10000 個科學難題之海洋微塑料污染及生態效應
在加拿大召開的七國集團(G7)峰會上，日本和美國未簽署寫入數值目標、旨在減少日益嚴重的海洋塑料垃圾的文件《海洋塑料憲章》，被環境保護團體紛紛譴責“應該感到羞恥”。聯合國推測塑料垃圾廢棄量為每年3億噸。還有估算顯示，流入海洋的塑料垃圾為每年800萬至1200萬噸。本文為您分享《10000個科學難題˙海洋科學卷》中一個相關的“難題”。
塑料制品由于輕便、彈性好和耐用等特性而被廣泛應用，2013年全世界塑料的產量近3億t。然而大量塑料垃圾通過多種途徑進入海洋，使海洋幾乎成了一個“塑料世界”。海洋微塑料(marinemicroplastics)問題逐漸成為全球性的研究熱點，是與全球氣候變化、臭氧耗竭及海洋酸化并列的全球性環境問題之一。
“微塑料”一詞最早被提及是在1990年，國外學者在描述南非海灘調查結果時提到了“微塑料”;海洋教育協會在20世紀90年代的巡航報告中提及了“微塑料”;2004年，在描述海水中的塑料碎片分布時也提及了“微塑料”。目前“微塑料”一般指在顯微鏡幫助下可看見的塑料物質，粒徑從幾毫米到幾亞毫米。在GESAMP的評估中，微塑料被界定在1nm至5mm大小的顆粒。美國NOAA將微塑料定義為小于5mm的小塑料碎片。目前國內外研究大都將5mm界定為微塑料尺度的上限。
國際社會近年來不遺余力地呼吁重視海洋塑料垃圾問題。2003年，聯合國環境規劃署曾發起“海洋垃圾全球倡議”，2009年發布報告《海洋垃圾：一個全球挑戰》。這是史上第一次跨越12個不同區域，衡量全球海洋垃圾狀況的嘗試。聯合國環境規劃署(UNEP)此前估計，每年有超過640萬t垃圾進入海洋。2014年6月23日，UNEP在首屆聯合國環境大會上發布《聯合國環境規劃署2014年年鑒》和《評估塑料的價值》，指出海洋里大量的塑料垃圾日益威脅海洋生物的生存，保守估計每年由此造成的經濟損失高達130億美元，并將海洋塑料污染列為近十年中最值得關注的十大緊迫環境問題之一。2015年4月，聯合國海洋環境保護科學問題聯合專家組(GESAMP)發布報告，把微塑料對海洋生物的危害程度等同于大型海洋垃圾對海洋生物的危害程度。2016年聯合國第二次環境大會報告進一步從國際法規和政策層面推動海洋微塑料的管理和控制。
微塑料的來源包括兩個方面：一是洗滌劑、生活護膚及工業原料等中的微塑料成分，隨污水排出進入陸海環境中;二是環境中的大塊塑料裂解釋放所致。海洋微塑料的主要危害是它一旦進入食物鏈，將會影響到海洋生態系統的健康。小尺寸(<5mm)的微塑料和海洋中的低營養級生物，如浮游生物，具有相似的大小，許多海洋生物不能區分食物和微塑料顆粒，因此微塑料極易被海洋生物誤食。除此以外，海洋生物還可通過攝食其他動物而間接吞食微塑料。
微塑料對海洋生態系統的影響過程和機制十分復雜。一方面，微塑料對海洋生物具有一定的毒性效應，微塑料本身溶出物質可能會對生物的發育造成影響，同時塑料固體本身也會對生物組織造成物理傷害，從而影響海洋生物正常的生長、發育、繁殖。另一方面，微塑料被生物誤食之后，當該生物被上一級食物鏈的生物捕食之后沿食物鏈傳播、富集，加大對生物的傷害過程。最后，微塑料表面能夠吸附一定濃度的化學污染物，這些化學污染物對生物的健康往往是有害的。
世界各國近年來出臺越來越多的微塑料管理對策。歐盟制訂了海洋策略框架計劃，海洋廢棄物是其中的重要內容。同時一些歐洲國家呼吁停止微塑料使用。德國總理默克爾在2015年6月的G7峰會上強調了對塑料的重視，將關注目標放在減少塑料和微塑料的污染上。為防止北美地區五大湖的環境受到破壞，加拿大議會宣布將塑料微珠列為有毒物質。2014年6月，美國伊利諾伊州首次出臺法案禁止個人護理產品使用塑料微珠，并規定從2018年年底開始禁止生產含有合成塑料微珠的肥皂和化妝品，從2019年年底開始禁止銷售此類產品。加利福尼亞和紐約也將緊隨其后。澳大利亞聯邦和省的環境部長也致力在2018年7月前自愿淘汰塑料微珠產品。荷蘭、奧地利、盧森堡、比利時和瑞典也已經發出聲明，表示為了保護海洋生態環境，應禁止在化妝品和個人護理產品中使用微塑料。
微塑料污染對我國近海生態系統構成了重要威脅，也給我國帶來了巨大的環境外交壓力。然而，目前對微塑料在我國近海海洋環境中污染的現狀及其對海洋生態系統有害影響的認識仍比較缺乏;對海洋微塑料污染的監測、控制和管理也缺乏有效技術和措施。我國關于海洋微塑料污染的相關研究仍處于起步階段，需要開展大量的調查工作，全面掌握海灘、海底、海漂微塑料垃圾的污染現狀。國家海洋局從2007年以后，每年開展一次全國性的近岸海域和海灘海洋塑料垃圾的數量、種類調查。除此之外，我國目前尚未開展過大規模的海洋微塑料調查研究，對我國河口、近海微塑料的時空分布格局和動態特征缺乏第一手資料;同時，由于海洋環境的復雜性，人們對在真實海洋環境中微塑料對海洋生態系統的安全和健康造成影響的程度，知之甚少。
作為一種新型的海洋污染，人們對海洋微塑污染來源、傳輸途徑及對生態系統危害的認識有一個逐步深化的過程，目前面臨的海洋微塑料研究主要難題包括：
1.揭示海洋微塑料的來源、通量及時空變化規律。
海洋微塑料的來源復雜，從入海途徑來看，既包括入海河流、直排海污染源，也包括海難垃圾、海水養殖，還包括大氣沉降等，其入海途徑十分復雜;從形態來看，既包括直接以微塑料顆粒形態入海的原生來源，也包括大塊塑料入海以后逐步破碎、降解形成的次生來源。因此，目前還很難準確掌握塑料和微塑料的入海數量。塑料和微塑料入海以后，一部分逐步下沉到海底，也有一部分隨洋流不斷漂移到世界各地。目前對微塑料在世界大洋的分布狀態還缺乏全面的了解。
2.海洋微塑料監測分析方法、標準。
目前國際上對微塑料的組成、種類、大小的認識差異非常大，在采樣面積、深度、采樣量、拖網速度、分選程序及裝置等上，國際上也缺乏統一的方法和規范，微塑料分離、分析和鑒定方法仍在不斷改進之中。因此，盡快形成規范化的采樣、分離和分析鑒定方法，建立相關的技術規范和標準，增強各國海洋微塑料調查和研究數據可對比性和信息共享，對評估全球海洋微塑料污染形勢及加強海洋微塑料國際合作具有重要的意義，也是目前海洋微塑料研究亟待解決的基礎性科研問題。
3.海洋微塑料生態風險評估技術。
微塑料對海洋生態系統的影響過程和機制十分復雜。它對海洋生物的影響來自其自身粒子的物理效應，來自其吸附的環境中的污染物，還來自通過充當附著生物的基質間接對海洋生態系統造成影響。因此，需要充分考慮微塑料在真實環境中對海洋生物的作用過程，綜合利用室內分析、野外調查和模型模擬等多種手段建立科學有效的生態風險評估體系。
4.海洋微塑料污染源頭控制與管理技術。
世界范圍的塑料和微塑料的用途十分廣泛，在生產、運輸和使用涉及多個環節，呈現出高度分散的特點，導致海洋微塑料的陸域來源復雜多樣，對它的管控不僅涉及技術問題，還涉及經濟、社會及人們的日常生活習慣等多方面的問題。需要針對微塑料的主要污染源，綜合采取立法、政策、經濟、回收處理等多種手段，形成符合各國國情且具有較強可操作性的源頭控制和管理手段。
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