水體中微塑料的污染行為研究進展

孟曉彤，秦鵬飛，鄧一深，潘星任

（臨沂大學 資源環(huán)境學院，山東 臨沂 276000）

微塑料，是指通過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粒混合體，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，且每一種微塑料對生物都有獨特的污染行為，能對環(huán)境造成長時間的污染行為污染。

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，通過水波擾動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各種物理、化學和生物的作用分解形成的細小顆粒。這些微塑料會進一步對水環(huán)境及水中生物相互作用，極易被各種海洋生物攝取進入食物鏈，甚至隨飲食進入人體。同時，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)境中遷移運輸?shù)摹拜d體”，造成更為嚴重的復合污染。因此，微塑料的污染行為成為水污染控制和生態(tài)風險評估的研究熱點問題。

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[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，我國淡水流域中的微塑料污染，主要集中在長江東海入海口，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，微塑料對原位水生生物的污染行為較為明顯，生物的攝食速率、生長速率、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的差異。大體上看，人口密集的地方水域微塑料污染嚴重，但在某些人煙稀少的地方也檢測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，無法與其他水體進行交匯，使進入水體的微塑料長時間停留并積累，造成微塑料污染。尤其在我國淡水流域中的污染極為嚴重。雖然淡水流域的微塑料密度已經(jīng)較高，但海洋區(qū)域的大氣運動和大氣洋流作用強烈，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，同時它們?nèi)菀自诤０稁С练e，表現(xiàn)出更為嚴重的污染行為。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中時，會出現(xiàn)“跳躍”反應[3]。微塑料對于水體中的甲殼動物的鰓組織也有很大的影響。當微塑料在鰓組織大量聚集后，會抑制生物酶的活性，進而影響鰓組織里的離子運輸，對生物的生長行為指標造成影響，嚴重影響到生物的攝食行為。生物主要靠攝食吸收營養(yǎng)，當攝食微塑料時，因微塑料無法被吸收消化，在生物體的消化道內(nèi)聚集、積累并阻塞消化道，還會對腸道造成物理性損傷，只能逐漸減少對營養(yǎng)物質(zhì)的攝食，最后因營養(yǎng)不足而消亡。微塑料對生物的生長毒害性已經(jīng)被大量研究證實，很多科學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，海膽的體形越來越小。有的生物吸入了微塑料后，由于消化階段耗費了大量的能量，導致能量缺失，最終會讓生物體因饑餓而死亡。不止在生長發(fā)育階段會影響生物，微塑料對生物本身的生殖系統(tǒng)也有著極大的危害。長期生活暴露在高濃度微塑料水域中的生物產(chǎn)卵量會下降，生殖細胞質(zhì)量會下降，孵化率也會下降。將哲水蚤被放入20mm的聚苯乙烯微塑料中暴露5-6d時，會發(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)過程中，許多添加劑的成分屬于內(nèi)分泌干擾物，它會導致生物機體的內(nèi)分泌紊亂，使生物的生殖能力下降，例如常見的塑化劑鄰苯二甲酸酯和雙酚A，當它們進入生物體內(nèi)后，會干擾生物內(nèi)分泌，進而影響其繁殖過程。

2.3 影響生物的免疫行為

在免疫污染行為方面，由于生物機體對微塑料的免疫敏感性于微塑料的形狀有關(guān)，所以，在引起機體免疫反應的程度上，表面平滑的微塑料顆粒要弱于表面粗糙的微塑料顆粒，當粒徑小于16m的微塑料顆粒進入機體后，會轉(zhuǎn)移到貽貝淋巴系統(tǒng)，使溶酶體膜不穩(wěn)定，進而引起機體免疫系統(tǒng)的炎癥反應[5]。一般長時間生活在高濃度微塑料水域中的生物肝臟會受到極大的損傷。生物攝食大量微塑料后，由于微塑料難降解，會一直在機體中殘留，使水生生物產(chǎn)生基因污染行為效應，表現(xiàn)為部分DNA存在斷鏈現(xiàn)象，使其基因表達水平受損[6]，進而影響后代數(shù)量，甚至后代會持續(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性，當進入水體后，會從環(huán)境中吸附一些疏水性持久性有機污染物（POPs)，如多氯聯(lián)苯（PCBs)、各類的有機氯殺蟲劑 (DDT）多溴聯(lián)苯醚、多環(huán)芳烴等，同時還會吸附一些如鉛、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，形成具有高強度的復合污染物。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。當微塑料顆粒和有機污染物的結(jié)合體被生物攝食后，其中的化學物質(zhì)在生物消化系統(tǒng)中表面活性劑的作用下釋放，對生物產(chǎn)生復合污染行為效應。微塑料還可以與藻類團聚體結(jié)合，隨著水流，被藻類團聚體運輸?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性，可隨著水流做長距離的遷移，成為微生物、藻類和昆蟲等生物附著生長的載體.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，在進行生物能量遷移的同時帶來生物入侵等威脅[8]。實驗研究結(jié)果表明，微塑料通過與菲吸附，一方面使菲在大型水蚤體中富集程度顯著加強，并且和菲產(chǎn)生嚴重的加和污染行為反應，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，對水蚤造成危害。當微塑料吸附其他物質(zhì)后，其作用機制和毒理效應改變，并使毒性加倍釋放，對生物體造成極大的危害。

3. 結(jié)語

本文主要探究了水中微塑料的污染行為效應，尤其對水生生物的新陳代謝、生理生化等層面，以及通過食物鏈對人類造成的潛在影響。這對微塑料的生態(tài)風險評估提供了重要參考。在接下來的研究中需要進一步優(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，同時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，同時應該加大力度改善固體廢物和廢水處理設施以處理微塑料。微塑料是新型污染物，在研究和防治體系方面并不完善，導致了解微塑料不深入，因此，要弄清微塑料的來源及遷移轉(zhuǎn)化機理,完善微塑料監(jiān)測與污染行為效應測評體系，從源頭上控制微塑料污染問題。在體系完善后，應繼續(xù)完善評價指標，使研究微塑料污染行為的科學家能夠明確其污染行為程度，同時開展微塑料污染對生態(tài)環(huán)境及人體生命健康進行毒理研究, 對治理及控制微塑料污染的技術(shù)和手段進行更新和研究,建立微塑料的統(tǒng)一分析標準, 增加納米級別微塑料的相關(guān)研究。