海洋中微塑料的生態(tài)危害與控制對策

■文 / 孟范平

塑料是合成樹脂在一定的溫度和壓力下發(fā)生加聚或縮聚反應(yīng)而形成的一類高分子聚合物，包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二醇酯 （PET）、聚酰胺（PA）等。塑料制品因具有多功能性、耐久性、氣密性、防潮性、熱塑性以及成本低等優(yōu)點，在包裝、建筑施工、運輸、電氣和電子設(shè)備、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療設(shè)施、體育以及人們?nèi)粘Ｉ畹阮I(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。近半個多世紀以來，全球的塑料產(chǎn)量持續(xù)上升，20世紀50年代為170萬噸，2014年為2.99億噸，2016年達到3.35億噸。塑料制品的大量使用以及廢塑料的不當處置，導(dǎo)致其不斷進入海洋環(huán)境中，其數(shù)量占海洋垃圾的80%-85%。這些塑料不會徹底“消失”，它們在紫外線和較低溫度下分解成更小的碎片，即微塑料。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）將微塑料定義為粒徑小于5毫米的塑料顆粒，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可通過多種途徑進入海洋生物體內(nèi)，沿食物鏈傳遞并富集到較高水平，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響極大，因而成為全球最為關(guān)注的環(huán)境問題之一。

一、微塑料分類及其在海洋中的分布

（一）分類

微塑料按其來源可分為原生和次生兩類。原生微塑料大多來自工業(yè)生產(chǎn)和生活用品，這些材料中含有很多微米級或納米級的顆粒，可直接以細顆粒形式通過地表徑流、廢水處理廠或生活和工業(yè)排水系統(tǒng)排放到環(huán)境中。例如，人們?nèi)粘Ｊ褂玫钠つw護理品和化妝品（去角質(zhì)產(chǎn)品和洗面奶）、牙膏和洗滌液中，含有一種被稱為“塑料微珠”的細微塑料，由于其粒徑較小，使用后即隨著生活污水外排。英國環(huán)境審計委員會指出，每使用一次含有塑料微珠的洗漱產(chǎn)品，就會產(chǎn)生10萬個塑料微珠。合成纖維衣物中的纖維粒子在洗滌過程中脫落，因此，洗衣廢水中也含有大量的微塑料。同時，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)這些生活用品所排廢水中也含有一定數(shù)量的微塑料。目前，市政污水處理廠所采用的處理工藝主要是針對污水中氮、磷、化學(xué)需氧量等常規(guī)污染物的去除，并未就微塑料去除進行專門設(shè)計。有研究發(fā)現(xiàn)，上海市兩個大型污水處理廠進水中微塑料的濃度分別為226個/升和172個/升，出水中的微塑料去除率分別約為63%和60%，表明仍有相當多的微塑料隨出水直接或者經(jīng)河流進入海洋中。據(jù)估計，世界上每年生產(chǎn)的微塑料約有245噸，它們最終會進入水體中。另一方面，較大的塑料制品或塑料碎片進入環(huán)境后，在物理因素（如風(fēng)、浪、洋流造成的機械磨損）、化學(xué)因素（如太陽紫外線輻射造成的光降解）和生物因素（如細菌、真菌的生物降解）的共同作用下，其結(jié)構(gòu)完整性受到破壞，逐漸破碎成較小的碎片，形成大量的次生微塑料。在陽光充足的海灘上這種風(fēng)化作用尤為明顯。

（二）分布

現(xiàn)在全球海洋中，從海洋表面到海底乃至深海沉積物中均能發(fā)現(xiàn)微塑料的存在，其形狀有顆粒、纖維狀、薄膜、碎片等多種。在受人類活動影響較大的河口、海岸和近海海域，小至微米級大到毫米級的微塑料豐度均較高。即使是人跡罕至的地區(qū)（如北極和南極等）也不能免受微塑料的污染。例如，北冰洋的漂浮塑料總量估計在100-1200噸，且絕大部分為塑料碎片。

密度較低的微塑料主要漂浮在海面上。據(jù)估計，目前約有5.25萬億個塑料碎片漂浮在海洋中，重量為3.5萬-27萬噸。微塑料可隨洋流輸送并在環(huán)流區(qū)積聚。目前，全球海洋中已確定的塑料堆積區(qū)有5個，其中，2個位于大西洋 （北部和南部），2個位于太平洋（北部和南部），1個位于印度洋。北太平洋是目前開展微塑料研究最多的區(qū)域，其副熱帶環(huán)流區(qū)的微塑料密度最大值約為250毫克/立方米。

當微塑料的密度大于海水密度時，將下沉并混雜在沉積物中。微塑料表面在較短時間內(nèi)會附著大量微生物，所形成的生物膜會使其親水性增加和密度增大促進沉降。因此，海洋沉積物中往往存在著極高濃度的微塑料。在微塑料影響嚴重的海灘上，它們的重量可達到沉積物重量的3.3%。還有研究發(fā)現(xiàn)，海灘表層的微塑料占沉積物中微塑料總豐度的比例不足10%，而海灘下層沉積物的微塑料污染更為嚴重。

二、微塑料對海洋動植物的危害

微塑料幾乎對海洋中各類生物均會產(chǎn)生不利影響。掌握微塑料的海洋生態(tài)效應(yīng)，有助于正確認識這種新型污染物的環(huán)境風(fēng)險。

（一）海洋動物

微塑料被海洋動物攝入的程度與其類型、大小、形狀、密度等因素有關(guān)，其中，微塑料顆粒大小是最關(guān)鍵的影響因素。在攝食過程中，海洋動物（魚類、貝類、海鳥、哺乳動物等）無法分辨微塑料（粒徑小于5毫米）與水中食物（浮游植物個體大小5-50微米，浮游動物中橈足類個體小于3毫米）的差異，導(dǎo)致各種微塑料極易被誤食，并分布于胃、腸道、消化管、肌肉等組織和器官甚至淋巴系統(tǒng)中。例如，研究發(fā)現(xiàn)，從蘇格蘭的克萊德海（Clyde Sea）捕獲的挪威龍蝦有83%的個體含有微塑料，主要來自漁網(wǎng)纖維；英吉利海峽的10種魚體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)有吞食的微塑料碎片。軟體動物特別是雙殼類動物因其濾食性也容易攝入微塑料。歐洲的Po河口（意大利）、Tagus河口（葡萄牙）和Amposta-Ebro三角洲（西班牙）等海域采集的貽貝中均存在微塑料。從法國的布列塔尼市場和美國加利福尼亞當?shù)厥袌霁@得的太平洋牡蠣樣品平均每克分別含有0.47和0.6個微塑料顆粒。中國學(xué)者對上海市最大漁業(yè)市場中9種常見雙殼類水產(chǎn)品（產(chǎn)自東部沿海）的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些物種的組織中均存在纖維狀、碎片狀和顆粒狀的微塑料，單位質(zhì)量軟組織中微塑料的含量范圍為2.1-10.5個/克（以毛蚶中的含量最大），每個雙殼類個體中含有4.3-57.2個微塑料。需要指出的是，除了通過誤食而直接進入海洋動物體內(nèi)外，微塑料還能夠在食物鏈之間通過捕食關(guān)系從低營養(yǎng)級生物向高營養(yǎng)級生物轉(zhuǎn)移，并產(chǎn)生生物放大效應(yīng)，從而威脅到整個海洋生態(tài)系統(tǒng)。例如，海洋爬行類動物（海龜?shù)龋┩ㄟ^捕食那些體內(nèi)含有微塑料的甲殼動物、軟體動物和魚類而攝入微塑料。海洋鳥類也能通過這種方式富集微塑料。

攝入體內(nèi)的微塑料對海洋動物具有諸多不利影響。第一，物理和行為損傷，包括引起窒息、內(nèi)臟受損、消化道阻塞、攝食能力降低、嗅覺靈敏性和活動能力減弱甚至死亡等。第二，抑制海洋動物生長發(fā)育，表現(xiàn)為雙殼類動物（牡蠣等）的生殖細胞數(shù)量及其活動能力降低；魚類、橈足類的產(chǎn)卵率和孵化率下降；沙蠶、海膽等的體重、體長減少等。第三，生理生化毒性。微塑料除了因塑料合成過程而含有某些有毒單體和添加劑（抗氧化劑、阻燃劑、抗菌劑、增塑劑等）外，還能從海洋環(huán)境中吸附污染物（重金屬、石油烴、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等）。例如，將粒徑約500微米的塑料顆粒在海水中浸沒6天后，其表面吸附的多氯聯(lián)苯濃度可達到周圍海水的十萬倍至百萬倍。進入生物體的微塑料可在不同組織和器官中富集與轉(zhuǎn)移，并釋放這些有毒成分而產(chǎn)生毒性，包括酶活性抑制、氧化應(yīng)激反應(yīng)、遺傳毒性、神經(jīng)毒性等。

（二）海洋植物

海洋植物主要包括單細胞微藻（藍藻、小球藻、扁藻、角毛藻等）和大型海藻（海帶、龍須菜、孔石莼等）。它們是海洋環(huán)境的初級生產(chǎn)者，能夠利用葉綠素進行光合作用以生產(chǎn)有機物，在海洋生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動中發(fā)揮著重要作用。如果這些處于海洋食物鏈最底層的生物受到干擾，將引起營養(yǎng)、食物和捕食平衡的改變從而對高營養(yǎng)級物種造成間接的“自下而上”影響。目前有關(guān)微塑料對大型海藻生長影響的研究尚未見報道。而海洋微藻個體微?。?-50微米），微塑料難以直接進入藻細胞內(nèi)。很多研究證明，在目前的環(huán)境濃度水平（約0.5 毫克/升）下，微塑料不會影響到海洋微藻的生長和光合作用；只有在極高濃度（10-250毫克/升）下微塑料才會產(chǎn)生明顯的毒性效應(yīng)，表現(xiàn)為光合色素含量及光合效率降低，其致毒機理包括機械損傷（邊緣粗糙的微塑料造成細胞壁破損、細胞完整性受損等）和氧化損傷（由微塑料中的單體、添加劑及其吸附的污染物釋放而產(chǎn)生的毒性）等。

三、海洋環(huán)境中微塑料污染的控制對策

海洋中微塑料數(shù)量持續(xù)增加造成的海洋生態(tài)風(fēng)險日益受到全球關(guān)注。2014年首屆聯(lián)合國環(huán)境大會將海洋塑料垃圾污染列為近十年最值得關(guān)注的十大緊迫環(huán)境問題之一。2015年第二屆聯(lián)合國環(huán)境大會進一步將以塑料微珠為主的微塑料污染列為環(huán)境與生態(tài)科學(xué)研究領(lǐng)域的第二大科學(xué)問題，表明其與全球氣候變化、臭氧層破壞等重大全球環(huán)境問題同等重要。2018年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將世界環(huán)境日的主題確定為“塑戰(zhàn)速決”，呼吁世界各國共同對抗一次性塑料污染問題。這樣的國際形勢為減輕或消除海洋環(huán)境微塑料污染營造了一種有利的外部條件。

采取何種行動才能真正解決這一環(huán)境問題？主要對策有三方面，一是采用法律手段限制微塑料在工業(yè)生產(chǎn)（特別是生活用品）中的使用；二是通過教育手段使全社會重視微塑料的污染危害，并自覺減少塑料材料和微塑料的使用；三是在微塑料污染嚴重的海域?qū)嵤┪⑸镄迯?fù)技術(shù)加以消除。

（一）健全法律

限制微塑料的生產(chǎn)和使用是控制其入海量和生態(tài)危害最有效的手段。這需要世界各國制定針對性的法律。2015年，美國國會通過《無微珠水法案》，明令禁止日化用品中含有任何塑料微珠。2018年7月，英國關(guān)于禁止在某些去角質(zhì)、去死皮的個人護理品中添加塑料微珠的禁令正式生效，其中規(guī)定，禁止日化公司在護膚品、牙膏及其他洗護產(chǎn)品中使用塑料微珠。2018年6月，日本上議院通過一項減少塑料微珠的法案，要求企業(yè)不得在其產(chǎn)品（特別是洗面奶和牙膏）中使用塑料微珠。中國目前海洋垃圾（塑料是其中的主要類型）密度較高區(qū)域主要分布于旅游休閑娛樂區(qū)、農(nóng)漁業(yè)區(qū)、港口航運區(qū)及鄰近海域。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2018年中國海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報》，中國在渤海、黃海和南海海域的漂浮微塑料平均密度為0.40-1.09個/立方米，主要為碎片、纖維和線，成分主要為聚丙烯、聚乙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯。過去20多年來，中國頒布實施的《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》、《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進法》、《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟促進法》等法律中，雖然對農(nóng)用地膜等塑料制品科學(xué)使用和回收利用做出要求，但是，針對微塑料污染管控的法律法規(guī)尚未見到，無法從國家層面對工業(yè)產(chǎn)品中微塑料的使用進行限制。因此，制定微塑料污染源控制方面的法律已成為十分緊迫的事情。

（二）公眾教育和參與

目前，中國對于海洋微塑料污染及其生態(tài)效應(yīng)的關(guān)注僅限于科學(xué)研究層面。例如，國家自然科學(xué)基金委員會先后立項資助數(shù)十項科研項目，科技部也將“海洋微塑料監(jiān)測和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估技術(shù)研究”作為重點研發(fā)計劃予以立項支持。但是，消除海洋微塑料污染并非某一部分人員或某一行業(yè)的事情，需要全社會的重視和參與。與一般塑料材料相比，公眾很少或根本沒有認識到微塑料可能帶來的危害。因此，亟需在學(xué)校、公共場所、企事業(yè)單位和政府部門開展各種形式的宣傳教育，以提高公眾意識，在全社會形成減少原生微塑料使用的氛圍。特別是，政府應(yīng)對實施原生微塑料削減生產(chǎn)工藝的企業(yè)給予政策傾斜，鼓勵企業(yè)積極采用天然替代品（如核桃殼、海鹽和杏核等），從根源上消除微塑料對環(huán)境的影響。

（三）利用生物修復(fù)技術(shù)降解海洋中的微塑料

通過生物降解消除海洋中微塑料是一類環(huán)境友好且有應(yīng)用前景的方法。某些微生物（細菌、真菌等）可將有機物作為碳源和能源并將其降解為CO2和水。據(jù)報道，土壤中分離出的葡萄球菌、假單胞菌和芽孢桿菌能夠降解聚乙烯，黑曲霉、銅綠假單胞菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌能夠降解聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚苯乙烯；紅樹林中分離出的芽孢桿菌可在含不同微塑料的培養(yǎng)基中生長并以其作為唯一碳源；聚氯乙烯能被惡臭假單胞菌降解；而波茨坦短芽孢桿菌、鏈霉菌、斯氏假單胞菌和糞產(chǎn)堿桿菌則能產(chǎn)生降解塑料聚合物的胞外酶。一種濤旋孢屬海洋真菌在低營養(yǎng)條件下可利用聚乙烯作為底物并將其降解。需要注意的是，這些微生物大多屬于淡水物種，其是否適應(yīng)高鹽海洋環(huán)境尚未可知，而且有關(guān)微生物對微塑料的降解目前只是處于室內(nèi)研究階段。為將生物修復(fù)技術(shù)成功應(yīng)用于微塑料污染海域，應(yīng)注重從海洋環(huán)境中篩選分離高效降解菌，并對使用條件進行優(yōu)化，確定其合理高效的海上修復(fù)方法。