浅析海洋中微塑料的污染及其危害

汪沁玥

摘要：塑料制品已被广泛应用于工业、农业、建筑、国防、日常生活等领域。塑料的广泛使用不仅带来了严重的白色污染，也引发了微塑料污染问题。本文首先研究了微塑料的分类及进入海洋的途径，并阐述了微塑料在国内外重要海域的污染情况;然后比较了微塑料的检测与表征方法;最后阐明了微塑料的三种毒性效应，即直接毒性效应、降解产物的毒性效应和作为载体产生的联合毒性。

关键词：微塑料;海洋生态;污染现状;检测表征;毒性效应

1 引言

一位名叫亚历山大·帕斯克的摄影师在制作胶片时，偶然将胶棉与樟脑混合，产生了一种可弯曲的硬材料，塑料便就此诞生。1909年，美籍比利时人贝克兰首次人工合成了酚醛塑料，被称作“塑料之父”。历经百年的历史，塑料制品已经随处可见，并且随着市场需要其产量和种类正不断扩大。塑料已被广泛应用于日常生活、工业、农业、建筑、国防尖端工业等各个领域。例如，在农业上，大量塑料被用于制造地膜、大棚膜、排灌管道、鱼网和养殖浮标等;在日常生活中，塑料的应用更加广泛，触手可及。1950年，全球塑料产量就已经高达200万吨。而到目前为止，人类总共制造了近90亿吨塑料，其中60多亿吨已成为废弃物，只有9%被回收[1]。由于废塑料是一类难降解的高分子有机物，其进入环境中造成了严重的白色污染。而一些粒径很小的塑料颗粒及纺织纤维渐渐形成了另一个大难题——微塑料污染。微塑料是根据塑料的尺寸划分得来，学术界通常把粒径小于5 mm的塑料制品统称为微塑料[2]。微塑料可分为初生微塑料和次生微塑料，如经过河流、污水处理厂等排入水环境中的塑料颗粒称为初生微塑料;而经过物理、化学、生物过程使大型塑料体积减小形成的则称为次生微塑料[2]。2004年，英国科研人员在《科学》上发表了论文，首次提出了微塑料的概念。近几年来，微塑料在环境领域已经成为最受关注的微污染物之一。

2 微塑料的污染现状

2.1 微塑料进入海洋的途径

微塑料按照化学成分可分为聚乙烯、聚苯烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等;按照其来源可分为一次来源的工业原料和二次来源的成品塑料;按照其外观可分为颗粒状、纤维状、薄膜状、碎片状等;微塑料也有不同的颜色，如透明、乳白色、蓝色、黄色等。微塑料进入海洋的途径主要有三个：一是陆源输入，其中工业污水、生活污水及垃圾堆放是其主要来源。Browne等人[3]的研究表明，日常生活中每次清洗衣物时可有高达1900多个微塑料纤维产生。此外，污水和垃圾中一些较大的塑料碎片会分解成微塑料，由于其粒径小、密度低不易被污水厂和垃圾处理厂处理从而随污水进入到海洋环境中;二是海边输入，养殖业、渔业及娱乐活动引入的塑料经降解成为微塑料会进入海洋;三是海源输入，海洋中捕鱼、船只运输及海上作业等活动会将微塑料带入海洋。

2.2 微塑料在海洋中的污染现状

近幾年来，科学家们对全球不同海域的微塑料污染现状进行了研究。总体来看，近海和各类海洋中均检测出了不同程度的微塑料污染。且由于风力、洋流、涡流等原因，微塑料进一步在海洋中迁移、重新分布，造成海岸和其支流的微塑料污染。已有研究表明，在北太平洋和北大西洋的亚热带环流区均有大面积的微塑料富集。Desforges等人[4]调查了加拿大部分海域微塑料污染情况，其丰度最高可达7600 n/m3。Zhao等人[5]调查了我国椒江、瓯江、闽江等的微塑料丰度，其值也高达近千n/m3。我国的刘启明等人[6]对厦门湾海滩的微塑料污染进行了分析，发现其主要是以碎片和发泡类为主，最高浓度可达几百n/kg，且经分析得陆源污染为其主要来源。

微塑料由于具有比表面积大、疏水性强等特征，可作为其他污染物的载体在环境中进行迁移。实验室研究表明，微塑料可吸附各类有机污染物[7]。研究人员也发现，环境中的微塑料常常结合了多氯联苯、有机农药、多环芳烃等难降解的有机物和一些重金属污染物，甚至能富集一些纳米颗粒材料。Ashton等人[8]调查发现微塑料表面有铁、铝、铅、铜、银等金属存在。Fries等人[9]发现了微塑料表面有纳米TiO2的分布。

3 微塑料的检测与表征

形貌特征是研究微塑料的重要指标，它可以为微塑料的鉴别及其在环境中的迁移转化提供重要线索。目前对微塑料的检测和表征方法主要分为目测法和仪器检测法。仪器法主要有拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、环境扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪、热裂解-气相液相色谱质谱联用仪等。

3.1 目视法

目视法不需要仪器，操作简便，通常研究人员只需用镊子取样观察即可。但这种方法要求物质尺寸大，且判断结果往往是粗略的。环境中的微塑料成分复杂，杂质多，目视法往往不适用。且目视法要求技术人员的熟练程度也较高。

3.2 扫描电子显微镜法

扫描电子显微镜可以将微塑料与一些有机物杂质分辨开。通过对颗粒的元素进行分析，能有效地辨别碳骨架物质与无机颗粒。由于各种塑料结晶度存在差异，塑料内部的晶体结构对光的传播造成影响，故该方法不适用于不透光的样品。且这种方法耗时耗力多且仪器昂贵，还需样品的薄度达到一定要求，限制了学者研究的样品数量。

3.3 傅里叶变换红外光谱法

傅里叶变换红外光谱是一种能保证原有分辨率观察样品的技术，能够避免对非塑料的误判。研究人员开启半自动扫描模式即可进行观察，避免过多人力消耗。通过傅里叶变换红外光谱观测，可以知道聚合物成分和微塑料数量的信息，利用这些信息可以在一定程度上对微塑料对产地、来源进行推理分析。该方法具有观察精确度较高、人力资源消耗少等优点，在石油的勘探、地质研究等工作中也得到应用。但该方法的单次扫描运行时间长，且易将多个聚集在一起微塑料颗粒识别为一个微塑料颗粒，导致反射模式难以得到较为清晰的谱图。因此，这项技术运用到常规的微塑料检测中还需进一步提升和优化。

3.4 拉曼光谱分析法

拉曼光谱分析类同于红外光谱分析，但拉曼光谱能检测到几微米的微塑料，且它的无接触式测量可保证样品的完整性。然而，拉曼光谱对微塑料中的化学成分和添加剂比较敏感，可能会干扰聚合物类型的判断。研究人员认为拉曼光谱和红外光谱可以在功能上进行互补。

4 微塑料的毒性效应

4.1 微塑料的直接毒性效应

微塑料大小、颜色、形状等类似于大部分海洋生物的食物，因此容易被一些海洋生物如浮游动物、双壳类、鱼类、底栖无脊椎动物甚至大型海洋哺乳动物等误食。微塑料本身具有棱角，进入生物体内也会造成生物内脏的不同程度损伤。此外，微塑料经食物通道进入生物体内无法排出体外，引起假的饱腹感，导致营养摄入不足，或者引起食道堵塞，生理功能受损甚至死亡。且塑料是一种难降解高分子有机污染物，且含有卤素等复杂基团，对生物体存在潜在的生理危害。早在1972年，已有科学家的研究表明，幼鱼和成鱼体内存在微塑料粒子[10]。Boerger等人[11]对北太平洋環流食浮游生物的中层鱼类解剖发现，微塑料已占鱼类胃含物的35%。一些实验室研究同样也证实了多种海洋动物对微塑料表现出主动摄食行为[12]。

4.2 微塑料的降解产物

如上文所述，进入到环境中的塑料废弃物大多是商业成品，其中添加了很多助剂如塑化剂、荧光剂、润滑剂、催化剂、纳米粒子等，这些助剂尽管含量很低、但易在塑料的降解过程中释放到海洋中。这些助剂能够渗透进入到海洋生物的细胞膜内，干扰新陈代谢，诱导出毒性效应。

4.3 微塑料作为载体产生的联合毒性

微塑料及其富集的多种污染物往往会产生联合毒性，进一步加深了对海洋生物的危害。Browne等人[13]用吸附了污染物和添加剂的塑料与沙子混合，将蠕虫暴露于其中，结果发现，微塑料被蠕虫摄入体内后，微塑料和添加剂在在肠道体壁累积。Avio等人[14]将紫贻贝吸附芘的微塑料水体中，微塑料进入其体内被转移到血淋巴、鳃和消化道中，并在这些组织中累积。此外，微塑料还是其他微生物的载体。当一些致病菌、病毒等吸附在其表面，进而形成复杂的群落结构后，往往对海洋生态系统产生一定威胁。

5 总结与展望

由于近年来塑料的大量使用，微塑料污染问题日益严重，目前已发展成一个全球性环境问题。微塑料在环境中积累，不仅影响了海陆生态系统的健康和可持续发展，最终还会进入食物链，危及人类生命健康。要解决这个问题还需从以下两点入手：

1、微塑料本身的特性及其在环境中的迁移转化途径。这一研究有助于了解其可能产生的危害及作用机理及存在的风险，包括对生态环境和对人类身体健康的潜在威胁。

2、微塑料的治理与控制。一是从源头上控制微塑料的产生和排入环境中。这需要广大公民增强环保意识，减少使用塑料制品;生产企业改善改进塑料生产方法，减少微塑料的产生，或采用新型可降解塑料或其他材料代替传统塑料;国家制定有关法律法规监管与控制塑料的使用。事实上，我国早在2007年就下达了“限塑令”，虽然在一定程度上缓解了塑料污染形势，但仍未能彻底的解决塑料污染问题。二是污染后的治理，尤其在饮用水和污水处理的环节中，要对微塑料进行监测，并采用高效又经济的方式处理微塑料污染。

参考文献：

[1]刘海英，震惊！人类已生产83亿吨塑料[N].科技日报，2017.

[2]徐擎擎，张哿，邹亚丹，等.微塑料与有机污染物的相互作用研究进展[J].生态毒理学报，2018 （1）.

[3]Browne M A，Crump P，Niven S J，et al.Accumulation of microplastic on shorelines woldwide：sources and sinks.[J].Environmental Science&Technology，2011，45 （21）：9175-9.

[4]Desforges J P W，Galbraith M，Dangerfield N，et al.Widespread distribution of microplastics in subsurface seawater in the NE Pacific Ocean[J].Marine Pollution Bulletin，2014，79 （1-2）：94-99.

[5]Zhao S，Zhu L，Li D.Microplastic in three urban estuaries，China.[J].Environmental Pollution，2015，206：597-604.

[6]刘启明，梁海涛，锡桂莉，等.厦门湾海滩微塑料污染特征[J].环境科学，2019.

[7]刘强，徐旭丹，黄伟，等.海洋微塑料污染的生态效应研究进展[J].生态学报，2017，37 （22）：7397-7409.

[8]Ashton K，Holmes L，Turner A.Association of metals with plastic production pellets in the marine environment.[J].Marine Pollution Bulletin，2010，60 （11）：2050-2055.

[9]Fries E，Dekiff J H，Willmeyer J，et al.Identification of polymer types and additives in marine microplastic particles using pyrolysis-GC/MS and scanning electron microscopy[J].Environmental Science Processes&Impacts，2013，15 （10）：1949-1956.

[10]Carpenter E J，Anderson S J，Harvey G R，et al.Polystyrene Spherules in Coastal Waters[J].Science，1972，178 （4062）：749-750.

[11]Boerger C M，Lattin G L，Moore S L，et al.Plastic ingestion by planktivorous fishes in the North Pacific Central Gyre.[J].Marine Pollution Bulletin，2010，60 （12）：2275-2278.

[12]Graham E R，Thompson J T.Deposit-and suspension-feeding sea cucumbers（Echinodermata）ingest plastic fragments[J].Journal of Experimental Marine Biology&Ecology，2009，368 （1）：22-29.

[13]Browne M A，Niven S，Galloway T，et al.Microplastic Moves Pollutants and Additives to Worms，Reducing Functions Linked to Health and Biodiversity[J].Current Biology Cb，2013，23 （23）：2388-2392.

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