环境中微塑料的污染现状及潜在生物效应研究进展

周世跃，白梅，丁帅，谭伟

（1.云南智捷环保科技有限公司，云南 文山 663099；2.云南省生态环境厅驻文山州生态环境监测站，云南 文山 663099；3.中国环境科学研究院 环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012；4.云南民族大学化学与环境学院，云南 昆明 650500）

自20世纪50年代首次合成塑料以来，塑料产品以超过3% 的年增长率进入人们的日常生活[1]，在我国，2020年11月塑料制品产量高达790.3 万t，该年度1—11月累计产量7 031.7 万t[2]。这些塑料在方便人们生活生产的同时也造成了严重的环境污染，排入环境中的废弃塑料经过风化、紫外线照射和生物降解等过程最终会破碎为微塑料，进入环境中的微塑料可在地表水、地下水、海洋、土壤、大气等环境介质中运移，对动植物和人类产生危害。

微塑料按形态分为纤维状、球状、薄膜和碎片等，按化学组成分为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）等，按生产工艺和来源，分为初生微塑料和次生微塑料。这些微塑料不断进入环境中，将对环境产生一定的危害。将从水、陆、空等介质中系统综述我国环境中微塑料的污染现状和对动植物、微生物的生态毒理学特征，并对塑料的科学管理和无害化资源回收提出建议，以期提高人们对微塑料污染的认识。

1 微塑料在环境中的污染状况

微塑料分布广泛，地表水、海洋、陆地和大气环境中均有报道。表明其正以污染范围广、迁移速度快、迁移方式多样化等特点进入自然环境中。

1.1 河流和湖泊环境

河流是微塑料在各环境介质间传输的重要纽带，据估算，大约80%的陆地微塑料通过河流输入海洋中[3]。现阶段，主要报道其丰度、形态、组成等信息。如长江源区水体采样点检测到其平均丰度达1 823±949 个/m3[4]，洞庭湖和洪湖水体为900～4 650 个/m3，以聚酯、聚丙烯和聚乙烯为主，而三峡水库表层水体高达12 611 个/m3[5]。太湖全湖布设的20 个采样点均有检出，平均丰度为8.9～24.4 个/L，形态以纤维状和碎片状为主，含有较少量薄膜状与球状[6]。巢湖中典型入湖河流南淝河和十五里河表层水体微塑料含量分别为833.3～4 200 个/m3和183.3～2 066.7 个/m3[7]。此外，我国其他河流湖泊中均遭受不同程度微塑料污染，塑料污染控制走在前列的海南省也检测到了较低水平的微塑料污染，典型河流南渡江水体微塑料丰度90～850 个/m3[8]。王志超等[9]分析内蒙古河套灌区微塑料的丰度值达2 880～11 200 个/m3，新疆玛纳斯河流域检测到微塑料丰度最高达55±4 个/L，且位于城市中心附近地区的含量最高[10]。证明人类活动对微塑料的来源与分布起关键作用。

1.2 海洋环境

海洋是首次发现微塑料的地方，被认为是微塑料污染的汇集地，海洋微塑料来源复杂多样，除了海上船舶运输业和渔业活动本身的来源外，陆地系统中的微塑料最终都可能进入海洋，造成海洋微塑料累积。这些微塑料容易被海洋中的浮游生物、底栖生物和鱼类等吞食进入其消化道内，造成消化道堵塞，出现假性饱腹感，减少生物摄食量导致能量不足而死亡。目前开展了大量关于海洋及海岸带沉积物中微塑料的调查工作，主要集中在黄渤海海域、东部沿海和南海海域附近。报道了微塑料赋存丰度、粒径范围和化学组成等特征，并对其可能来源进行了分析（表1），发现养殖业和渔业活动是造成海洋和海岸带微塑料污染的主要原因。

表1 我国海洋及近岸环境中微塑料污染现状

1.3 土壤环境

微塑料通过改变土壤堆积密度、导水性、电导率和阳离子交换量等方式改变土壤的理化性质，在土壤内部形成微小的水运输通道，加快土壤水分蒸发，加剧裂缝和干燥程度，破坏土壤水循环，导致土壤水分及养分运输状态发生变化，降低土壤细菌种群丰富度和多样性，甚至导致污染物沿着土壤裂隙向深层土层迁移。微塑料可通过污水灌溉、污泥施用、农膜降解、地表径流、风力传输和大气沉降等途径进入土壤中。据估算，土壤中微塑料的赋存丰度是海洋中的4 倍以上[18]。

朱宇恩等[19]对山西汾河沿岸农田土壤微塑料的分布特征和成因调查，发现其丰度呈现上游＜中游＜下游的态势，下游段约是上游段两倍。黄河三角洲地区植物覆盖土壤中微塑料丰度达80～4 640 个/kg[20]。上海郊区不同土壤检测到微塑料平均丰度值为136.67～256.67 个/kg[21]，形态以纤维和碎片为主。微塑料具有向下迁移渗透的能力，尺寸越小的微塑料在土壤中越容易发生迁移。在云南最早开展大规模花卉和蔬菜生产的滇池湖盆区，土壤中微塑料的平均含量高达19 660 个/kg[22]，退耕缓冲带土壤中的微塑料含量显著低于相邻农田土壤的，表明农耕活动是造成该地区农田土壤微塑料累积的主要原因。

1.4 大气环境

微塑料可通过风力传送到大气中，后在风力和雨雪等自然沉降作用下，向地表水、海洋、土壤中循环迁移。目前已在青藏高原河流、湖泊甚至偏远的北极冰冻区检测到微塑料的踪迹。大气中微塑料主要以纤维形式存在，田媛等[23]采集了环渤海3 个沿海城市的大气沉降样品，发现其大部分粒径＜1 mm，纤维类占比超90%。Liu 等[24]对上海市大气微塑料的来源、组成与分布特征进行了调查，发现其组成中微纤维占比达67%，其余为碎片和颗粒。目前大气中微塑料的报道较少，未来应引起重视。

2 微塑料的环境风险和潜在生态危害

微塑料自身既是污染物质，也可将其他污染物负载后携带共同迁移至环境中，成为污染物输送到生物体内的重要载体。微塑料及其负载物容易通过直接吸入、经口食入或皮肤渗透等方式进入生物体内，导致生物体发生免疫反应、氧化应激及肠道菌群被破坏等后果，产生多种毒性反应。

2.1 对植物的影响

塑料暴露在环境中，会发生化学键断裂并产生持久性自由基及活性氧将塑料生产过程中加入的增塑剂等有害物质降解的有毒单体释放到土壤中，使局域动植物受影响。微塑料暴露可导致陆生植物和水生植物及藻类细胞壁细胞膜受损、类囊体变形、类核蛋白混乱，原因可能是微塑料促使植物产生氧化应激和物理损伤所致[25]。PVC 暴露可增加莴苣叶片的超氧化物歧化酶活性从而诱导产生氧化应激反应，分泌抑制叶绿素合成的活性氧，降低植物光合作用效率[26]。通过堵塞种子包膜和根部吸水孔，抑制种子吸收水分和养分而推迟种子发芽时间，限制导管植物的生长。

2.2 对动物的影响

Antonio 等[27]首次报道在人类胎盘中发现了微塑料，由此证实了微塑料能进入人类组织器官中的证据。研究发现，微塑料会通过抑制大型 进食量增加饱腹感使其营养不良而降低其繁殖能力和体长，甚至使其死亡[28]。另外，其对动物生殖能力的影响已得到了证实，微塑料的暴露使青 雄鱼的生殖基因表达显著下调[29]，显著降低萼花臂尾轮虫种群增长率，影响其混交率和受精率、抑制产卵量，且毒性与粒径大小呈负相关[30]。Marta 等[31]通过给海马喂食提前暴露在微塑料中的桡足类动物，观察微塑料在海马体内的迁移过程，发现海马幼崽先从嘴到肛门积累微塑料，暴露60 min 后观察到微塑料聚集在肛门处，表明海马幼崽不能有效地排泄聚乙烯微球。

2.3 对微生物的影响

微生物是生态系统中物质循环的重要参与者，微塑料对微生物的影响受到了人们的关注。有研究表明，低密度PE 通过增加影响土壤氮素附着过程的相关基因的丰度来改变菌落结构[32]。抑制秀丽隐线杆虫的体长、繁殖能力和存活率[33]。微塑料对微生物的影响除因其本身的性质外，其降解过程中释放出的有毒单体对微生物的影响也不可忽视，特别是土壤微生物受降解物的影响尤其显著。微塑料向土壤中释放的降解物会造成土壤微生物多样性下降，可能加快土壤碳氮循环，不利于保持土壤肥力。在一定程度上干扰微生物群落多样性和丰富度。

3 建议

微塑料污染问题日益严峻，为减缓微塑料污染加剧的速度，提出以下建议。

3.1 积极推动塑料生产和使用减量化、资源化、规范回收利用和处置

落实国家有关禁限塑料制品的规定，建立健全一次性塑料制品的使用、回收制度，督促指导塑料使用量大的行业主体提高认识、落实责任，减少冗余包装；加大农膜回收力度，建立先进的加工技术。

3.2 鼓励开展绿色塑料制品研发设计，科学稳妥推广塑料替代产品

严格控制塑料生产企业在源头生产过程中使用有害添加剂的用量，同时开展可降解塑料制品关键核心技术的研发及成果转化，探索降解方法和机理，科学评估替代品的环境安全性和可靠性。

3.3 建立微塑料风险评价机制

加强微塑料对动植物和人体的生态毒性及食物网中的迁移转化机制和累积效应研究，建立我国微塑料生态风险和人体健康风险评价体系，科学界定微塑料污染风险等级，为微塑料的防治和政策制定提供科学依据。

3.4 加强宣传引导，提升公众意识，全民参与塑料垃圾清理整治

在塑料污染防治宣传时，应以科学宣传为原则，坚持实事求是，不过分妖魔化塑料，也不避重就轻。加强塑料污染的宣传教育与普及，引导公众正确认识塑料污染，减少一次性塑料制品的使用和消费，自觉主动参与塑料污染的防治和规范分类回收行动中。

废弃塑料与人类生存环境及健康息息相关，其防治是我国践行美丽中国和生态文明建设战略的重要组成部分，通过文献梳理，综述了我国地表水、海水、土壤、大气环境介质中微塑料污染现状和特征，分析了微塑料对动植物和微生物的潜在生态危害，并对塑料污染的防治及今后的努力方向提出建议，为塑料污染的认识和防治管理提供参考。