國家海洋局三沙海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 許宇江，許宇山

隨著社會的不斷進步，進入海洋的塑料垃圾數(shù)量不斷增加。塑料帶來的污染同氣候變化、海洋酸化和石油泄漏一樣，嚴重危及了海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性。塑料碎片會對海洋生物造成纏繞和窒息，此外攝入的塑料會導(dǎo)致海洋生物饑餓致死，并將有害化學(xué)物質(zhì)引入生物體內(nèi)從而危害整個生物鏈。漂浮的塑料碎片也極大可能成為非本土入侵物種的載體，并將病原體傳播到整個海洋。因此對海洋塑料的監(jiān)測具有重大意義，所監(jiān)測的數(shù)據(jù)可以為相關(guān)部門制定政策提供重要的指導(dǎo)意義，但監(jiān)測手段所面臨的挑戰(zhàn)也尤為巨大。監(jiān)測最終通過鑒定和分析識別獲得塑料類型、物質(zhì)成分、宏觀和微觀形貌特征、豐度、粒徑等一系列特征指標，因此通常會使用紅外或拉曼光譜、熱重/差熱分析、掃描電鏡-能譜法、裂解氣相色譜-質(zhì)譜法等現(xiàn)代分析手段。

一、海洋塑料污染的定義

“海洋塑料污染”包含的內(nèi)容非常廣泛，包括塑料相關(guān)的任何化學(xué)物質(zhì)，即只要包含任何塑料類型、物體和顆粒，從巨型網(wǎng)等到納米顆粒都可以看作海洋塑料污染（見圖1）。因此，海洋塑料可以定義為任何合成或半合成的有機聚合物，可以塑造成許多不同的形式。基于它們大小、形狀和物理和化學(xué)性質(zhì)方面的多樣性，這些污染物的采樣、識別和量化需要不同的方法學(xué)方法以及特定的技術(shù)。

圖1 海洋環(huán)境污染

二、海洋塑料監(jiān)測的重要意義

如前所述，塑料污染現(xiàn)在被普遍認為是對海洋環(huán)境的嚴重威脅。盡管公眾的環(huán)保意識越來越強，但進入海洋的塑料垃圾數(shù)量仍在以驚人的速度上升。當(dāng)前應(yīng)對新冠（COVID-19）的大流行，個人防護和一次性產(chǎn)品有了極大的需求，這也可能引起進入海洋環(huán)境的塑料數(shù)量的大大增加。而海洋為人類提供的生態(tài)循環(huán)提供重要的支撐，例如調(diào)節(jié)氣候和二氧化碳水平，以及為全球超過10億人提供生計和食物。為了了解海洋中塑料垃圾對海洋生物的風(fēng)險，也需要獲得這些塑料對生態(tài)系統(tǒng)的影響數(shù)據(jù)，這一切基于我們所需要的數(shù)據(jù)是否有效、可靠以及可比較，這樣才可以準確獲得海洋塑料污染物的類型和數(shù)量以及它們在海洋中的分布情況。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲得，可以進一步讓研究者們深入剖析海洋塑料污染對海洋生物鏈構(gòu)成的風(fēng)險?；谶@些監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可以為相關(guān)人員進一步管理和控制潛在的污染源提供必要的信息。總之，監(jiān)測海洋塑料污染對于制定管理和減少海洋塑料污染的國際和地方戰(zhàn)略至關(guān)重要。

三、海洋塑料的監(jiān)測

（一）采樣技術(shù)

大塑料(25-1000mm)和巨型塑料(>1m)可以直接在海灘、船上、浮潛或潛水進行掃描。然而，較小的塑料：細觀(5-25mm)、微米(<5mm) 和納米(<1μm)樣品必須在實驗室收集和檢查，需要光學(xué)儀器或光譜學(xué)。拖網(wǎng)是收集單位海面面積上漂浮的微型或中型物質(zhì)的最常用方法。采樣粒子的大小取決于網(wǎng)的網(wǎng)格大小，通常為330μm。樣品采集后，需要進一步處理獲得相關(guān)信息。海水、沉積物和生物樣品，通常需要不同的降解方案來消除生物殘留物并提取塑料顆粒。降解方案包括酸處理（硝酸）、堿處理（氫氧化鉀和氫氧化鈉）、氧化處理（H2O2）以及酶處理（蛋白酶）。另外可以基于密度不同進行分離獲取不同密度的塑料顆粒。

（二）識別、分類和量化

在尺寸分類之后，大型塑料碎片通常根據(jù)材料情況和整體性狀（例如瓶子、繩索、杯子、袋子）進行描述，并且經(jīng)常按來源或主要用途（例如漁具、聚合物工業(yè)、包裝）進行分類。而較小的顆粒則可以通過其大小、顏色和形狀（例如碎片、泡沫、薄膜和顆粒）來描述，但將較小塑料顆粒識別則需要借助其他的檢測手段。為了識別聚合物類型，一般使用光譜方法，如FTIR 或拉曼光譜，以及顯微鏡檢測。除了塑料的尺寸外，研究者們也要將塑料的物理化學(xué)性質(zhì)（聚合物組成、形態(tài)、溶解度）統(tǒng)一一個標準，另外塑料的尺寸、形狀、顏色和來源也可以將塑料進行分類。此外，為鑒別相關(guān)塑料的類型，我們也可以在環(huán)境樣品中檢測塑料相關(guān)化學(xué)物質(zhì)（如鄰苯二甲酸酯、雙酚、壬基酚等），通過定量、萃取等程序，然后再進行氣相/液相色譜和質(zhì)譜分析。各種形式的塑料污染數(shù)量以采樣基質(zhì)（例如海水、沉積物、生物組織）中污染物的濃度報告。濃度可以報告為每個體積/面積、每個干/濕重量或每個生物體的項目數(shù)/總重量。

四、海洋塑料污染監(jiān)測的主要挑戰(zhàn)

（一）海洋塑料污染缺少全球化的標準化方法

迄今為止，關(guān)于海洋環(huán)境中塑料污染的大多數(shù)數(shù)據(jù)來自個人調(diào)查或當(dāng)?shù)匮芯宽椖?。在過去十年中，科學(xué)家們?yōu)榱私膺@些污染物做了很多努力，雖然，最近歐盟委員會海洋戰(zhàn)略框架指令 (MSFD) 和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP) 的海洋環(huán)境保護科學(xué)方面聯(lián)合專家組的技術(shù)報告（GESAMP) 兩個相關(guān)文件已經(jīng)出臺，但仍然缺乏用于收集、識別、分類和量化塑料污染的全球標準化方法。塑料碎片缺乏統(tǒng)一的定義和類別，以及各種塑料和塑料相關(guān)污染物的采樣和處理協(xié)議、報告單位和術(shù)語的不一致，阻礙了全球數(shù)據(jù)的可比性。

（二）塑料樣品采集過程中的污染無法避免

在海洋塑料污染研究的早期，人們沒有充分認識到在采樣和加工過程中盡量減少樣品污染，并實現(xiàn)對環(huán)境樣品中微塑料、納米塑料和塑料相關(guān)化學(xué)物質(zhì)的可靠測量。采集過程中人為污染物也可以引入塑料成分：實驗室、我們的衣服、我們的工具，甚至人類環(huán)境，都是這些污染物的來源。所以塑料采集過程中需要對此類污染進行嚴格控制，特別在于某些痕量濃度的樣品分析，分析過程可能帶入的影響顯得尤為巨大。不僅要對采集過程中進行控制，也要考慮空氣、試劑、設(shè)備和可能的設(shè)備污染給分析帶來不良影響。在這些階段，空白實驗的引入就很關(guān)鍵，這樣可以排除環(huán)境等因素的影響。

（三）生物有機體對監(jiān)測過程以及結(jié)果的影響無法避免

生物有機物存在會對塑料顆粒的研究結(jié)果產(chǎn)生的影響不可避免，基于這種情況，如何鑒定塑料是否存在及類別是另一個巨大挑戰(zhàn)。含高比例生物有機物的樣品處理過程相對困難，這也對塑料材料的提取、識別和量化的技術(shù)上提出了更為嚴格的要求。生物殘留物可以在視覺觀察中掩蓋塑料碎片，并會造成傅里葉變換紅外(FT-IR) 和拉曼光譜所采集的信號失真。目前針對這個問題，研究者們也已經(jīng)針對各種生物有機物的影響做了大量工作，一方面通過降解實驗消除生物有機物的影響；另一方面則是針對生物有機物樣品中提取塑料材料的方式進行探索。但許多工作都很難體現(xiàn)這些含有生物有機物中塑料的回收率，此外降解過程會對一些聚合物類型產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致這些塑料的識別和分類發(fā)生偏差，從而造成塑料材料的鑒別失真。具體來說，理想的塑料監(jiān)測方式是能夠在不改變塑料特性的情況下去除足夠的生物有機物，從而不會對塑料聚合物的辨別產(chǎn)生影響，此外這些監(jiān)測方式最好能夠適用不同的環(huán)境且成本合適。

（四）塑料本身降解產(chǎn)生的變化無法界定

和上述所提及的方面一樣，塑料污染不好監(jiān)測很大一部分因素是塑料本身會發(fā)生不斷變化造成的。塑料在漂浮海洋的過程中，風(fēng)化（即光、熱和機械降解）顯著改變塑料顆粒的大小、顏色、形狀甚至化學(xué)成分等物理化學(xué)特性，導(dǎo)致海洋中塑料的監(jiān)測和識別出現(xiàn)明顯誤差。Fernández-González (2021) 研究發(fā)現(xiàn)從海洋環(huán)境中收集的風(fēng)化塑料與其原始塑料相比，他們之間的物理和化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)明顯差異，最直觀簡單的FT-IR信號就顯示出兩者的區(qū)別。

（五）微塑料的監(jiān)測具有很大的難度

微塑料的尺寸極小，常規(guī)的監(jiān)測手段很難實現(xiàn)對微塑料的監(jiān)測。微塑料的監(jiān)測問題不僅僅具有上述挑戰(zhàn)，并且監(jiān)測方法的選擇取決于樣品的介質(zhì)（即沉積物、海水和生物體）、生物物質(zhì)負載和所需的聚合物類型，并針對這些角度的不同，更要制定不同的監(jiān)測方式比較相關(guān)研究結(jié)果的異同。關(guān)于如何識別和量化微塑料，并總結(jié)獲得微塑料的來源、總量、分類對于了解整個海洋環(huán)境具有重大的意義。通過基于不同的收集方法獲得微塑料濃度數(shù)據(jù)會有不同，這樣進一步導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)的可靠性和可比性較差，很難獲得均一性的結(jié)論。

（六）塑料所造成的危害存在空白區(qū)

目前塑料相關(guān)的一些知識還存在空白區(qū)，如何填補當(dāng)前的知識空白也是具有很大的挑戰(zhàn)性。塑料相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)如何傳輸?shù)缴锝M織、水體中溶解和未溶解污染物之間的關(guān)系、它們可能的代謝物以及這些污染物在生物體和其他環(huán)境區(qū)室中的駐留時間等等都還沒用明確的定論，如果能夠?qū)⑦@些問題解決，塑料的危害會引起大家的廣泛關(guān)注。此外塑料相關(guān)的各種化學(xué)品（即鄰苯二甲酸酯增塑劑、雙酚和溴化阻燃劑）的分析成本巨大，也需要極其專業(yè)的知識，這對科學(xué)界如何構(gòu)建統(tǒng)一的海洋塑料污染評估指南方面構(gòu)成了進一步的挑戰(zhàn)。

五、結(jié)語

目前塑料的污染引起的一系列問題引起了人類的廣泛關(guān)注，海洋塑料的監(jiān)測顯得尤為重要，但塑料本身的特性引起其監(jiān)測、鑒別、定性的難度增加，同時生物有機物的影響以及采樣、處理、分析等過程中的污染也很難避免，全球化的塑料監(jiān)測標準化方法缺少使得海洋塑料污染尤為舉步維艱。因此，海洋塑料的監(jiān)測需要最大限度地減少外部的污染，從而達到監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確度和精確度，確保海洋塑料監(jiān)測結(jié)果的可靠性，為相關(guān)部門提供可靠的數(shù)據(jù)來源，從而有助于相關(guān)政策的制定和執(zhí)行。