微塑料對海洋環境影響的研究現狀

魯婭梅，張萬筠，劉娜，關馨，徐穎

（大連民族大學，遼寧 大連 116600）

自從塑料被發明創造以來，憑借其良好的物理化學性質使人類在生產生活上獲得了極大的便利。從20世紀50年代開始大規模制造塑料產品到今天，據有關統計資料表明，世界每年大概制造3億t塑料[1]，僅9%的塑料垃圾被循環使用，其余91%被焚燒處理或進入垃圾填埋場中。如果持續采用當前的塑料制造技術和管理模式，預計2050年人類將會產生120億t垃圾[2]。中國是人口大國，巨大的人口體量使得中國對塑料制品的使用供不應求，其中如聚氯乙烯、氨基模塑料等產量就已排名世界首位，這些塑料被使用后無法得到有效的降解處理，對我國的生態環境造成嚴重污染[3]。

海洋面積約占地球表面積的71%，含水量約占地球總水量的97%。海洋為人類提供食物、礦物和能源等海洋資源，支持著人類文明的發展與延續，但是目前大量的海洋垃圾威脅到了海洋生物的生存，對海洋生態環境造成了巨大破壞。

海洋垃圾的60%～80%是塑料，塑料從最開始能以肉眼觀測到的“白色污染”逐漸向粒徑極小難以被觀測到但卻能對環境造成巨大污染的微塑料轉變。我們日常生活中使用的塑料產品能以多種途徑進入海洋，由于塑料的穩定性、持久性和難降解特性，塑料會在環境中存在百年甚至千年，對環境造成長期影響。

在2004年，OLSEN[4]等第一次提出了微塑料的英文術語microplastic。通常粒徑小于5 mm的塑料顆粒被稱為微塑料。塑料垃圾破碎成微塑料后，能沉積于土壤里或通過地表水徑流進入海洋。經過研究人員檢測發現，微塑料在較淺的海洋沿岸和大多數海洋中均被檢出[5]。CAUWENBERGHE[6]等證實了深海海底存在微塑料。微塑料因形態、色澤、種類多樣、粒徑較小，對海洋中不同營養級生物均會產生毒性作用，且可沿食物鏈傳遞，危及人類健康。第五屆聯合國環境大會續會于2022年2月28日至3月2日在肯尼亞共和國首府內羅畢召開，在該次會議中，聯合國官員彼得·湯姆森倡議各國共同治理海洋塑料污染，海洋塑料污染問題已經到了刻不容緩的地步，而海洋塑料垃圾和微塑料污染問題將是一個持續性的熱點問題。本文從微塑料來源分布、生態毒理效應方面綜述海洋微塑料國際研究情況，并對未來研究進行展望。

1 海洋微塑料的來源與分布

海洋環境中的微塑料來源多樣，主要可以分為初級來源和次級來源微塑料，這兩種來源的微塑料進入海洋的途徑有許多種，如污水排放、海產養殖設備的破損[7]、海上作業、地表水徑流、甚至是大氣排放到海洋中[8]。初級來源是指通過生活污水、工業廢水和河流排入海洋中的塑料微粒，多來源于工業生產過程中形成的微米級塑料[9]，如日常生活中經常使用到的清潔用品，包括牙膏和洗面奶[10]、藥物和紡織物中的塑料微粒等[11]，交通運輸中的輪胎磨損以及塑料制品的生產也會產生塑料微粒[12]。次級來源微塑料是指在海洋環境中大塊塑料在紫外輻射和水面波浪的影響下分裂和體積減小而形成的塑料微粒[13]。

在紫外線的照射下，大塊塑料的破碎和風化過程會加快，然而大塊塑料進入海洋后，其降解過程變慢，在海洋環境中最久可存在數千年。微塑料粒徑較小，容易遷移，在海洋環境和洋流的作用下，在海域中分布十分廣泛，在全世界海洋環境中幾乎都可以發現微塑料的存在。因為海洋微塑料的形態與比重多變，通常密度小于海水的微塑料浮游在海面上，而密度大于海水的微塑料則上下移動，抵達深海或水底；另外，浮游于海洋表面的微塑料也有可能在風、潛流的作用下或者被生物攜帶向下進入深海或海底[14]。

2 微塑料的海洋生態毒理效應

當微塑料的化學成分完全顯露在海洋環境中時對海洋生物具有毒性效應，另一方面，由于微塑料吸附污染物的能力較強[15]，會和其他污染物結合出現復合毒害。又因為微塑料的體積小，疏水性強，所以很容易吸附在生物體表面和被海洋生物攝食，毒性效應從食物鏈傳遞、放大[16]，最后威脅到整個海洋系統。

2.1 攝取塑料

微塑料本身含有毒性，其由危險單體和化學添加劑組成，后者大部分沒有生物降解性，在海洋環境中被釋放，會被生物攝入。實驗表明，海洋無脊椎動物、雙殼類、多毛類、棘皮動物和橈足類動物在生命階段中會在攝食微塑料[17-20]。有實驗室用含有聚乙烯微珠的惰性飼料喂食歐洲鱸魚幼蟲，結果顯示在所有魚的腸道中均檢測到塑料微珠[21]。微塑料被生物攝入后，多數都會在腸道中滯留最后被排出體外，但隨著微塑料粒徑的減小，越難被生物排出，對生物體的影響范圍越廣，對生物體的毒性效應也越強[22]。

2.2 生理毒性

微塑料可以誘發細胞產生應激氧化反應，造成細胞損傷從而降低生長率和繁殖能力；微塑料還能破壞生物的免疫系統功能，導致生物免疫力降低，最終死亡；微塑料中的化學添加劑是內分泌干擾物，干擾海洋生物的正常生理功能[23]。微塑料能引起不同營養級生物的物理化學效應，能形成行為毒性、生殖毒性和基因及遺傳毒性等[24]，并且這些毒性還能沿食物鏈傳遞，對整個海洋生態系統構成重大 威脅。

2.3 引發的生態效應

浮游植物在海洋生態系統中屬于初級生產者，微塑料對藻類有物理和化學方面的毒性危害[25]。有研究表明，微塑料可能會抑制藻細胞的生長，降低藻類的光合效率[26]，而粒徑1 um的mPVC抑制微藻的生長，高濃度mPVC使微藻葉綠素含量和光合效率降低[27]。

微塑料在海洋環境中漂浮，容易吸附細菌病毒等生物體，成為這些微生物的載體，遷移至海域各處[28]，倘若微塑料吸附的微生物是有毒性的細菌，該細菌隨著微塑料遷移到新棲息地，并對該棲息地帶來生物感染風險，以至于打破生態平衡[29]。由于塑料的疏水性，可吸附大量有益于浮游植物生長發育的氮、磷等營養鹽，當有害藻類攝取這些營養鹽，并在適宜的環境下大量繁殖時，在這些區域就會產生赤潮現象，從而耗盡了水體中的溶解氧，威脅到其他海洋生物的正常生長發育，危害海洋環境[30]。

2.4 環境激素污染

微塑料還會加劇水體中環境激素污染，在塑料合成過程中加入的增塑劑具有環境激素的生態毒害效應。其中鄰苯二甲酸酯（PAEs）是被應用最廣泛的一種[31]。PAEs是持久性有機污染物，具有三致毒性。海洋環境中的PAEs能對海洋生物產生細胞毒性，對生物體造成無法恢復的有害影響。水體中的PAEs被初級生產者攝入后，會沿食物鏈流動，經過生物富集、生物積累、生物放大等途徑危害海洋生態系統，最終危害人類。

3 展望

從塑料被發明創造到如今造成的嚴重微塑料污染問題，短短幾十年里塑料污染已經變成了一個亟待人們解決的問題。從海洋微塑料污染問題的提出到深入研究，國內外學者已經通過實驗室研究取得了許多重要成果，這些成果從微塑料的遷移特性、毒性危害、降解方法等方面加深了人們對海洋微塑料的認知，令海洋微塑料污染問題從實驗室走向大眾。但在微塑料的物理化學特性與污染物的毒性效應關系、微塑料對生物體的復合毒性效應等方面的研究與認識仍舊不足。塑料在降解過程中會形成粒徑更小的納米塑料，納米塑料在海洋環境中不可降解會逐漸積累，對海洋生物產生毒性效應。相對于尺寸更大的微塑料，納米塑料不能被生物的腸道組織阻擋，最終將會進入食物鏈，進入人體危害人類健康。現階段受方法和技術所限制，在自然環境中很難得到納米塑料，對納米塑料的研究也更少。目前對微塑料的檢測和提取方法有許多，檢測方法如FTIR、SEM、RM、色譜法、直接觀察法、核磁共振法等，提取方法有消化提取法、直接提取法、超聲提取法、過濾提取法等。隨著研究的深入進行，為避免在檢測和提取上出現誤差，更需要一套標準來規范微塑料的檢測方法。

現階段，關于微塑料的研究工作主要是在實驗室內開展，研究對象較單一，與自然環境相比存在偏差。另外，微塑料的粒徑和結構也會影響實驗結果，因此實驗室需嚴格控制條件。目前階段還沒有一種完全有效解決微塑料污染的方法，微塑料的污染防治手段主要還是靠提高大眾對微塑料危害的認識和增強環境保護意識，加強塑料廢品的循環利用和處理，頒布政策限制塑料用品的使用數量，加快研究出能替代部分塑料產品的新型環保材料等。呼吁國際社會共同努力，友好交流微塑料治理技術和經驗。