微塑料,是指粒径很小的塑料颗粒、薄膜、碎片、球团以及纺织纤维,是一种造成环境污染的主要载体。微塑料的粒径范围从几微米到几毫米,是形状多样的非均匀塑料混合体,肉眼往往难以分辨,被形象地称为“海中的PM2.5”。微塑料体积小,这就意味着更高的比表面积(比表面积指多孔固体物质单位质量所具有的表面积),比表面积越大,吸附的污染物的能力越强。它相当于成为污染物的“坐骑”,吸附着污染物的微塑料可以在环境中到处游荡。

 微塑料这一概念是在2004发表的一篇 Science 的文章 “Lost at Sea:where is all the plastic?”中首次提出, 且由于微塑料在海洋环境中的广泛存在以及对对生物产生的各种确定的以及不确定的危害,得到了各界广泛关注。2014年,首届联合国环境大会上,海洋塑料垃圾污染被列为 “十大紧迫环境问题之一”,并对微塑料进行特别关注。2015年召开的第二届联合国环境大会上,微塑料污染被列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题,成为与全球气候变化、臭氧耗竭等并列的重大全球环境问题。

 微塑料正以迅雷不及掩耳之势蚕食着我们的水生环境

 人类当前的历史时期被称为塑料时代,塑料的材料特性,特别是耐用、轻便和耐腐蚀性,使塑料得到广泛应用,塑料产量逐年递增。塑料工业从1950年开始发展,2018年全球塑料产量达到3.6亿吨。塑料给人们生活带来了极大便利,但由于其大量消耗、快速废弃,加上不易降解,和塑料垃圾的收集和回收处理不当,导致陆地上大量的废弃塑料污染山川河流,导致“白色污染”。不仅地表河流、海洋同样是塑料污染的重灾区。据统计,每年有超过800万吨塑料被遗弃在海洋,占海洋垃圾的80%,严重威胁海洋生态系统。这些塑料垃圾时间日久会形成无数的微塑料颗粒。

 微塑料的痕迹遍布世界上的各个角落。微塑料通常存在于表层河流、海水、海床、河湖沉积物和海滩。最近甚至最偏远的极地冰川和深海沉积物中发现微塑料的踪迹。可以说,微塑料已经遍布了整个水环境。大块塑料碎片可以通过打捞等途径从水环境中部分清除回收,微塑料由于其较小的尺寸,几乎无法从环境基质中清除。因此,与“白色污染”塑料相比,微塑料对水生环境的危害程度更深、更严重,存在更高的生态风险。

 微塑料来源

 微塑料来源十分广泛,包括各种塑料包装、产品,农业生产中使用的地膜,这些废弃塑料制品暴露在自然环境中被风吹日晒、在风化过程和生物降解等的共同作用下,缓慢地分解这些产物,虽不能被完全降解,但也是在逐渐变小,变成了比颗粒更小的微塑料。微塑料碎片、颗粒表面的裂缝、凹痕是塑料破碎成微塑料的证据。

 另外,塑料微珠通常作为去角质剂中的研磨剂添加到个人护理和化妆品中,在中国购买的几种常用的洗面奶中塑料微珠的平均浓度高达20,860微珠/g,据估计平均每年有209.7万亿(306.9吨)微塑料微珠排放到中国大陆的水环境中。这些微塑料颗粒、纤维、薄膜等的体积非常小,可以漂浮在水面上,城市的污水处理厂根本没办法处理它们,但是它们不能分解,可自由离开污水处理厂,进入其他环境载体中。

 此外,洗衣机洗涤过程从衣物中脱落的细小纤维也是微塑料纤维的重要来源,科学家模拟家用洗涤过程中从合成(聚酯)纺织品释放的微塑性纤维的定量实验,实验表明洗涤6公斤的合成材料所做的衣物,每次可释放出137,951-728,789条纤维。织物日常使用或穿着的过程中也可以产生一部分微塑料纤维。此外,塑料制品厂泄露的塑料母料、汽车轮胎磨损也会产生大量的微塑料。经过降水、径流、以及城市污水等途径,微塑料在各种环境介质中迁移、聚集、累计。

图1 微塑料的来源

 水体环境中微塑料的特征

 如今,科学家几乎在所有环境水域里都发现了微塑料的存在,而且数量还在不断增加。与传统的环境污染物不同,微塑料形状、大小、密度、颜色和化学组分非常多样。

 微塑料的形状取决于微塑料原始形态、塑料颗粒表面的降解过程以及在环境中的存在时间。微塑料常见形状有:颗粒/球团、碎片、泡沫、纤维以及薄膜。在水体环境中的微塑料主要以纤维为主。

 微塑料粒径的大小直接影响它们在水环境中的迁移,以及是否会被生物体摄食,与生物安全密切相关。随着提取及其鉴定技术的发展可检测到的微塑料的尺寸越来越小。现阶段在水体环境中发现的微塑料尺寸范围变化很大,最常见的微塑料粒径小于1mm,随着粒径的增加,微塑料的数量呈减小趋势。

 彩色的微塑料更容易被水生生物摄食。在水环境中发现的微塑料颜色丰富多样,包括:白色、透明、红色、黄色、绿色、棕色、灰色等。白色和透明的微塑料在水环境中数量最多,在部分地区彩色微塑料更为常见,这与微塑料的来源相关。

 塑料是由具有不同特性的多种化合物制成的聚合物。不同的塑料具有不同的密度,微塑料的密度决定其在水环境中的赋存状态。密度小于水的微塑料,例如PE,PP,和PS,更容易漂浮水面或在水体中分布,密度大于水的微塑料则更容易出现在沉积物中。生物作用,污染物的吸附等会使微塑料的密度变大,低密度的微塑料也会在沉积物中出现。在淡水和海洋环境中分布的微塑料都以PE,PS,和PP等轻密度微塑料为主,这与他们巨大的需求量相关。此外,淡水环境和海洋环境中微塑料化学成分的一致性为二者之间的联系提供了一定的佐证。据预计,海洋系统中百分之70%的微塑料来源于淡水系统。

图2 水环境中微塑料的特征

 微塑料在食物链的富集:人类餐桌上的“微塑料”

 塑料是以单体为原料,通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物,由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。塑料的单体和添加剂等成分会在塑料用品的使用和处理过程中释放出来。世界卫生组织国际癌症研究机构将公布的致癌物清单中,聚乙烯单体在3类致癌物清单中。除单体外,一些常见的塑料添加剂如阻燃剂、增塑剂、热稳定剂和抗氧化剂都会对水生生物和人类造成危害。例如,塑化剂会破坏动物的内分泌系统,热稳定剂会对生物产品一定的毒性效应。

 微塑的尺寸和密度会影响生物对微塑料的摄食。微塑料尺寸越小,它们被生物摄食的概率越大。密度小的微塑料更易被水生生物摄食,底栖动物则更容易摄食密度较大的微塑料。科学家预测约有690种海洋生物收到塑料影响,其中至少10%的物种摄入了微塑料。目前在许多水生生物的肠道和组织中发现了微塑料。现阶段,摄食微塑料的生物包括:浮游生物,贝类以及鱼类,且发现的摄食微塑料的生物范围在不断的扩大。有研究表明,水生生物摄食微塑料,首先会对生物本身造成物理性损伤。这些被生物摄食的微塑料碎片、纤维等通过缠绕和磨损摄食生物的消化道对水生生物的消化系统产生机械磨损及阻塞。消化系统的机械磨损和阻塞会减少水生生物的食物摄取量,产生伪饱腹感等;最终导致饥饿甚至死亡。

 此外,作为污染物的“坐骑”,微塑料除了携带着自身的有毒物质,更携带者从周边环境吸附了大量的化学污染物如重金属和持久性有机污染物进入生物体,从而对生物体造成一定的毒理效应。另外,由于微塑料不易降解且质地较轻,使它很容易在食物链中转移,让更多动物暴露在有害物质中。

 更令人担忧的是,微塑料会通过海洋食物链传递,最终进入人类食物链对人体健康安全造成威胁。微塑料已在包括人类作为食物的贝类、食用鱼类的动物肠道组织中发现。在对食用的商品鱼的研究中发现,食用鱼肌肉中的存在多种微塑料,并且微塑料和重金属在某些物种中呈良好的线性关系。处于食物链顶端的人类,在富集作用下,会累积大量的微塑料及污染物在体内,这些难以消化的小颗粒对人产生难以预计的危害。虽然目前尚未证实微塑料对人体健康存在哪些确切的危害,不过类比PM2.5,不排除微米、纳米级的微塑料颗粒进入人体循环系统的可能,如果长期摄入微塑料,也可能会导致一些化学物质在人体集聚,显然不利于人体健康。当然,这还只是一种推测,关于微塑料对生态和人类健康影响还有待进一步深入研究。

图3 水生水生物和微塑料