許彩娜，張 悅，袁 騏，蔣 玫，鄭 亮，隋延鳴，穆景利，王云龍，王翠華

（1.中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所，上海 200090；2.上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院，上海 201306；3.國家海洋局近岸海洋生態(tài)環(huán)境重點實驗室，國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連 116023）

由于輕便、耐用、成本低、易加工等特點，塑料被廣泛運用在人類生活的各個方面［1］。目前全球每年的塑料產(chǎn)量約為3億 t［2］，過去幾十年，由于全球塑料產(chǎn)量的大幅增加，只有5%的塑料會被回收，隨之而來的塑料垃圾也呈逐年增加的趨勢，這些塑料垃圾中每年有至少800萬t流入海洋［3］。塑料垃圾經(jīng)過光氧化降解、機械磨損、物理分解、化學作用和生物降解后，最終形成粒徑小于5 mm的新型污染物，即微塑料［4］。這些微塑料在洋流、風力等作用下，被運輸?shù)胶Ｑ蟮母鱾€角落，甚至是極地冰層和深海區(qū)域［5］。相對于大顆粒的塑料，微塑料更易于直接隨著食物被海洋生物攝入，再加上塑料能抵抗微生物降解而持續(xù)存在于海洋環(huán)境中，致使塑料在海洋環(huán)境中不斷積累，給海洋生態(tài)帶來巨大的威脅［6］。本文從海洋微塑料來源和污染現(xiàn)狀入手，總結國內外相關研究進展，綜述了微塑料對海洋浮游生物、甲殼類、貝類、魚類和其他海洋生物的影響，重點關注了微塑料與其他污染物的復合毒性效應等，并在此基礎上，對未來研究方向提出建議，以期為該領域的進一步研究提供新思路和理論依據(jù)。

1 微塑料在海洋環(huán)境中的污染現(xiàn)狀

據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署調查，漂浮在海洋中的塑料污染物約為1.8萬個·km-2，不僅對海洋環(huán)境造成了嚴重的威脅，還造成了每年超過130億美元的經(jīng)濟損失［7］。塑料垃圾也已嚴重影響我國的海洋環(huán)境，特別是粒徑小于5 mm的微塑料垃圾。本文從微塑料粒徑尺寸、豐度、形狀組成和顏色等方面綜述其賦存形態(tài)，介紹其對海洋環(huán)境的污染狀況。

1.1 海水的污染現(xiàn)狀

微塑料廣泛分布于大部分海洋、河口、海灣等，其污染問題已逐漸演變?yōu)槿蛐院Ｑ蟓h(huán)境問題。據(jù)報道，東北太平洋中存在粒徑小于5 mm的微塑料，豐度為（279±178）個·m-3；加拿大西部不列顛哥倫比亞省的地下海水中也檢測到微塑料的存在，豐度范圍為8～9 180個·m-3，大多數(shù)尺寸為100～500μm，微塑料組成多為纖維，顏色較為豐富［8］；大西洋中微塑料的粒徑為50～505μm，豐度為（1.15±1.45）個·m-3，用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）來鑒定聚合物類型，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)微塑料為聚酯和聚酰胺或丙烯酸／聚酯的混合物，主要顏色是藍色［9］；在偏遠寒冷的北冰洋等地區(qū)，同樣發(fā)現(xiàn)粒徑為0.25～7.71 mm、豐度為0～11.5個·m-3的微塑料，類型包括聚酯、聚酰胺等，組成多為纖維，主要顏色為黑色和藍色［10］。

而對我國海域調查發(fā)現(xiàn)，渤海海域微塑料平均豐度為（0.33±0.34）個·m-3，F(xiàn)T-IR光譜分析表明其主要類型為聚乙烯、聚丙烯等，其中大多數(shù)為不規(guī)則碎片［11］。黃海海域微塑料的粒徑為0.05～5.00 mm，豐度約為0.33個·m-3，其中檢測到最多的組成類型是纖維，顏色多為彩色和黑色［12］。東海表層海水中微塑料粒徑多為0.5～5.0 mm，豐度為0.011～2.198個·m-3，組成類型主要是聚乙烯和聚丙烯，形態(tài)多為泡沫狀，顏色則以白色和彩色為主［13］。南海海域微塑料污染最為嚴重，其粒徑為0.02～0.30 mm，豐度達（2 569±1 770）個·m-3，聚合物類型多為醇酸樹脂和聚己內酯［14］?？梢?，我國的主要海域基本上都存在微塑料，微塑料污染問題已經(jīng)不容忽視。

1.2 海洋沉積物的污染現(xiàn)狀

目前，有關微塑料在海洋沉積物的污染現(xiàn)狀研究已取得一定進展，如研究發(fā)現(xiàn)歐洲國家的海灘沉積物中粒徑小于1 mm的微塑料相對較少，約為72～1 512個·kg-1（干重），組成多為聚酯、聚乙烯等，其中98.7%的微塑料類型是纖維，顏色多為藍色和黑色［15］。而在全球范圍調查中，對北太平洋地區(qū)的沉積物中微塑料污染情況知之甚少，為此學者通過密度分離方法，從北白令海和楚科奇海表面沉積物的樣品中提取了微塑料，發(fā)現(xiàn)粒徑介于0.10～4.86 mm，而豐度范圍為0～68.7個·kg-1（干重），其中在楚科奇海沉積物中檢測到的含量最高，組成中聚丙烯占最大比例（51.5%），并且確定的類型為纖維（64.4%）和薄膜（35.6%），顏色主要為白色和黑色［16］。類似情況同樣發(fā)生在南極洲及其周圍水域20個站點的沉積物中，其微塑料直徑一般小于0.1 mm，最高濃度可達0.5個·mL-1，組成類型基本為纖維，通常最大長度范圍為2～5 mm，顏色多為白色、紅色、綠色等［17-18］。對我國渤海和黃海72個不同地點的沉積物樣品調查發(fā)現(xiàn)，所有樣品中都含有微塑料，粒徑范圍為66.25～4 982.59μm，其中渤海、北黃海、南黃海樣品中微塑料的平均豐度分別為 171.8、123.6、72.0個·kg-1（干重），纖維是最常見的類型，說明微塑料已廣泛分布在渤海和黃海的沉積物中［19］。通過對比國內外海洋沉積物中微塑料的污染水平，發(fā)現(xiàn)我國處于中等污染程度，這為評估我國微塑料的環(huán)境風險提供了有用的信息。

1.3 海洋生物的污染現(xiàn)狀

海洋生物在海洋生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈中發(fā)揮著重要作用，可通過研究不同海洋生物攝取微塑料的情況評估微塑料的潛在生態(tài)和人類健康風險。DEVRIESE等［20］對 歐 洲 褐 蝦 （Crangon crangon）調查發(fā)現(xiàn)，63%個體中存在微塑料，主要成分為聚酯纖維，粒徑范圍為200～1 000μm，平均每克蝦（濕重）中含有（0.68±0.55）個微塑料。而凱爾特海蜘蛛蟹（Maja squinado）體內普遍存在微塑料，最小尺寸為500μm，平均每個個體含有1.39個，主要類型為聚丙烯、聚酯等［21］。有學者評估了北愛奧尼亞海的幾種海洋物種對微塑料的攝取情況，發(fā)現(xiàn)紫貽貝（Mytilus galloprovincialis）攝入微塑料的頻率為46.25%，豐度為每個個體內含有1.7～2.0個，而在沙丁魚（Sardina pilchardus）體內檢測到的攝入頻率高達47.20%，豐度為每個魚體內含有1.5～1.9個，組成中最常見的是聚乙烯，大多數(shù)為碎片，顏色和尺寸各不相同［22］。加拿大哈利法克斯港口野生貽貝和養(yǎng)殖貽貝均攜帶尺寸為5～500μm的微塑料，且養(yǎng)殖貽貝體內每克攜帶為1.4個，遠高于野生貽貝的0.9個，光譜分析發(fā)現(xiàn)其50%是微觀碎片［23］。LI等［24］對中國上海水產(chǎn)市場 9種雙殼貝類進行取樣發(fā)現(xiàn)，所有貝體內都含有微塑料，且大多數(shù)粒徑范圍為5～5 000μm，其中泥蚶（Scapharca subcrenata）含量最多，平均每個個體含有57.2個，每克組織中高達10.5個，攜帶微塑料含量最少的是青蛤（Cyclina sinensis），平均每個個體含有4.3個，每克組織中含有2.1個，組成主要為聚乙烯，而類型主要包括纖維、碎片等，顏色呈現(xiàn)多樣化。相關學者對我國沿海17個地區(qū)牡蠣樣品中的微塑料進行量化，發(fā)現(xiàn)平均豐度為每個個體中含有2.93個微塑料，其中最常見的粒徑為1 500μm，說明中國沿海地區(qū)牡蠣已經(jīng)受到微塑料不同程度的影響，而其豐度與其他國家相似或更低［25］。

2 微塑料對海洋生物的影響

海洋微塑料被稱為海洋中的“PM 2.5”，因其會對海洋生物產(chǎn)生生物毒性等，已成為全世界環(huán)境學家、海洋生物學家研究的熱點［26］。微塑料單獨或與其他污染物一起對大多數(shù)浮游生物、貝類、甲殼類、魚類以及其他海洋生物產(chǎn)生不利影響，并沿著食物鏈進行傳遞，最終危害人類的身體健康。

2.1 微塑料對浮游生物的影響

藻類是海洋生態(tài)系統(tǒng)的主要生產(chǎn)者，其通過光合作用制造有機物，為自身和生態(tài)系統(tǒng)中的其他生物提供能量。海洋微藻分布廣泛，且自身容易吸附微塑料，因此藻類是研究微塑料對海洋初級生產(chǎn)力影響的重要載體。

目前，微塑料對藻類影響的研究主要集中在暴露狀態(tài)下微塑料對藻類生長動態(tài)和細胞活性的影響。MAO等［27］將蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）分別暴露在粒徑為0.1μm和1.0 μm的聚苯乙烯微塑料下，發(fā)現(xiàn)隨著濃度的增加，其光合作用效率降低、生長減慢，產(chǎn)生了類囊體扭曲、細胞膜破壞等物理損傷，同時體內會產(chǎn)生不明來源的類球蛋白。類似研究結果同樣發(fā)現(xiàn)于中肋骨條藻（Skeletonema costatum）中，將其暴露于粒徑為1 mm、濃度為50 mg·L-1的聚氯乙烯微塑料中，發(fā)現(xiàn)中肋骨條藻葉綠素含量和光合作用效率下降，生長受到抑制，最大抑制率可達39.7%［28］。把小球藻和柵藻（Scenedesmus）在納米微塑料下暴露60 h，發(fā)現(xiàn)其體內活性氧（ROS）顯著增加，并造成嚴重的氧化損傷［29-30］。

攝入微塑料對浮游生物的影響還表現(xiàn)在繁殖、生長和消化等方面。如將橈足類浮游生物矮小擬鏢劍水蚤（Paracyclopina nana）分別暴露于0.05μm、0.5μm和6μm熒光標記的微塑料下，發(fā)現(xiàn)只有0.05μm的微塑料被保留在個體內，且發(fā)育遲緩、繁殖力降低，細胞內ROS水平顯著增加，而暴露于0.5μm微塑料下的個體出現(xiàn)了延遲蛻皮的情況（無節(jié)幼體到橈足類），暴露于6 μm微塑料下對個體生長影響不明顯［31］。將橈足類海島哲水蚤（Calanus helgolandicus）暴露于粒徑20.6μm、濃度為1 000個·mL-1的聚苯乙烯微塑料下，發(fā)現(xiàn)其75%的腸道中含有微塑料，且消化后的糞便中微塑料的密度顯著降低，下沉率降低了2.25倍［32］。除此之外，將端足類美洲鉤蝦（Hyalella aztec）暴露于10～27μm聚乙烯微塑料和20～75μm聚丙烯微塑料下，發(fā)現(xiàn)隨著濃度的增加，美洲鉤蝦的死亡率上升，且聚乙烯和聚丙烯微塑料對美洲鉤蝦10 d內的半致死濃度分別是4.64×104個·mL-1和71.43個·mL-1；而于聚乙烯微塑料下進行42 d的慢性暴露實驗，發(fā)現(xiàn)其顯著降低了美洲鉤蝦的生長和繁殖，使美洲鉤蝦生存率下降、死亡率上升［33］。

2.2 微塑料對貝類的影響

貝類以濾食為主，廣泛分布于全球各大洋中，連接初級生產(chǎn)者和高級消費者，是能量流動的重要環(huán)節(jié)，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。近岸貝類如牡蠣、貽貝和人類生活密切相關，其軟體組織一旦含有微塑料將隨著飲食進入人體，給人類健康造成潛在威脅。

現(xiàn)有微塑料對貝類影響的研究主要集中在微塑料暴露下其對貝類生理生態(tài)的影響。研究發(fā)現(xiàn)將歐洲牡蠣（Ostrea edulis）暴露于粒徑范圍為0.48～316μm、濃度為80 mg·L-1的聚乙烯微塑料中60 d，牡蠣呼吸耗氧率相對于對照組有所增加［34］。而用粒徑為 50～570μm、濃度為0.01 mg·mL-1的聚苯乙烯微塑料對地中海紫貽貝（Mytilus galloprovincialis）進行21 d的暴露實驗發(fā)現(xiàn)，其不但可導致紫貽貝鰓和消化道結構發(fā)生改變，還可導致其外套膜壞死［35］。對淺溝蛤蜊（Scrobicularia plana）進行粒徑為20μm、濃度為1 mg·mL-1的聚苯乙烯微塑料暴露實驗發(fā)現(xiàn)，微塑料不但可引起淺溝蛤蜊強烈的氧化應激反應，還導致其組織甚至 DNA受到氧化損傷［36］。GONZALEZ-FERNANDEZ等［37］采用粒徑為 100 nm、濃度為100 mg·L-1帶有-COOH和-NH2官能團的納米級聚苯乙烯對太平洋牡蠣（Crassostrea gigas）的精子進行暴露，發(fā)現(xiàn)帶有-COOH官能團的聚苯乙烯會引起精子強烈的氧化應激反應，產(chǎn)生大量的ROS，而帶有-NH2官能團的納米級聚苯乙烯對太平洋牡蠣精子并無顯著影響，這說明微塑料對貝類的毒理作用還受到官能團的影響。

2.3 微塑料對甲殼類的影響

甲殼類動物多數(shù)是腐食者，但也有捕食和植食性的種類。相較于貝類，甲殼動物游動能力強，對生存環(huán)境有一定的自主選擇能力，但也不能免受海洋微塑料的威脅。

攝入微塑料對甲殼動物的影響主要表現(xiàn)為存活率、活動能力、生理代謝及細胞的理化特征等。GRAY等［38］用聚苯乙烯微塑料對草蝦（Palaemonetes pugio）進行3 h短期暴露，發(fā)現(xiàn)粒徑小于50μm的微塑料對草蝦毒性效應并不明顯，但粒徑大于50μm的微塑料會導致草蝦死亡率顯著升高；此外，將紋藤壺（Amphibalanus amphitrite）和豐年蝦（A.franciscana）幼體暴露于粒徑為0.1μm微塑料中48 h發(fā)現(xiàn)，隨著濃度的增加（0.01～10 mg·L-1），微塑料不僅改變了兩種蝦幼體的游動行為，還引起強烈的氧化應激反應，但對死亡率的影響不明顯［39］；將普通濱蟹（Carcinus maenas）暴露于粒徑為8μm的聚苯乙烯微塑料中發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯微塑料不僅會導致普通濱蟹對食物的吸收消化率降低［40］，且粘附在蟹鰓絲上的微塑料還抑制其對鈣離子的吸收，影響滲透壓調節(jié)［41］。

2.4 微塑料對魚類的影響

海洋魚類在海洋生態(tài)系統(tǒng)中處于食物鏈的頂端，需要捕食或者濾食大量低等水生動植物。因此，海洋魚類可直接或間接的攝入環(huán)境中的微塑料。調查發(fā)現(xiàn)，世界各大洋中大多數(shù)魚體內都存在微塑料［42］。

相關研究表明，微塑料的攝入對魚類的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，攝入微塑料容易堵塞消化道、降低攝食率、引起腸道擴張等，嚴重時可導致魚類的死亡。ORY等［43］對來自東南太平洋沿岸的魚類進行調查發(fā)現(xiàn)，2.1%樣品的消化道中含有微塑料；對中國21種海洋底棲魚類進行調查，同樣發(fā)現(xiàn)類似的狀況，大多數(shù)粒徑范圍小于5 mm、豐度范圍為0.2～17.2個·g-1的微塑料會影響魚類攝食，降低攝食率［44］；而濃度分別為50 mg·L-1和250 mg·L-1、粒徑范圍為6～180μm的微塑料積聚在羊頭魚（Cyprinodon variegatus）的消化系統(tǒng)中時，則容易引起腸道擴張［45］。另一方面，攝入微塑料還會影響海洋魚類的生長發(fā)育，對魚類的活動行為、組織器官功能等產(chǎn)生不利影響，并使免疫系統(tǒng)受到傷害。如將大西洋鯛（Sparus aurata）暴露于粒徑范圍為40～150μm、濃度分別為 1、10、100 mg·mL-1的聚氯乙烯和聚乙烯微塑料中，可導致其白細胞產(chǎn)生氧化應激反應，進一步暴露可能會損傷其免疫參數(shù)［46］。

2.5 微塑料對其他海洋生物的影響

微塑料在低等海洋生物至高等哺乳動物的體內均有分布。研究發(fā)現(xiàn)，分別將6種不同的珊瑚暴露于粒徑為 37～163μm、濃度為 4 000個·L-1的聚乙烯微塑料中，28 d后出現(xiàn)組織白化、壞死的現(xiàn)象［47］；將海鞘（Ciona robusta）幼體暴露于粒徑為10μm、濃度分別為0.125、1.25、12.5、25 mg·mL-1的微塑料中，其變態(tài)速度減慢，羽狀體率上升；而將普通海膽（Paracentrotus lividus）的浮游幼蟲暴露在相同條件下，則發(fā)現(xiàn)微塑料在其腸道內大量富集，導致其飽腹而影響對營養(yǎng)物質的吸收攝入，最終導致個體死亡［48］。

微塑料對大型海洋動物同樣有著巨大的威脅。20世紀以來，人們就在抹香鯨（Physeter macrocephalus）體內發(fā)現(xiàn)了塑料碎片［49］，而在習性為濾食性的座頭鯨（Megaptera novaeangliae）和荷蘭的港海豹（Phoca vitulina）胃腸道內也發(fā)現(xiàn)了微塑料，其可對這些大型海洋動物的攝食產(chǎn)生影響［50-51］?；液１℉alichoerus grypus）可通過捕食魚類間接攝入微塑料，導致塑料在其體內富集，影響其對食物的消化吸收［52］；而翱翔在海洋上空的海鳥攝入微塑料后，可導致塑料積聚在胃腸道，最終可導致鳥類的死亡［53］。BECKWITH等［54］研究發(fā)現(xiàn)墨西哥灣北部存在微塑料，平均豐度為（61.08±34.61）個·m-2，那里的綠海龜（Chelonia mydas）以筑巢為主，筑巢地點中微塑料的存在可能改變海沙的溫度和滲透性，間接影響其胚胎發(fā)育，此外，成年海龜易誤食微塑料，可能對孵化環(huán)境產(chǎn)生進一步不利影響。

2.6 微塑料與污染物的復合效應對海洋生物的影響

在海洋環(huán)境中，微塑料由于粒徑小、比表面積大，容易吸附環(huán)境中的有機污染物，進而對海洋生物產(chǎn)生復合毒性效應。其中常見易吸附的有機污染物有多氯聯(lián)苯［55］、多環(huán)芳烴［56］、有機農藥［57］以及多溴聯(lián)苯醚［58］等，除此之外還會吸附一些重金屬如鋅、銅、鉛、鉻、鎘等［59-60］，成為污染物的載體，造成海洋環(huán)境的復合污染，且其復合毒性遠高于單一毒性。如AVIO等［61］發(fā)現(xiàn)在聚乙烯、聚苯乙烯微塑料與多環(huán)芳烴芘的復合暴露下，芘在紫貽貝的消化組織中產(chǎn)生富集，并在血淋巴和鰓中發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在，導致其體內的半酣免疫反應、氧化應激反應、神經(jīng)毒性效應、基因毒性等均有所增強。當?shù)讞锷承Q（Arenicola marina）攝食了吸附多環(huán)芳烴菲的微塑料，其體內菲的富集量增加［62］。與對照組相比，攝食了富集聚乙烯微塑料和多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚等持久性有機污染物復合體的雄性日本青鳉（Oryzias latipes）體內的基因蛋白表達顯著下調，且其生殖細胞出現(xiàn)了異常增殖現(xiàn)象［63］，同時其肝臟組織發(fā)生損傷［64］，機體的代謝和解毒能力受到一定程度的影響。在重金屬六價鉻與聚乙烯微塑料的共同作用下，可造成小眼長臀蝦虎魚（Pomatoschistus microps）體內氧化損傷，顯著抑制乙酰膽堿酯酶的活性，抑制率可達31%，高于單一聚乙烯微塑料對機體該酶的抑制率21%［65］。聚丙烯微塑料可吸附疏水性多氯聯(lián)苯PCBs，并可將污染物轉移到生物體內，從而對機體產(chǎn)生不利影響［66］。此外，吸附了多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴等有毒化學物質的微塑料，可將其從海水轉移到海洋食物鏈中，進而對海洋生物和人類造成危害。

除此之外，微塑料的表面還會吸附一些細菌、病毒等微生物，進入生物體后，會造成微生物在各個營養(yǎng)級的生物積累［67-68］。此外，微生物聚集后的微塑料相較于單一的微塑料可產(chǎn)生更強的復合毒性效應，引起生物體感染［69］，進而對海洋生物的生存以及人類健康造成嚴重的威脅。

3 小結及展望

微塑料作為海洋乃至全球環(huán)境的新興污染源，雖然粒徑較小，但卻在不知不覺中改變著海洋乃至全球生態(tài)環(huán)境，威脅海洋生態(tài)和海洋生物的安全，對環(huán)境造成巨大的危害。本文綜述了微塑料對浮游生物、貝類、甲殼類、魚類以及其他海洋生物的生理生態(tài)影響的研究進展，重點關注了微塑料與其他污染物共同作用產(chǎn)生的復合毒理效應，以期引起社會對微塑料污染的重視和關注。但因微塑料污染的研究尚處于起步階段，在研究和認識上尚存較多不足，今后應進一步開展以下幾方面的研究工作：

1）從已有的研究來看，實驗大部分集中在室內可控環(huán)境內進行，實驗暴露時間較短，微塑料濃度比海洋環(huán)境濃度高幾個數(shù)量級，難以真實反映現(xiàn)實環(huán)境中微塑料對海洋生物及海洋生態(tài)的影響。建議在之后的研究中應延長暴露時間，盡可能開展原位實驗，闡明自然條件下微塑料，特別是表面積更大的納米級微塑料對海洋生物的影響及作用機理；開發(fā)新的模式生物用以探究微塑料的遷移轉移規(guī)律，并沿著食物鏈研究其代謝富集規(guī)律。

2）目前微塑料對海洋生物的研究主要局限于個體和組織水平，且海洋微塑料與有機污染物、細菌及病毒等的復合毒性效應研究目前尚較少見對復合機理方面的探索，未來應從細胞和分子水平深入研究復合毒性，以評估微塑料和有機污染物、細菌及病毒等復合毒性的作用機制，建立相應的復合毒性評估模型，以準確評估其對人類健康的影響。

3）對相關產(chǎn)業(yè)進行升級，積極探究可生物降解的材料來取代某些塑料制品，降低微塑料來源；探索建立生態(tài)高效的微塑料處理或回收利用技術，研發(fā)快速檢測設備和技術；提出海洋生物保護及生態(tài)修復的有效應對措施，完善相關法律法規(guī)。