微塑料污染研究20年，我們學(xué)到了什么？

20年前，“微塑料”一詞第一次在出版物中現(xiàn)身；20年后的現(xiàn)在，我們在本文中回顧人類對微塑料認(rèn)識的發(fā)展歷程，進(jìn)一步明確微塑料的定義，并思考微塑料防治的前景。

微塑料的來源多種多樣，包括輪胎、紡織品、化妝品、油漆和各種大型物件的碎片。微塑料廣泛分布在整個自然環(huán)境中，并且有證據(jù)表明它對各種層面的生物組織都有危害。微塑料普遍存在于食品和飲料中，并在人體的各個部位中都有發(fā)現(xiàn)，且其產(chǎn)生負(fù)面影響的證據(jù)不斷涌現(xiàn)。據(jù)預(yù)測，到2040年，微塑料導(dǎo)致的環(huán)境污染可能會翻一番，并且會造成更大范圍的危害。公眾對微塑料的憂慮與日俱增，國際談判正在考慮采取各種措施來解決微塑料污染問題。我們現(xiàn)在需要的是證明潛在解決方案的確有效的清晰證據(jù)，從而解決微塑料問題，并盡可能減少產(chǎn)生意外后果的風(fēng)險(xiǎn)。

微塑料研究的起源及微塑料的定義

報(bào)告環(huán)境中存在大量塑料碎片的文章最早可以追溯到20世紀(jì)60年代。在20世紀(jì)70年代，以海洋浮游生物和漂浮生物群落為對象的采樣結(jié)果顯示，在大西洋東部的北海、薩爾加索海、大西洋西北部等地的拖網(wǎng)中存在小塑料碎片和纖維。微塑料一詞在2004年的一篇論文中首次現(xiàn)身，用于指稱塑料碎片產(chǎn)生的微小顆粒（直徑約20微米）。如今，我們把這篇論文看作微塑料研究領(lǐng)域的開端。這篇論文的主要結(jié)論是，包括丙烯酸、聚胺（尼龍）、聚丙烯、聚酯、聚乙烯和聚苯乙烯在內(nèi)的各種常見塑料小碎片，廣泛存在于英國附近的沿海環(huán)境中，而且，自20世紀(jì)60年代以來，這些塑料碎片在海洋中的濃度顯著增加。

現(xiàn)在普遍把微塑料定義為直徑小于等于5毫米的固體塑料顆粒，由高分子聚合物和功能性添加劑以及其他或有意或無意添加的化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成。微塑料的尺寸定義沒有遵循國際單位制，它起源于美國國家大氣和海洋局（NOAA）主持的早期政策會議。這個會議提出了5毫米的微塑料尺寸上限，因?yàn)橛凶C據(jù)表明，生物體能輕易攝入的顆粒尺寸上限就是5毫米，并且人們愈發(fā)擔(dān)心微塑料還會進(jìn)一步提高那些已知有害的更大物件造成更嚴(yán)重危害的風(fēng)險(xiǎn)。隨后，歐盟在其《海洋戰(zhàn)略框架指令》（MSFD）中采納了這個5毫米的微塑料尺寸上限。至于微塑料的尺寸下限，在大多數(shù)研究中通常受到研究方法的限制，即從技術(shù)能力而言，指的是我們能從復(fù)雜的環(huán)境混合物中分離并識別出的顆粒最小尺寸。在1微米尺寸之下，我們就進(jìn)入了納米尺度，雖然幾乎可以肯定環(huán)境中已經(jīng)積聚了大量納米尺寸的塑料顆粒，但對現(xiàn)在的技術(shù)手段來說，它們實(shí)在是太小，人類無法從環(huán)境樣品中識別出這樣的個體。

我們現(xiàn)在還根據(jù)微塑料的源頭描述了其子類別，并且使用了“原生”和“次生”微塑料等術(shù)語，但就目前的情況而言，大家對這些術(shù)語的使用并不一致。這在因磨損而產(chǎn)生的顆粒和纖維上體現(xiàn)得尤為明顯，有多篇論文認(rèn)為這些是原生微塑料，剩下的則認(rèn)為它們是次生微塑料。為了最大程度減少新立法中潛在的模糊性，我們提出了一個通用的定義方案（圖1）。這個方案整合了最近的幾大微塑料來源，進(jìn)而推演出三類原生微塑料（原件生產(chǎn)尺寸小于等于5毫米）和三類次生微塑料（原件生產(chǎn)尺寸大于5毫米），不論微塑料成因是使用過程中的磨損，還是廢物管理過程或環(huán)境本身。在政策文本中，還存在一些內(nèi)涵與原生微塑料和次生微塑料相近的術(shù)語。例如，《聯(lián)合國塑料污染條約》中使用了“有意添加的微塑料”和“無意”釋放或降解產(chǎn)生的微塑料等說法（圖1）。

微塑料的來源、運(yùn)輸、分布和環(huán)境濃度

在過去的20年里，有數(shù)百篇論文的研究對象為微塑料的環(huán)境積累，具體來說，涉及的環(huán)境包括海岸線、深海、水柱和海冰，以及各種生物類群的生物（從食物鏈頂部的無脊椎動物到頂端的捕食者）。最近，我們甚至在江河、湖泊、溪流、土壤、珠穆朗瑪峰峰頂附近區(qū)域，乃至大氣層中都發(fā)現(xiàn)了微塑料。總之，現(xiàn)在已經(jīng)很清楚，微塑料污染了全球范圍內(nèi)的多種環(huán)境（圖2C）。最早的相關(guān)研究確定了微塑料的幾個關(guān)鍵來源，包括紡織纖維（圖1D）、化妝清潔產(chǎn)品（圖1B）、預(yù)生產(chǎn)塑料顆粒的溢出物（基于尺寸上限5毫米的微塑料定義）和較大物品的碎片，油漆、輪胎磨損（圖1C）、建筑和預(yù)生產(chǎn)工業(yè)制品等來源也已囊括在內(nèi)。環(huán)境中較大物品的碎裂似乎是最大的微塑料來源，但其實(shí)所有來源背后的驅(qū)動因素都是人類活動。最近這些年涌現(xiàn)的新微塑料來源包括農(nóng)業(yè)中使用的塑料包衣肥料和覆蓋膜、海事部門使用的繩索和漁網(wǎng)的降解、機(jī)械回收和體育場地的填充物。

在使用期間，塑料制品的耐用性是一個重要標(biāo)準(zhǔn)，但在使用壽命結(jié)束后，塑料的抗降解性就成了它在廢料流和環(huán)境中積聚的原因。物理降解和生物降解都受塑料材質(zhì)及其接收環(huán)境影響；如果塑料制品暴露于紫外光、高熱、高濕和有氧環(huán)境中，其化學(xué)變質(zhì)速度普遍會加快，若再加上風(fēng)或波浪等因素，就能導(dǎo)致塑料制品碎裂。然而，在塑料制品發(fā)生礦化作用之前，它的分子量需要大幅降低。我們目前還不知道宏觀塑料碎裂成微塑料的速度，不知道微塑料碎裂成納米塑料的程度，也不知道塑料礦化所需的時間。更深入了解這些轉(zhuǎn)化速度對于評估微塑料風(fēng)險(xiǎn)而言極為重要。然而，與塑料在環(huán)境中積聚的速度相比，其礦化速度似乎微不足道。因此，有觀點(diǎn)認(rèn)為，除了已焚毀的材料外，人類生產(chǎn)的所有傳統(tǒng)塑料仍然以某種形式存在于地球上，因?yàn)樗鼈儗?shí)在太大而無法生物降解。制造具有更高降解率的塑料是這個問題的一種潛在解決方案。然而，一直以來，始終有觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)這類塑料的不完全降解是微塑料的進(jìn)一步潛在來源。最近，一個專家組詳細(xì)評審后得出的結(jié)論是，雖然可生物降解塑料可以在非常具體的應(yīng)用中帶來好處——比如在農(nóng)業(yè)或漁業(yè)中，或是在閉環(huán)系統(tǒng)中——但它們不可能成為垃圾問題或廢物管理流泄漏問題的解決方案，并且，如果可生物降解塑料最終進(jìn)入回收廢物流，還會帶來額外的風(fēng)險(xiǎn)。

最近的幾項(xiàng)研究估算了各種微塑料來源對海洋環(huán)境的相對影響（圖2A和圖2B），其中包括北歐國家的研究和世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）2020年的全球評估結(jié)果。這項(xiàng)評估估計(jì)，全球每年進(jìn)入海洋的微塑料總量在80萬至300萬噸之間。雖然尚未得出宏觀塑料的碎片化率，但我們還是把這類塑料每年進(jìn)入海洋的數(shù)量（約760萬噸，圖2B）作為指標(biāo)，強(qiáng)調(diào)宏觀塑料是海洋環(huán)境微塑料的重要來源。此外，最近的一份報(bào)告表明，每年進(jìn)入陸地環(huán)境的微塑料數(shù)量（1000萬噸至4000萬噸）可能是進(jìn)入海洋環(huán)境的3～ 10倍。隨著我們越發(fā)了解微塑料的潛在來源，實(shí)際觀察到的數(shù)據(jù)與理論預(yù)測結(jié)果之間出現(xiàn)了明顯差異：進(jìn)入環(huán)境的塑料數(shù)量似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐馔平Y(jié)果。一篇主題為“消失的塑料”的文章強(qiáng)調(diào)了這種差異。最近的研究主要通過兩種方式解決這個問題：一是量化以前被忽視地點(diǎn)的微塑料（如懸浮在水柱中的微塑料）；二是深入調(diào)查以更小尺寸碎片（大于等于10微米）形式存在（因而更難發(fā)現(xiàn)）的微塑料數(shù)量。

微塑料進(jìn)入環(huán)境的方式包括：1.直接釋放到空氣中，例如紡織品中的纖維、輪胎磨損產(chǎn)生的灰塵；2.順著道路和污水系統(tǒng)排放到水體中，接著直接進(jìn)入農(nóng)業(yè)土壤，例如沾染了塑料的污水污泥；3.環(huán)境中的塑料碎片引發(fā)的間接來源。微塑料一旦進(jìn)入環(huán)境，就會迅速遠(yuǎn)離其進(jìn)入點(diǎn)（圖2C），因而不受國界的限制，這凸顯了在全球?qū)用娌扇⌒袆拥闹匾浴Ｎ覀冋J(rèn)為，河流是將內(nèi)陸微塑料源頭同海洋環(huán)境連接在一起的主要途徑。風(fēng)可以更加精細(xì)地重新分配空氣中的微塑料。這可能是偏遠(yuǎn)地區(qū)微塑料積聚的主要途徑，但我們目前還未充分了解其重要性。在水體環(huán)境中，微塑料顆粒通過水流實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸、沉積、再懸浮，整個過程與天然顆粒并無不同。因此，與能溶解的污染物（因分散在水中而稀釋）不同，微塑料顆粒有可能積聚在低能量位置，包括相對偏遠(yuǎn)的地區(qū)，比如深海或北極。雖然我們可以通過對天然顆粒的研究來了解微塑料的運(yùn)輸，但與天然顆粒相比，微塑料形狀、大小和密度多樣性高得多，結(jié)果就是難以將研究天然顆粒得到的結(jié)論應(yīng)用于微塑料顆粒之上。

隨著我們逐漸確定了環(huán)境微塑料污染的新來源、新途徑和新熱點(diǎn)區(qū)域，越發(fā)有必要強(qiáng)調(diào)，雖然每項(xiàng)新研究都會影響各種微塑料來源的占比，進(jìn)而影響其“相對”重要性，但環(huán)境中微塑料的“絕對”數(shù)量只會增加。例如，輪胎磨損產(chǎn)生的微塑料顆粒對環(huán)境中微塑料總量的重要性在2015年左右才出現(xiàn)，但這并沒有減少其他來源（如織物纖維等當(dāng)時已經(jīng)記錄得較為充分的來源）的數(shù)量豐度。考慮到微塑料來源極廣、途徑多樣且環(huán)境分布廣泛，從源頭上解決微塑料問題勢在必行。預(yù)測模型表明，如果現(xiàn)狀沒有改變，到2040年，微塑料泄漏到環(huán)境中的數(shù)量可能會增加1.5至2.5倍，這凸顯了從源頭治理微塑料污染的緊迫性。即便我們現(xiàn)在可以立刻停止新塑料的排放，但由于大型塑料制品已經(jīng)存在且它們會不斷碎片化，微塑料進(jìn)入環(huán)境的數(shù)量在可預(yù)見的未來仍將繼續(xù)增加。大方向是明確的：微塑料的環(huán)境濃度、生物群和人類暴露在微塑料環(huán)境中的程度必然會上升。

微塑料的生態(tài)影響和風(fēng)險(xiǎn)

我們認(rèn)識無脊椎濾食性動物、食底泥動物、食腐動物以及鳥類和魚類的微塑料生物利用度已經(jīng)有一段時間了。微塑料生物利用度很重要，因?yàn)樗芰暇哂形健⑦\(yùn)輸、釋放化學(xué)物質(zhì)的潛力，同時這種顆粒本身還具有潛在毒性。已有諸多關(guān)于自然生物種群攝入微塑料以及微塑料可能沿食物鏈轉(zhuǎn)移（圖3）的報(bào)告，這些都是微塑料在多個生態(tài)系統(tǒng)中積聚的證據(jù)。微塑料類型和生物攝入量之間的關(guān)系是多方面的。隨著塑料碎片越變越小，它們極大的絕對數(shù)量導(dǎo)致微塑料對各種生物（從食物鏈底部的無脊椎動物到頂端的捕食者）的可利用度上升（圖3），其中必然會有一些生物誤將這些顆粒當(dāng)作食物。微塑料在大小、形狀、顏色和化學(xué)成分上的多樣性，以及在微生物表面上的定植現(xiàn)象，會影響它的生物利用度以及潛在的不利影響。

我們已經(jīng)在至少1300種水生和陸生物種中檢測到微塑料，其中包括魚類、哺乳動物、鳥類和昆蟲（圖3）。微塑料對各個層面上的生物組織（從亞細(xì)胞水平到整個食物網(wǎng)的穩(wěn)定性）都有很明顯的影響。攝入微塑料可導(dǎo)致物理傷害，如食物稀釋、胃腸道阻塞或內(nèi)部磨損；還會導(dǎo)致化學(xué)傷害，因?yàn)槲⑺芰媳砻鏁B出有毒添加劑或吸附的污染物，其中包括會干擾內(nèi)分泌的化學(xué)物質(zhì)。人體吸收最小顆粒的微塑料可能導(dǎo)致染色體易位。我們認(rèn)為，在這個過程中，微塑料表面積是衡量其危害大小的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。微塑料對各類生物體的具體影響差異很大，當(dāng)然也與生物體攝入微塑料的類型和數(shù)量有關(guān)，但實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，微塑料會影響與生態(tài)直接相關(guān)的諸多現(xiàn)象，包括生物生長減緩、生存困難和繁殖減少。顆粒和化學(xué)物質(zhì)在自然條件下是否會產(chǎn)生影響很大程度上取決于環(huán)境，但微塑料在相關(guān)環(huán)境濃度下的影響已經(jīng)得到證實(shí)。

認(rèn)識微塑料對環(huán)境的影響已成為一個相當(dāng)緊迫的問題，我們越發(fā)需要在風(fēng)險(xiǎn)評估中量化其影響。由于化學(xué)成分變化、使用時間增加和環(huán)境風(fēng)化影響，微塑料具有復(fù)雜、異質(zhì)的特點(diǎn)，因此，科學(xué)界在制定微塑料測試和評估策略方面面臨著巨大挑戰(zhàn)。在相對高濃度下測試單分散塑料的初步實(shí)驗(yàn)室研究提供了認(rèn)識微塑料及其污染環(huán)境機(jī)制的有價(jià)值結(jié)論。在評估微塑料風(fēng)險(xiǎn)時，我們重點(diǎn)考慮了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境條件之間的差異，例如某些聚合物和物種在這兩類環(huán)境中可能存在過度代表的問題，同時還強(qiáng)調(diào)了在真實(shí)環(huán)境濃度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的重要性。研究人員現(xiàn)在越來越強(qiáng)調(diào)詳細(xì)的微塑料顆粒特征以及相關(guān)控制，同時也考慮顆粒大小和化學(xué)成分方面的環(huán)境相關(guān)性。這類需求推動了微塑料顆粒定義的發(fā)展（圖1）并促使我們認(rèn)識到微塑料環(huán)境轉(zhuǎn)變的重要性。盡管取得了一些進(jìn)展，但在數(shù)據(jù)可比性和我們對微塑料效應(yīng)背后機(jī)制的理解方面仍然存在難點(diǎn)。另外，我們研究的微塑料類型和物種之間存在明顯的不平衡現(xiàn)象，例如：最常把蚯蚓用在陸地測試上，所有微塑料毒性評估中有62%針對的是聚苯乙烯或聚乙烯顆粒。

2020年引入了一種新的定量工具來評估微塑料研究的有效性，并揭示了與監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)的重大差異。此外，學(xué)界還發(fā)布了指導(dǎo)方針，以提高微塑料研究的可對比性和可重復(fù)性。這些進(jìn)展標(biāo)志著我們朝著解決微塑料污染這個復(fù)雜問題邁出了一步，同時凸顯了全面且符合實(shí)際的測試方法的重要性，只有借助這類方法，我們才能更好地了解并減輕微塑料對環(huán)境的影響。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)布了針對淡水、海水、沉積物和土壤的質(zhì)量保證/質(zhì)量控制（QA/QC）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估框架，其中一些已在監(jiān)管背景下使用。與旨在盡可能減少研究中可能存在固有偏差的QA/QC評估工具一起使用，這些可靠的框架能夠量化風(fēng)險(xiǎn)措施的作用。應(yīng)用這些框架的研究證實(shí)，在微塑料“熱點(diǎn)”位置已經(jīng)檢測到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。隨著微塑料顆粒數(shù)量的上升，這類風(fēng)險(xiǎn)將變得更加普遍；相關(guān)模型預(yù)測，如果微塑料對自然環(huán)境的污染繼續(xù)以目前的速度發(fā)展，未來100年內(nèi)就可能會出現(xiàn)大規(guī)模的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

目前，我們對微塑料的了解仍然存在多個關(guān)鍵空白，例如，尚不清楚環(huán)境中納米塑料的濃度是多少，也不清楚我們應(yīng)該如何測量和測試它們，因此當(dāng)然也不清楚它們對生物個體和群落的行為和影響。自然界中微塑料和納米塑料的形成速度也同樣不清楚，但相關(guān)數(shù)據(jù)對于我們來說具有相當(dāng)重要的意義。最后，我們強(qiáng)調(diào)，如果在微塑料風(fēng)險(xiǎn)評估一事上，理論知識和觀測數(shù)據(jù)之間仍然存在差異，政策行動也不應(yīng)停滯，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)有證據(jù)的基礎(chǔ)上，通過采用預(yù)防原則來證明其合理性。

認(rèn)識微塑料對人類健康的風(fēng)險(xiǎn)

微塑料無處不在，在我們喝的水、呼吸的空氣和吃的食物中都有發(fā)現(xiàn)，包括海鮮、食鹽、蜂蜜、糖以及啤酒和茶等飲料。在某些情況下，食物微塑料污染是自然發(fā)生的。然而，加工、包裝和相關(guān)處理會進(jìn)一步加重微塑料污染。各類相關(guān)報(bào)告中的微塑料濃度差異很大，直接影響到全球人類個體暴露在微塑料中的程度。量化方法也各不相同，因而只在評估中引入不確定性。此外，有關(guān)陸生動物產(chǎn)品、谷物、雜糧、水果、蔬菜、部分飲料、香料、調(diào)味品、嬰兒食品、食用油和脂質(zhì)中微塑料情況的數(shù)據(jù)有限。雖然現(xiàn)在可以肯定，人類也會像其他生物那樣接觸微塑料——這點(diǎn)或許沒有什么好驚訝的——但在某些情況下，我們嚴(yán)重高估了接觸微塑料的數(shù)量，例如每周攝入一張信用卡的重量。

在過去幾年中，有很多關(guān)于微塑料在各種人體組織、器官和體液中的報(bào)道。另外，我們在人體血液、胎盤、肝臟和腎臟中都檢測到了微塑料，這表明微塑料有能力在人體中穿行。微塑料也通過糞便、尿液和呼吸從體內(nèi)排出。人體清除微塑料的效率因粒子特性和個體狀況、行為而變化，例如：與不吸煙者相比，吸煙者肺部的微塑料濃度更高。通過動物研究——特別是對嚙齒動物的研究——我們已經(jīng)初步了解了微塑料是如何在體內(nèi)運(yùn)輸?shù)模约八鼈兊睦鄯e和消除過程。從體外到體內(nèi)的定量外推法（QIVIVE）和藥物代謝動力學(xué)（PBK）模型有助于我們了解人體是怎么吸收、轉(zhuǎn)移、代謝、排泄微塑料的。要想將實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為對微塑料影響人類健康風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測，這些知識至關(guān)重要。這些方法也可能受到了最近關(guān)于微塑料與各種疾病（包括心血管疾病在內(nèi)）之間可能存在關(guān)聯(lián)的報(bào)告的影響。

微塑料的毒理學(xué)評估包括量化人體暴露在微塑料環(huán)境中的程度以及評估潛在的健康影響。微塑料的毒理學(xué)相關(guān)劑量指標(biāo)（TRMs）就是為了做到這點(diǎn)而提出的。這些指標(biāo)考慮了微塑料的濃度、大小、形狀，聚合物特性和塑料相關(guān)化學(xué)品的組成。對微塑料來說，重要的TRMs是顆粒體積、表面積或比表面積，這些因素都會影響微生物與生物系統(tǒng)的相互作用。而且，我們已經(jīng)證明，顆粒的大小和形狀會影響微塑料在人體內(nèi)的生物利用度和生物可接觸性。

流行病學(xué)效應(yīng)評估需要評估各種生物反應(yīng)，如炎癥、氧化應(yīng)激、免疫反應(yīng)和遺傳毒性。這些反應(yīng)受微塑料的生理-化學(xué)特性影響，通常取決于計(jì)量，納米塑料或微塑料對人體細(xì)胞或組織的影響已經(jīng)在體外得到證實(shí)。然而，這些實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)通常使用相對高濃度的顆粒，它們的數(shù)量和類型可能與人類目前實(shí)際經(jīng)常接觸的不太一樣。因此，很難將實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化為體內(nèi)效應(yīng)，特別是長期慢性接觸的結(jié)果——而這可能是最符合人體接觸微塑料場景的。另一個挑戰(zhàn)在于“生物日冕”的復(fù)雜性和可變性。所謂“生物日冕”，指的是一層蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或多糖這樣的分子，它們會在微塑料與生物流體接觸時黏附在微塑料表面。生物日冕可能包含毒素或抗原，并可能極大地改變微塑料顆粒的物理和化學(xué)性質(zhì)，包括它們的有效尺寸、電荷、疏水性，以及由此產(chǎn)生的生物相互作用。

目前，我們對人類接觸微塑料進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估的能力有限，因?yàn)檫@類評估是碎片化的、不完整的。不過，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了可以相對完整地評估風(fēng)險(xiǎn)的工具、框架和策略，并且，我們也在努力獲取必要的人體接觸微塑料的數(shù)據(jù)和相關(guān)影響信息。因此，我們預(yù)計(jì)在未來5到10年中，各種微塑料對人類健康的具體影響將更加明確。與此同時，有明確的證據(jù)表明，公眾越來越關(guān)注微塑料的潛在影響以及它對更廣泛的人類健康和社會正義的影響。因?yàn)槲⑺芰想y以徹底降解而且一旦進(jìn)入環(huán)境就幾乎不可能清除，所以我們應(yīng)該不斷提高對預(yù)防措施的重視程度。

方法論進(jìn)展

我們在不斷深入了解微塑料分類、濃度和影響的同時，探測微塑料方面也取得了進(jìn)展。最早，我們從沉積物中分離微塑料的方法是使用氯化鈉或氯化鋅溶液基于密度完成分離。我們應(yīng)用酸堿消化法從富含有機(jī)物的基質(zhì)（包括生物群和污水污泥）中分離微塑料，此外還有最近發(fā)展的不那么激進(jìn)的酶促方法和芬頓試劑。同時，我們還意識到在收集和處理樣品過程中可能會造成潛在的污染或數(shù)據(jù)偏差，這促使我們采取質(zhì)量控制和保證措施。要想得到可靠的風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果，這些措施至關(guān)重要。例如，早期的海水取樣使用333微米網(wǎng)，但最近使用更小孔徑取樣網(wǎng)后，過濾發(fā)現(xiàn)的微塑料比最初估計(jì)的要多得多，甚至發(fā)現(xiàn)了納米塑料。根據(jù)現(xiàn)在的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)分析的微塑料顆粒越小，量化結(jié)果就可以越準(zhǔn)確。例如，最近的研究表明，5千克滌綸衣物可以釋放多達(dá)600萬根微纖維（纖維直徑大于等于5微米），大約是使用25微米過濾網(wǎng)得到的估計(jì)結(jié)果的10倍。

長期以來，我們一直使用傅里葉變換紅外（FTIR）光譜鑒定聚合物，最近開始使用拉曼光譜，并且已經(jīng)開放了光譜庫和軟件，以便處理數(shù)據(jù)。然而，F(xiàn)TIR并非沒有局限性，因?yàn)樗芰辖到夂蠊庾V敏銳度會降低，而且難以分辨小顆粒（直徑小于20微米）和黑色顆粒。最近，熱解-氣相色譜-質(zhì)譜（Py-GC-MS）法已經(jīng)大大提高了我們探測輪胎磨損產(chǎn)生的微塑料顆粒的能力，這類顆粒由于尺寸小且顏色深而無法通過光譜識別。Py-GC-MS通過質(zhì)量做量化，并且適用于對于光譜方法來說尺寸太小的顆粒，比如人體內(nèi)的微塑料顆粒、血液中的微塑料顆粒和納米塑料。然而，這種方法不能提供數(shù)值豐度、微塑料顆粒大小或形狀等信息，但這些因素都可能影響毒理學(xué)效應(yīng)。為了使用Py-GC-MS，我們開發(fā)了與一系列聚合物（包括生物基塑料和可生物降解塑料）相關(guān)的化學(xué)標(biāo)記物。與任何“標(biāo)記物”一樣，使用這些標(biāo)記物得到的結(jié)果表征的是目前的存量。另外，與直接計(jì)數(shù)不同，應(yīng)用這種方法得到的結(jié)果會受到標(biāo)記物其他來源的影響。除了提升實(shí)驗(yàn)室檢測環(huán)境樣品的能力，使用帶有熒光、摻雜金屬和帶有射電標(biāo)簽的顆粒，也能提高我們對植物和動物在環(huán)境相關(guān)劑量下吸收微塑料的認(rèn)識。

近年來，這種多樣化的方法極大地推動了微塑料探測領(lǐng)域的發(fā)展，越來越多的人呼吁將相關(guān)方法和數(shù)量單位標(biāo)準(zhǔn)化，以促進(jìn)比較研究。雖然這顯然很重要，但每種方法都有其局限性，而且具體采用哪種研究方法應(yīng)該以具體的科學(xué)問題為指導(dǎo)。Py-GC-MS等新方法可以幫助我們更詳細(xì)地了解微塑料顆粒和相關(guān)化學(xué)物質(zhì)的來龍去脈、行為和影響，但這些方法既昂貴又耗時。而環(huán)境監(jiān)測需要的是快速高通量方法。目前，在微塑料取樣和描述事宜上還沒有形成通用方法，因而我們必須注意選用的方法要與問題的目標(biāo)保持一致，并意識到所選方法可能存在的局限性。目前，我們迫切需要根據(jù)微塑料具體類型、來源及危害協(xié)調(diào)各種監(jiān)測方法，并評估所有可選干預(yù)措施的有效性。

作為微塑料污染成因和解決方案的人類決策和行動

以微塑料的來源、生態(tài)影響、人類健康影響為主題的科學(xué)出版物概述了目前關(guān)于微塑料污染的證據(jù)，但通常不會分析這些證據(jù)的傳播和接受情況，也不會分析驅(qū)動我們使用塑料的更廣泛社會因素。微塑料污染實(shí)際上是人類決策和行動的結(jié)果，了解這些社會動態(tài)是設(shè)計(jì)有效解決方案的關(guān)鍵。社會詮釋會過濾科學(xué)證據(jù)，政府和行業(yè)的決策者對公眾的看法及其對選票、聲譽(yù)和形象的影響很敏感。人文科學(xué)、社會科學(xué)和行為科學(xué)可以在這方面作出重要貢獻(xiàn)。

首先，為什么塑料材料和塑料制品會變得如此成功？19世紀(jì)，化學(xué)家開發(fā)出塑料制品，20世紀(jì)30年代的作家推測，這些新材料甚至可能減少全球沖突。20世紀(jì)50年代，大量輕質(zhì)耐用消費(fèi)品進(jìn)入市場，塑料這種材料在商業(yè)上取得了極大的成功。隨之而來的文化評論在很大程度上都是積極的，正如電影《畢業(yè)生》（The Graduate，1967）所說，如今，塑料在日常生活中無處不在，從日用品、衣服到醫(yī)療保健技術(shù)。我們生產(chǎn)、使用、處置塑料的過程給環(huán)境和社會造成了巨大的外部間接成本。然而，塑料的成功是生產(chǎn)者和消費(fèi)者的需求和利益融合驅(qū)動的結(jié)果，這種材料確實(shí)造價(jià)低廉、使用方便。

與此同時，社會對微塑料的擔(dān)憂情緒也在上升。雖然公眾的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知只是對“客觀”風(fēng)險(xiǎn)信息的響應(yīng)，但同時也整合了更多主觀的心理和社會因素，如公平、價(jià)值觀、情感和社會規(guī)范。最近，在澳大利亞和美國，公眾對海洋中塑料的關(guān)注程度甚至都高于對氣候變化的關(guān)注程度。歐洲人和澳大利亞人認(rèn)為塑料污染是對人類健康最大的海洋威脅，其次才是化學(xué)/石油污染。一項(xiàng)涉及28個歐洲國家的調(diào)查顯示，88%的受訪者表達(dá)了對微塑料影響環(huán)境的擔(dān)憂。至于微塑料對人體健康的影響，目前公眾的擔(dān)憂程度還沒有超過微塑料對環(huán)境的影響，但擔(dān)憂情緒同樣也在迅速上升。自2023年以來，德國消費(fèi)者已將食品中的微塑料列為他們最關(guān)心的健康問題。人類健康和食品風(fēng)險(xiǎn)是特別敏感的社會話題，一些研究的參與者現(xiàn)在表達(dá)了對微塑料與特定人類疾病（如癌癥）相關(guān)的擔(dān)憂。這種擔(dān)憂可能會推動公眾要求政府采取行動，近期已有調(diào)查顯示公眾強(qiáng)烈支持針對塑料污染的政策措施。總體而言，公眾輿論數(shù)據(jù)表明了對微塑料污染的關(guān)注和采取行動的愿望。

那么，我們應(yīng)該優(yōu)先考慮哪些行動？與所有“邪惡”問題一樣，要想解決微塑料污染問題，單方面的行動是不夠的，需要各個群體達(dá)成共識并共同努力。迄今為止，許多行動都集中在微塑料污染鏈下游，是末端解決方案，但越來越多的人認(rèn)識到，治理微塑料污染需要整治上游和整個系統(tǒng)生命周期的方法，包括減少生產(chǎn)、循環(huán)利用等。上游整治措施需要社會實(shí)踐層面的重大改變，并取決于產(chǎn)業(yè)界、勞動力和消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)可行性及社會接受度。公民個人和社區(qū)現(xiàn)在正在呼吁采取法律行動，通過訴訟來實(shí)現(xiàn)變革。最后，已有研究開始系統(tǒng)評估行為干預(yù)的有效性。

一方面，公眾和媒體現(xiàn)在相當(dāng)關(guān)注微塑料治理問題；另一方面，涉及微塑料的科學(xué)證據(jù)仍然存在一些差異和不確定性。在這樣的背景下，我們要如何引導(dǎo)決策并就具體行動方案達(dá)成共識？預(yù)防原則的宗旨就是在存在危害預(yù)警的情況下預(yù)防危害，特別是考慮到已有證據(jù)表明我們在技術(shù)、材料或物質(zhì)創(chuàng)新時可能無法預(yù)測長期風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)防原則還包括公眾參與“關(guān)于嚴(yán)重危害及其規(guī)避手段的決策，以及風(fēng)險(xiǎn)分析過程的所有階段”。為了讓公民公平、有效地參與其中，我們需要了解個人、社區(qū)和社會層面上驅(qū)動風(fēng)險(xiǎn)感知和支持措施的因素。我們認(rèn)為，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯坎粌H是獲取微塑料危害和風(fēng)險(xiǎn)證據(jù)的關(guān)鍵，也是獲得相關(guān)社會政治動態(tài)可靠證據(jù)的關(guān)鍵，其中包括風(fēng)險(xiǎn)溝通、評估社會和環(huán)境影響方面的干預(yù)措施。無須多言，這里應(yīng)用的方法學(xué)研究標(biāo)準(zhǔn)和自然科學(xué)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并無不同，包括數(shù)據(jù)擬合、抽樣和分析協(xié)議、相關(guān)性和因果分析以及為最大程度減少偏差而做的最佳實(shí)踐調(diào)查設(shè)計(jì)。

解決微塑料問題的監(jiān)管選項(xiàng)

一系列政策舉措在推動監(jiān)管需求方面發(fā)揮了重要作用。例如，為建立良好的海洋環(huán)境，歐盟的MSFD將微塑料作為一個需要測量的單獨(dú)類別。此外，《加州安全飲用水法》（SB-1422）要求測試飲用水中的微塑料并披露結(jié)果。最近，在全球范圍內(nèi)，聯(lián)合國起草的全球協(xié)議承認(rèn)微塑料是塑料污染的一個關(guān)鍵組成部分——其他關(guān)鍵組成部分是塑料材料、塑料產(chǎn)品以及塑料相關(guān)化學(xué)品。不過，真正的挑戰(zhàn)在于如何解決微塑料的諸多來源和擴(kuò)散途徑。

監(jiān)管、監(jiān)測直徑小于等于5毫米且目的在于添加到產(chǎn)品中的原生微塑料的生產(chǎn)過程（圖1）可能是一種相對簡單的方式。例如，歐洲經(jīng)濟(jì)區(qū)（擁有30個成員國）和至少14個國家禁止在化妝品中添加塑料微球。2023年，歐盟相關(guān)化學(xué)品法規(guī)還將這一禁令擴(kuò)大到全部有意添加微塑料的產(chǎn)品。全球協(xié)議草案認(rèn)為，原生微塑料“有問題但可避免”，未來可能會對“有意添加”到產(chǎn)品中的微塑料的生產(chǎn)、使用、銷售、分銷、進(jìn)口或出口實(shí)施全球禁令。原生微塑料污染的另一個主要上游來源是用于制造塑料制品的預(yù)生產(chǎn)顆粒、粉末和薄片在運(yùn)輸過程中的泄漏。在這方面，國際海事組織根據(jù)《國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》（IMDG）制定的運(yùn)輸規(guī)定和保險(xiǎn)公司要求的信息披露可能起到作用，但需要把對象擴(kuò)大至所有尺寸的預(yù)生產(chǎn)塑料材料，而不僅僅是那些直徑小于5毫米的。此外，一些利基產(chǎn)品，如塑料五彩紙屑或閃光粉，可能需要專門制定政策措施，因?yàn)樗鼈兪侵苯邮褂玫模皇怯幸馓砑拥搅硪粋€終端產(chǎn)品中。

次生微塑料的監(jiān)管則更為復(fù)雜。除針對氧化降解塑料（美國和歐盟已禁止使用，因?yàn)槲覀円呀?jīng)明確意識到這種塑料會分解為微塑料）的立法外，大多數(shù)法規(guī)針對的都是生成微塑料后的緩解措施。例如，法國（2020年）立法規(guī)定必須使用可以捕獲微纖維的洗衣機(jī)過濾器，以及可以捕獲微塑料的污水處理廠基礎(chǔ)設(shè)施。然而，如果沒有正確清洗過濾器，或者在污水處理過程中產(chǎn)生的含有微塑料的沉淀物隨后進(jìn)入土壤中作為營養(yǎng)物富集，那么這些干預(yù)措施就不太可能產(chǎn)生多大正面效益。

越來越多的證據(jù)表明，整治微塑料污染上游的途徑是最有效的。在這一點(diǎn)上，可以通過基于市場的工具鼓勵采取新的方法，例如強(qiáng)制性的設(shè)計(jì)和性能標(biāo)準(zhǔn)、基于微塑料釋放率的生態(tài)調(diào)節(jié)稅等。我們已經(jīng)看到，更好的紗線和紡織品設(shè)計(jì)可以大幅（80%）減少洗衣過程中以及服裝穿著期間的超細(xì)纖維釋放率。直接用于環(huán)境并且難以從環(huán)境中去除的產(chǎn)品也值得特別關(guān)注。例如，覆蓋膜可以保護(hù)農(nóng)作物，但紫外輻射以及其他因素會使它們加速分解成微塑料。此外，像拖網(wǎng)這樣的漁具在使用過程中也會產(chǎn)生微塑料，而且這些微塑料會直接釋放到環(huán)境中。這類農(nóng)用塑料是聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織全球自愿行為準(zhǔn)則的關(guān)注重點(diǎn)，該準(zhǔn)則目前正在修改中，預(yù)計(jì)于2024年年底通過。另外，我們還必須考慮到條約文本中“無意釋放”一詞的模糊性：這造成了一個潛在的漏洞，因?yàn)檩喬ズ屯暇W(wǎng)等產(chǎn)品在使用過程中必然會因磨損而釋放微塑料，我們應(yīng)當(dāng)將其劃分為“有意釋放”而非“無意釋放”。最近，我們開始重視廢物管理過程中產(chǎn)生的微塑料，例如回收處理廠產(chǎn)生的那些。按照全球協(xié)議草案，可以根據(jù)擬議的塑料生命周期內(nèi)排放措施解決在使用塑料產(chǎn)品或管理廢物流過程中因降解而產(chǎn)生的次生微塑料釋放問題（圖1）。一些國家建議，可將減少次生微塑料排放納入旨在解決產(chǎn)品安全性、耐用性、可重復(fù)使用性、可再填充性、可修復(fù)性和可翻新性等問題的設(shè)計(jì)、組成和性能措施。協(xié)議草案提議，確保產(chǎn)品安全的過程需要嚴(yán)格監(jiān)管塑料中使用的化學(xué)品和重點(diǎn)關(guān)注的聚合物，并且首先應(yīng)該評估與化學(xué)品和微塑料關(guān)聯(lián)緊密的“風(fēng)險(xiǎn)”產(chǎn)品。

要想解決環(huán)境中宏觀塑料分解產(chǎn)生的次生微塑料（圖1），最好的方式當(dāng)然是從根本上減少進(jìn)入環(huán)境的宏觀塑料數(shù)量，具體措施包括減少生產(chǎn)、改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、推廣非塑料替代品以及改進(jìn)廢物管理。在某些特定地區(qū)，徹底清理環(huán)境中的宏觀塑料應(yīng)該是有益的。可以把它作為一項(xiàng)長期戰(zhàn)略，最大程度減少宏觀塑料降解產(chǎn)生的微塑料。然而，也有證據(jù)表明，機(jī)械清理裝置可能會傷害海洋生物，凸顯了在正式采用具體措施之前在各種社會背景下獨(dú)立評估任何潛在干預(yù)措施的重要性。

以現(xiàn)有法令為基礎(chǔ)，從微塑料進(jìn)入環(huán)境的源頭和途徑的多樣性出發(fā)，有必要采取一系列考慮到地區(qū)差異、廢物管理基礎(chǔ)設(shè)施差異的措施。《全球塑料條約》要取得成功，關(guān)鍵在于降低塑料制品生產(chǎn)、消費(fèi)的基線和目標(biāo)，同時提高與塑料產(chǎn)品及其所含化學(xué)品的生命周期有關(guān)的安全性、耐用性和必要性標(biāo)準(zhǔn)。此外，我們還必須保證過渡措施公平、公正，比如與非正規(guī)部門拾荒者的生計(jì)有關(guān)的措施。我們認(rèn)為，要想獲取真實(shí)可靠的相關(guān)證據(jù)，需要專門設(shè)立一個不受利益沖突影響的《全球塑料條約》科學(xué)政策界面。

展望與證據(jù)需求

經(jīng)過二十多年專門針對微塑料的研究，有大量證據(jù)表明微塑料已在環(huán)境中大量積累；毒理學(xué)效應(yīng)已在生物組織的各個層面得到證實(shí)。有證據(jù)表明，微塑料對人類健康有潛在影響。同時，社會對微塑料的關(guān)注以及政策反應(yīng)也在上升。

未來，微塑料的環(huán)境濃度和生物利用度仍會上升。如果微塑料風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)的認(rèn)知和數(shù)據(jù)差距仍然存在，政策行動也無須等待，預(yù)防原則證明了其合理性，因此，我們現(xiàn)在就可以而且也應(yīng)該采取措施減少微塑料排放。禁止非必要塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用，更好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以及供應(yīng)鏈行為的相關(guān)變化，為我們解決微塑料問題提供了相當(dāng)大的希望。不過，如果在實(shí)施干預(yù)措施時沒有做恰當(dāng)?shù)脑u估，同時或是沒有考慮到相關(guān)的社會、技術(shù)、地緣背景，那么就有很高的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生意想不到的后果。在我們看來，科學(xué)在指導(dǎo)解決方案方面的作用與它在識別問題方面的作用一樣重要。聯(lián)合國《塑料污染條約》現(xiàn)在為國際行動奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。我們強(qiáng)調(diào)，雖然與宏觀塑料相關(guān)的措施至關(guān)重要，但僅靠這些措施不足以解決諸多微塑料來源，必須特別制定針對微塑料污染的法律條款。

資料來源 Science

本文作者理查德 · 湯普森（Richard Thompson）是英國普利茅斯大學(xué)海洋生物學(xué)教授，正是他在2004年率先提出“微塑料”一詞；維尼 · 庫蒂尼-瓊斯（Winnie Courtene-Jones）是英國普利茅斯大學(xué)海洋生物學(xué)學(xué)者；朱利安 · 布歇（Julien Boucher）是“地球行動”組織成員；薩賓 · 保羅（Sabine Pahl）是奧地利維也納大學(xué)學(xué)者；凱倫 · 羅本海默（Karen Raubenheimer）是澳大利亞伍倫貢大學(xué)學(xué)者；阿爾伯特 · 科爾曼斯（Albert Koelmans）是荷蘭瓦赫寧恩大學(xué)學(xué)者