警惕海洋中的PM2.5,我们该如何防治海洋微塑料污

2019-10-03 15:13

什么是微塑料?

2004?年,英国普利茅斯大学?Thompson?教授在?Science?上首次提出“微塑料”(microplastic)的概念,开启了学术界对海洋微塑料的广泛研究。目前,凡是尺寸小于?5?mm?的塑料纤维、颗粒或薄膜即可被认定为微塑料。

与大尺寸的海洋塑料垃圾相比,微塑料在海洋环境中丰度更高,分布更广,可存在于海水、沉积物以及不同营养级生物体内,是一类新兴环境污染物。

2011?年,海洋微塑料污染被联合国环境规划署(UNEP)列为全球要面对的一个新的环境问题和挑战。

自?2008?年以来,海洋微塑料研究进入快速发展的时期,引起了国际社会的广泛关注。在建立微塑料分离和鉴定方法的基础上,众多研究证实了微塑料在海洋环境和生物体中的大量和广泛存在,并直接推动了“禁止向化妆品中添加塑料微珠”等法规的出台。

然而,要促使国际社会对微塑料污染管控采取进一步的实质性行动,还需要更充分的科学证据来表明微塑料具有生态和健康危害。

海洋里的微塑料都到哪儿去了?

微塑料粒径小、密度轻,可通过风力、潮流及洋流等外力作用进行远距离、广范围的迁移,在海洋环境中的各个角落,从沿岸到大洋,从赤道到南北两极,从海面水体到深海沉积物,甚至海雪和冰川等,都有微塑料的广泛分布。

研究表明,河流径流是陆地微塑料进入海洋环境的最主要途径,据统计每年约有?115—241?万吨塑料垃圾经全球河流汇入海洋。目前,海水中微塑料污染的平均丰度范围约为0.0000048—8600?个?/立方米,已报道的最高丰度出现在瑞士沿岸水体中。

在全球海洋环境中,海面漂浮的微塑料主要聚集于北太平洋、南太平洋、北大西洋、南大西洋和印度洋的?5?个洋流环流带。根据?12?年(2001—2012?年)长期连续监测显示,微塑料在北太平洋洋流环流带的含量(156?800?个/平方公里)显著高于其他非洋流环流区域(1?864?个/平方公里),而这些微塑料主要是由世界沿海国家排放的塑料污染物分解或降解形成。

尽管目前已开展了一些调查与研究工作,但关于微塑料在全球不同海域的分布与迁移特征等研究仍需要加强。进一步掌握海洋微塑料的污染特征,有助于开展基于环境特征和浓度的微塑料生态毒理学研究与生态风险评估工作。

另外,微塑料的比表面积大、疏水性强等特征增强了其表面吸附微生物、有机污染物和重金属等物质的能力。微塑料自身在环境中的强吸附性和易迁移性,使其成为环境中毒害污染物迁移与传播的载体。

已有研究表明,微塑料不但对重金属及持久性有机污染物具有较高的富集能力,同时对污染物的环境迁移及生物体内累积与传递等具有明显的传输作用。因此,海洋微塑料及其负载的污染物已成为环境科学研究领域关注的热点。

微塑料在海岸带的污染特征

海岸带是陆海相互作用的地带,微塑料易在此处聚集。在海岸带,通过陆源排污、河流输送、地表径流等作用可将微塑料输入到河口和海洋,又可通过洋流、潮汐、风生流等动力将微塑料推送到潮滩,同时还有在海岸旅游、晒盐、养殖等人类活动中产生、残留或带入到潮滩和近海的微塑料。

因此,海岸带的潮滩、近海水体和沉积物普遍受到微塑料污染,尤以滨海养殖区、旅游景点、渔港等处微塑料污染最为严重,并以纤维、发泡或碎片类微塑料为主。

海岸带沉积物中微塑料平均含量约为?25—47?897?个/平方米,潮下带沉积物中微塑料的平均丰度介于15—3?320?个/千克(干重计)。

此外,海岸带不同生态系统类型的潮滩中微塑料丰度差异明显,主要受河口输入、植物(如盐沼、红树林等)拦截作用等因素的影响。

海岸带来源的微塑料表面形貌多样而复杂,如潮滩的微塑料,因受海水、盐分、氧气等化学作用,颗粒摩擦、光、风等物理作用,以及微型生物的侵蚀和降解等生物作用的影响,微塑料表面发生龟裂或破碎,形成新的官能团,其孔隙中可附着颗粒物或携带铁氧化物,从而扩大其比表面积和电荷,以利于吸附环境中的有机污染物,形成微塑料-内源性污染物(如添加剂)-外源性污染物(如持久性有机污染物等)的复合体,在海洋和海岸环境中残留或向海陆区域迁移,对近岸海域和滨海陆地生态系统构成威胁。

微塑料对海洋生态系统产生哪些危害?

生物是生态系统的重要组成部分,微塑料对海洋生物生存造成的负面影响会威胁海洋生态系统的健康与稳定。微塑料污染的生态效应主要包括生物摄入的影响、微塑料及其复合污染物的毒性效应、微塑料作为入侵物种载体的影响。

微塑料摄入对海洋生物的影响

微塑料进入海洋生物体内的一个重要途径是通过生物体的吞噬或摄食行为。由于微塑料粒径较小,海洋生物尤其是幼小生物在摄食过程中很难将其与其他食物颗粒区分开来,容易造成微塑料的误食。

研究表明,在海洋生态系统的各个生态位上均存在生物“摄食”微塑料的现象,包括海洋浮游动物、底栖动物、鱼类、鸟类乃至大型哺乳动物等。此外,微塑料还可通过黏附或呼吸等行为进入生物体内。

根据室内暴露实验,摄入体内的微塑料对部分海洋生物造成毒性效应,主要包括生长发育不良、繁殖能力降低、行为活动异常、基因表达异常和存活率降低等。

当粒径进一步减小,微塑料可经由海洋生物消化道转移到循环系统、免疫系统乃至组织细胞中,引发机体免疫系统的炎症反应等。

此外,除了对生物个体产生影响,摄入或黏附的微塑料也可通过食物链传递过程从低营养级生物转移到高营养级生物甚至人体中,对海洋生物及人体健康构成潜在的威胁。

微塑料及其复合污染物的毒性效应

微塑料具有颗粒小、比表面积大和疏水性强等特点,易与环境污染物特别是有机污染物相互作用,这些作用主要包括吸收、吸附和释放?3?个方面。

长时间暴露在海洋环境中的微塑料经海洋生物摄入体内,在一定条件下会从消化道中释放出之前吸收和吸附的污染物,并且在生物肠道条件下微塑料吸附的污染物解吸速度比在单独的海水中高?30?多倍,解吸的污染物转而会被生物组织吸收从而引发毒性效应。

不仅如此,塑料生产过程中为了提高其特种性能而添加的化学试剂,在经过海水浸泡和风化作用后会重新释放到环境当中,造成污染区域的污染物浓度显著高于原环境背景浓度,进而对水生生物的健康产生不利影响。

由此可见,海洋环境中微塑料与污染物的复合污染将对海洋生物造成更为复杂的影响,相关的生物毒理效应和作用机理亟待进一步研究。

微塑料成为入侵物质的载体

当微塑料进入海洋环境后,环境中的微生物会迅速附着到微塑料表面,1?周左右即可形成较为稳定的生物膜。由于微塑料数量庞大,科学家曾预估海洋中微塑料表面的微生物量高达?1?000—15?000?吨。

在洋流和潮汐等作用下,一方面,微生物可通过这些“浮筏”进行长距离跨海区的迁移,从而增加了海洋微生物迁移与传播的机会,造成外来物种入侵;另一方面,病原体也可通过微塑料这一载体被生物摄入或直接接触而引发生物毒理效应,甚至危害人体健康。

最新研究表明,海洋微塑料携带而来的有害物质能引起珊瑚礁疾病的增加,如骨骼侵蚀带病增加?24%,白化病上升?17%,黑带病上升?5%。

海洋微塑料污染的生态效应研究非常迫切!!

过去?10?年的研究,通过大量的事实证明了海洋中微塑料的“普遍存在”;然而,当前对于海洋微塑料生态风险的研究现状是:

在野外环境中尚无直接证据表明微塑料对生态系统造成了影响,尽管室内实验表明微塑料能对生物产生多种毒理学效应,但由于室内研究与真实环境相去甚远,其数据还不能较好地运用于微塑料的生态和健康风险评估。

导致微塑料生态效应研究陷入目前这一瓶颈期的主要原因在于微塑料是一种复杂的新型污染物,我们对其认识还远远不足。

但环境中微塑料的数量持续快速增长和普遍存在已成为不争的事实,对这一问题缺乏认识将导致我们对潜在的风险无法预测,在海洋微塑料的管控上无法进一步推进强有力的政策。

因此,当前迫切需要加强海洋微塑料的生态和健康风险研究,为有效的管控政策制定提供科学依据和技术支持。

寻找微塑料危害的野外证据和获取有效的室内毒理学数据将是今后微塑料研究面临的最严峻挑战。要解决这一难题需要我们进一步深入认识微塑料污染物的本质特征,并在此基础上建立适合于微塑料毒理学研究的方法体系。

总之,如果说过去?10?年的海洋微塑料研究证明了其“普遍存在”,那么今后?10?年的主要目标之一则是阐明其“生态与健康危害”。

如何应对海洋微塑料污染?

国外法令措施

为了应对日益严重的微塑料污染,联合国(UN)、国际海事组织(IMO)、东北大西洋海洋环境保护组织(OSPAR)、欧洲委员会(EC)、赫尔辛基委员会(HELCOM)等国际组织相继制定了相关法律条例。

欧盟海洋战略框架指令(MSFD)利用?11?个指标对海洋环境中微塑料的数量、性质和潜在影响进行了相关描述,并制定了调查监测报告。

随着?2013?年欧洲委员会绿皮书的发布,全球关注微塑料污染的呼声日益高涨。欧洲国际海洋开发委员会(ICES)2015?年?3?月起草了一份监测海洋鱼类胃部微塑料污染的规范,作为对?OSPAR?组织?2015?年?1?月提出的“建立贝类和鱼类胃部微塑料监测标准”的回应。

2014?年?12?月,荷兰、奥地利、卢森堡、比利时和瑞典发表联合公告,呼吁欧盟禁止向个人化妆品中添加微塑料的行为。

2015?年?12?月,奥巴马签署《2015年无微珠水域法案》,该法案要求?2019?年前在美国境内取缔和停止销售所有含有“刻意添加塑料微珠”的个人洗护产品。美国成为全球第一个全面禁止添加塑料微珠进入化妆品的国家。此外,加拿大、印度、澳大利亚和英国等也先后立法禁止销售含有微塑料颗粒的个人化妆品。

国内法令措施

我国政府及相关职能部门对海洋微塑料污染问题也表现出极大的关注,如?2015?年中美“保护海洋”首次特别会议上,“预防和减少海洋塑料垃圾污染”被列为此次战略对话的重要内容。

在?2016?年科技部“十三五”国家重点研发计划中,“海洋微塑料监测和生态环境效应评估技术研究”项目成功立项。

2017?年?12?月,国家海洋局发表《2016?年中国海洋环境状况公报》,明确指出将微塑料纳入环境监测项目,在渤海、东海、南海三大海域开展断面表层水体漂浮微塑料试点监测工作,并初步掌握了我国海洋微塑料分布特征。

2018?年?4?月,中国环境科学研究院召开西北太平洋行动计划(NOWPAP)“海洋微塑料监测方法与评价”特别项目建议书编制启动会,旨在加强?NOWPAP?框架下成员国在海洋微塑料调查和评估方法研究领域的可比性。

社会活动

海洋微塑料污染的风险管控

海洋微塑料污染管控目前存在的问题

微塑料作为一类新型的海洋环境污染物,目前相关的研究工作和监管措施仍处于初级阶段,主要体现在以下?3?个方面:政策制定方面仍缺乏生态和健康效应方面的强有力证据。如前所述,由于海洋微塑料是新的复杂的环境问题,对其生态毒理的研究还严重不足,而对其健康效应的研究几乎是空白。当前对海洋微塑料的管控重点不明确。目前国际上纷纷出台的“对化妆品中微珠的控制”对于控制环境微塑料污染的作用十分有限,原因在于化妆品中添加的微塑料只占环境中微塑料来源的极小一部分。当然,该法案对提升公众认知具有十分积极的意义。海洋环境中微塑料的就地治理难度巨大,且效果甚微。由于微塑料尺寸极小且分布极广,在浩瀚的海洋中直接去除海洋微塑料的做法难以实现。

风险管控

尽管国际社会和一些国家为防止和减少废弃塑料等海洋垃圾作出了不懈努力,然而由于海洋塑料垃圾跨越了国家和区域界限,因此这种污染已经成为一个全球性的复杂环境问题。

我国是世界上最大的塑料生产及使用国家,同时也是海洋塑料垃圾的排放大国,因此所面临的海洋塑料垃圾及微塑料污染问题也更加严重。为了有效控制海洋塑料和微塑料污染,提出以下?3?点建议。必须大力加强海洋微塑料的生态和健康效应及风险评估研究。在生态效应方面应强调野外真实海洋环境的研究,尤其是一些微塑料污染严重的区域,如废旧塑料回收加工地等;而在健康风险方面要着重研究水产品的质量安全和多途径暴露下的长期影响效应。在海洋微塑料污染政策的制定上应采取“预警性原则”。海洋微塑料污染风险是一个全球性的复杂科学问题。根据对一类污染物的研究周期和目前通用的生态风险评估标准,微塑料生态和健康的定性结论可能还需要?10—15?年时间。如果等到所有科学证据完备的前提条件下再进行管控,海洋微塑料污染带来的生态和健康风险可能已无法控制。因此,从风险控制的角度来看,目前的科学数据表明我们在微塑料的管控上必须采取“预警性原则”的政策,也就是要开始逐步采取必要的行动,以避免和遏制微塑料的海洋污染进一步恶化。在海洋微塑料的管控上应科学应对提升风险管控能力。根据微塑料的特点,实行微塑料的就地处理和直接管控效果都十分有限,而源头管控才是海洋微塑料管控的关键。微塑料最主要的来源是由大塑料破碎化而成,而大塑料所造成的生态风险已证据确凿。因此,通过制定更为严格的塑料制品管理标准和规范、引导消费习惯以及开发塑料的高效、低成本可降解替代产品,从而减少塑料制品使用数量和塑料垃圾入海通量是管控微塑料的核心所在。

微塑料的另一来源是诸如添加到各类产品中的塑料微珠和塑料原生粒子;然而,对原生粒子的管控要根据我国具体国情制定相应的对策。我国塑料加工产业发达,尤其是废旧塑料加工过程中产生的原生微塑料污染可能更为严重。

总之,海洋微塑料污染已成为普遍存在和全球共同关注的海洋环境问题。当前我国迫切需要加强其生态效应和健康风险研究,为海洋微塑料管控提供科学依据;同时,海洋微塑料治理政策的制定需采取“预警性原则”,根据我国国情制定科学而有效的管控措施,减少海洋微塑料污染,保护我们蓝色的海洋家园。

徐向荣 中国科学院南海海洋研究所研究员,博士生导师,中国科学院“百人计划”入选者。研究方向为环境地球化学。已在国际国内重要学术期刊上发表论文?120?多篇,其中在国际?SCI?期刊上发表学术论文?90?多篇,h?指数?29。已获得国家发明专利?3?项,主持译著?1?部、参编书籍章节?10?本。曾获得?2014?年中国科学院广州教育基地优秀研究生导师称号。

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