10000 个科学难题之海洋微塑料污染及生态效应

在加拿大召开的七国集团(G7)峰会上，日本和美国未签署写入数值目标、旨在减少日益严重的海洋塑料垃圾的文件《海洋塑料宪章》，被环境保护团体纷纷谴责“应该感到羞耻”。联合国推测塑料垃圾废弃量为每年3亿吨。还有估算显示，流入海洋的塑料垃圾为每年800万至1200万吨。本文为您分享《10000 个科学难题˙海洋科学卷》中一个相关的“难题”。

塑料制品由于轻便、弹性好和耐用等特性而被广泛应用，2013 年全世界塑料的产量近3 亿t。然而大量塑料垃圾通过多种途径进入海洋，使海洋几乎成了一个“塑料世界”。海洋微塑料(marine microplastics)问题逐渐成为全球性的研究热点，是与全球气候变化、臭氧耗竭及海洋酸化并列的全球性环境问题之一。

“微塑料”一词最早被提及是在1990 年，国外学者在描述南非海滩调查结果时提到了“微塑料”;海洋教育协会在20 世纪90 年代的巡航报告中提及了“微塑料”;2004 年，在描述海水中的塑料碎片分布时也提及了“微塑料”。目前“微塑料”一般指在显微镜帮助下可看见的塑料物质，粒径从几毫米到几亚毫米。在GESAMP 的评估中，微塑料被界定在1nm 至5mm 大小的颗粒。美国NOAA 将微塑料定义为小于5mm 的小塑料碎片。目前国内外研究大都将5mm 界定为微塑料尺度的上限。

国际社会近年来不遗余力地呼吁重视海洋塑料垃圾问题。2003 年，联合国环境规划署曾发起“海洋垃圾全球倡议”，2009 年发布报告《海洋垃圾：一个全球挑战》。这是史上第一次跨越12个不同区域，衡量全球海洋垃圾状况的尝试。联合国环境规划署(UNEP)此前估计，每年有超过640万t垃圾进入海洋。2014 年6月23 日，UNEP 在首届联合国环境大会上发布《联合国环境规划署2014 年年鉴》和《评估塑料的价值》，指出海洋里大量的塑料垃圾日益威胁海洋生物的生存，保守估计每年由此造成的经济损失高达130亿美元，并将海洋塑料污染列为近十年中最值得关注的十大紧迫环境问题之一。2015 年4 月，联合国海洋环境保护科学问题联合专家组(GESAMP)发布报告，把微塑料对海洋生物的危害程度等同于大型海洋垃圾对海洋生物的危害程度。2016 年联合国第二次环境大会报告进一步从国际法规和政策层面推动海洋微塑料的管理和控制。

微塑料的来源包括两个方面：一是洗涤剂、生活护肤及工业原料等中的微塑料成分，随污水排出进入陆海环境中;二是环境中的大块塑料裂解释放所致。海洋微塑料的主要危害是它一旦进入食物链，将会影响到海洋生态系统的健康。小尺寸(<5mm)的微塑料和海洋中的低营养级生物，如浮游生物，具有相似的大小，许多海洋生物不能区分食物和微塑料颗粒，因此微塑料极易被海洋生物误食。除此以外，海洋生物还可通过摄食其他动物而间接吞食微塑料。

微塑料对海洋生态系统的影响过程和机制十分复杂。一方面，微塑料对海洋生物具有一定的毒性效应，微塑料本身溶出物质可能会对生物的发育造成影响，同时塑料固体本身也会对生物组织造成物理伤害，从而影响海洋生物正常的生长、发育、繁殖。另一方面，微塑料被生物误食之后，当该生物被上一级食物链的生物捕食之后沿食物链传播、富集，加大对生物的伤害过程。最后，微塑料表面能够吸附一定浓度的化学污染物，这些化学污染物对生物的健康往往是有害的。

世界各国近年来出台越来越多的微塑料管理对策。欧盟制订了海洋策略框架计划，海洋废弃物是其中的重要内容。同时一些欧洲国家呼吁停止微塑料使用。德国总理默克尔在2015 年6 月的G7 峰会上强调了对塑料的重视，将关注目标放在减少塑料和微塑料的污染上。为防止北美地区五大湖的环境受到破坏，加拿大议会宣布将塑料微珠列为有毒物质。2014 年6 月，美国伊利诺伊州首次出台法案禁止个人护理产品使用塑料微珠，并规定从2018 年年底开始禁止生产含有合成塑料微珠的肥皂和化妆品，从2019 年年底开始禁止销售此类产品。加利福尼亚和纽约也将紧随其后。澳大利亚联邦和省的环境部长也致力在2018 年7 月前自愿淘汰塑料微珠产品。荷兰、奥地利、卢森堡、比利时和瑞典也已经发出声明，表示为了保护海洋生态环境，应禁止在化妆品和个人护理产品中使用微塑料。

微塑料污染对我国近海生态系统构成了重要威胁，也给我国带来了巨大的环境外交压力。然而，目前对微塑料在我国近海海洋环境中污染的现状及其对海洋生态系统有害影响的认识仍比较缺乏;对海洋微塑料污染的监测、控制和管理也缺乏有效技术和措施。我国关于海洋微塑料污染的相关研究仍处于起步阶段，需要开展大量的调查工作，全面掌握海滩、海底、海漂微塑料垃圾的污染现状。国家海洋局从2007 年以后，每年开展一次全国性的近岸海域和海滩海洋塑料垃圾的数量、种类调查。除此之外，我国目前尚未开展过大规模的海洋微塑料调查研究，对我国河口、近海微塑料的时空分布格局和动态特征缺乏第一手资料;同时，由于海洋环境的复杂性，人们对在真实海洋环境中微塑料对海洋生态系统的安全和健康造成影响的程度，知之甚少。

作为一种新型的海洋污染，人们对海洋微塑污染来源、传输途径及对生态系统危害的认识有一个逐步深化的过程，目前面临的海洋微塑料研究主要难题包括：

1. 揭示海洋微塑料的来源、通量及时空变化规律。

海洋微塑料的来源复杂，从入海途径来看，既包括入海河流、直排海污染源，也包括海难垃圾、海水养殖，还包括大气沉降等，其入海途径十分复杂;从形态来看，既包括直接以微塑料颗粒形态入海的原生来源，也包括大块塑料入海以后逐步破碎、降解形成的次生来源。因此，目前还很难准确掌握塑料和微塑料的入海数量。塑料和微塑料入海以后，一部分逐步下沉到海底，也有一部分随洋流不断漂移到世界各地。目前对微塑料在世界大洋的分布状态还缺乏全面的了解。

2. 海洋微塑料监测分析方法、标准。

目前国际上对微塑料的组成、种类、大小的认识差异非常大，在采样面积、深度、采样量、拖网速度、分选程序及装置等上，国际上也缺乏统一的方法和规范，微塑料分离、分析和鉴定方法仍在不断改进之中。因此，尽快形成规范化的采样、分离和分析鉴定方法，建立相关的技术规范和标准，增强各国海洋微塑料调查和研究数据可对比性和信息共享，对评估全球海洋微塑料污染形势及加强海洋微塑料国际合作具有重要的意义，也是目前海洋微塑料研究亟待解决的基础性科研问题。

3. 海洋微塑料生态风险评估技术。

微塑料对海洋生态系统的影响过程和机制十分复杂。它对海洋生物的影响来自其自身粒子的物理效应，来自其吸附的环境中的污染物，还来自通过充当附着生物的基质间接对海洋生态系统造成影响。因此，需要充分考虑微塑料在真实环境中对海洋生物的作用过程，综合利用室内分析、野外调查和模型模拟等多种手段建立科学有效的生态风险评估体系。

4. 海洋微塑料污染源头控制与管理技术。

世界范围的塑料和微塑料的用途十分广泛，在生产、运输和使用涉及多个环节，呈现出高度分散的特点，导致海洋微塑料的陆域来源复杂多样，对它的管控不仅涉及技术问题，还涉及经济、社会及人们的日常生活习惯等多方面的问题。需要针对微塑料的主要污染源，综合采取立法、政策、经济、回收处理等多种手段，形成符合各国国情且具有较强可操作性的源头控制和管理手段。