劉沙沙，付建平，郭楚玲，黨 志

（1.肇慶學院環(huán)境與化學工程學院，廣東 肇慶 526061；2.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學研究所，廣州 510655；3.華南理工大學環(huán)境與能源學院，廣州 510006）

塑料及塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活中被大量生產(chǎn)和使用，給人們帶來了極大的便利，但大量的廢棄塑料難以回收而對環(huán)境造成嚴重污染。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，這種“白色污染”正以一種新的形式——微塑料威脅著生態(tài)和環(huán)境安全[1]。微塑料是指粒徑＜5 mm的塑料碎片或顆粒，種類較多，主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚酯（PEst）和聚對苯二甲酸（PET）類等[2]；在形狀上分為碎片、泡沫、顆粒、纖維和薄膜狀等[3]。

微塑料污染已無處不在，在淡水、海洋和陸地環(huán)境中均存在大量的微塑料，從海灘到海底最深處（馬里亞納海溝），從城市到偏遠地區(qū)（青藏高原湖區(qū)），從南極到北極[4-5]。另外，在食鹽[6]、蜂蜜[7]、啤酒[8]等產(chǎn)品，家禽、海鮮[9]以及飲用水[10]中均檢出了微塑料。微塑料的粒徑較小、密度低，能夠在強風、河流、洋流、潮汐等外力作用下發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化。此外，微塑料還可以作為其他有毒污染物（PAHs、PBDEs和重金屬等）的載體[11]。微塑料的大量賦存會對環(huán)境中的生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)，造成嚴重的生態(tài)風險，甚至通過食物鏈傳遞和富集[12-13]，威脅人類的生存和健康。

微塑料的化學性質(zhì)穩(wěn)定，在環(huán)境中的存在具有持久性，可達數(shù)百至數(shù)千年[1]，而且環(huán)境中微塑料的數(shù)量還在持續(xù)增加，微塑料污染已經(jīng)成為全球關(guān)注的問題。國內(nèi)外學者對微塑料的環(huán)境行為及其對生物的影響進行了廣泛的總結(jié)，但是大部分的綜述側(cè)重在某一方面，且只關(guān)注單一環(huán)境介質(zhì)，缺乏系統(tǒng)的歸納和分析。本文對不同環(huán)境介質(zhì)中（水體、大氣和陸地）微塑料的來源、遷移、分布特征及生態(tài)毒理效應(yīng)進行了系統(tǒng)的總結(jié)，指出目前研究中存在的問題，展望了未來的研究方向，以期為微塑料污染的控制及生態(tài)風險評估提供理論依據(jù)。

1 微塑料的來源

環(huán)境中微塑料的來源比較復雜，可分為初生微塑料和次生微塑料兩大類。初生微塑料的來源主要包括塑料/樹脂顆粒的工業(yè)原料、含有微塑料顆粒或清潔微珠的工業(yè)化產(chǎn)品，例如藥物、拋光料、個人護理品（化妝品、洗面奶、牙膏和沐浴露）等[14-15]。Gouin等[16]的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2012年在歐盟、挪威和瑞士的市場上，含有微塑料（球形顆粒、線狀纖維）的皮膚清潔用品占到了6%，粒徑范圍為450～800?m，顏色以藍色和白色為主[15，17]。歐洲化妝品協(xié)會進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)其中聚乙烯的比例最高（93%），其次為聚苯乙烯。由于其粒徑小、密度低等原因不易從污水中分離去除，而隨尾水排放進入到水環(huán)境中。Rochman等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，在美國每日有8萬億個塑料微珠進入到水體中。

城鎮(zhèn)、旅游、農(nóng)業(yè)及工業(yè)區(qū)塑料垃圾的不當處置、船舶運輸、水產(chǎn)養(yǎng)殖、捕魚等過程會對水環(huán)境造成一定程度的塑料污染[19-20]。塑料進入水體后，經(jīng)過物理（磨損、水體擾動、波浪擊打、風力）、化學（紫外光輻射、凍融循環(huán)）和生物過程（降解）發(fā)生破裂、分解或體積減小而形成微小的塑料碎片，稱為次生微塑料（圖1）。在環(huán)境中，紫外光輻射是促使塑料破碎、分解的主要推動力，與海洋等大型水域相比，河流、湖泊等小型水域中的微塑料暴露于紫外線中的可能性更高[21]，但缺乏海浪的沖擊力，這在潮汐地帶的海洋中尤為明顯[22]。另外，塑料的紫外光降解效率在水體、沙灘表面相對高效，在深水域或沉積物中的效率較低[22]，因此不同環(huán)境介質(zhì)中微塑料的含量相差較大。此外，人工合成纖維紡織品洗滌過程中產(chǎn)生的塑料微粒纖維也是次生微塑料的重要來源，Hernandez等[23]在實驗室模擬家用洗衣機清洗衣物的過程，發(fā)現(xiàn)洗衣機的排水中含有大量的纖維狀塑料，且在使用洗滌劑的排水中纖維狀塑料的含量（每克紡織品含有0.1 mg）明顯高于未使用洗滌劑的排水（每克紡織品含有0.025 mg）。由此可見，水環(huán)境中微塑料的來源十分廣泛，但是對于海洋、淡水環(huán)境中微塑料污染的主要來源及不同途徑的貢獻率還不明確，仍需做進一步的調(diào)查和研究。

陸地環(huán)境中的微塑料主要來源于農(nóng)業(yè)活動（地膜和農(nóng)膜使用）、污泥（化妝品、衣物及工業(yè)生產(chǎn)過程中的微塑料沉積）施用及堆肥、微塑料污染的灌溉水和大氣沉降等過程[24-26]。據(jù)估算，進入到陸地環(huán)境的微塑料可能會超過40萬t，這遠高于海洋和淡水環(huán)境中微塑料含量的總和[24]。地膜和農(nóng)膜的廣泛應(yīng)用成為農(nóng)田中次生微塑料的主要來源之一，由垃圾填埋或其他表面沉積物產(chǎn)生的微粒和微纖維，可以通過大氣沉降作用進入陸地環(huán)境[27]。德國海洋生物研究機構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)，每千克干燥污泥中約含有2.4萬個塑料微珠[28]。有研究指出，在最后一次污泥施用15年以后，土壤中仍能檢測到微塑料纖維的存在，其含量明顯超過了對照區(qū)域[29]。由于土壤生態(tài)系統(tǒng)復雜多變，對其中的微塑料進行分離和檢測具有一定的難度，水生生態(tài)系統(tǒng)的研究模式也不適用于陸地環(huán)境，因此，關(guān)于陸地環(huán)境中微塑料的來源研究相對較少。

圖1 微塑料的環(huán)境行為Figure 1 Behaviors of microplastics in the environment

工業(yè)粉塵的排放是大氣中微塑料污染的來源之一[30]，Dris等[31]研究者觀察到法國巴黎大氣中存在合成纖維、混合纖維和天然纖維等，推測室內(nèi)空氣微塑料（纖維類）污染可能是大氣環(huán)境中微塑料的重要來源[32]。大氣環(huán)境中的微塑料可能會通過沉降進入水體和陸地，有些研究報道了一些內(nèi)陸偏遠湖泊中微塑料的存在[4-5]，這說明大氣環(huán)境中微塑料通過輸移和沉降成為海洋、湖泊和陸地微塑料的來源之一。例如，Dris等[33]發(fā)現(xiàn)法國巴黎城區(qū)及郊區(qū)大氣沉降中含有纖維類微塑料，周倩等[34]在中國煙臺市區(qū)大氣降塵和降水中分離和鑒定到四種類型的微塑料（纖維類、碎片類、薄膜類和泡沫類）。目前，關(guān)于大氣環(huán)境中微塑料的污染特征和沉降規(guī)律還不清楚，未來還需加強該方面的研究。

總體來看，環(huán)境中微塑料的來源與我們的生活密切相關(guān)。近年來，國內(nèi)外關(guān)于淡水、大氣及陸地環(huán)境中微塑料污染的研究逐漸增多，但是對于環(huán)境介質(zhì)中微塑料的源解析工作還存在不足[35-36]。進入到環(huán)境中的大塊微塑料破碎、分解的速度是無法估計的[37]，對環(huán)境中的初生微塑料和次生微塑料進行定量化難以實現(xiàn)，這增加了對微塑料來源進行追溯的難度。此外，現(xiàn)有的微塑料提取、分離和鑒定方法沒有統(tǒng)一的標準，更重要的是化學質(zhì)量平衡法、同位素示蹤、化學或生物指紋圖譜等溯源技術(shù)還未廣泛用于微塑料源解析的研究中。未來需要根據(jù)不同種類的微塑料特性建立與之匹配的監(jiān)測分析方法，并結(jié)合準確高效的溯源分析技術(shù)，以解決目前環(huán)境介質(zhì)中微塑料來源研究中的瓶頸和不足。

2 微塑料的遷移分布

2.1 微塑料在環(huán)境中的遷移

大部分的微塑料密度較小，會漂浮或懸浮在水體表面，在洋流、潮汐、風浪、海嘯等外力的作用下進行遷移（圖1）。例如，潮汐對微塑料在海岸帶和海洋之間的遷移起到了重要作用，不僅能使海岸環(huán)境中的微塑料遷移至海水中，而且還能促使海水中的微塑料重新回岸。微塑料可以在不同環(huán)境介質(zhì)之間進行遷移，風力和地表徑流可以將微塑料從陸地轉(zhuǎn)移至水環(huán)境。大氣中的微塑料可通過雨水或沉降作用進入到水體和陸地環(huán)境中，而關(guān)于微塑料如何遷移至大氣目前還處在研究階段。陸地環(huán)境中的部分微塑料還會在重力和生物活動的作用下進入到深層土壤，而這部分微塑料也可能通過地下徑流遷移至淡水系統(tǒng)。淡水環(huán)境被認為是陸地和海洋環(huán)境之間微塑料遷移的紐帶，陸地上約80%的微塑料是通過河流進入到海洋環(huán)境中[38]。然而，在漲潮或發(fā)生洪水時會發(fā)生微塑料從海洋或河流向陸地的遷移。水體表面的微塑料能夠在紫外輻射和高溫的作用下發(fā)生分解[39]，但是渾濁的水體會遮擋太陽光而不利于微塑料的光解。機械應(yīng)力也會引起微塑料的分解，在經(jīng)歷持續(xù)的作用后微塑料變得易碎[40]。另外，密度較大的微塑料進入水體后會不斷沉降，在沉積物中聚集。

微塑料的遷移過程受自身特征（密度、形狀和大?。⑻鞖猓L、降雨）以及地形和水文（水位、流速）等因素的影響。Besseling等[41]指出由于微塑料的聚集沉積和斯托克斯沉降作用，中等大小的微塑料更容易從淡水環(huán)境遷移至海洋，而較小或較大的則容易滯留。然而，Lebreton等[42]的研究發(fā)現(xiàn)體積大的微塑料在水體中遷移的距離更遠，可能是由于在這些研究中微塑料的種類和水體的類型不同引起的。在微塑料的遷移過程中，流速越快、河水越淺，越有利于已沉積的微塑料的遷移[21]。長期存在于環(huán)境中的微塑料因風化、侵蝕等作用不僅會使其進一步破裂，還會改變其形貌和表面特征，容易吸附有毒污染物，并且還會附著一些海藻、微生物和黏土顆粒等，從而增大了微塑料的密度，影響其遷移過程。

目前為止，關(guān)于微塑料在陸地環(huán)境中的遷移研究還存在欠缺。土壤表面聚集的微塑料可以在生物活動的作用下沿著土壤剖面遷移至深層土中，例如蚯蚓（Lumbricus terrestrisL.）[43]、跳蟲（Folsomia candida和Proisoto maminuta）[44]、鼴鼠和植物（葡萄樹、紅樹植物）等[45-46]，且更容易到達地下水位較高的地方，納米級的微塑料能夠穿過土壤孔隙和粗質(zhì)土[47]。Rillig等[43]在實地土壤中添加蚯蚓和750 mg聚乙烯塑料（粒徑 范 圍 為 710～850、1180～1400、1700～2000、2360～2800 μm）21 d后，土壤的中層和底層均發(fā)現(xiàn)了微塑料顆粒，而且粒徑越小遷移到達的土層越深（710～850 μm），研究者認為可能是由于蚯蚓的攝取/排泄、挖洞和附著等活動引起的。

生物攝取在很大程度上也帶來微塑料的遷移（圖1），在不同的生物體內(nèi)（浮游生物和貝類）都檢測到了微塑料的存在，而關(guān)于微塑料在生物體內(nèi)積累和生物放大過程的研究目前還較少。大部分微塑料由于粒徑較大僅僅存在于胃腸道中，并在幾個小時或者幾天后被排出體外，這可能是引起已經(jīng)沉淀的微塑料再次漂浮起來的重要途徑[13，48]。但也有研究指出，一些較小的微塑料被生物體攝入后會在胃部、肝臟、消化管、消化上皮細胞、腸道腔、肝胰腺、卵巢、鰓瓣和血淋巴等部位積累，而且微塑料的排出也會變得緩慢[49]。在胃腸的蠕動和腸道津液和菌群的作用下，微塑料也可能在消化道內(nèi)發(fā)生分解[6，50]。此外，微塑料在不同營養(yǎng)級水平中的轉(zhuǎn)移與富集逐漸成為研究熱點。一些研究結(jié)果證明微塑料可以隨食物鏈發(fā)生遷移，例如，將預先攝取微塑料的橈足類或者多毛類浮游動物喂食糠蝦之后，微塑料可在糠蝦的腸道中積累[12]。Lwanga等[51]研究了微塑料在陸生食物鏈中的遷移（園土-蚯蚓-雞），微塑料的濃度隨著營養(yǎng)級的升高而增加，在雞糞中濃度達到了最大值。此外，在雞的砂囊中也檢測到了一定濃度的微塑料，由于砂囊可作為人類的食物，這說明微塑料可能會隨著食物鏈進入到人體。Zhu等[52]的研究發(fā)現(xiàn)，捕食者尖狹下盾螨（Hypoaspis aculeifer）和被捕食者跳蟲（Folsomia candida）同時存在于土壤中與各自單獨存在時相比，聚氯乙烯在土壤中的遷移距離更遠，這說明微塑料的遷移與土壤中不同營養(yǎng)級的生物密切相關(guān)。

2.2 微塑料在環(huán)境中的分布

近年來，關(guān)于微塑料賦存與分布的研究主要集中在海洋環(huán)境。由于海水的流動性和無國界，微塑料已遍布全球各處的海域，包括南極和北極地區(qū)、海島、大陸架、深海區(qū)域及大洋底部等。但是微塑料濃度的計量單位不一致，包含個數(shù)和質(zhì)量兩種表述，目前文獻報道的單位有個·m-3、個·m-2、g·km-2和g·m-3等，這造成了不同研究結(jié)果的可比性不高。但是從整體來看，海洋表層微塑料的含量高于下層及深海區(qū)域，并容易在沉積物中和海岸帶積累；在工業(yè)污染源、人類居住區(qū)附近海域的微塑料污染比較嚴重。微塑料進入到海洋后，在大氣運動和大氣洋流的作用下會向環(huán)流區(qū)域聚集，形成微塑料的高污染區(qū)，引起微塑料空間分布的不均勻。依據(jù)現(xiàn)有資料，全球海洋范圍內(nèi)存在五大塑料聚集的“垃圾帶”，其中，北太平洋和北大西洋都是微塑料污染的“熱點”區(qū)域。而在封閉或者半封閉的海域，例如地中海、加勒比海[53]，也易于形成環(huán)流污染區(qū)。在微塑料的粒徑分布方面，0.5～1 mm范圍的微塑料較多，也有一些海岸帶以小于50?m的為主。沉積物中的微塑料大多小于1 mm，有的甚至在幾十微米，例如在新加坡紅樹林濕地中，微塑料的粒徑范圍主要在20?m以下[54]。近年來，微塑料在海洋環(huán)境中分布的調(diào)查研究越來越多，應(yīng)加強對不同類型的微塑料的數(shù)量及深海水域和沉積物中微塑料賦存特征的研究。

目前，淡水環(huán)境的微塑料污染主要分布在歐洲（萊茵河、多瑙河）、北美（五大湖、圣勞倫斯河）和中國部分地區(qū)（太湖、長江、珠江）[55]。另外，在巴西[56]、蒙古[57]、印度[58]及南非[59]等國家的淡水系統(tǒng)也檢出了微塑料。與海洋環(huán)境相比，淡水環(huán)境更容易受到人類活動的影響，其周邊的人口密度、城鎮(zhèn)化水平、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和垃圾處置狀況是影響微塑料污染狀況的重要因素。此外，水文情況、氣象氣候條件[60]和季節(jié)變化[61]等也會影響微塑料的分布，美國洛杉磯河水中微塑料的豐度在雨季時要大于旱季，水體表面的含量大于底部[62]?？傮w上看，在人口密集地區(qū)微塑料的分布濃度相對較高，但在人跡罕至的偏遠地區(qū)也檢測到一定濃度的微塑料，例如蒙古國北部的庫蘇古爾湖、青藏高原內(nèi)陸湖、西藏北部西陵盆地湖泊等，可能因為這些湖泊大部分是封閉式水系，微塑料一旦進入會長時間停留并積累，從而造成了污染。值得注意的是，我國淡水環(huán)境中微塑料的濃度高于其他國家和地區(qū)[55，60]，近年來學者們對淡水環(huán)境中微塑料污染的研究越來越重視，但相關(guān)研究主要集中在污染較嚴重的長江中下游地區(qū)。另外，除了對珠江流域的微塑料檢出進行了報道外[63]，在其他主要水系（黃河、遼河和松花江等）的污染調(diào)查和監(jiān)測還沒有開展。

目前的很多研究指出微塑料也廣泛存在于陸地環(huán)境中，但是土壤中微塑料的提取和分離難度較大，關(guān)于陸地環(huán)境中微塑料分布特征的研究還十分欠缺。在墨西哥，微塑料對40%～60%的家庭花園表層土壤造成了污染[25]。Zhang等[64]對我國云南滇池附近耕地土壤中微塑料豐度和分布情況進行了調(diào)查研究，與已報道的水體和沉積物中微塑料相比，該地區(qū)土壤中微塑料的豐度明顯要高，微塑料的濃度為7100～42 960個·kg-1土，粒徑范圍為0.05～1 mm。纖維狀微塑料的比例（92%）最高，其余為碎片狀和薄膜狀，72%的微塑料處于與土壤團粒緊密結(jié)合的狀態(tài)，還有一些分散存在。同樣，對于分布在大氣中的微塑料的報道也寥寥無幾，Cai等[30]對東莞城區(qū)大氣中的微塑料進行了調(diào)查，聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯微塑料分布在該地區(qū)的大氣中，其中纖維類為主要的類型，大氣沉降物中微塑料的濃度范圍為 175～313個·m-2·d-1。Dris等[32]的研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)（私人公寓、辦公室）空氣中纖維類微塑料的濃度為0.4～59.4個·m-3，沉降速度為1586～11 130個·m-2·d-1，降塵中的含量為 190～670個·mg-1。Dris等[31]還對法國巴黎人口聚集地區(qū)（2500 km2）每年大氣中沉降的纖維類微塑料的量進行了估算，約為3～10 t。盡快建立簡單、高效的土壤和大氣中微塑料的提取和分離方法，開展陸地和大氣環(huán)境中微塑料的調(diào)查工作是十分必要的。

3 微塑料的生態(tài)毒理效應(yīng)

微塑料的生態(tài)毒性研究主要集中在微型和小型生物方面，而對動物和人類的影響研究較少。纖維類和薄膜類的微塑料容易纏繞生物體，限制其行動甚至導致死亡。大部分的微塑料能夠直接被生物攝取而產(chǎn)生物理損傷，堵塞或磨損攝食器官和消化道，降低攝食率，鋒利的微塑料還會對鰓或腸道組織造成損傷（圖2）。例如，紫貽貝（Mytilus edulis）和食草蟹（Carcinus maenas）分別可以通過鰓呼吸攝入聚乙烯（＜80 μm）和聚苯乙烯微球（10 μm），進入體內(nèi)的微塑料能夠損傷腸道[65-66]。聚苯乙烯可以通過靜電作用吸附在初級生產(chǎn)者（藻類、浮游生物和硝化細菌）的表面，阻礙了光照和空氣流動而影響生物體的光合作用和呼吸速率，導致其生長受到抑制[67]。此外，微塑料被生物體作為食物吞食后，會引起錯誤的飽食感，減少了對食物的攝取并作用于消化過程，導致能量缺失，生長和繁殖能力減弱，最終使生物體處于饑餓狀態(tài)并死亡[68]（表1）。

目前微塑料對水生生物毒性效應(yīng)的研究大多以短期暴露實驗為主，用于評價毒性效應(yīng)的指標主要包括行為、攝食率、生長情況、產(chǎn)卵量、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和生物酶活性等亞致死效應(yīng)以及死亡率（圖2）。這些不同的效應(yīng)之間是相互關(guān)聯(lián)的，例如Lee等[69]的研究發(fā)現(xiàn)日本虎斑猛水蚤（Tigriopus japonicus）誤將聚苯乙烯微球作為食物攝取，會引起所需能量的減少，從而引發(fā)一系列的生理功能異常，包括繁殖能力下降、生長遲緩甚至死亡等。Goldstein等[70]通過長期觀察和研究發(fā)現(xiàn)北太平洋絲海黽（Halobates sericeus）的產(chǎn)卵密度與微塑料含量正相關(guān)，這可能是由于微塑料能夠為絲海黽提供更多新的產(chǎn)卵載體，因而會對整個生物群落組成和結(jié)構(gòu)造成潛在的影響。微塑料的毒性與其大小、種類、形狀和暴露劑量密切相關(guān)，大部分的微塑料被攝入后僅在腸道中停留，容易隨糞便排出[71]。Goldstein等[72]發(fā)現(xiàn)生活在水面表層的鵝頸藤壺（Lepassp.）體內(nèi)的微塑料（聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯）主要集中在腸道部位，Cole等[73]在橈足類浮游生物Centropages typicus的腸道中也檢測到大量的聚苯乙烯微珠。

表1 微塑料對生物的毒性效應(yīng)Table 1 Toxic effect of microplastics on organisms

圖2 微塑料對生物的毒性效應(yīng)Figure 2 Toxic effects of microplastics on organisms

然而，粒徑較小的微塑料一旦進入生物體內(nèi)會長期滯留，并穿過細胞膜進入到周邊組織和循環(huán)系統(tǒng)，產(chǎn)生細胞及分子層面的毒性效應(yīng)[74]。聚乙烯和聚丙烯能夠破壞衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）細胞表面多糖的合成及解毒系統(tǒng)，抑制了與生長有關(guān)的基因表達。聚氯乙烯增強了參與翡翠貽貝（Perna viridis）基本生理過程的基因表達（細胞周期阻滯、凋亡和氧化還原壓力等）[75]。當微塑料的尺寸降至納米級，其對生物體的入侵能力和毒性進一步增強。紫貽貝（Mytilus edulis L.）可通過腸道攝取30 nm和100 nm的聚苯乙烯顆粒[76]。在青鱂（Oryzias latipes）成魚的大腦、睪丸、肝臟和血液中檢測到了聚苯乙烯（39.4 nm），這說明了納米級的微塑料可以穿過血腦屏障，并最終進入腦部組織[77]。Della等[78]研究發(fā)現(xiàn)表面帶負電的納米級聚苯乙烯微球（40 nm）容易在海膽（Paracentrotus lividus）胚胎的消化道內(nèi)聚集，可以通過胞吞作用進入到細胞內(nèi)；而表面帶正電的微球表現(xiàn)出更為明顯的胚胎毒性，導致發(fā)育缺陷和促進細胞凋亡。Lu等[79]的研究發(fā)現(xiàn)，在聚苯乙烯（70 nm）作用下斑馬魚的抗氧化酶活性發(fā)生了明顯的改變，引起了肝臟的局部感染及脂質(zhì)積聚，降低了氧化應(yīng)激，并且擾亂了脂類和能量代謝過程。此外，聚苯乙烯微珠（50 nm）還會引發(fā)臂尾輪蟲（Brachionus koreanus）體內(nèi)DNA損傷、抗氧化酶和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路被激活等[80]。鑒于納米粒子與納米級微塑料具有一定的相似之處，因此，將已有的檢測方法和風險評價用于納米微塑料顆粒的研究，有助于全面了解納米微塑料的特性、分布及對環(huán)境和生物的影響。

微塑料對陸生生物的毒性作用研究還存在欠缺，目前關(guān)注的主要為土壤動物，例如蚯蚓、線蟲和彈尾蟲[27]。Lwanga等[51]將陸正蚓（Lumbricus terrestris）暴露在低密度聚乙烯（＜150 mm）中60 d，結(jié)果表明微塑料會對蚯蚓的健康狀況產(chǎn)生影響，還會在蚯蚓體內(nèi)聚積并隨著食物鏈轉(zhuǎn)移至土壤中其他生物體內(nèi)，或者遷移進入到更深層，甚至到地下水中。但是，有的研究發(fā)現(xiàn)高密度聚乙烯對陸正蚓（Lumbricus terrestris）的生存和體重沒有影響，蚯蚓對其也沒有攝取或者排斥的傾向[81]。這可能是因為在這些研究中微塑料的性質(zhì)、大小和暴露濃度不同引起的。Rodriguez-Seijo[82]的研究也指出聚乙烯顆粒（250～1000 μm）對安德愛勝蚓（Eisenia Andrei）的存活、生長和繁殖沒有影響，但引起其組織病理損傷及免疫應(yīng)答，且在腸和中腸道內(nèi)發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在。此外，傅里葉紅外光譜（FTIRATR）分析發(fā)現(xiàn)蚯蚓體內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂類和多糖的含量增加，這可能是安德愛勝蚓應(yīng)對微塑料污染脅迫的機理之一。Zhu等[83]的研究發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯顆粒（80～250 μm）能夠?qū)ν寥捞x（Folsomia candida）的生長、繁殖及腸道菌群產(chǎn)生影響。微塑料及攜帶的有毒污染物進入土壤后，可能還會引起土壤微生物（微生物生物量和活性、群落結(jié)構(gòu)和多樣性、代謝功能等）及其生態(tài)過程（土壤呼吸強度和酶活性）的變化，但是目前還沒有微塑料對土壤微生物影響的報道。

環(huán)境中微塑料具有較大的比表面積，可作為有毒污染物的載體，微塑料與污染物形成的復合污染已經(jīng)成為研究其生態(tài)毒理效應(yīng)的關(guān)鍵問題。目前有關(guān)微塑料復合污染的研究剛剛起步，主要集中在與多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）和重金屬（HMs）等常見污染物對生物的聯(lián)合效應(yīng)[84]。值得注意的是，近年來已有研究指出微塑料（聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯）能夠吸附水體中的全氟化合物（PFOS、FOSA）、藥物及個人護理品（PPCPs）等新型污染物[85-86]，并影響這些污染物的遷移、轉(zhuǎn)化和生態(tài)毒理效應(yīng)（圖2）[11]。Browne等[87]研究發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯能夠攜帶壬基苯酚和菲進入到海蚯蚓（Arenicola marina）體內(nèi)，導致其攝食量減少、存活率和免疫力降低等毒害效應(yīng)。這說明疏水性有機污染物能在微塑料表面聚集，并可以通過微塑料攝取而進入到生物體內(nèi)產(chǎn)生毒性效應(yīng)。然而，關(guān)于微塑料作為載體對生物體攝取有機物的貢獻率還不明確，進入到生物體內(nèi)的微塑料大多數(shù)情況下會被排出，因此確定微塑料在腸道中的解吸速率是十分必要的。Koelmans等[88]利用生物動力學模型研究了微塑料對PCB的吸附/解吸過程，聚苯乙烯對PCB在海蚯蚓腸道內(nèi)的聚集沒有影響，而聚乙烯降低了PCB的積累，可能是因為PCB再次吸附在微塑料表面而減弱了生物積累作用，這說明微塑料對有毒化學物質(zhì)在生物體內(nèi)的積累沒有很大的相關(guān)性。Ma等[89]利用同位素標記法研究了5種不同尺寸的聚苯乙烯與菲的聯(lián)合毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯與菲的聯(lián)合毒性與聚苯乙烯顆粒本身的尺寸有較大的關(guān)系，納米級的聚苯乙烯（50 nm）對水蚤（D.magna）的物理損傷和毒性作用最大，而且能夠增強其攜帶的菲在水蚤體內(nèi)積累，呈現(xiàn)出顯著的聯(lián)合毒性作用。Besseling等[90]把海蚯蚓（Arenicola marina）暴露于含有19種多氯聯(lián)苯（PCBs）污染物和聚苯乙烯的土壤中，研究發(fā)現(xiàn)當聚苯乙烯的濃度較低時（0.007 4%），PCBs在生物體內(nèi)的聚集量升高1.1～3.6倍，而當聚苯乙烯的濃度升到較高的程度時，PCBs的聚集量反而會有輕微的下降。聚苯乙烯增強了鎳（0～4 mg·L-1）在大型溞（Daphnia magna）體內(nèi)的積累，但當鎳的濃度為5 mg·L-1時，聚苯乙烯降低了鎳的聚集[91]。

初生微塑料或次生微塑料進入環(huán)境后，其存留時間越長，毒性效應(yīng)越顯著。因風化、光照、侵蝕等作用，長期存在于環(huán)境中的微塑料會進一步的碎片化，而且其表面形貌、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)都會發(fā)生顯著變化，由此可能改變微塑料對共存環(huán)境中有害污染物及生物體的吸附作用，影響其在環(huán)境中的歸趨和生態(tài)效應(yīng)[27，92]。Turner等[93]研究了聚乙烯微塑料對重金屬離子（Ag、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和 Zn）的吸附性能，吸附動力學實驗表明，在河水中老化的聚乙烯的吸附效率要大于原始的聚乙烯，可能是因為老化的聚乙烯表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，更容易獲得電荷達到表面電荷平衡。Holmes等[94]研究發(fā)現(xiàn)海水中老化的聚乙烯對重金屬（Cd、Co、Ni、Cr、Cu和Pb）的吸附能力也強于原始的聚乙烯。Frias等[95]發(fā)現(xiàn)葡萄牙海岸沙灘中黑色老化的微塑料吸附PAHs和PCBs的濃度都較高。Rochman等[96]以日本青鳉（O.latipes）為受試對象進行了兩個月的毒理實驗，海水中老化的聚乙烯（3個月）+食物組生物體內(nèi)PAHs、PCBs和PBDEs的含量要比對照組（只添加食物）和原始的聚乙烯+食物組高。海水中聚乙烯喂食的雌性日本青鳉的肝臟發(fā)生了明顯的組織病理學改變，編碼卵黃蛋白原、雌激素受體α基因的表達略微低于原始的聚乙烯組，顯著低于對照組。老化的聚乙烯處理的雄魚卵黃蛋白原基因表達量顯著下調(diào)，并產(chǎn)生生殖細胞增殖的現(xiàn)象。

綜上所述，當微塑料與污染物共存時，其是否促進了污染物在生物體內(nèi)富集及改變污染物的毒性效應(yīng)是一個極其復雜的問題。這可能是由很多不確定的因素引起的，包括污染物和微塑料的性質(zhì)，污染物在微塑料表面的吸附/解吸能力，污染物在微塑料和生物體之間的逸度梯度[97]，生物體的攝取速率及在腸道中的停留時間等。此外，目前的研究是在實驗室模擬條件下進行的，將生物體或微塑料作為固定的因素且分類較為單一，暴露時間短，劑量高于環(huán)境中的濃度。然而，實際的環(huán)境介質(zhì)-微塑料-微生物生態(tài)體系復雜多變，而且是長期積累的效應(yīng)，這就增加了微塑料對生物體毒性效應(yīng)研究的難度。目前，單一的分析手段已經(jīng)難以滿足研究的需求，在未來的研究中應(yīng)加強微塑料分離/檢測技術(shù)、微觀結(jié)構(gòu)分析方法、環(huán)境微生物學及分子生物新技術(shù)的聯(lián)合。例如，在選擇實際環(huán)境中同一地區(qū)未污染為對照、微塑料污染和有毒物質(zhì)污染的實驗區(qū)域生物的基礎(chǔ)上，通過綜合運用Micro-FTIR、Pyr-GC-MS、指紋圖譜和SEM-EDS來確定生物體內(nèi)的微塑料及污染物的濃度和性質(zhì)，結(jié)合同位素示蹤、轉(zhuǎn)錄組學和蛋白組學等技術(shù)探討微塑料在復合作用過程中所扮演的角色，以期能夠區(qū)分微塑料本身及其攜帶的污染物對生物體的單獨或復合毒性效應(yīng)。

此外，為了滿足不同的應(yīng)用需要，在塑料生產(chǎn)過程中會添加增塑劑（鄰苯二甲酸酯）、防火劑（雙酚A、多溴聯(lián)苯醚）、抗菌劑和染料等化學組分。Andrady等[98]對海洋中的微塑料調(diào)查發(fā)現(xiàn)，聚乙烯和聚丙烯沒有任何殘留單體，但是聚苯乙烯含有質(zhì)量分數(shù)為0.1%～0.6%的苯乙烯單體和低聚物。這些添加劑在微塑料的風化過程中浸出，并且會隨著微塑料遷移并釋放出來，對環(huán)境和生物造成危害（圖2）[99]。聚苯乙烯和高密度聚乙烯中的壬基苯酚釋放進入水體后，其在水中的半衰期為4～5 d[100]。陸地環(huán)境中也有大量的增塑劑被檢出，Wang等[101]對中國南京種植蔬菜的土壤中的鄰苯二甲酸酯化合物（PAEs）進行了分析檢測，總PAEs的濃度范圍為0.15～9.68 mg·kg-1，高濃度的檢出點主要集中在塑料大棚和薄膜使用的地方。Kong等[102]檢測了中國天津城郊不同類型土壤中的6種PAEs的濃度，依次為蔬菜地＞廢棄土壤＞農(nóng)田＞果園，廢棄土壤中PAEs的主要來源為固體廢棄物，其他土壤中的PAEs主要來自于污泥中的化妝品、個人護理品和塑化劑，農(nóng)用地膜的使用也會增加土壤PAEs的含量。

微塑料中的添加劑能夠干擾神經(jīng)系統(tǒng)，影響動物的繁殖，誘發(fā)遺傳畸變，甚至對人體的內(nèi)分泌功能、生殖發(fā)育產(chǎn)生不良影響。但不同種類微塑料釋放的添加劑差別較大，因此其毒性影響也非常復雜。增塑劑對大型溞的毒性效應(yīng)已經(jīng)被證實[103]，鄰苯二甲酸酯類濃度很低時（ng·L-1），也會對生物體產(chǎn)生毒性，尤其是貝殼類、兩棲動物類和甲殼綱動物[104]。此外，微塑料在分解過程中易釋放聚合物單體（苯乙烯），對網(wǎng)紋蚤（Ceriodaphnia dubia）的內(nèi)分泌產(chǎn)生干擾效應(yīng)，例如降低繁殖率等[105]。添加劑的釋放速度與微塑料的理化性質(zhì)、所在介質(zhì)以及溫度等有關(guān)。老化的或者脆性微塑料釋放添加劑的速度較快，另外，由于生物體的胃腸道溶液中溶解性有機物和生物表面活性物質(zhì)（糖、醋酸）的濃度較高，有利于添加劑從微塑料上解吸出來[100]。但是微塑料被生物攝取后，具體是哪種添加劑在體內(nèi)釋放以及每種添加劑的毒性作用，目前還不清楚。通過化學成分檢測對在生物體內(nèi)釋放的添加劑進行定性和定量分析，確定其生態(tài)毒理效應(yīng)，這是未來需要進一步解決的問題。Koelmans等[100]利用生物動力學模型的分析結(jié)果表明，海蚯蚓（Arenicola marina）攝取微塑料后，壬基苯酚和雙酚A的釋放濃度低于全球的濃度限值，而這兩種添加劑對大西洋鱈魚（Gadus morhua）的影響幾乎可以忽略，這說明添加劑的釋放及其毒性效應(yīng)可能與生物種類相關(guān)。此外，當生物體攝取攜帶其他有毒污染物的微塑料進入體內(nèi)，污染物與添加劑發(fā)生相互作用，污染物可能會影響添加劑的釋放，添加劑也會對污染物在生物體的積累產(chǎn)生影響，或者兩者的毒性作用處于平衡狀態(tài)，這些都應(yīng)是未來研究關(guān)注的重點。

微塑料的食物鏈遷移已被報道，其能夠從低營養(yǎng)級向高營養(yǎng)級傳遞，從而導致食物鏈紊亂和生態(tài)位失衡[106]。但微塑料在食物鏈中的累積效應(yīng)、是否具有生物放大效應(yīng)，以及微塑料是否會沿著食物鏈進入人體并產(chǎn)生潛在的危害尚缺乏深入的研究。相關(guān)研究指出當微塑料的尺寸較小時，能夠產(chǎn)生更為顯著的生物效應(yīng)。納米級聚苯乙烯（24 nm）被證實可以沿著斜生柵藻-大型蚤-鯽魚的水生食物鏈發(fā)生遷移，并影響鯽魚的脂質(zhì)代謝和行為活動[107]。目前還沒有足夠的數(shù)據(jù)證明微塑料可以通過皮膚暴露途徑對人體造成直接危害，但人類卻可能通過飲食使其在體內(nèi)積累，例如，人類會食用體內(nèi)積累了微塑料的魚類和海產(chǎn)品[108]。2.4%的人類食用的大西洋鱈魚（Gadus morhua）體內(nèi)含有微塑料[109]，馬鮫魚（Scomberomorus cavalla）和巴西鯊魚（Rhizoprionodon lalandii）體內(nèi)平均含有2～6個微塑料顆粒[110]。美國化學學會研究人員認為，攝入塑料微珠的魚類被人類食用后，塑料微珠會引發(fā)人體細胞壞死、炎癥和組織裂傷等癥狀[18]。微塑料在生物體內(nèi)的聚集和毒性對人類身體健康的潛在威脅，這應(yīng)是將來重點關(guān)注的研究領(lǐng)域。

4 結(jié)論與展望

微塑料在全球環(huán)境中的廣泛分布和累積，已經(jīng)引起了人們對其來源、遷移分布及生態(tài)毒理效應(yīng)等方面的關(guān)注。但是由于環(huán)境中的大塊塑料在環(huán)境外力作用下會不斷破裂和降解為粒徑更小的微塑料，對于進入到環(huán)境中的微塑料的大小、數(shù)量和形狀等還不確定，以及相關(guān)研究方法和分類標準的不完善，導致微塑料環(huán)境行為的研究缺乏一致性。微塑料具有特殊的理化特征，并可以通過不同方式與有毒污染物結(jié)合形成復合污染，其對環(huán)境及生物體的毒性效應(yīng)、生物積累和食物鏈傳遞過程仍缺乏系統(tǒng)的分析和總結(jié)。從研究現(xiàn)狀來看，未來需在以下幾個方面開展進一步的研究：

（1）建立統(tǒng)一的微塑料樣品采集和分類標準、分離和鑒定方法，規(guī)范微塑料豐度/濃度的表示方法，將同位素示蹤、指紋圖譜等溯源技術(shù)應(yīng)用于微塑料的源解析研究中。加強全球范圍內(nèi)的國際合作，系統(tǒng)地開展環(huán)境介質(zhì)中（大氣、水體和土壤）微塑料污染的調(diào)查及生命周期研究，闡明微塑料的分布特征及在不同環(huán)境中的交互作用，揭示其環(huán)境行為與歸趨。

（2）在分析微塑料的化學組分和特性的基礎(chǔ)上，確定微塑料對生物體的毒性作用是由于攝取了微塑料后引起的物理損傷，還是其自身釋放的有害物質(zhì)造成的，掌握微塑料的物理化學特性與其毒性效應(yīng)之間的關(guān)系；微塑料可以作為有毒污染物的載體而改變其原有的毒性效應(yīng)，研究微塑料與污染物的相互作用機制及對生物體的復合毒性效應(yīng)，探討微塑料在復合效應(yīng)中所起的作用。

（3）微塑料的毒性實驗大部分是在實驗室內(nèi)進行的，研究對象單一、暴露時間短且劑量高于環(huán)境濃度，需要結(jié)合實際環(huán)境的特點對其毒性效應(yīng)進行綜合評價；將基因組學、蛋白組學和代謝組學等分子生物學新技術(shù)應(yīng)用到微塑料毒性效應(yīng)的研究中，深入研究微塑料及復合污染對環(huán)境中生物的致毒機理，以及對生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)功能的影響，為環(huán)境中微塑料基準值的判定及標準制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（4）在明確微塑料的生態(tài)毒性過程和機理的基礎(chǔ)上，結(jié)合同位素示蹤法，重點研究微塑料在食物鏈中的傳遞規(guī)律和效應(yīng)，為預防和控制微塑料對生態(tài)環(huán)境及人類健康的影響提供理論依據(jù)。確定微塑料及吸附的污染物對人體的暴露途徑，深入系統(tǒng)地探索微塑料對人類的潛在健康風險，這也將是今后亟需研究的問題之一，對環(huán)境中微塑料生態(tài)風險評估標準的制定具有重要意義。