来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/12/20 14:02:58
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FESE | 前沿探讨:微塑料的环境风险

论文标题:Understanding and addressing the environmental risk of microplastics(微塑料的环境风险)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Han Qu, Hongting Diao, Jiajun Han, Bin Wang, Gang Yu

发表时间:22 Aug 2022

DOI:10.1007/s11783-023-1612-5

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塑料制品排放到环境中后,通过物理化学作用形成碎片、纤维或球体等形状的颗粒,其中直径<5 mm的塑料颗粒称为微塑料。作为一类新污染物,微塑料和持久性有机污染物、抗生素、内分泌干扰物一样可能具有潜在的环境风险(图1),微塑料在环境中的广泛分布、以及对生态系统和人体健康的影响成为研究热点。目前,微塑料已经列入国家新污染物治理行动计划。

图1 微塑料的潜在环境暴露途径与效应

最新研究表明,日益增多的微塑料主要来源于每年多达 1270 万吨塑料垃圾从陆地排放至水环境中。微塑料存在于环境中,特别是水环境中时,同聚效应是决定它们传递、分布、生物利用度等环境行为发生的主要因素;而大气环境中微塑料的迁移主要是通过道路交通活动进行。由于体积小,微塑料很容易进入食物链并最终进入人类食物。现有的研究结果表明,微塑料广泛存在于水环境中,对水生生物的正常生理活动产生不利影响,包括影响动植物的新陈代谢、生长、发育和繁殖。粒径是产生生物学效应的重要因素,粒径越小的微塑料,通过穿透生物膜对生命体产生的不利影响越大。然而,目前相当多的研究集中在各种环境基质中的微塑料污染大小和数量的量化上,而这明显是不够的。

微塑料的归趋和毒理学效应会受到其聚合物成分、颗粒形状、表面积、密度、持久性、吸附的污染物、其他物质的影响。例如,我们不能忽视微塑料和环境中共存的有害污染物的综合作用,如持久性有机污染物、药品和个人护理产品、内分泌干扰物、重金属等。微塑料可作为载体,将危险化学品及其代谢物转移和富集到环境中的植物和动物中,而目前关于微塑料、化学添加剂和吸附的污染物对生物体的共同作用的相关研究信息很少,同时,微塑料的风化、老化和聚集等行为都会影响到微塑料与其共存成分之间的相互作用,以及微塑料的归趋、转化和毒性。已有研究表明,当微塑料和其他化学物质一起穿过生物膜时,可能对生物形成更严重的负面效应,这可能源于微塑料强大的比表面积可以增加化学物质的浓度。微塑料的这种“特洛伊木马”效应值得进一步研究

尽管目前的研究显示出了微塑料的各种潜在危害,但部分科学家认为微塑料是惰性的,并且没有足够的证据证明其自身的危害。(1)微塑料对水生生物潜在毒性作用的研究越来越多,但对人类的不良健康影响仍然不明显。(2)实验室进行的动物暴露和效应试验中,微塑料暴露水平远高于真实环境暴露浓度,并且暴露条件也与真实环境条件不同。成年人的微塑料每日摄入量(0.2~5.8 μg/kg•bw/d)比宠物(4.3×10^7~6.5 × 10^7 μg/kg•bw/d)低好多个数量级;与传统颗粒物摄入量相比,微塑料每日摄入量不足 0.004%,几乎可忽略不计,常见的有机污染物通过食物等其他途径被人体摄入的量也要远高于微塑料作为载体的暴露量;而实验室研究中微塑料的暴露水平(4.2 × 10^7 ~1.1 × 10^12 particles/m^3)通常比环境中真实水平高几个数量级(0.004~9200 particles/m^3),微塑料暴露条件也与真实环境条件不同。(3)在粪便中检测到微塑料表明它们可以从动物和人类体内排出体外。因此,基于当前研究的微塑料暴露和健康风险评估可能存在很大的不确定性,可能被夸大了(图2)。关于微塑料对人类健康的风险,需要学者们继续深入开展符合真实环境的相关研究后进一步探讨。

图2 微塑料是否会严重影响人类健康?

微塑料虽然成为学术界的研究热点,但目前微塑料污染研究亟待解决的主要问题包括:标准方法的建立、真实环境下生态和健康风险、相关政策法规的制定实施。其中,发展和优化分析方法,以弥补微塑料定性和量化方面的不足,推进微塑料检测方法的标准化和质量控制是保证其深入研究的根本。进一步的,在真实环境下的生态和健康风险的深入研究,以确证或排除其潜在环境风险。与此同时,国内外针对塑料污染也陆续出台了一系列的政策法规等管控措施。相信通过这些政策的实施必将减少微塑料的排放源,从而最大程度降低其潜在环境风险。

编 者 按

目前国内外对微塑料的基础研究已经取得了一定程度的进展,包括微塑料在环境介质中的赋存特征,对动植物的生物学效应,以及与其他有机污染物、重金属等相互作用后导致的复合污染现象。这些研究工作对了解和治理微塑料污染具有很好的指导意义,但一个值得注意的事实,相当一部分研究还停留在实验室高浓度和环境非靶标生物的水平上。需进一步开发出更精确的定性和定量分析方法,加强环境相关浓度微塑料对人体负面效应的研究,为最终真实环境下微塑料的精准防治提供依据。同时在当前国家大力开展新污染物治理的前提下,应当加强相关政策的制定,从源头管控,减少环境污染。

文稿 | 陈孟立,重庆大学

编者 | 陈 一,重庆大学,FESE青年编委

审校 | 张 姣

本文内容来自FESE期刊2023年第17卷第1期发表的Views文章 “Understanding and addressing the environmental risk of microplastics”。通讯作者为清华大学王斌副教授。

引用格式:Han Qu, Hongting Diao, Jiajun Han, Bin Wang, Gang Yu. Understanding and addressing the environmental risk of microplastics. Front. Environ. Sci. Eng., 2023, 17(1): 12

本文来自Special issue—Emerging Contaminants: Science and Policy,客座编辑为Bin Wang, Qian Sui, Haoran Wei, Damià Barceló 和 Gang Yu。

摘要

Over the past decades, the plastic production has been dramatically increased. Indeed, a category of small plastic particles mainly with the shapes of fragments, fibers, or spheres, called microplastics (particles smaller than 5 mm) and nanoplastics (particles smaller than 1 μm) have attracted particular attention. Because of its wide distribution in the environment and potential adverse effects to animal and human, microplastic pollution has been reported as a serious environment problem receiving increased attention in recent years. As one of the commonly detected emerging contaminants in the environment, recent evidence indicates that the concentration of microplastics show an increasing trend, for the reason that up to 12.7 million metric tons of plastic litter is released into aquatic environment from land-based sources each year. Furthermore, microplastic exposure levels of model organisms in laboratory studies are usually several orders of magnitude higher than those found in environment, and the microplastics exposure conditions are also different with those observed in the environment. Additionally, the detection of microplastics in feces indicates that they can be excreted out of the bodies of animal and human. Hence, great uncertainties might exist in microplastics exposure and health risk assessment based on current studies, which might be exaggerated. Policies reduce microplastic emission sources and hence minimize their environmental risks are determined. To promote the above policies, we must first overcome the technical obstacles of detecting microplastics in various samples.

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声明:本文为FESE期刊编辑部与青年编委会、作者等共同制作,内容仅供参考。欢迎转发和阅读原文,并就文章提出广泛讨论。如转载,请保持内容完整、标注信息来源。

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering 是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,重点关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊。

共同主编:曲久辉院士,John Crittenden院士

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期刊官网2

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