lái)源，據(jù)統(tǒng)計(jì)98%的初生微塑料來(lái)自于陸源塑料垃圾，僅有2%來(lái)自海上活動(dòng)[25]。

2.1 海洋微塑料的源和匯

為了管控海洋微塑料污染，提出具有針對(duì)性的治理舉措，需首先明確海洋微塑料的主要來(lái)源和最終聚集地。2014年IUCN發(fā)布的報(bào)告指出，海洋中所有塑料垃圾量的15%～31%為初生微塑料[25]，這些初生微塑料的關(guān)鍵來(lái)源包括輪胎、合成紡織品、船舶涂料、路面標(biāo)線、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、微球塑料原料和城市灰塵七類[24-26,29-30]。報(bào)告中指出：合成纖維和合成橡膠輪胎是海洋中初級(jí)微塑料(石油基)污染的主要輸入源，約占總輸入量的三分之二[25-26]；另外，城市灰塵對(duì)海洋初級(jí)微塑料污染的輸入也不容忽視，僅次于輪胎和合成紡織品。但為人們所熟知的個(gè)人護(hù)理用品中的塑料微珠釋放量卻僅占海洋微塑料輸入量的2%[25]。

塑料制品、橡膠制品及人工合成纖維制品等在其生命周期內(nèi)的每一階段都會(huì)有微塑料的產(chǎn)生，在使用和維護(hù)時(shí)產(chǎn)生的量尤其大。在產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過(guò)程中，塑料原料熔融或粉碎時(shí)會(huì)在設(shè)備上發(fā)生粘附、產(chǎn)生粉塵，其中的一些會(huì)隨雨水的沖刷或洗滌水而匯入海中，還有一些會(huì)直接進(jìn)入大氣中；漁業(yè)、海上養(yǎng)殖業(yè)所使用工具和設(shè)施的磨損、老化而產(chǎn)生的微塑料也是微塑料常見(jiàn)的海源輸入；洗衣廢水是纖維狀海洋微塑料的主要來(lái)源，實(shí)驗(yàn)條件下家用洗衣機(jī)平均每洗一件衣服會(huì)釋放超過(guò)19 000條纖維并隨洗衣廢水直接排放[31]，另外還有一些纖維則會(huì)在衣物烘干過(guò)程中進(jìn)入大氣。曾有報(bào)道指出，海洋沉積物中的微塑料污染主要來(lái)源于洗衣廢水中的各類細(xì)小的紡織纖維[32-33]。輪胎的磨損是環(huán)境中微塑料的重要全球來(lái)源，據(jù)估計(jì)每年由于汽車輪胎磨損產(chǎn)生的微塑料量約為人均0.23～4.7 kg，遠(yuǎn)超飛機(jī)輪胎磨損、人造草坪、剎車磨損和道路標(biāo)線等產(chǎn)生的微塑料量，由輪胎磨損產(chǎn)生的微塑料對(duì)全球海洋塑料總量的相對(duì)貢獻(xiàn)率約為5%～10%，對(duì)空氣中顆粒物(PM2.5)的貢獻(xiàn)率為3%～7%，但該來(lái)源一直以來(lái)都沒(méi)有受到人們的重視[34]。

海洋微塑料的命運(yùn)與其自身的物理化學(xué)特性(如化學(xué)成分、密度、尺寸、形狀、浮力、表面電荷和疏水性等)和海洋中的動(dòng)力學(xué)條件(水動(dòng)力過(guò)程、風(fēng)、波浪、潮汐和洋流)息息相關(guān)[35-39]。常見(jiàn)的塑料原料的密度介于0.8～1.5 g/cm3之間，海水的密度介于1.02～1.07 g/cm3之間[40]，當(dāng)微塑料所受浮力大于其重力時(shí)，便會(huì)漂浮在海面，反之則會(huì)發(fā)生沉降并匯入海底。常見(jiàn)的微塑料種類主要有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯等，其中像聚乙烯、聚丙烯這類密度小于水的微塑料在進(jìn)入水體的初期都會(huì)漂浮在海面上或懸浮在水中，像聚甲醛這樣的重質(zhì)的微塑料會(huì)直接發(fā)生垂直遷移并墜入海底。目前在海洋中漂浮著的微塑料總量預(yù)計(jì)已超26.8萬(wàn)t[41-42]。在洋流、潮汐的影響下，微塑料會(huì)發(fā)生遷移和擴(kuò)散，有的會(huì)被海浪沖到岸灘，有的則會(huì)在環(huán)流中持續(xù)累積。當(dāng)它們與其他生物或非生物發(fā)生相互作用后會(huì)導(dǎo)致生物淤積、團(tuán)聚，并在密度大于海水密度后最終墜入海底[43]。值得注意的是，當(dāng)微塑料的顆粒尺寸小到一定程度時(shí)，無(wú)論其密度如何，這些微小的顆粒都會(huì)表現(xiàn)出膠體顆粒的性質(zhì)并懸浮在水體中[44]。雖然目前水體中有相當(dāng)量的微塑料存在，但海洋沉積物中的微塑料才是大部分微塑料的最終歸宿[41]。有研究發(fā)現(xiàn)北極海冰中也存在微塑料[45-46]，該發(fā)現(xiàn)也為微塑料其他可能的歸宿提供了依據(jù)。

被生物攝食的那部分微塑料也不容忽略。目前有大量報(bào)道證實(shí)微塑料可被浮游生物、軟體生物、魚類、甲殼類生物、海鳥、海龜?shù)群Ｑ笊飻z食[47-56]。一方面，微塑料的尺寸、大小、顏色多種多樣，在外觀上對(duì)海洋生物產(chǎn)生迷惑，從而被誤認(rèn)為獵物而攝食[51]，已有研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有的海鳥都會(huì)誤食微塑料[47]。另一方面，有研究證明塑料中添加的化學(xué)添加劑可能會(huì)引發(fā)食欲，從而會(huì)引起珊瑚的興奮并對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)攝食[50]。此外，除了與微塑料的尺寸、形狀、密度、顏色等特征有關(guān)外[14,57-58]，微塑料表面附著的物質(zhì)也是影響微塑料被生物攝食的因素之一。具有環(huán)境特征的微塑料在海中不僅可以吸附有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽，同樣還可以作為微生物、浮游動(dòng)植物棲息的場(chǎng)所[59]，同時(shí)，因?yàn)楦∮沃参锸谴蠖鄶?shù)浮游動(dòng)物的重要食物來(lái)源，海洋環(huán)境中的藻類等浮游植物與微塑料相互作用形成的聚集體會(huì)對(duì)浮游動(dòng)物的攝食產(chǎn)生干擾[51]。也就是說(shuō)，塑料表面的這種微環(huán)境引起了“捕食增強(qiáng)作用”[60]，致使其更易被生物攝食。

2.2 海洋微塑料的分布

2.2.1 微塑料分布的主要影響因素及其在近海典型區(qū)域的空間分布 為了更全面監(jiān)控全球微塑料污染態(tài)勢(shì)，各國(guó)研究者已開展了大量有關(guān)微塑料分布和豐度的調(diào)查。相關(guān)研究主要集中在海水環(huán)境方面，據(jù)調(diào)查有超過(guò)96%的微塑料相關(guān)研究與海水有關(guān)，僅有不到4%的研究有關(guān)淡水中的微塑料[61]。

就研究區(qū)域來(lái)看，最初主要集中在河口、湖泊、近海等人類生產(chǎn)生活和工業(yè)密集的區(qū)域[4,6,41]，由此可知海洋中的微塑料的豐度受人類生產(chǎn)生活的直接影響[62]。海洋微塑料污染程度與周邊人口密度和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的活躍程度呈正相關(guān)性[63]。污水排放、填海造陸、海水養(yǎng)殖、漁業(yè)捕撈、沿海旅游等頻繁的人類活動(dòng)向海洋輸入了大量的塑料垃圾，加之受風(fēng)、降雨、洋流和潮汐等自然因素的影響，使大塊的塑料垃圾連同大量微塑料匯集并滯留在近海區(qū)域[64-65]；隨后大塊的塑料垃圾經(jīng)陽(yáng)光輻射和海浪拍打發(fā)生進(jìn)一步光氧化降解和機(jī)械降解，最終近海區(qū)域成為了微塑料污染的重災(zāi)區(qū)[7,66]。我國(guó)近海典型水體中微塑料的空間分布如表1所示[67-73]。

表1 我國(guó)近海典型水體中微塑料的分布情況

中國(guó)作為一個(gè)人口眾多的發(fā)展中國(guó)家，近海的微塑料污染狀況受到全球的普遍關(guān)注。有研究證實(shí)我國(guó)近海的微塑料污染程度較重，居于全球前列[74]。據(jù)估計(jì)[42]，到2025年中國(guó)和印度尼西亞沿海將會(huì)成為微塑料的主要聚集地。趙世燁[7,75-76]對(duì)中國(guó)部分典型河口內(nèi)塑料賦存特征進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口內(nèi)與東海采樣區(qū)域微塑料濃度差接近2 500倍，這說(shuō)明河流是海洋微塑料污染的一個(gè)重要來(lái)源，且從臨近外海區(qū)域延伸至河口內(nèi)，微塑料污染的嚴(yán)重程度急劇增加，揭示了海洋微塑料的明顯陸源特征，且其分布特征主要受珠江的陸源輸入控制。周倩[77]對(duì)渤海海峽客運(yùn)航道和渤海中心遠(yuǎn)離海岸區(qū)表層海中的中微塑料豐度進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域海面微塑料豐度達(dá)27.0個(gè)/m3，渤海中心區(qū)為11.8個(gè)/m3，亦印證了離岸越近的海域微塑料污染越嚴(yán)重這一規(guī)律。我國(guó)周邊近海沉積物中微塑料的污染狀況也有相關(guān)調(diào)查研究。Wang等[78]調(diào)查了南黃海的沉積物的微塑料豐度和特征，發(fā)現(xiàn)聚丙烯(31%)，聚酯(24%)，尼龍(19%)和聚苯乙烯(15%)是沉積物中最豐富的聚合物，沉積物中的微塑料豐度均與水深呈正相關(guān)，纖維、透明的微塑料和小于0.5 mm的微塑料是沉積物中微塑料的最主要類型。Zhao等[79]調(diào)查發(fā)現(xiàn)中國(guó)渤海，北黃海和南黃海沉積物中微塑料平均豐度分別為171.8、123.6和72個(gè)/(kg干重沉積物)，且主要為人造絲、聚乙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。

除了受到人口密集程度的影響之外，近海的微塑料污染狀況一定程度上還與一個(gè)國(guó)家的污染管控有關(guān)，不同地區(qū)近海的微塑料污染狀況也存在差異[80]。早在1987年就有研究證實(shí)南非僅有少部分的污水得到了妥善處置[81]，三十年后該問(wèn)題仍未得到解決，各類型的污水依舊直接排入下水系統(tǒng)[82]。有相應(yīng)研究對(duì)南非東南部海岸線的微塑料污染狀況進(jìn)行過(guò)評(píng)估調(diào)查[83]，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域近海沉積物和水體受到了嚴(yán)重的微塑料污染，海灘沉積物中的微塑料豐度介于(688.9±348.2)和(3 308±1 449)個(gè)/m2之間，而水中的微塑料介于(257.9±53.36)和(1 215±276.7)個(gè)/m3，這些微塑料中絕大部分為纖維狀，而這些纖維極有可能就來(lái)自于沒(méi)有被妥善處理的城市污水[80]。

臺(tái)風(fēng)和洋流等自然因素亦會(huì)對(duì)近海的微塑料分布和豐度產(chǎn)生影響。Desforges等[4]對(duì)東北太平洋和加拿大不列顛哥倫比亞省沿岸的微塑料污染進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，東北太平洋、西海岸溫哥華島、夏洛特女王灣和喬治亞海峽四個(gè)采樣點(diǎn)中，三處的微塑料濃度與陸源污染相關(guān)，四個(gè)采樣點(diǎn)微塑料的平均豐度僅為(2 080±2 190)個(gè)/m3，但人口稀少且工業(yè)不發(fā)達(dá)的夏洛特女王灣的微塑料豐度確很高達(dá)到(7 630±1 410)個(gè)/m3，一方面從太平洋洋流和北海岸洋流匯聚而來(lái)的塑料顆?？赡軙?huì)進(jìn)入夏洛特女王灣，局部環(huán)流起著留住它們的作用，另一方面可能是當(dāng)?shù)匕l(fā)達(dá)的漁業(yè)等帶來(lái)的微塑料污染。Wang等[84]還對(duì)臺(tái)風(fēng)前后桑溝灣內(nèi)微塑料含量進(jìn)行了調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)纖維是主要的微塑料類型，且臺(tái)風(fēng)過(guò)后海水和沉積物中微塑料含量增加了40%，同時(shí)臺(tái)風(fēng)還改變了微塑料的顏色分布，并增加了海水中聚丙烯，聚苯乙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的比例。

2.2.2 遠(yuǎn)海及深海典型區(qū)域微塑料的空間分布 自1870年代起，研究者們逐漸在北大西洋和北太平洋的塑料堆積區(qū)開展了小范圍的調(diào)查[42]。在北大西洋和太平洋表面和深海中，均有微塑料的蹤跡[85-86]，但大洋環(huán)流為這些塑料碎片的主要聚集地，五大環(huán)流所在位置基本與五大塑料碎片聚集地一致。也就是說(shuō)微塑料在海洋中的分布極為廣泛且分布區(qū)域高度集中，空間分布主要受海流影響[87]。Pan等[88]發(fā)現(xiàn)西北太平洋表面海水中微塑料的主要成分是聚乙烯，其次分別是聚丙烯和尼龍，且平均豐度達(dá)到104個(gè)/km2，此研究認(rèn)為該區(qū)域微塑料的空間分布狀況在很大程度上歸因于流形、鄰近海洋環(huán)流旋渦、黑潮和黑潮擴(kuò)展系統(tǒng)的綜合作用。

近年隨著微塑料研究熱度的提升，研究范圍不斷擴(kuò)大[89-91]，研究者們相繼開展了極地和深海的微塑料污染情況的調(diào)查研究[53-54]。其中就包含對(duì)馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵及周邊環(huán)境中的微塑料污染情況進(jìn)行的調(diào)查，研究結(jié)果表明在2 673～10 908 m底層海水中，微塑料含量為2.06～13.51個(gè)/L，比開放大洋表層及次表層水中微塑料含量還要高出數(shù)倍；在5 108～10 908 m的表層沉積物中，微塑料含量為200～2 200個(gè)/L，也明顯高于大多數(shù)深海沉積物中微塑料的含量，這充分說(shuō)明了微塑料污染無(wú)孔不入，全球海洋的最深處已經(jīng)受到了嚴(yán)重的微塑料污染[92]。

2.2.3 海洋生物體內(nèi)的微塑料分布 微塑料在海洋中的分布范圍越廣意味著其可能累及的海洋生物也越多。就目前的研究來(lái)看，遠(yuǎn)在極地的生物也未能幸免。Moore等[93]對(duì)生存在北冰洋邊緣波弗特海中的七頭白鯨進(jìn)行了調(diào)查了，在它們的消化器官中均檢出了微塑料，且平均每頭白鯨體內(nèi)的微塑料數(shù)量約為(97±42)個(gè)，其中約一半為聚酯纖維。位于北極和亞北極區(qū)的白令海和楚科奇海中的底棲生物也受到了微塑料影響[89]，研究所涉及的共計(jì)413只生物體內(nèi)平均含有0.04～1.67塊微塑料，87%為纖維狀，在所調(diào)查的11種生物中紅海盤車海星體內(nèi)的微塑料檢出量最高，約為其他物種的1.43～38.71倍。極地鱈魚被認(rèn)為是北極生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵物種，有研究[94]在其幼魚的胃中也發(fā)現(xiàn)了環(huán)氧樹脂顆粒和高嶺土-聚甲基丙烯酸甲酯混合物，盡管只有少量，但也為北極地區(qū)生物遭受受微塑料影響提供了證據(jù)。Bessa等[95]對(duì)南極地區(qū)80只企鵝的糞便進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其中20%的企鵝體內(nèi)都含有微塑料，主要為纖維和碎片，但平均豐度要低于已有的有關(guān)世界其他地方海鳥體內(nèi)的微塑料含量的數(shù)據(jù)。以上在生物體內(nèi)或糞便中發(fā)現(xiàn)的微塑料大部分為纖維狀的微塑料，而Iannilli等[96]針對(duì)北極地區(qū)底棲端足目生物攝食微塑料的現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，所有研究對(duì)象體內(nèi)均存在微塑料，但其中的絕大部分為碎片狀，類型以聚甲基丙烯酰胺為主，僅有5%為纖維狀。被生物所攝食的微塑料在形狀、類型、甚至是顏色上有所差異在一定程度上也反映出各種生物在攝食習(xí)慣上存在的差異。

通過(guò)以上研究可以看出，在極地動(dòng)物體內(nèi)或糞便中檢測(cè)出微塑料不僅為微塑料的遠(yuǎn)距離傳輸提供了證據(jù)，更重要的是提醒我們這些敏感區(qū)域承受著巨大的生態(tài)壓力[97]，有必要進(jìn)一步對(duì)這些敏感生態(tài)系統(tǒng)的微塑料水平和變化趨勢(shì)進(jìn)行跟蹤評(píng)估[95]。

3 海洋微塑料的典型環(huán)境行為效應(yīng)

海洋中的微塑料在匯入海洋之前往往已在環(huán)境中存在了一定時(shí)間，經(jīng)歷了一系列物理作用和化學(xué)作用，使其性質(zhì)發(fā)生了一定程度的改變；在匯入海后又受到海浪拍打和太陽(yáng)輻射，使得微塑料的老化進(jìn)一步加劇。老化后的微塑料的物理化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生較為明顯的改變。其表面出現(xiàn)侵蝕、溝壑，比表面積增大，表面官能團(tuán)發(fā)生改變[98]，這些改變?yōu)楹笃谖⑺芰吓c環(huán)境發(fā)生相互作用提供了先決條件。

3.1 微塑料對(duì)污染物的富集

具有環(huán)境特征的微塑料在海中可作為載體大量富集重金屬[99]和持久性有機(jī)污染物[100-102]，有文獻(xiàn)指出微塑料對(duì)疏水性的有機(jī)化合物(HOCs)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附和富集趨勢(shì)[39]，這主要是因?yàn)橛袡C(jī)污染物一般都具有疏水親油的特性，且海洋微塑料自身具有較大的比表面積[103-104]。經(jīng)初步研究發(fā)現(xiàn)[57,104-105]塑料對(duì)有機(jī)化合機(jī)物的吸附量比天然沉積物和土壤可高出約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，比海水中有機(jī)化合物的濃度高可高出六個(gè)數(shù)量級(jí)。目前對(duì)于微塑料的吸附研究主要集中在多環(huán)芳烴(PAHs)[101,103,106-107]、多氯聯(lián)苯(PCBs)[101,108]、二氯二苯基三氯乙烷/滴滴涕(DDTs)[105]、多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)[109-110]、抗生素[98]、雌二醇和壬基酚等內(nèi)分泌干擾素(EDCs)[105,111]、金屬及金屬氧化物[112]等物質(zhì)上。目前研究的污染物范圍很廣，但最根本也是最重要的就是要明確污染物如何吸附在微塑料上，以及微塑料與污染物之間的相互作用受哪些因素所控制[103]。

微塑料對(duì)環(huán)境中污染物的吸附受多種因素共同影響。微塑料的性質(zhì)(聚合物類型、結(jié)晶度、尺寸、顏色、風(fēng)化程度等)決定其吸附能力，是影響吸附過(guò)程的一個(gè)主要因素[113-115]。Wang等[116]研究了微米、亞微米和納米級(jí)聚苯乙烯微塑料對(duì)菲和硝基苯的吸附，發(fā)現(xiàn)了微塑料的尺寸效應(yīng)對(duì)其吸附能力的影響。表面結(jié)構(gòu)和表面含氧官能團(tuán)的改變程度的不同會(huì)影響他們對(duì)海水中有機(jī)污染物的吸附行為和機(jī)制[117]，Liu等[98]研究了紫外老化的聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)對(duì)環(huán)丙沙星(CIP)吸附，認(rèn)為因老化而形成的氫鍵對(duì)老化塑料吸附能力的提升起著重要作用。還有研究通過(guò)對(duì)比菲、萘、林丹、1-萘酚四種污染物在不同類型的塑料顆粒上的吸附行為，發(fā)現(xiàn)塑料本身的分子結(jié)構(gòu)也對(duì)其吸附有機(jī)污染物的吸附起關(guān)鍵作用[118]。另外，環(huán)境因素(鹽度、pH、水體中污染物的濃度等)也會(huì)對(duì)污染物的吸附產(chǎn)生影響[98]。例如，在臨近工業(yè)廠區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、港口等污染源的場(chǎng)所均發(fā)現(xiàn)了吸附有較高濃度污染物的塑料顆粒[108,119]。Lo等[108]全面研究評(píng)估了香港周邊海域沉積微塑料中的16種PAHs、15種PCBs同系物及22種有機(jī)氯農(nóng)藥，發(fā)現(xiàn)香港東部海岸的微塑料樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)的濃度明顯高于其他區(qū)域，且該類污染物的主要潛在來(lái)源是當(dāng)?shù)氐臐O業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，主要類型為DDT及其代謝產(chǎn)物(DDX)，有力地證明了環(huán)境條件對(duì)微塑料吸附污染物產(chǎn)生影響。

3.2 微塑料中添加劑的浸出

微塑料與污染物的相互作用除了上述的吸附和富集之外，另一種則是添加劑、催化劑、引發(fā)劑和殘留的單體等物質(zhì)[120-121]在海水中的浸出。目前塑料中常見(jiàn)的添加劑主要有熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、增塑劑、增韌劑、著色劑、抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑和阻燃劑等。因塑料的類型和功能不同，其中含有的添加劑類型也有所差異[105]。已有塑料產(chǎn)品浸出實(shí)驗(yàn)證明增塑劑會(huì)對(duì)大型蚤產(chǎn)生毒害作用[122],使綠海膽的胚胎發(fā)育異常率增至50%以上[123],甚至還會(huì)對(duì)海洋橈足類動(dòng)物產(chǎn)生致死作用[124]。而這些有毒有害物質(zhì)的釋放速率和釋放量不僅與浸泡時(shí)間、微塑料的老化程度及理化性質(zhì)有關(guān)，同樣也與其所處環(huán)境條件境密不可分。Luo等[125]通過(guò)研究聚氨酯泡沫微塑料中熒光添加劑在天然(河流，湖泊，濕地和海水)和模擬水體中(酸性水、鹽水和堿性水)的浸出行為發(fā)現(xiàn)，添加劑的釋放量隨溶液pH值和浸出時(shí)間的增加而增加。鹽度也與添加劑的浸出量呈正相關(guān)，高濃度的氯化鈉有利于添加劑的浸出[125-126]。Chen等[127]通過(guò)研究了海洋微塑料樣品在不同環(huán)境條件下內(nèi)分泌干擾素(EDCs)的浸出行為，發(fā)現(xiàn)相較于微波和高壓蒸汽，太陽(yáng)輻射下浸出的EDCs量相對(duì)更大。通過(guò)以上分析可以推測(cè)，海洋中微塑料尤其是漂浮在海面上直接受到太陽(yáng)輻射的微塑料的添加劑浸出行為造成的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高于淡水。

3.3 微塑料對(duì)海洋動(dòng)物影響

目前，小至浮游生物、底棲生物、貝類、魚類、大到鯊魚、鯨魚體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在[10,49,128-129]。有報(bào)道證實(shí)共計(jì)超過(guò)150種淡水和海洋魚類會(huì)攝食微塑料[130]。其中生物的主動(dòng)攝食和經(jīng)食物鏈的傳遞都是微塑料進(jìn)入生物體的途徑[131]。

微塑料除了被生物攝食之外，同樣也可以附著在生物體表面，甚至可能轉(zhuǎn)移到鰓、肝臟、肌肉等其他組織器官中[132-133]。微塑料在進(jìn)入生物體后會(huì)引起生物攝食效率降低、生長(zhǎng)遲滯、行為表現(xiàn)異常等一系列問(wèn)題[134-135]。研究因攝食微塑料而出現(xiàn)的不良反應(yīng)的重要前提則是要了解微塑料在生物消化道內(nèi)的出現(xiàn)和積累的過(guò)程[136]。微塑料在生物體內(nèi)的積累過(guò)程中首先產(chǎn)生的則是大量物理性影響，比如機(jī)械性損傷、胃腸道梗阻、假性飽腹感和由此引發(fā)的攝食減少、腸道功能紊亂、營(yíng)養(yǎng)不良、生長(zhǎng)遲滯，最終可能導(dǎo)致死亡[137-138]。此外，攝入的微塑料會(huì)引起一些應(yīng)激性反應(yīng)，使生物體的生理功能、生長(zhǎng)和繁殖受到影響。在有關(guān)青鳉魚的微塑料暴露實(shí)驗(yàn)中，Wang等[139]發(fā)現(xiàn)暴露在10 μm聚苯乙烯微塑料環(huán)境中60天后微塑料在青鳉魚腸內(nèi)和肝中產(chǎn)生積聚，引起了氧化應(yīng)激反應(yīng)和組織學(xué)變化。微塑料的粒度也是暴露實(shí)驗(yàn)中的重要參數(shù)之一，尺寸不同對(duì)生物產(chǎn)生的影響也不同[140-141]。Jeong等[142]研究了納米級(jí)(0.05 μm)和微米級(jí)(0.5和6 μm)聚苯乙烯熒光微珠對(duì)水蚤的影響，發(fā)現(xiàn)0.05 μm的微珠可以造成其發(fā)育遲緩并影響其繁殖能力，而0.5 μm微珠卻只能使其蛻皮延遲，并沒(méi)有對(duì)其整體發(fā)育造成影響。Wang等[139]發(fā)現(xiàn)當(dāng)暴露在微塑料的濃度為2、20、和200 mg/L的環(huán)境中時(shí)，雌魚性腺成熟時(shí)間均會(huì)延遲，其繁殖力也會(huì)降低；當(dāng)雌魚和雄魚均暴露于20 mg/L的微塑料環(huán)境中時(shí)，孵化時(shí)間會(huì)發(fā)生延遲，后代的孵化率、心率和體長(zhǎng)也會(huì)降低，該研究首次證明了與環(huán)境相關(guān)的微量塑料濃度對(duì)海洋魚類的繁殖有不利影響，并可能對(duì)海洋魚類種群構(gòu)成潛在威脅。

隨著微塑料在生物體內(nèi)的累積，其自身添加的或者從環(huán)境中吸附的化學(xué)物質(zhì)在生物體內(nèi)的累積量也隨之增加，會(huì)給生物帶來(lái)更為嚴(yán)重的化學(xué)性危害，甚至產(chǎn)生病理性損傷。單純的微塑料或者單純的溶解于水體中的有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)于生物體的影響都要小于添加或負(fù)載了化學(xué)物質(zhì)的微塑料給生物體帶來(lái)的影響，且這種影響不再是微塑料和有害物質(zhì)各自對(duì)于生物體影響的簡(jiǎn)單疊加。有研究發(fā)現(xiàn)攝食純凈低密度聚乙烯顆粒(LDPE)的魚類出現(xiàn)了包括糖原耗盡、脂肪空泡和單細(xì)胞壞死等一系列癥狀的肝臟應(yīng)激反應(yīng)，而攝食了含有持久性生物累積性有毒物質(zhì)(PBTs)的LDPE后肝臟則出現(xiàn)了病理性損傷[143]。另外，有模擬實(shí)驗(yàn)指出微塑料中的持久性有機(jī)污染物在腸道條件下的析出速率較在海水條件下高出了30倍[138]，析出的有機(jī)污染物在消化道內(nèi)積累的同時(shí)，也會(huì)隨著微塑料被轉(zhuǎn)移至其他組織和器官中[66]。由此可見(jiàn)，當(dāng)微塑料與污染物構(gòu)成了復(fù)合污染物后可能會(huì)引發(fā)海洋生物的健康危機(jī)。

從生物毒理學(xué)角度看，由于微塑料本身的高疏水性，當(dāng)其吸附并富集了疏水性有機(jī)污染物后會(huì)在食物鏈中發(fā)生遷移[144-145]，這些有毒有害物質(zhì)最終可能會(huì)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在威脅[146]。再者，能攝食微塑料的海洋生物種類極其廣泛，除了常見(jiàn)的魚類、貝類、海洋哺乳類等類別之外，蠕蟲、端足目、藤壺等慮食性和底棲無(wú)脊椎動(dòng)物也易攝食微塑料[13,96]。因此，微塑料被研究者認(rèn)為是致使生物多樣性喪失的重要因素[147]。李愛(ài)峰等[148]綜述了人類食用的貽貝、魚類和魚罐頭中微塑料污染情況，一定程度上說(shuō)明人類食用海產(chǎn)品會(huì)增加攝入微塑料風(fēng)險(xiǎn)，為微塑料向食物鏈頂端傳遞提供了依據(jù)，但目前還沒(méi)有確切證據(jù)證明人類健康會(huì)受其影響。

4 展望

(1)理論框架的搭建與規(guī)范的建立

為了消除“知溝”(Knowledge gap)，應(yīng)盡快就微塑料定義、分類、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)概念在行業(yè)內(nèi)達(dá)成共識(shí)，制定相關(guān)規(guī)范和說(shuō)明。

(2)監(jiān)測(cè)體系的完善

為更好地監(jiān)控和預(yù)測(cè)海洋微塑料污染狀況，實(shí)現(xiàn)全球數(shù)據(jù)共享，應(yīng)制定并完善與國(guó)際接軌的監(jiān)測(cè)和采樣的方式方法，并自此基礎(chǔ)上結(jié)合海洋水動(dòng)力學(xué)對(duì)微塑料在海洋中的遷移和沉降行為進(jìn)行研究。

(3)研究策略的創(chuàng)新

著重關(guān)注生態(tài)脆弱區(qū)域的微塑料污染狀況，利用微塑料與海洋生物之間的相互作用，深入挖掘可被利用于檢測(cè)微塑料污染狀況的指示生物，為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)提供新的手段。

(4)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與管控

在研究微塑料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)應(yīng)著重研究其自身攜帶污染物的釋放規(guī)律及與海洋中其他污染物、微生物之間的相互作用，探究復(fù)合污染物的生態(tài)效應(yīng)及其在生物鏈中的傳遞。需要注意的是，生態(tài)毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)中采用的參數(shù)尤其是微塑料的濃度應(yīng)盡可能貼近真實(shí)海洋環(huán)境，這樣可獲得更具有實(shí)際指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)。

(5)海洋塑料污染問(wèn)題的根治

為從根本上解決海洋塑料污染問(wèn)題，應(yīng)大力開發(fā)海水降解塑料、可生物降解塑料以替代目前普遍使用的石油基塑料；另外，還應(yīng)著力發(fā)展生物強(qiáng)化降解技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)海洋塑料/微塑料污染的無(wú)害和減害處理，并為其資源化利用提供借鑒。