水体中微塑料的污染行为研究进展

孟晓彤，秦鹏飞，邓一深，潘星任

（临沂大学 资源环境学院，山东 临沂 276000）

微塑料，是指通过塑料垃圾降解分解产生的形状不一、分散不均匀的直径小于5毫米的塑料碎片和塑料颗粒混合体，在全球的产量不少于2.4亿吨。微塑料的体积很小，通常指肉眼难以分辨，且种类很多，被称作“海中的PM2.5”[1]。它们可在地球上存活数百甚至数千年，且每一种微塑料对生物都有独特的污染行为，能对环境造成长时间的污染行为污染。

1.塑料污染分类及危害

微塑料是海洋中丰度最高的塑料污染，通常主要分为两大类，分别是初生微塑料和次生微塑料（图1）。水体作业时，通过水波扰动和波浪击打以及冻融循环作用下，塑料逐渐碎化和降解[2]，最终流入水体的微塑料为初生微塑料，同时也包括女性使用的化妆品所含颗粒以及服装纤维。次生微塑料主要包括合成塑料残骸降解所产生的微小颗粒，以及大型塑料垃圾通过各种物理、化学和生物的作用分解形成的细小颗粒。这些微塑料会进一步对水环境及水中生物相互作用，极易被各种海洋生物摄取进入食物链，甚至随饮食进入人体。同时，微塑料的巨大比表面积，使其极易吸附各种有毒有害物质，成为污染物在环境中迁移运输的“载体”，造成更为严重的复合污染。因此，微塑料的污染行为成为水污染控制和生态风险评估的研究热点问题。

2.微塑料的污染行为研究

2.1 影响范围

研究表明，微塑料在淡水和海水中都具有一定的污染行为效应[2]。世界上淡水流域的污染范围主要存在于莱茵河、多瑙河、五大湖，还有巴西、印度等地区的淡水中，我国淡水流域中的微塑料污染，主要集中在长江东海入海口，山东半岛海岸带，以及太湖流域。在这些受微塑料影响的水域附近，人口密集，垃圾产生量过多，随之造成的微塑料的产生量急剧增加，而气候条件与季节变化使其垃圾分解变得困难。在这些水域中，微塑料对原位水生生物的污染行为较为明显，生物的摄食速率、生长速率、能量耗竭和行为等方面都与其他水域的生物有着显而易见的差异。大体上看，人口密集的地方水域微塑料污染严重，但在某些人烟稀少的地方也检测出了高浓度的微塑料。例如西藏北部的盆地，青藏高原的湖泊等，由于它们都是封闭水系，无法与其他水体进行交汇，使进入水体的微塑料长时间停留并积累，造成微塑料污染。尤其在我国淡水流域中的污染极为严重。虽然淡水流域的微塑料密度已经较高，但海洋区域的大气运动和大气洋流作用强烈，容易造成微塑料在环流区域聚集，形成高污染区，所以微塑料污染最为集中的还是在海洋区域，几乎能在全球各处海域均能检测到，且在海洋的表层水体中，微塑料的污染程度高于深层水体，同时它们容易在海岸带沉积，表现出更为严重的污染行为。其中，靠近工业中心或者大都市等人类聚集密集的区域的海洋中，微塑料污染最为严重。比较鲜明的例子是北太平洋、北大西洋、地中海等五大塑料“垃圾带”。在这些垃圾带中，微塑料的粒径不一且大多小于1mm，甚至有的小于20mm，它们所表现出来的污染行为程度也有明显的差异。

2.2 影响生物的行为和发育

研究发现，生活在水体中的汤氏纺锤水蚤幼体暴露在微塑料的聚集团中时，会出现“跳跃”反应[3]。微塑料对于水体中的甲壳动物的鳃组织也有很大的影响。当微塑料在鳃组织大量聚集后，会抑制生物酶的活性，进而影响鳃组织里的离子运输，对生物的生长行为指标造成影响，严重影响到生物的摄食行为。生物主要靠摄食吸收营养，当摄食微塑料时，因微塑料无法被吸收消化，在生物体的消化道内聚集、积累并阻塞消化道，还会对肠道造成物理性损伤，只能逐渐减少对营养物质的摄食，最后因营养不足而消亡。微塑料对生物的生长毒害性已经被大量研究证实，很多科学家将海胆暴露于不同浓度的聚乙烯微球中，微球的浓度越高，由于渗透压，使海胆摄入的微球数量越多，海胆的体形越来越小。有的生物吸入了微塑料后，由于消化阶段耗费了大量的能量，导致能量缺失，最终会让生物体因饥饿而死亡。不止在生长发育阶段会影响生物，微塑料对生物本身的生殖系统也有着极大的危害。长期生活暴露在高浓度微塑料水域中的生物产卵量会下降，生殖细胞质量会下降，孵化率也会下降。将哲水蚤被放入20mm的聚苯乙烯微塑料中暴露5-6d时，会发现哲水蚤产出卵的质量下降，孵化成功率也显著下降。另外，在塑料生产过程中，许多添加剂的成分属于内分泌干扰物，它会导致生物机体的内分泌紊乱，使生物的生殖能力下降，例如常见的塑化剂邻苯二甲酸酯和双酚A，当它们进入生物体内后，会干扰生物内分泌，进而影响其繁殖过程。

2.3 影响生物的免疫行为

在免疫污染行为方面，由于生物机体对微塑料的免疫敏感性于微塑料的形状有关，所以，在引起机体免疫反应的程度上，表面平滑的微塑料颗粒要弱于表面粗糙的微塑料颗粒，当粒径小于16m的微塑料颗粒进入机体后，会转移到贻贝淋巴系统，使溶酶体膜不稳定，进而引起机体免疫系统的炎症反应[5]。一般长时间生活在高浓度微塑料水域中的生物肝脏会受到极大的损伤。生物摄食大量微塑料后，由于微塑料难降解，会一直在机体中残留，使水生生物产生基因污染行为效应，表现为部分DNA存在断链现象，使其基因表达水平受损[6]，进而影响后代数量，甚至后代会持续获得污染行为。

2.4 微塑料的吸附行为

由于微塑料具有巨大的比表面积和良好的流动性，当进入水体后，会从环境中吸附一些疏水性持久性有机污染物（POPs)，如多氯联苯（PCBs)、各类的有机氯杀虫剂 (DDT）多溴联苯醚、多环芳烃等，同时还会吸附一些如铅、锌、铜等的重金属，使污染有毒物质在生物体内大量富集，形成具有高强度的复合污染物。由于它们尺寸与浮游生物接近，非常容易成为鱼类、贝类和虾蟹的食物。当微塑料颗粒和有机污染物的结合体被生物摄食后，其中的化学物质在生物消化系统中表面活性剂的作用下释放，对生物产生复合污染行为效应。微塑料还可以与藻类团聚体结合，随着水流，被藻类团聚体运输到水体底部[7]，影响生态系统的垂直碳通量。微塑料稳定性高、质量轻且具有良好的流动性，可随着水流做长距离的迁移，成为微生物、藻类和昆虫等生物附着生长的载体.微塑料作为生物的新型生态栖息地，为生物传播提供了载体条件。微塑料作为微生物载体，在进行生物能量迁移的同时带来生物入侵等威胁[8]。实验研究结果表明，微塑料通过与菲吸附，一方面使菲在大型水蚤体中富集程度显著加强，并且和菲产生严重的加和污染行为反应，另一方面可以抑制菲及其代谢产物从生物内排出，从而使代谢废物在生物体内累积，对水蚤造成危害。当微塑料吸附其他物质后，其作用机制和毒理效应改变，并使毒性加倍释放，对生物体造成极大的危害。

3. 结语

本文主要探究了水中微塑料的污染行为效应，尤其对水生生物的新陈代谢、生理生化等层面，以及通过食物链对人类造成的潜在影响。这对微塑料的生态风险评估提供了重要参考。在接下来的研究中需要进一步优化微塑料采集、使用的方法，做好微塑料分布情况的统计，同时综合考虑生物因素以及非生物因素，以及微塑料的粒径大小、表面形态、塑料的种类以及污染物的浓度和存在状态等因素，同时应该加大力度改善固体废物和废水处理设施以处理微塑料。微塑料是新型污染物，在研究和防治体系方面并不完善，导致了解微塑料不深入，因此，要弄清微塑料的来源及迁移转化机理,完善微塑料监测与污染行为效应测评体系，从源头上控制微塑料污染问题。在体系完善后，应继续完善评价指标，使研究微塑料污染行为的科学家能够明确其污染行为程度，同时开展微塑料污染对生态环境及人体生命健康进行毒理研究, 对治理及控制微塑料污染的技术和手段进行更新和研究,建立微塑料的统一分析标准, 增加纳米级别微塑料的相关研究。