10000 個(gè)科學(xué)難題之海洋微塑料污染及生態(tài)效應(yīng)
在加拿大召開(kāi)的七國(guó)集團(tuán)(G7)峰會(huì)上，日本和美國(guó)未簽署寫(xiě)入數(shù)值目標(biāo)、旨在減少日益嚴(yán)重的海洋塑料垃圾的文件《海洋塑料憲章》，被環(huán)境保護(hù)團(tuán)體紛紛譴責(zé)“應(yīng)該感到羞恥”。聯(lián)合國(guó)推測(cè)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(wàn)至1200萬(wàn)噸。本文為您分享《10000個(gè)科學(xué)難題˙海洋科學(xué)卷》中一個(gè)相關(guān)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(yīng)用，2013年全世界塑料的產(chǎn)量近3億t。然而大量塑料垃圾通過(guò)多種途徑進(jìn)入海洋，使海洋幾乎成了一個(gè)“塑料世界”。海洋微塑料(marinemicroplastics)問(wèn)題逐漸成為全球性的研究熱點(diǎn)，是與全球氣候變化、臭氧耗竭及海洋酸化并列的全球性環(huán)境問(wèn)題之一。
“微塑料”一詞最早被提及是在1990年，國(guó)外學(xué)者在描述南非海灘調(diào)查結(jié)果時(shí)提到了“微塑料”;海洋教育協(xié)會(huì)在20世紀(jì)90年代的巡航報(bào)告中提及了“微塑料”;2004年，在描述海水中的塑料碎片分布時(shí)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(jiàn)的塑料物質(zhì)，粒徑從幾毫米到幾亞毫米。在GESAMP的評(píng)估中，微塑料被界定在1nm至5mm大小的顆粒。美國(guó)NOAA將微塑料定義為小于5mm的小塑料碎片。目前國(guó)內(nèi)外研究大都將5mm界定為微塑料尺度的上限。
國(guó)際社會(huì)近年來(lái)不遺余力地呼吁重視海洋塑料垃圾問(wèn)題。2003年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署曾發(fā)起“海洋垃圾全球倡議”，2009年發(fā)布報(bào)告《海洋垃圾：一個(gè)全球挑戰(zhàn)》。這是史上第一次跨越12個(gè)不同區(qū)域，衡量全球海洋垃圾狀況的嘗試。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)此前估計(jì)，每年有超過(guò)640萬(wàn)t垃圾進(jìn)入海洋。2014年6月23日，UNEP在首屆聯(lián)合國(guó)環(huán)境大會(huì)上發(fā)布《聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署2014年年鑒》和《評(píng)估塑料的價(jià)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(jì)每年由此造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)130億美元，并將海洋塑料污染列為近十年中最值得關(guān)注的十大緊迫環(huán)境問(wèn)題之一。2015年4月，聯(lián)合國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)科學(xué)問(wèn)題聯(lián)合專家組(GESAMP)發(fā)布報(bào)告，把微塑料對(duì)海洋生物的危害程度等同于大型海洋垃圾對(duì)海洋生物的危害程度。2016年聯(lián)合國(guó)第二次環(huán)境大會(huì)報(bào)告進(jìn)一步從國(guó)際法規(guī)和政策層面推動(dòng)海洋微塑料的管理和控制。
微塑料的來(lái)源包括兩個(gè)方面：一是洗滌劑、生活護(hù)膚及工業(yè)原料等中的微塑料成分，隨污水排出進(jìn)入陸海環(huán)境中;二是環(huán)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(jìn)入食物鏈，將會(huì)影響到海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康。小尺寸(<5mm)的微塑料和海洋中的低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物，如浮游生物，具有相似的大小，許多海洋生物不能區(qū)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(guò)攝食其他動(dòng)物而間接吞食微塑料。
微塑料對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響過(guò)程和機(jī)制十分復(fù)雜。一方面，微塑料對(duì)海洋生物具有一定的毒性效應(yīng)，微塑料本身溶出物質(zhì)可能會(huì)對(duì)生物的發(fā)育造成影響，同時(shí)塑料固體本身也會(huì)對(duì)生物組織造成物理傷害，從而影響海洋生物正常的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖。另一方面，微塑料被生物誤食之后，當(dāng)該生物被上一級(jí)食物鏈的生物捕食之后沿食物鏈傳播、富集，加大對(duì)生物的傷害過(guò)程。最后，微塑料表面能夠吸附一定濃度的化學(xué)污染物，這些化學(xué)污染物對(duì)生物的健康往往是有害的。
世界各國(guó)近年來(lái)出臺(tái)越來(lái)越多的微塑料管理對(duì)策。歐盟制訂了海洋策略框架計(jì)劃，海洋廢棄物是其中的重要內(nèi)容。同時(shí)一些歐洲國(guó)家呼吁停止微塑料使用。德國(guó)總理默克爾在2015年6月的G7峰會(huì)上強(qiáng)調(diào)了對(duì)塑料的重視，將關(guān)注目標(biāo)放在減少塑料和微塑料的污染上。為防止北美地區(qū)五大湖的環(huán)境受到破壞，加拿大議會(huì)宣布將塑料微珠列為有毒物質(zhì)。2014年6月，美國(guó)伊利諾伊州首次出臺(tái)法案禁止個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品使用塑料微珠，并規(guī)定從2018年年底開(kāi)始禁止生產(chǎn)含有合成塑料微珠的肥皂和化妝品，從2019年年底開(kāi)始禁止銷售此類產(chǎn)品。加利福尼亞和紐約也將緊隨其后。澳大利亞聯(lián)邦和省的環(huán)境部長(zhǎng)也致力在2018年7月前自愿淘汰塑料微珠產(chǎn)品。荷蘭、奧地利、盧森堡、比利時(shí)和瑞典也已經(jīng)發(fā)出聲明，表示為了保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，應(yīng)禁止在化妝品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中使用微塑料。
微塑料污染對(duì)我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了重要威脅，也給我國(guó)帶來(lái)了巨大的環(huán)境外交壓力。然而，目前對(duì)微塑料在我國(guó)近海海洋環(huán)境中污染的現(xiàn)狀及其對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)有害影響的認(rèn)識(shí)仍比較缺乏;對(duì)海洋微塑料污染的監(jiān)測(cè)、控制和管理也缺乏有效技術(shù)和措施。我國(guó)關(guān)于海洋微塑料污染的相關(guān)研究仍處于起步階段，需要開(kāi)展大量的調(diào)查工作，全面掌握海灘、海底、海漂微塑料垃圾的污染現(xiàn)狀。國(guó)家海洋局從2007年以后，每年開(kāi)展一次全國(guó)性的近岸海域和海灘海洋塑料垃圾的數(shù)量、種類調(diào)查。除此之外，我國(guó)目前尚未開(kāi)展過(guò)大規(guī)模的海洋微塑料調(diào)查研究，對(duì)我國(guó)河口、近海微塑料的時(shí)空分布格局和動(dòng)態(tài)特征缺乏第一手資料;同時(shí)，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，人們對(duì)在真實(shí)海洋環(huán)境中微塑料對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)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(duì)海洋微塑污染來(lái)源、傳輸途徑及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)危害的認(rèn)識(shí)有一個(gè)逐步深化的過(guò)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(lái)源、通量及時(shí)空變化規(guī)律。
海洋微塑料的來(lái)源復(fù)雜，從入海途徑來(lái)看，既包括入海河流、直排海污染源，也包括海難垃圾、海水養(yǎng)殖，還包括大氣沉降等，其入海途徑十分復(fù)雜;從形態(tài)來(lái)看，既包括直接以微塑料顆粒形態(tài)入海的原生來(lái)源，也包括大塊塑料入海以后逐步破碎、降解形成的次生來(lái)源。因此，目前還很難準(zhǔn)確掌握塑料和微塑料的入海數(shù)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(duì)微塑料在世界大洋的分布狀態(tài)還缺乏全面的了解。
2.海洋微塑料監(jiān)測(cè)分析方法、標(biāo)準(zhǔn)。
目前國(guó)際上對(duì)微塑料的組成、種類、大小的認(rèn)識(shí)差異非常大，在采樣面積、深度、采樣量、拖網(wǎng)速度、分選程序及裝置等上，國(guó)際上也缺乏統(tǒng)一的方法和規(guī)范，微塑料分離、分析和鑒定方法仍在不斷改進(jìn)之中。因此，盡快形成規(guī)范化的采樣、分離和分析鑒定方法，建立相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)各國(guó)海洋微塑料調(diào)查和研究數(shù)據(jù)可對(duì)比性和信息共享，對(duì)評(píng)估全球海洋微塑料污染形勢(shì)及加強(qiáng)海洋微塑料國(guó)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(chǔ)性科研問(wèn)題。
3.海洋微塑料生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。
微塑料對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響過(guò)程和機(jī)制十分復(fù)雜。它對(duì)海洋生物的影響來(lái)自其自身粒子的物理效應(yīng)，來(lái)自其吸附的環(huán)境中的污染物，還來(lái)自通過(guò)充當(dāng)附著生物的基質(zhì)間接對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成影響。因此，需要充分考慮微塑料在真實(shí)環(huán)境中對(duì)海洋生物的作用過(guò)程，綜合利用室內(nèi)分析、野外調(diào)查和模型模擬等多種手段建立科學(xué)有效的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。
4.海洋微塑料污染源頭控制與管理技術(shù)。
世界范圍的塑料和微塑料的用途十分廣泛，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)出高度分散的特點(diǎn)，導(dǎo)致海洋微塑料的陸域來(lái)源復(fù)雜多樣，對(duì)它的管控不僅涉及技術(shù)問(wèn)題，還涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及人們的日常生活習(xí)慣等多方面的問(wèn)題。需要針對(duì)微塑料的主要污染源，綜合采取立法、政策、經(jīng)濟(jì)、回收處理等多種手段，形成符合各國(guó)國(guó)情且具有較強(qiáng)可操作性的源頭控制和管理手段。
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