張雅珊，陳宗耀，馬偉芳

（1 北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083；2 儋州市水務(wù)局，海南 儋州 571799）

在20世紀(jì)50年代，塑料制品由于穩(wěn)定性較好、可塑性較高、成本低廉、結(jié)實(shí)耐用而被廣泛使用。據(jù)Plastics Europe[1]于2006 年統(tǒng)計(jì)可知：1950 年全球塑料產(chǎn)量高達(dá)150萬(wàn)噸，并在此后飛速增長(zhǎng)，成為繼鋼鐵、水泥所屬的金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料之后全球第三大高分子材料制造產(chǎn)品[2]。但是由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有妥善處置塑料制品，從而造成如今塑料泛濫的現(xiàn)狀。塑料制品種類繁多，可由聚乙烯、聚苯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯等有機(jī)物混合制成，化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，自然條件下很難被降解。據(jù)估計(jì)[2]，截止到2015年，全球生產(chǎn)了近83億噸原生塑料，但回收的塑料廢物僅有6300t，而其中近60%的塑料又再次被隨意丟棄于環(huán)境之中。根據(jù)Plastics Europe[3]于2021 年發(fā)布的數(shù)據(jù)可知：2020 年全球生產(chǎn)了塑料3.67 億噸，比2019 年還低了0.01 億噸，結(jié)合連續(xù)數(shù)年塑料制品產(chǎn)量以2%～3%的速率穩(wěn)定增加和如今的現(xiàn)實(shí)情況綜合考慮可知，在世界各國(guó)的努力控制和疫情下全球經(jīng)濟(jì)低迷的大氛圍內(nèi)，塑料產(chǎn)量得到了一定的控制。微塑料雖是因塑料的破碎和降解[4]而形成的，但是與塑料相比，微塑料的質(zhì)量輕，粒徑小，遷移范圍更廣，造成的危害更嚴(yán)重，因而需要人類更多的關(guān)注。所以本文將目光聚焦于微塑料在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化，還原微塑料出現(xiàn)后在水體、大氣、土壤三相的循環(huán)過(guò)程，研究并預(yù)測(cè)微塑料對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，進(jìn)而提出微塑料降解的可行性研究方案。

1 微塑料來(lái)源、特征及其環(huán)境危害性分析

1.1 微塑料的來(lái)源與特性

微塑料最早被發(fā)現(xiàn)于海洋環(huán)境中，被定義為粒徑小于5mm 的塑料顆粒，主要被分為初級(jí)微塑料和次級(jí)微塑料兩類。初級(jí)微塑料主要指的是投加在工業(yè)和日常用品中，沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)再破裂的微塑料，包括個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、藥物載體、空氣噴射介質(zhì)和塑料預(yù)制顆粒等[5]，可通過(guò)工業(yè)排放口、污水處理廠排放廢水和意外泄漏等方式進(jìn)入環(huán)境。次級(jí)微塑料主要指的是已經(jīng)成型的塑料碎片經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物的共同作用再次分解破碎形成的新塑料顆粒，如塑料制品經(jīng)過(guò)風(fēng)化、陽(yáng)光暴曬、生物降解等破裂形成微塑料；羊毛衫、地毯等合成紡織品經(jīng)過(guò)洗滌釋放到水體中的微塑料；橡膠輪胎與減速帶在行駛過(guò)程中磨損形成的微塑料等[6]。如圖1 所示。環(huán)境中原本沒(méi)有微塑料的存在，導(dǎo)致如今微塑料泛濫的主要原因是人類活動(dòng)：在陸地創(chuàng)造出微塑料后，因污水排放、空氣傳播等因素侵入河流湖泊等淡水環(huán)境，最后匯流入海[7]。

圖1 微塑料主要來(lái)源

微塑料憑借自身因素可對(duì)環(huán)境造成難以估量的危害。微塑料因尺寸較小、疏水性強(qiáng)、比表面積大而具有較強(qiáng)的吸附能力，可吸附重金屬、有機(jī)物、致病菌等，從而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生進(jìn)一步污染[8]。同時(shí)，微塑料得益于體積小、質(zhì)量輕、密度小的特性，導(dǎo)致其在遷移速度快、遷移方位無(wú)法預(yù)測(cè)的同時(shí)，大部分會(huì)漂浮在表層。因而，現(xiàn)如今在深海和極為偏僻的島嶼均發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在[9]；在人類活動(dòng)比較少的偏遠(yuǎn)地區(qū)以及內(nèi)陸湖泊也發(fā)現(xiàn)了微塑料的蹤跡[10]；表層水的非球形微塑料平均豐度為(1140±880)items/m3，是沿海地區(qū)中層和底層水平均豐度的3.7 倍[11]。微塑料還因粒徑較小可以通過(guò)呼吸、進(jìn)食等方式輕易進(jìn)入生物體內(nèi)，在體內(nèi)蓄積從而對(duì)生物的胰腺、肝臟、腎臟乃至大腦進(jìn)行不同程度的損傷，并且很難被排出體外[12-13]。研究表明，在北大西洋深海、南極、北極乃至偏遠(yuǎn)的高原地區(qū)均有微塑料的身影，在牡蠣、貽貝、浮游生物體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了微塑料的蹤跡[14]。而由于微塑料的輕薄、易轉(zhuǎn)移、難降解、穩(wěn)定性強(qiáng)等特性，使得現(xiàn)如今微塑料很難被回收清理，更難被資源化利用，在環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間以復(fù)合物的形式存在，而治理微塑料污染目前還只能以從源頭減少微塑料的產(chǎn)生為主。

1.2 微塑料污染現(xiàn)狀

現(xiàn)如今各個(gè)地區(qū)微塑料的含量、粒徑、顏色、種類等均有很大區(qū)別。微塑料這一原本不存在于環(huán)境中的物質(zhì)早已通過(guò)水流、大氣循環(huán)、沉降等方式滲透到地球的各個(gè)角落，并侵入生物體內(nèi)。然而微塑料不易降解，性質(zhì)十分穩(wěn)定，很難通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)或者生物體自身消化系統(tǒng)來(lái)徹底降解。在塑料被人類大肆使用的前提下，微塑料在環(huán)境中的含量越來(lái)越高、種類越來(lái)越多，造成的污染和對(duì)生物的損傷也越來(lái)越強(qiáng)。

微塑料遷移過(guò)程中存在很多可變因素，導(dǎo)致不同區(qū)域微塑料的組成、數(shù)量大不相同。Rangel-Buitrago 等[15]在2021 年調(diào)查哥倫比亞中部加勒比海岸時(shí)發(fā)現(xiàn)，23 個(gè)海灘的微塑料豐度跨度極大，為557～2457items/kg 不等，其中纖維型微塑料占比高達(dá)83%。據(jù)Chen 等[16]2020 年的研究顯示，臺(tái)灣地區(qū)微塑料豐度在80～480items/kg，纖維型微塑料含量大于97%（表1）。大量的研究均表明纖維型微塑料是絕大多數(shù)地區(qū)的主要類型，然而據(jù)最新的研究[27]顯示，海洋表面大約91.8%的纖維是來(lái)自于動(dòng)植物本身而非微塑料，由此可知，以往的研究很可能極大地高估了微塑料在整個(gè)生態(tài)環(huán)境中的含量，所以未來(lái)人們應(yīng)該思考如何更加精準(zhǔn)地收集微塑料。

表1 陸地微塑料的特征

微塑料大多因人類活動(dòng)產(chǎn)生后隨著氣流、生物運(yùn)動(dòng)等遷移至水環(huán)境中，最后蓄積在海洋底泥里。僅2010年全球就有480萬(wàn)～1270萬(wàn)噸塑料垃圾從陸地遷移至海洋[28]，對(duì)水環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。據(jù)研究表明，膠州灣[29]中海水微塑料豐度可達(dá)(46±28)items/m3，其 中PET 的 含 量 最 高，達(dá) 到78.57%；渤海[30]中微塑料平均豐度只有(0.35±0.13)items/m3，PE 的占比多達(dá)43%，而PET 僅占13%（表2）。赫爾辛基委員會(huì)[40]在評(píng)估海洋垃圾的核心指標(biāo)時(shí)稱：全世界污染最嚴(yán)重的海域之一波羅的海70%的垃圾是由塑料材料造成的。與此同時(shí)，據(jù)Sch?nlau 等[32]的研究證實(shí)，瑞典境內(nèi)所有水域均有微塑料的存在。

表2 水環(huán)境中微塑料的特征

大氣作為微塑料暫時(shí)停留之處，所含微塑料的量是三相中最少的，但是空氣中的微塑料可以直接通過(guò)呼吸道、口腔、皮膚進(jìn)入生物體內(nèi)，所以對(duì)生物造成的影響最直接。同時(shí)，由于微塑料質(zhì)量很輕，在大氣環(huán)境中很難有固定的載體可以依附，所以其在大氣中的遷移不定性很高，過(guò)程十分復(fù)雜。據(jù)Gasperi 等[41]的研究顯示，由于室內(nèi)空氣流通性較差，同時(shí)有衣物、日用品等的加持，使得微塑料在室內(nèi)的含量遠(yuǎn)高于室外，與Liao等[42]的研究結(jié)果相符，室內(nèi)空氣中微塑料豐度為(1583±118)items/m3，與室外豐度(189±85)items/m3相差一個(gè)等級(jí)，如表3所示。此外，與水環(huán)境、陸地相比，大氣中的微塑料種類明顯增多，可能是由于人們平日使用的化妝品、涂漆等日用品中的微塑料釋放于空氣中，密度較小的微塑料停留時(shí)間與密度大的不一樣，進(jìn)而導(dǎo)致大氣中微塑料種類各異，見(jiàn)表1～表3。室內(nèi)作為人類最常出現(xiàn)的地方，大量且多樣的微塑料必定對(duì)人體造成極大影響。而如今隨著對(duì)微塑料研究的深入，可以通過(guò)生命周期評(píng)估（LCA）來(lái)量化說(shuō)明微塑料對(duì)生物健康造成的影響[52]；通過(guò)微塑料的危害指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可以綜合評(píng)價(jià)微塑料給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)程度[53-56]，從而能有效地達(dá)到監(jiān)管塑料的目的。

環(huán)境中的微塑料不僅數(shù)量多，種類也多，因而不能一概而論，如表1～表3 所示。除了最常見(jiàn)的PE、PP、PET、PS 以外，如今環(huán)境中還存在著少部分丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯等。各類微塑料對(duì)環(huán)境造成的影響有所不同，人類對(duì)其處理方法也不盡相同，導(dǎo)致后續(xù)處理難度極大。與此同時(shí)，微塑料顏色不同對(duì)環(huán)境造成的損傷也不盡相同。據(jù)周筱田等[57]對(duì)浙江水體的研究表明，光在近岸表層水體中發(fā)現(xiàn)的微塑料顏色就存在8種之多，其中灰色微塑料占比最高，說(shuō)明水體中微塑料種類很多的同時(shí)也證明了沿海地區(qū)人們?nèi)粘Ｉ钪幸蚍b、快遞、捕魚(yú)用具等產(chǎn)生的微塑料含量與因塑料袋、泡沫等白色垃圾而產(chǎn)生的微塑料相差無(wú)幾。此外，水生生物很容易誤食亮色和與其食物顏色相近的微塑料[58-59]，從而造成機(jī)械性損傷、堵塞進(jìn)食器官、引起假飽腹感、患上進(jìn)食障礙，最終因營(yíng)養(yǎng)不足而死亡[60]。

表3 大氣中微塑料的特征

2 微塑料的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程

微塑料因自身輕薄、微小等特性，可在三相中任意穿梭，該過(guò)程充滿復(fù)雜性、不定性，本文為更加直觀清晰地描述此過(guò)程，將從不同類型微塑料的遷移轉(zhuǎn)化和微塑料在不同生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化兩方面來(lái)分別敘述。微塑料的來(lái)源十分寬泛，進(jìn)而導(dǎo)致其種類多、數(shù)量大、分布廣泛：塑料制品可分裂成微塑料；工廠排放的廢氣含有大量微塑料；汽車、馬路等建筑材料均可釋放出微塑料。而微塑料又能吸附環(huán)境中的有機(jī)物、重金屬，形成復(fù)合污染物，在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)遷移轉(zhuǎn)化，被生物吸收到體內(nèi)，被微生物、風(fēng)力、日光等降解為更小的聚合物，進(jìn)而產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響，如圖2所示。

圖2 微塑料在生態(tài)環(huán)境中遷移過(guò)程

2.1 微塑料在生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

2.1.1 初級(jí)微塑料在生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品（洗面奶、磨砂膏、化妝品等）、清潔產(chǎn)品中的磨料、鉆井液和空氣爆破介質(zhì)[61-62]等物質(zhì)中摻雜的初級(jí)微塑料大部分被沖洗并進(jìn)入排水系統(tǒng)[63]，通過(guò)市政管網(wǎng)收集至污水處理廠。在污水處理過(guò)程中一部分微塑料進(jìn)入污泥并填埋入土壤，另一部分微塑料隨出水排入自然水體，最終匯流入海[64]。雖然污水處理廠對(duì)微塑料的去除有很好的效果，但是由于沒(méi)有對(duì)微塑料進(jìn)行降解處理，僅是一味地填埋，導(dǎo)致微塑料在環(huán)境中的含量仍呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。芬蘭赫爾辛基污水處理廠微塑料總?cè)コ士蛇_(dá)98%，每天卻仍向水體排放約6.5×107個(gè)微塑料[65]。波蘭南部多個(gè)污水處理廠總體微塑料去除率在95% 以上，污泥中微塑料豐度高達(dá)62.6×103particles/kg[66]。污水處理廠污泥聚集大量有機(jī)物、重金屬，與微塑料相結(jié)合對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。

2.1.2 次級(jí)微塑料在生態(tài)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

塑料制品、合成紡織品和橡膠制品因老化、磨損、工廠加工、洗滌、風(fēng)化、紫外線照射等因素分裂出次級(jí)微塑料，部分暫時(shí)漂浮在大氣，通過(guò)干濕沉降、風(fēng)力運(yùn)輸落到土壤和水體表面，部分直接落入土壤或水體中，部分隨著洗滌廢水進(jìn)入污水處理廠，最終與初級(jí)微塑料匯合共同在三相間遷移。此外，每年有近千萬(wàn)噸塑料從沿海地區(qū)遷移到海洋[18]，打撈后保守估計(jì)仍舊有30 多萬(wàn)噸塑料碎片殘留在海面上，通過(guò)紫外線照射、波浪作用、風(fēng)化、沉積物磨損破裂為次級(jí)微塑料，成為海洋微塑料的主要來(lái)源[67]。

2.2 微塑料在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

微塑料通過(guò)排水、沉降進(jìn)入河流湖泊后與水環(huán)境中因養(yǎng)殖、旅游業(yè)等活動(dòng)而產(chǎn)生的次級(jí)微塑料一起匯入海洋。而海洋密度高、塑料制品密度普遍較低，導(dǎo)致塑料會(huì)漂浮在海面。這些塑料因長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)吹日曬、氧化磨損、微生物分解等外力因素最終老化、破碎。老化后的微塑料比表面積相應(yīng)增加，氧氣與表面基團(tuán)接觸更廣，從而能吸收更多污染物，聯(lián)合成更不利于環(huán)境的復(fù)合物[68]，沉向海底。破碎后的次級(jí)微塑料粒徑更小，更容易進(jìn)入生物體內(nèi)乃至細(xì)胞中，使得其在對(duì)生物的肝臟、腎臟、頭部有一定損傷的前提下，還會(huì)改變生物細(xì)胞形態(tài)甚至調(diào)控基因表達(dá)，從而對(duì)其后代也產(chǎn)生一定影響[69]。

微塑料隨著海水不斷遷移的過(guò)程中遇到季風(fēng)、環(huán)流等影響，使得遷移范圍更為廣泛，從而造成全球性微塑料污染。部分被生物誤食的微塑料或隨著食物鏈移動(dòng)，或被糞便包裹最終作為底泥沉入海底[70]；密度高于海水的微塑料聚合物慢慢下沉堆積，侵入土壤環(huán)境，成為海底沉積物；密度低于海水的微塑料聚合物漂浮在水面，要么隨波遷移直至進(jìn)入海岸邊，侵入土壤，要么受氣流的影響進(jìn)入大氣環(huán)境。

2.3 微塑料在大氣中的遷移轉(zhuǎn)化

微塑料由于輕薄易轉(zhuǎn)移的特性，因此在隨氣流移動(dòng)的同時(shí)，移動(dòng)速度很快、移動(dòng)方向不定。據(jù)模型顯示[71]，在大氣環(huán)境中，微塑料的遷移長(zhǎng)度可達(dá)95km。所以存在大量受到氣流影響從水體而來(lái)的老微塑料與因塑料制品、纖維紡織品、合成橡膠等磨損分裂產(chǎn)生的新微塑料在大氣匯合。由于城市塑料工業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)生的次級(jí)微塑料含量較高，導(dǎo)致市區(qū)中大氣微塑料含量遠(yuǎn)高于郊區(qū)[72]。一部分空氣中懸浮的微塑料隨著生物呼吸與進(jìn)食進(jìn)入并聚集在生物體內(nèi)，從而對(duì)機(jī)體造成機(jī)械損傷；另一部分微塑料通過(guò)干濕沉降再次進(jìn)入水體或者侵入土壤環(huán)境，從而產(chǎn)生一系列不良影響。由于現(xiàn)如今研究時(shí)間尚少、技術(shù)尚不成熟，使得微塑料在大氣中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和污染特性尚不明晰，未來(lái)仍需重點(diǎn)研究。

2.4 微塑料在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

土壤中的微塑料大部分來(lái)源于廢物填埋、水體微塑料遷移與沉降、大氣中微塑料沉降等過(guò)程。雖然陸地是人類活動(dòng)最為直接廣泛的地區(qū)，但是土壤一般還是作為微塑料的歸宿地而非來(lái)源。進(jìn)入土壤中的微塑料的遷移在受到土壤顆粒移動(dòng)影響的同時(shí)也會(huì)受到植物根系生長(zhǎng)、動(dòng)物活動(dòng)等的影響。其中風(fēng)力可以影響微塑料的橫向遷移，使得微塑料在土壤里擴(kuò)散；降水會(huì)影響微塑料的縱向遷移，幫助微塑料侵入地下水，從而遷移至海洋；植物根系生長(zhǎng)和動(dòng)物活動(dòng)在幫助微塑料橫向遷移的同時(shí)也幫助微塑料縱向遷移。總之，在不同種類生物對(duì)微塑料遷移能力影響有所差異的同時(shí)，不同類別、不同粒徑的微塑料遷移能力也天差地別[73-74]。

土壤中有諸多生物的存在，由于微塑料的侵入導(dǎo)致其遭受不同程度的損傷。微塑料可以被植物根系吸收并順著導(dǎo)管系統(tǒng)遷移到可被人類食用的營(yíng)養(yǎng)區(qū)域[75]，最后通過(guò)飲食進(jìn)入人體內(nèi)。同樣，微塑料也會(huì)通過(guò)攝食進(jìn)入并聚集于生活在土壤中的生物體內(nèi)。此后，一部分生物死亡微塑料得以繼續(xù)留在土壤內(nèi)部，另一部分生物被捕食進(jìn)而順著食物鏈遷移。由于陸地人類活動(dòng)較多，所以土壤中含有大量重金屬、有機(jī)物等，因此微塑料會(huì)在遷移過(guò)程中吸附上述污染物形成復(fù)合型有機(jī)物，在土壤中穿梭。

綜上可知，微塑料可以在不同介質(zhì)中任意穿梭遷移。其在生態(tài)環(huán)境中的主要遷移過(guò)程可以大致被概述為：初級(jí)微塑料先進(jìn)入水體最終沉積在土壤中，次級(jí)微塑料先進(jìn)入大氣最終也沉降在土壤中。雖然微塑料的來(lái)源與遷移過(guò)程繁雜多樣、難以捉摸，但是微塑料的歸宿卻很明確地指向了土壤。由于微塑料在生態(tài)系統(tǒng)中無(wú)處不在，導(dǎo)致處在其中的生物也在時(shí)刻接觸微塑料。微塑料也會(huì)通過(guò)吸入、誤食等方式遷移到生物體內(nèi)，而微塑料難降解，不易排出，最終通過(guò)食物鏈聚集在人類體內(nèi)。早有研究[76]在人類糞便中檢測(cè)出9種不同的微塑料來(lái)證明微塑料可以進(jìn)入并聚集在人體內(nèi)。現(xiàn)如今，環(huán)境中的微塑料均是以聚合物形式存在，微塑料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)遇到各種污染物，進(jìn)而與其聯(lián)合生成更為穩(wěn)定、毒性更強(qiáng)的復(fù)合污染物，最終在生態(tài)系統(tǒng)中遷移[77]。此過(guò)程十分復(fù)雜多變，以如今對(duì)微塑料的模型研究很難還原全貌，所以本文僅對(duì)微塑料單體進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3 微塑料對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)外通用的微塑料風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要包含危害指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法（pollution load index,PLI）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法。這三個(gè)方法可以單獨(dú)對(duì)微塑料進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，也可以相互聯(lián)合、相互佐證，確保微塑料的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更為精確與全面。所以本文選擇建立在以往研究[78-82]的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的微塑料污染進(jìn)行綜合全面地評(píng)估：通過(guò)計(jì)算微塑料的危害指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來(lái)進(jìn)行多方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.1 危害指數(shù)

本方法建立了不同類型的微塑料對(duì)生態(tài)環(huán)境的化學(xué)毒性危險(xiǎn)指數(shù)，有針對(duì)性地對(duì)該地區(qū)每種微塑料產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行量化表示，最終疊加在一起，從而以直觀的形式展現(xiàn)出該地區(qū)微塑料對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的危害程度。具體見(jiàn)式(1)[55-56,81-82]。

式中，HI為微塑料的危害指數(shù)；Pn為各微塑料聚合物類型比例；Sn為微塑料的危害得分，如表4[78]。

表4 各微塑料的危害得分

3.2 污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）

該方法可以用來(lái)評(píng)價(jià)區(qū)域承載微塑料負(fù)荷的情況：通過(guò)結(jié)合各采樣點(diǎn)指數(shù)算出區(qū)域承載微塑料的負(fù)荷指數(shù)，更為直觀地體現(xiàn)該區(qū)域微塑料對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)。與HI結(jié)合后可以更為全面地評(píng)價(jià)微塑料對(duì)該地區(qū)產(chǎn)生的影響，具體見(jiàn)式(2)～式(4)[53-56,81-82]。

式中，Cfi為i地區(qū)微塑料的污染系數(shù)；Ci為i地區(qū)微塑料的實(shí)測(cè)含量，此處選擇各地采取的微塑料平均和最高豐度；C0為微塑料基線豐度[54-56,82-87]，其中地表水選取1192items/m3，土壤選取1680items/kg，大氣選取29items/m3、6868items/(m2·d)和5740items/kg；PLIi為i地區(qū)的微塑料污染負(fù)荷指數(shù)；PLIzone為整個(gè)系統(tǒng)中總微塑料污染負(fù)荷指數(shù)；Sn為第n個(gè)被測(cè)地區(qū)。

3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

該法不僅考慮到各微塑料對(duì)環(huán)境的影響，還充分反映出多種污染物對(duì)環(huán)境的綜合效應(yīng)，進(jìn)而預(yù)測(cè)出微塑料對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)，相比前兩種方法更為全面準(zhǔn)確，具體見(jiàn)式(5)～式(8)[53-54]。

式中，Cfr為r地區(qū)微塑料的污染指數(shù)；Cr為r地區(qū)微塑料的實(shí)測(cè)含量，此處選擇r地區(qū)采集的平均和最高微塑料豐度；Cri為標(biāo)準(zhǔn)參考值，此處與上述的C0數(shù)值保持一致；Si為微塑料i的危害得分；Pi為r地區(qū)微塑料i的豐度；Tri為r地區(qū)生態(tài)毒性響應(yīng)因子，即微塑料多聚物i占總量的百分比與該多聚物危害指數(shù)的乘積總和；Eri為r地區(qū)微塑料i的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；RI為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中全部微塑料的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；n為樣品中微塑料種類數(shù)。

在分別計(jì)算出水、氣、土三個(gè)生態(tài)環(huán)境中的HI、PLI、RI值后，需要對(duì)照相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表（表5[53-56,81-82]）對(duì)各指數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分，最終得出微塑料對(duì)該生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)水平

本文收集了大量不同地區(qū)水、氣、土中微塑料的豐度和各類微塑料占比數(shù)據(jù)（見(jiàn)表6～表8），經(jīng)代入式(1)得出微塑料的危害指數(shù)（HI）、代入式(2)～式(4)后得出微塑料的污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）、代入式(5)～式(8)后得出微塑料的潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI），與表5進(jìn)行對(duì)比后，綜合得出微塑料在三相中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。此外，本文選取各地微塑料豐度平均值和最高值共同進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

表5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)表

表6 土壤中微塑料豐度t

續(xù)表6

表7 水體中微塑料豐度

續(xù)表7

表8 大氣中微塑料豐度

續(xù)表8

3.4.1 生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)搜集的40個(gè)土壤數(shù)據(jù)計(jì)算得出以下結(jié)果。

當(dāng)使用平均值計(jì)算時(shí)可知：HI為1088.6，大于1000，危害等級(jí)為V 級(jí)；PLIzone為0.5114，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中31個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低級(jí)，3個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，0 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高級(jí)，2 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為危險(xiǎn)，4個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極度危險(xiǎn)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，進(jìn)而得出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中級(jí)。當(dāng)使用最高值計(jì)算時(shí)可知：HI為600.23，處于100～1000之間，危害等級(jí)為IV級(jí)；PLIzone為0.7512，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I 級(jí)；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中30 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低級(jí)，0 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，3 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高級(jí)，1 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為危險(xiǎn)，6 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極度危險(xiǎn)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，進(jìn)而得出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中級(jí)。如表9、表10所示。

表9 三相風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表（平均值）

表10 三相風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表（最高值）

根據(jù)搜集的41 個(gè)水環(huán)境數(shù)據(jù)計(jì)算得出以下結(jié)果。

當(dāng)使用平均值計(jì)算時(shí)可知：HI為998.4，處于100～1000 之間，危害等級(jí)為IV 級(jí)；PLIzone為0.60477，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I 級(jí)；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中30 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低級(jí)，0 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，3 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高級(jí)，0 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為危險(xiǎn)，8 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極度危險(xiǎn)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算得出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中級(jí)。當(dāng)使用最高值計(jì)算時(shí)可知：HI為801.5，處于100～1000 之間，危害等級(jí)為IV 級(jí)；PLIzone為1.00587，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I 級(jí)；RI數(shù)值各地區(qū)均不相同，其中28個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低級(jí)，1個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，1 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高級(jí)，2 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為危險(xiǎn)，9個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極度危險(xiǎn)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)得出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中級(jí)。如表9、表10所示。

而搜集的38 個(gè)大氣環(huán)境微塑料豐度數(shù)據(jù)由于單位不同，需再分為三類計(jì)算：①items/(m2·d)；②items/m3；③items/kg。

使用平均值計(jì)算時(shí)，當(dāng)微塑料豐度單位是items/(m2·d)時(shí)：計(jì)算得出HI為403.5，小于1000，危害等級(jí)為IV 級(jí)；PLIzone為0.3797，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I 級(jí)。當(dāng)微塑料豐度單位是items/m3時(shí)：計(jì)算得出HI為35.6，小于100，危害等級(jí)為III 級(jí)；PLIzone為0.2383，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)。當(dāng)微塑料豐度單位是items/kg時(shí)：計(jì)算得出HI為652.6，小于1000，危害等級(jí)為IV 級(jí)；PLIzone為0.2984，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)。綜合來(lái)看，大氣中微塑料危害等級(jí)為IV級(jí)，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)。此外，RI數(shù)值各地區(qū)同樣各不相同，其中29 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低級(jí)，0 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，3 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高級(jí)，2 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為危險(xiǎn)，4 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極度危險(xiǎn)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)而大致得出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中級(jí)。當(dāng)使用最高值計(jì)算時(shí)可知，當(dāng)微塑料豐度單位是items/(m2·d)時(shí)：計(jì)算得出HI為265，小于1000，危害等級(jí)為IV 級(jí)；PLIzone為0.50174，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)。當(dāng)微塑料豐度單位是items/m3時(shí)：計(jì)算得出HI為82，小于100，危害等級(jí)為III 級(jí)；PLIzone為0.39356，遠(yuǎn)小于10，負(fù)荷等級(jí)為I 級(jí)。當(dāng)微塑料豐度單位是items/kg時(shí)：計(jì)算得出HI為650，小于1000，危害等級(jí)為IV 級(jí)；PLIzone為0.402，小于10，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)。綜合來(lái)看，大氣中微塑料危害等級(jí)為IV級(jí)，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)。此外，RI數(shù)值各地區(qū)同樣各不相同，其中26 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低級(jí)，1 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，2 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高級(jí)，3 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為危險(xiǎn)，6 個(gè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極度危險(xiǎn)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，進(jìn)而大致得出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中級(jí)。如表9、表10所示。

微塑料在環(huán)境中平均豐度和最高豐度的計(jì)算結(jié)果均指向一個(gè)現(xiàn)狀：雖然微塑料會(huì)給環(huán)境造成很惡劣的影響，但是以如今微塑料在環(huán)境中的含量來(lái)看，其尚未對(duì)生物、生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)，潛在風(fēng)險(xiǎn)較低，在生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)的能力范圍內(nèi)。由表9、表10可知，微塑料對(duì)水和土壤環(huán)境的威脅不相上下，對(duì)大氣環(huán)境的危害程度較低，因此人們現(xiàn)在將目光更多地放在水體和土壤環(huán)境中，反而對(duì)與人類密切接觸的大氣環(huán)境關(guān)注較少。由表6～表8可知，盡管微塑料在三相中的含量差別較大，水體、土壤作為微塑料的主要來(lái)源與歸宿地含量比大氣這一微塑料暫時(shí)停留場(chǎng)所要高很多，但是三者計(jì)算得出的總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)卻因風(fēng)險(xiǎn)水平較低而相差無(wú)幾，見(jiàn)表9、表10。

3.4.2 2100年環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)演化預(yù)測(cè)

在選取微塑料豐度計(jì)算時(shí)，為增加風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的全面性和可靠性，本文特意選擇各地豐度的平均值和最高值進(jìn)行比較，最終能很明確地得出微塑料尚未對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成影響的結(jié)論。但是如果未來(lái)環(huán)境中微塑料豐度仍保持如今一般呈指數(shù)增長(zhǎng)的同時(shí)，各國(guó)對(duì)塑料依舊不引起足夠的重視去管控的話，保守預(yù)計(jì)到2100 年全球微塑料的豐度會(huì)提升50 倍[159]。此時(shí)計(jì)算出微塑料在土壤中的PLIzone為5.31，負(fù)荷等級(jí)為I 級(jí)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，估算總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度；微塑料在水體中的PLIzone為7.11，負(fù)荷等級(jí)為I級(jí)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)估算總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度；微塑料在大氣中的PLIzone分別為3.55、2.78、2.84，平均負(fù)荷等級(jí)為I 級(jí)，依據(jù)概率加權(quán)平均值計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)估算總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度。而HI的計(jì)算方法不涉及微塑料在環(huán)境中的豐度，所以保持不變。由此可知，預(yù)計(jì)在2100 年（表11），微塑料雖然仍未對(duì)環(huán)境造成肉眼可見(jiàn)毀滅性的危害，但是已經(jīng)帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致很多潛在的影響，積累到一定程度后必然會(huì)大規(guī)模爆發(fā)。所以現(xiàn)在應(yīng)給予微塑料污染足夠的重視，提前預(yù)防并治理微塑料，盡量將影響降至最低。

表11 2100年三相風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表（最高值）

4 微塑料的強(qiáng)化降解及風(fēng)險(xiǎn)阻控措施

通過(guò)本文對(duì)微塑料的整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可知，微塑料對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在威脅極高，所以應(yīng)趁其尚未對(duì)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞、對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)造成不能挽回的影響之前，在減少塑料生產(chǎn)的同時(shí)積極降解環(huán)境中殘留的微塑料，提前對(duì)微塑料進(jìn)行阻控，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低?，F(xiàn)如今最常用的微塑料降解方法有物理化學(xué)法、熱化學(xué)法、生物降解法等[160]。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)[160-161]：物理化學(xué)法在高效、有前景的同時(shí)，處理費(fèi)用卻較為昂貴，過(guò)程較為復(fù)雜，很難大范圍應(yīng)用；熱化學(xué)法雖然可以大范圍混合處理各類微塑料，可以提供能源，但是其耗能極高，會(huì)產(chǎn)生大量污染物；盡管生物降解法能在耗能低、環(huán)保的同時(shí)保證對(duì)微塑料的處理效果，但是其處理速度卻較為緩慢。大量研究表明，雖然動(dòng)、植物、微生物乃至酶都對(duì)微塑料有一定的降解能力，但是生物降解后的產(chǎn)物成分十分復(fù)雜，對(duì)環(huán)境仍可能會(huì)有一定危害[162]。此外，生物降解微塑料具有極高的針對(duì)性，不同的微塑料需要由相應(yīng)的生物進(jìn)行降解，才能在達(dá)到理想效果的同時(shí)生成的產(chǎn)物對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響。綜合可知，現(xiàn)在微塑料降解仍處于不成熟階段，后續(xù)仍需提升。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種微塑料均可以以TiO2為催化劑進(jìn)行光催化降解[163-165]。此外，使用超臨界水對(duì)微塑料進(jìn)行熱降解可以將微塑料轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂咸峁┠芰?，與傳統(tǒng)的焚燒相比更為節(jié)能，產(chǎn)生的有害氣體也更少，處理效率更高[166]。同時(shí)，也可根據(jù)各類降解方法的特點(diǎn)將其組合使用[165]：利用物理化學(xué)法對(duì)微塑料進(jìn)行預(yù)處理，將其分解為單體，而后使用生物降解，從而達(dá)到更快、更有效、更節(jié)能的目的。

綜上可知，微塑料降解還有很多技術(shù)難點(diǎn)要攻克，以現(xiàn)在的研究水平很難將微塑料大規(guī)模高效率無(wú)害化處理，更不要說(shuō)將分散到全球各地的連肉眼都難以辨別的微塑料集中回收。通過(guò)降解環(huán)境中的微塑料來(lái)緩解其污染，在費(fèi)時(shí)費(fèi)力浪費(fèi)資源的同時(shí)，還可能會(huì)給環(huán)境帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)，效果往往也不盡如人意。然而中國(guó)科學(xué)院卻另辟蹊徑，制作出一種可被海水降解為水和二氧化碳的塑料，可從源頭上減少微塑料的產(chǎn)出[167]，也給人們帶來(lái)從源頭治理微塑料污染的新思路。綜合本文調(diào)查數(shù)據(jù)可知，土壤和水體中的微塑料含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣中的微塑料，其中土壤中微塑料主要來(lái)源于污泥填埋[66]和大氣沉降；水體微塑料主要來(lái)源于陸地遷移[18]和廢水排放[65]。所以在采用源頭治理來(lái)控制微塑料時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面努力：①我國(guó)雖然是塑料生產(chǎn)大國(guó)，但是污水處理廠去除微塑料效果卻低于70%[168-169]，使得大量微塑料得以進(jìn)入水體，所以現(xiàn)如今污水處理廠應(yīng)將微塑料也納入著重處理的范疇內(nèi)，積極提高微塑料去除技術(shù)；②污水處理廠的廢棄污泥應(yīng)利用上述物化生方法將其中的微塑料以最大程度去除后再進(jìn)行填埋；③盡量減少生產(chǎn)塑料制品、合成纖維和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品等易產(chǎn)生微塑料的物質(zhì)，做到用多少產(chǎn)多少，不鋪張浪費(fèi)、過(guò)多產(chǎn)出；④加大力度研發(fā)能代替橡膠、個(gè)人護(hù)理品、紡織品等能產(chǎn)生微塑料的添加劑；⑤呼吁公民將垃圾分門別類地放到垃圾桶內(nèi)，在減少塑料大規(guī)模進(jìn)入環(huán)境分裂成微塑料的同時(shí)，能更加有針對(duì)性地對(duì)（微）塑料進(jìn)行統(tǒng)一降解；⑥呼吁大眾減少塑料制品的使用，盡量用玻璃制品及布袋等代替塑料；⑦嚴(yán)格把控工廠生產(chǎn)的化妝品、洗漱用品等中微塑料的含量。由于大氣中的微塑料難以長(zhǎng)久停留，只可暫時(shí)沉降，而人類活動(dòng)均離不開(kāi)陸地，所以寄希望于清除大氣和土壤中的微塑料往往事倍功半，但水環(huán)境在沒(méi)有人類干擾的同時(shí)，大量微塑料最終的歸宿也是海底。因而對(duì)于環(huán)境中已有的微塑料而言，應(yīng)先去監(jiān)測(cè)、排查、管理水體中的微塑料，并對(duì)不同地區(qū)、不同種類的水體采取對(duì)應(yīng)的治理措施。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

微塑料在水、土、氣三相間的遷移過(guò)程大致為：微塑料自產(chǎn)出那一刻便開(kāi)始在三相間、生物體內(nèi)不斷穿梭，整體呈現(xiàn)水體為源頭與傳播途徑、大氣環(huán)境為傳播介質(zhì)與暫時(shí)停留場(chǎng)所、土壤為最終歸宿的趨勢(shì)。隨著對(duì)微塑料檢出頻率和檢出豐度的不斷報(bào)道，其對(duì)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)也引起了廣泛的關(guān)注。雖然目前微塑料在環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)水平尚未造成顯著的影響，但因其風(fēng)險(xiǎn)累積增長(zhǎng)速度迅猛，因此需要采取一定的管控措施以降低其風(fēng)險(xiǎn)水平，大致概括為：以源頭使用管控為主，微塑料集中收集處理和強(qiáng)化環(huán)境降解為輔。

盡管現(xiàn)在微塑料已受到諸多關(guān)注，但是對(duì)微塑料的認(rèn)知仍舊十分淺顯：無(wú)論是對(duì)微塑料與環(huán)境中各類污染物吸附結(jié)合過(guò)程的了解，還是微塑料在大氣中具體遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的認(rèn)知均停留在表面。然而在微塑料迅猛增長(zhǎng)的時(shí)代，尚未形成具體、貼切的微塑料風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，使得人們對(duì)微塑料在生物體內(nèi)乃至對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響尚不能準(zhǔn)確把控。今后的重點(diǎn)應(yīng)將目光聚焦到完善微塑料風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而去思考如何管控微塑料風(fēng)險(xiǎn)，降解環(huán)境中已有微塑料，探討如何利用微塑料吸附特性協(xié)同去除環(huán)境中其他微量有毒有害污染物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境綜合修復(fù)。