淺析海洋中微塑料的污染及其危害

汪沁玥

摘要：塑料制品已被廣泛應用于工業、農業、建筑、國防、日常生活等領域。塑料的廣泛使用不僅帶來了嚴重的白色污染，也引發了微塑料污染問題。本文首先研究了微塑料的分類及進入海洋的途徑，并闡述了微塑料在國內外重要海域的污染情況;然后比較了微塑料的檢測與表征方法;最后闡明了微塑料的三種毒性效應，即直接毒性效應、降解產物的毒性效應和作為載體產生的聯合毒性。

關鍵詞：微塑料;海洋生態;污染現狀;檢測表征;毒性效應

1 引言

一位名叫亞歷山大·帕斯克的攝影師在制作膠片時，偶然將膠棉與樟腦混合，產生了一種可彎曲的硬材料，塑料便就此誕生。1909年，美籍比利時人貝克蘭首次人工合成了酚醛塑料，被稱作“塑料之父”。歷經百年的歷史，塑料制品已經隨處可見，并且隨著市場需要其產量和種類正不斷擴大。塑料已被廣泛應用于日常生活、工業、農業、建筑、國防尖端工業等各個領域。例如，在農業上，大量塑料被用于制造地膜、大棚膜、排灌管道、魚網和養殖浮標等;在日常生活中，塑料的應用更加廣泛，觸手可及。1950年，全球塑料產量就已經高達200萬噸。而到目前為止，人類總共制造了近90億噸塑料，其中60多億噸已成為廢棄物，只有9%被回收[1]。由于廢塑料是一類難降解的高分子有機物，其進入環境中造成了嚴重的白色污染。而一些粒徑很小的塑料顆粒及紡織纖維漸漸形成了另一個大難題——微塑料污染。微塑料是根據塑料的尺寸劃分得來，學術界通常把粒徑小于5 mm的塑料制品統稱為微塑料[2]。微塑料可分為初生微塑料和次生微塑料，如經過河流、污水處理廠等排入水環境中的塑料顆粒稱為初生微塑料;而經過物理、化學、生物過程使大型塑料體積減小形成的則稱為次生微塑料[2]。2004年，英國科研人員在《科學》上發表了論文，首次提出了微塑料的概念。近幾年來，微塑料在環境領域已經成為最受關注的微污染物之一。

2 微塑料的污染現狀

2.1 微塑料進入海洋的途徑

微塑料按照化學成分可分為聚乙烯、聚苯烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍等;按照其來源可分為一次來源的工業原料和二次來源的成品塑料;按照其外觀可分為顆粒狀、纖維狀、薄膜狀、碎片狀等;微塑料也有不同的顏色，如透明、乳白色、藍色、黃色等。微塑料進入海洋的途徑主要有三個：一是陸源輸入，其中工業污水、生活污水及垃圾堆放是其主要來源。Browne等人[3]的研究表明，日常生活中每次清洗衣物時可有高達1900多個微塑料纖維產生。此外，污水和垃圾中一些較大的塑料碎片會分解成微塑料，由于其粒徑小、密度低不易被污水廠和垃圾處理廠處理從而隨污水進入到海洋環境中;二是海邊輸入，養殖業、漁業及娛樂活動引入的塑料經降解成為微塑料會進入海洋;三是海源輸入，海洋中捕魚、船只運輸及海上作業等活動會將微塑料帶入海洋。

2.2 微塑料在海洋中的污染現狀

近幾年來，科學家們對全球不同海域的微塑料污染現狀進行了研究。總體來看，近海和各類海洋中均檢測出了不同程度的微塑料污染。且由于風力、洋流、渦流等原因，微塑料進一步在海洋中遷移、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亞熱帶環流區均有大面積的微塑料富集。Desforges等人[4]調查了加拿大部分海域微塑料污染情況，其豐度最高可達7600 n/m3。Zhao等人[5]調查了我國椒江、甌江、閩江等的微塑料豐度，其值也高達近千n/m3。我國的劉啟明等人[6]對廈門灣海灘的微塑料污染進行了分析，發現其主要是以碎片和發泡類為主，最高濃度可達幾百n/kg，且經分析得陸源污染為其主要來源。

微塑料由于具有比表面積大、疏水性強等特征，可作為其他污染物的載體在環境中進行遷移。實驗室研究表明，微塑料可吸附各類有機污染物[7]。研究人員也發現，環境中的微塑料常常結合了多氯聯苯、有機農藥、多環芳烴等難降解的有機物和一些重金屬污染物，甚至能富集一些納米顆粒材料。Ashton等人[8]調查發現微塑料表面有鐵、鋁、鉛、銅、銀等金屬存在。Fries等人[9]發現了微塑料表面有納米TiO2的分布。

3 微塑料的檢測與表征

形貌特征是研究微塑料的重要指標，它可以為微塑料的鑒別及其在環境中的遷移轉化提供重要線索。目前對微塑料的檢測和表征方法主要分為目測法和儀器檢測法。儀器法主要有拉曼光譜儀、掃描電子顯微鏡、環境掃描電子顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜儀、熱裂解-氣相液相色譜質譜聯用儀等。

3.1 目視法

目視法不需要儀器，操作簡便，通常研究人員只需用鑷子取樣觀察即可。但這種方法要求物質尺寸大，且判斷結果往往是粗略的。環境中的微塑料成分復雜，雜質多，目視法往往不適用。且目視法要求技術人員的熟練程度也較高。

3.2 掃描電子顯微鏡法

掃描電子顯微鏡可以將微塑料與一些有機物雜質分辨開。通過對顆粒的元素進行分析，能有效地辨別碳骨架物質與無機顆粒。由于各種塑料結晶度存在差異，塑料內部的晶體結構對光的傳播造成影響，故該方法不適用于不透光的樣品。且這種方法耗時耗力多且儀器昂貴，還需樣品的薄度達到一定要求，限制了學者研究的樣品數量。

3.3 傅里葉變換紅外光譜法

傅里葉變換紅外光譜是一種能保證原有分辨率觀察樣品的技術，能夠避免對非塑料的誤判。研究人員開啟半自動掃描模式即可進行觀察，避免過多人力消耗。通過傅里葉變換紅外光譜觀測，可以知道聚合物成分和微塑料數量的信息，利用這些信息可以在一定程度上對微塑料對產地、來源進行推理分析。該方法具有觀察精確度較高、人力資源消耗少等優點，在石油的勘探、地質研究等工作中也得到應用。但該方法的單次掃描運行時間長，且易將多個聚集在一起微塑料顆粒識別為一個微塑料顆粒，導致反射模式難以得到較為清晰的譜圖。因此，這項技術運用到常規的微塑料檢測中還需進一步提升和優化。

3.4 拉曼光譜分析法

拉曼光譜分析類同于紅外光譜分析，但拉曼光譜能檢測到幾微米的微塑料，且它的無接觸式測量可保證樣品的完整性。然而，拉曼光譜對微塑料中的化學成分和添加劑比較敏感，可能會干擾聚合物類型的判斷。研究人員認為拉曼光譜和紅外光譜可以在功能上進行互補。

4 微塑料的毒性效應

4.1 微塑料的直接毒性效應

微塑料大小、顏色、形狀等類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動物、雙殼類、魚類、底棲無脊椎動物甚至大型海洋哺乳動物等誤食。微塑料本身具有棱角，進入生物體內也會造成生物內臟的不同程度損傷。此外，微塑料經食物通道進入生物體內無法排出體外，引起假的飽腹感，導致營養攝入不足，或者引起食道堵塞，生理功能受損甚至死亡。且塑料是一種難降解高分子有機污染物，且含有鹵素等復雜基團，對生物體存在潛在的生理危害。早在1972年，已有科學家的研究表明，幼魚和成魚體內存在微塑料粒子[10]。Boerger等人[11]對北太平洋環流食浮游生物的中層魚類解剖發現，微塑料已占魚類胃含物的35%。一些實驗室研究同樣也證實了多種海洋動物對微塑料表現出主動攝食行為[12]。

4.2 微塑料的降解產物

如上文所述，進入到環境中的塑料廢棄物大多是商業成品，其中添加了很多助劑如塑化劑、熒光劑、潤滑劑、催化劑、納米粒子等，這些助劑盡管含量很低、但易在塑料的降解過程中釋放到海洋中。這些助劑能夠滲透進入到海洋生物的細胞膜內，干擾新陳代謝，誘導出毒性效應。

4.3 微塑料作為載體產生的聯合毒性

微塑料及其富集的多種污染物往往會產生聯合毒性，進一步加深了對海洋生物的危害。Browne等人[13]用吸附了污染物和添加劑的塑料與沙子混合，將蠕蟲暴露于其中，結果發現，微塑料被蠕蟲攝入體內后，微塑料和添加劑在在腸道體壁累積。Avio等人[14]將紫貽貝吸附芘的微塑料水體中，微塑料進入其體內被轉移到血淋巴、鰓和消化道中，并在這些組織中累積。此外，微塑料還是其他微生物的載體。當一些致病菌、病毒等吸附在其表面，進而形成復雜的群落結構后，往往對海洋生態系統產生一定威脅。

5 總結與展望

由于近年來塑料的大量使用，微塑料污染問題日益嚴重，目前已發展成一個全球性環境問題。微塑料在環境中積累，不僅影響了海陸生態系統的健康和可持續發展，最終還會進入食物鏈，危及人類生命健康。要解決這個問題還需從以下兩點入手：

1、微塑料本身的特性及其在環境中的遷移轉化途徑。這一研究有助于了解其可能產生的危害及作用機理及存在的風險，包括對生態環境和對人類身體健康的潛在威脅。

2、微塑料的治理與控制。一是從源頭上控制微塑料的產生和排入環境中。這需要廣大公民增強環保意識，減少使用塑料制品;生產企業改善改進塑料生產方法，減少微塑料的產生，或采用新型可降解塑料或其他材料代替傳統塑料;國家制定有關法律法規監管與控制塑料的使用。事實上，我國早在2007年就下達了“限塑令”，雖然在一定程度上緩解了塑料污染形勢，但仍未能徹底的解決塑料污染問題。二是污染后的治理，尤其在飲用水和污水處理的環節中，要對微塑料進行監測，并采用高效又經濟的方式處理微塑料污染。

參考文獻：

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