微塑料对海洋环境影响的研究现状

鲁娅梅，张万筠，刘娜，关馨，徐颖

（大连民族大学，辽宁 大连 116600）

自从塑料被发明创造以来，凭借其良好的物理化学性质使人类在生产生活上获得了极大的便利。从20世纪50年代开始大规模制造塑料产品到今天，据有关统计资料表明，世界每年大概制造3亿t塑料[1]，仅9%的塑料垃圾被循环使用，其余91%被焚烧处理或进入垃圾填埋场中。如果持续采用当前的塑料制造技术和管理模式，预计2050年人类将会产生120亿t垃圾[2]。中国是人口大国，巨大的人口体量使得中国对塑料制品的使用供不应求，其中如聚氯乙烯、氨基模塑料等产量就已排名世界首位，这些塑料被使用后无法得到有效的降解处理，对我国的生态环境造成严重污染[3]。

海洋面积约占地球表面积的71%，含水量约占地球总水量的97%。海洋为人类提供食物、矿物和能源等海洋资源，支持着人类文明的发展与延续，但是目前大量的海洋垃圾威胁到了海洋生物的生存，对海洋生态环境造成了巨大破坏。

海洋垃圾的60%～80%是塑料，塑料从最开始能以肉眼观测到的“白色污染”逐渐向粒径极小难以被观测到但却能对环境造成巨大污染的微塑料转变。我们日常生活中使用的塑料产品能以多种途径进入海洋，由于塑料的稳定性、持久性和难降解特性，塑料会在环境中存在百年甚至千年，对环境造成长期影响。

在2004年，OLSEN[4]等第一次提出了微塑料的英文术语microplastic。通常粒径小于5 mm的塑料颗粒被称为微塑料。塑料垃圾破碎成微塑料后，能沉积于土壤里或通过地表水径流进入海洋。经过研究人员检测发现，微塑料在较浅的海洋沿岸和大多数海洋中均被检出[5]。CAUWENBERGHE[6]等证实了深海海底存在微塑料。微塑料因形态、色泽、种类多样、粒径较小，对海洋中不同营养级生物均会产生毒性作用，且可沿食物链传递，危及人类健康。第五届联合国环境大会续会于2022年2月28日至3月2日在肯尼亚共和国首府内罗毕召开，在该次会议中，联合国官员彼得·汤姆森倡议各国共同治理海洋塑料污染，海洋塑料污染问题已经到了刻不容缓的地步，而海洋塑料垃圾和微塑料污染问题将是一个持续性的热点问题。本文从微塑料来源分布、生态毒理效应方面综述海洋微塑料国际研究情况，并对未来研究进行展望。

1 海洋微塑料的来源与分布

海洋环境中的微塑料来源多样，主要可以分为初级来源和次级来源微塑料，这两种来源的微塑料进入海洋的途径有许多种，如污水排放、海产养殖设备的破损[7]、海上作业、地表水径流、甚至是大气排放到海洋中[8]。初级来源是指通过生活污水、工业废水和河流排入海洋中的塑料微粒，多来源于工业生产过程中形成的微米级塑料[9]，如日常生活中经常使用到的清洁用品，包括牙膏和洗面奶[10]、药物和纺织物中的塑料微粒等[11]，交通运输中的轮胎磨损以及塑料制品的生产也会产生塑料微粒[12]。次级来源微塑料是指在海洋环境中大块塑料在紫外辐射和水面波浪的影响下分裂和体积减小而形成的塑料微粒[13]。

在紫外线的照射下，大块塑料的破碎和风化过程会加快，然而大块塑料进入海洋后，其降解过程变慢，在海洋环境中最久可存在数千年。微塑料粒径较小，容易迁移，在海洋环境和洋流的作用下，在海域中分布十分广泛，在全世界海洋环境中几乎都可以发现微塑料的存在。因为海洋微塑料的形态与比重多变，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则上下移动，抵达深海或水底；另外，浮游于海洋表面的微塑料也有可能在风、潜流的作用下或者被生物携带向下进入深海或海底[14]。

2 微塑料的海洋生态毒理效应

当微塑料的化学成分完全显露在海洋环境中时对海洋生物具有毒性效应，另一方面，由于微塑料吸附污染物的能力较强[15]，会和其他污染物结合出现复合毒害。又因为微塑料的体积小，疏水性强，所以很容易吸附在生物体表面和被海洋生物摄食，毒性效应从食物链传递、放大[16]，最后威胁到整个海洋系统。

2.1 摄取塑料

微塑料本身含有毒性，其由危险单体和化学添加剂组成，后者大部分没有生物降解性，在海洋环境中被释放，会被生物摄入。实验表明，海洋无脊椎动物、双壳类、多毛类、棘皮动物和桡足类动物在生命阶段中会在摄食微塑料[17-20]。有实验室用含有聚乙烯微珠的惰性饲料喂食欧洲鲈鱼幼虫，结果显示在所有鱼的肠道中均检测到塑料微珠[21]。微塑料被生物摄入后，多数都会在肠道中滞留最后被排出体外，但随着微塑料粒径的减小，越难被生物排出，对生物体的影响范围越广，对生物体的毒性效应也越强[22]。

2.2 生理毒性

微塑料可以诱发细胞产生应激氧化反应，造成细胞损伤从而降低生长率和繁殖能力；微塑料还能破坏生物的免疫系统功能，导致生物免疫力降低，最终死亡；微塑料中的化学添加剂是内分泌干扰物，干扰海洋生物的正常生理功能[23]。微塑料能引起不同营养级生物的物理化学效应，能形成行为毒性、生殖毒性和基因及遗传毒性等[24]，并且这些毒性还能沿食物链传递，对整个海洋生态系统构成重大 威胁。

2.3 引发的生态效应

浮游植物在海洋生态系统中属于初级生产者，微塑料对藻类有物理和化学方面的毒性危害[25]。有研究表明，微塑料可能会抑制藻细胞的生长，降低藻类的光合效率[26]，而粒径1 um的mPVC抑制微藻的生长，高浓度mPVC使微藻叶绿素含量和光合效率降低[27]。

微塑料在海洋环境中漂浮，容易吸附细菌病毒等生物体，成为这些微生物的载体，迁移至海域各处[28]，倘若微塑料吸附的微生物是有毒性的细菌，该细菌随着微塑料迁移到新栖息地，并对该栖息地带来生物感染风险，以至于打破生态平衡[29]。由于塑料的疏水性，可吸附大量有益于浮游植物生长发育的氮、磷等营养盐，当有害藻类摄取这些营养盐，并在适宜的环境下大量繁殖时，在这些区域就会产生赤潮现象，从而耗尽了水体中的溶解氧，威胁到其他海洋生物的正常生长发育，危害海洋环境[30]。

2.4 环境激素污染

微塑料还会加剧水体中环境激素污染，在塑料合成过程中加入的增塑剂具有环境激素的生态毒害效应。其中邻苯二甲酸酯（PAEs）是被应用最广泛的一种[31]。PAEs是持久性有机污染物，具有三致毒性。海洋环境中的PAEs能对海洋生物产生细胞毒性，对生物体造成无法恢复的有害影响。水体中的PAEs被初级生产者摄入后，会沿食物链流动，经过生物富集、生物积累、生物放大等途径危害海洋生态系统，最终危害人类。

3 展望

从塑料被发明创造到如今造成的严重微塑料污染问题，短短几十年里塑料污染已经变成了一个亟待人们解决的问题。从海洋微塑料污染问题的提出到深入研究，国内外学者已经通过实验室研究取得了许多重要成果，这些成果从微塑料的迁移特性、毒性危害、降解方法等方面加深了人们对海洋微塑料的认知，令海洋微塑料污染问题从实验室走向大众。但在微塑料的物理化学特性与污染物的毒性效应关系、微塑料对生物体的复合毒性效应等方面的研究与认识仍旧不足。塑料在降解过程中会形成粒径更小的纳米塑料，纳米塑料在海洋环境中不可降解会逐渐积累，对海洋生物产生毒性效应。相对于尺寸更大的微塑料，纳米塑料不能被生物的肠道组织阻挡，最终将会进入食物链，进入人体危害人类健康。现阶段受方法和技术所限制，在自然环境中很难得到纳米塑料，对纳米塑料的研究也更少。目前对微塑料的检测和提取方法有许多，检测方法如FTIR、SEM、RM、色谱法、直接观察法、核磁共振法等，提取方法有消化提取法、直接提取法、超声提取法、过滤提取法等。随着研究的深入进行，为避免在检测和提取上出现误差，更需要一套标准来规范微塑料的检测方法。

现阶段，关于微塑料的研究工作主要是在实验室内开展，研究对象较单一，与自然环境相比存在偏差。另外，微塑料的粒径和结构也会影响实验结果，因此实验室需严格控制条件。目前阶段还没有一种完全有效解决微塑料污染的方法，微塑料的污染防治手段主要还是靠提高大众对微塑料危害的认识和增强环境保护意识，加强塑料废品的循环利用和处理，颁布政策限制塑料用品的使用数量，加快研究出能替代部分塑料产品的新型环保材料等。呼吁国际社会共同努力，友好交流微塑料治理技术和经验。