综述：20年的微塑料污染研究——我们学到什么？
2004年，英国普利茅斯大学海洋科学家理查德·汤普森教授 (Richard Thompson) 在英国海滩发现了很多大米粒大小的塑料碎屑，这些碎屑被他称之为“微塑料”。这些微塑料的尺寸大都在5毫米以下，于是民众甚至科学界约定俗成地把5毫米以下的塑料称为“微塑料”。然而，当前对微塑料的认识已经超越肉眼尺度，仪器可检测的、微米甚至纳米尺寸的塑料颗粒也被统称为“微塑料”。
2024年9月19日，英国普利茅斯大学Richard C. Thompson教授在Science上以“Twenty years of microplastics pollution research - what have we learned?”为题发表综述文章。
回顾了当前对微塑料的理解，完善了定义并考虑了未来的前景。微塑料有多种来源，包括轮胎、纺织品、化妆品、油漆和较大物品的碎片。它们广泛分布在整个自然环境中，有证据表明它们对生物组织的多个层面都有危害。它们普遍存在于食物和饮料中，并已在人体各处被发现，并有新的负面影响证据。到 2040 年，环境污染可能会增加一倍，预计会造成大规模危害。公众的关注日益增加，国际谈判中正在考虑采取多种措施来解决微塑料污染问题。现在需要明确的证据来证明潜在解决方案的有效性，以解决该问题并最大限度地减少意外后果的风险。
图1. 微塑料的类别和来源
自20世纪60年代开始，科学家就报告了环境中存在大量塑料碎片。到70年代，他们在海洋采样中发现了微小的塑料碎片和纤维，分布在英国北海、马尾藻海、西北大西洋和南非水域。2004年，“微塑料”一词首次出现，用来描述这些直径约20μm的塑料微粒，标志着微塑料研究的开始。研究显示，自60年代以来，英国沿海的塑料碎片显著增加，主要包括丙烯酸、尼龙、聚丙烯、聚酯、聚乙烯和聚苯乙烯等。
目前，微塑料通常指直径≤5毫米的塑料颗粒，包含各种聚合物及化学物质。这一定义源于NOAA的会议，并被欧盟采用。大多数研究难以检测到小于1微米的颗粒，但纳米塑料已被确认存在。微塑料研究中使用了“初级微塑料”和“次级微塑料”的分类，但并不统一。初级微塑料指制造时尺寸≤5毫米的塑料颗粒，而次级微塑料指通过磨损或碎片化产生的较大物品的微粒。为了减少混淆，提出了统一的分类方案，并在政策中使用类似术语，例如《联合国塑料污染条约》草案中的“有意添加的微塑料”和“无意释放或降解产生的微塑料”。（图1）
图2. 微塑料环境累积的来源和途径
微塑料的来源、运输、分布和环境浓度
在过去20年里，数百篇论文研究了微塑料在环境中的积累，包括海岸、深海、河流、土壤等多种环境，还发现它们在无脊椎动物到顶级捕食者的生物体中积累。研究表明，微塑料污染已遍布全球 [图2C]。关键的微塑料来源包括纺织纤维、化妆品中的微珠、塑料颗粒泄漏以及较大物品的碎片化。这些塑料污染的根本原因是人类活动。新兴来源还包括农业塑料、轮胎磨损等。塑料在环境中难以降解，降解速率慢，碎片化过程不明确。大部分塑料仍然以难以降解的形式存在于地球上。研究估算了微塑料每年进入海洋的量，范围在0.8到300万吨之间，陆地环境的泄漏量可能更高。塑料污染传播迅速，影响广泛，全球协调行动至关重要。河流、风力等都帮助将微塑料扩散到偏远地区，甚至深海和北极。
随着新污染源的发现，环境中的微塑料总量只会持续增加。到2040年，微塑料泄漏可能增加1.5到2.5倍。即使停止塑料排放，现存塑料的碎裂仍会使微塑料数量继续上升，进而增加生物和人类的暴露。
生态影响和风险
近年来，人们发现微塑料对多种生物有影响，因其能吸附、运输和释放化学物质，并可能有毒。研究显示，微塑料已进入食物链，影响从底层无脊椎动物到顶级捕食者。微塑料的大小、形状、颜色和成分，以及微生物附着，都会影响它们对生物的利用度和潜在危害，已在1300多种生物中检测到。摄入微塑料可能导致食物稀释、肠道堵塞、化学中毒等伤害，小颗粒甚至可能引发毒性。实验室研究表明，微塑料会影响生物的生长、存活和繁殖，但实际环境中的影响取决于具体情况。
微塑料的测试和评估面临挑战，因其化学成分和环境变化复杂。初步实验为理解其危害提供了重要信息，但现实条件下的实验仍有待加强。为提高研究的可比性和重复性，2020年引入了新的评估工具和指南。如今，已有生态风险评估框架用于监测淡水、海水和土壤中的微塑料风险，并证实一些“热点”地区存在生态风险。未来污染继续加剧，可能会在100年内引发大规模生态危机。
图3. 塑料和微塑料的生物利用度
了解微塑料对人类健康的风险
微塑料广泛存在于饮水、空气和食物中，如海鲜和盐，食品加工和包装也可能造成污染。尽管我们已知人类会摄入微塑料，但具体的暴露量和影响尚不完全明确，某些说法可能被夸大。研究显示，微塑料能进入人体的血液、胎盘和肝脏，并通过粪便和尿液排出，吸烟者体内含量更高。动物研究和模型帮助了解微塑料在体内的传播和排出。微塑料的毒性评估需考虑其大小、形状及附带化学物质，虽然实验室发现它们可能引发炎症和免疫反应，但实际暴露情况可能不同。评估微塑料对健康的风险存在挑战，尤其是在将实验室结果应用于实际场景时，同时微塑料可能在体内形成“生物冠”改变其特性。未来将有更清晰的认识，而公众对微塑料问题的关注也在增加，预防措施显得尤为重要。
图4. 据报道人体中存在微塑料的位置
研究方法的进步
随着人们对微塑料类型、浓度和影响的研究深入，微塑料的检测方法也不断进步。例如，早期从沉积物中分离微塑料主要依靠密度分离法，而新技术如酶法和芬顿试剂则减少了对样本的损害。此外，质量控制措施得到了加强，以确保收集和处理过程中样本不受污染。相比以往使用大孔径过滤网，现在使用更小的过滤器发现了更多微塑料，包括纳米塑料。新方法如热解-气相色谱-质谱提高了对某些微塑料的检测能力，如轮胎磨损颗粒，但无法提供颗粒的大小和形状等信息。拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱是常用的聚合物鉴定方法，但它们在检测降解塑料和小颗粒时有局限。为了更好地理解微塑料的影响，研究者们呼吁对检测方法进行标准化，但每种方法都有局限，应根据具体研究问题选择。当前，迫切需要协调监测方法，以更好地评估微塑料的危害及干预措施的效果。
微塑料污染的原因、解决方案和监管选择
微塑料污染的根本原因在于人类的决策和行动，因此了解社会驱动因素对于设计有效解决方案至关重要。目前，关于微塑料的研究多集中于其来源、生态和健康影响，但对社会背景和传播问题的分析较少。塑料因其便捷和廉价广泛应用，但也带来了环境和社会成本。公众对塑料污染的关注逐渐增加，尤其是对海洋塑料和食品中的微塑料问题，推动了对更严格政策的支持。解决微塑料污染需要从源头减少塑料生产并推动循环经济，同时进行全生命周期的管理。法律行动也在崛起，推动变革。虽然微塑料的科学证据尚存在不足，但预防原则建议在存在风险时尽早采取行动，并鼓励公众参与决策。
在监管方面，欧盟的《海洋战略框架指令》和《加州安全饮用水法案》推动了微塑料的监测和管理，联合国协议草案也关注微塑料问题。然而，处理微塑料的多种来源仍具挑战。初级微塑料如化妆品中的微珠相对容易监管，许多国家已有禁令。而二次微塑料如洗衣机中的微纤维则更复杂，法国已立法要求安装过滤器，但效果有限。上游方法，如强制标准和重新设计，显示出减少微塑料释放的潜力。农业和渔业中的塑料产品也值得关注。虽然全球协议草案建议通过管理整个塑料生命周期来应对二次微塑料，但仍需谨慎评估清理大塑料的潜在影响。总体而言，应根据微塑料来源和区域差异采取部门化措施，以实现减少塑料污染的目标。
图5. 微塑料研究时代
前景和证据需求
经过二十多年的微塑料研究，大量证据表明微塑料已在环境中大量积累（图2），并对生物体造成毒理学影响（图3），同时也对人类健康可能构成威胁（图4）。尽管当前对微塑料风险的研究还有一些知识空白，政策行动不必等待，而可以依据预防原则立即采取措施。比如，禁止不必要的塑料产品、更好的设计和供应链调整等都有助于减少排放。然而，若不考虑社会技术和地理背景，干预措施可能带来意外后果。科学在提供解决方案时和识别问题一样重要，联合国塑料污染条约为全球行动提供了一个宝贵的机会。尽管大塑料治理至关重要，但还需针对微塑料的专门规定才能有效应对其广泛的污染来源。
