第1章绪论
早期对于塑料污染的研究并没有“微塑料”这个概念，仅仅是将所有塑料视为整体污染。早在1972年，美国科学家就先后在Science上报道了美国新英格兰近海及马尾藻海中的塑料分布[1，2]。1988年美国科学家向美国国家海洋和大气管理局（NOAA）报告了北太平洋海域环流区域*次注意到漂浮有相对较高的塑料垃圾含量，但这并未引起广泛关注。直到1997年美国查理斯 摩尔船长在北太平洋海域发现了大量塑料垃圾，即著名的北太平洋垃圾环流带，该区域塑料垃圾的平均含量为334271个/km2，在重量上是该区域浮游动物的6倍[4]，该问题才再次引起关注，但并没有特意关注小型的海洋塑料垃圾。
而微塑料粒径的定义直到2008年在美国华盛顿大学举办的**届“国际海洋微塑料分布、影响及归趋研讨会”上才被讨论。考虑到其生物可利用性，微塑料粒径的上限阈值被定义为5mm，这一大小的塑料可能较容易被海洋浮游生物摄食，但并不能对海洋生物产生类似由大塑料引起的缠绕等物理危害。到目前为止，对微塑料的粒径范围定义学术界仍然存在一定的争议。
微塑料是塑料的一种，仅因其尺寸较小而获得特定名称，其核心本质与其他塑料无异。然而，微塑料的粒径5mm以下定义缺乏科学依据，主要是基于人类肉眼可以辨识的范围进行划分，是一种人为界定，未能提供充分的科学意义上的支持。此外，微塑料的定义本身也较为模糊：形状可能是圆形、长方形、片状或线状等，而不同形状的塑料在环境中的效应又存在显著差异。微塑料并不是具有一组特定物理化学性质的单一实体，而是一系列大小、形状和密度各异的颗粒的连续体，这些颗粒极大地影响着整个微塑料在环境中的暴露和效应。除了大小和形状的差异外，颗粒可能具有不同的组成（聚合物和添加剂）和表面特性，这些也会影响颗粒的暴露和毒性。因此，过于宽泛的定义会使微塑料的研究复杂化，其科学性也常受质疑。
关于微塑料的研究起初源于海洋生物学家使用浮游动物网进行海洋生物调查[6]。这种调查网的孔径为330^m，通过多年累积的样品分析，人们逐渐意识到微塑料的存在。此类定义的形成更多出于实用考量，而非基于严格的科学标准。在海洋微塑料的监测方面，相比过去主要采用330pm较大孔径的Manta拖网采样，采用更小孔径(0.45～10pm）的滤膜采样后发现，水体中的微塑料主要由大量塑料纤维组成，而微塑料颗粒在海洋中的浓度水平相比塑料纤维而言非常低，占0～5%，浓度在0.2～0.6个/m3。
然而，当前的研究者经常根据这种人为划定的标准进行实验，并尝试得出关于微塑料毒性及环境影响的结论。这种研究方法科学性不足，存在较多问题，尤其是过于依赖实验室中的单一模型和实验材料进行验证，与真实环境中的微塑料暴露情况相去甚远。
海洋微塑料不像大塑料垃圾那样对海洋生物有明显而直接的有害影响。研究发现，它们虽然被浮游动物、底栖生物、鱼类、鸟类等摄食或误食，但微塑料毒理学研究却一直没有得出令人信服的实验证据，证明它们在环境浓度水平上和组成上对海洋生物产生了有害影响。实验研究过程中，研究者往往简单地使用商用单一材料塑料球或碎片喂养鱼类等模式生物，并观察其毒性效应。然而，这些实验并未考虑到环境中的实际微塑料浓度、组成和分布情况。例如，在真实的海洋环境中，每立方米水中可能仅有极少数量的微塑料，其浓度远低于实验中人为设定的数值。因此，实验得出的结论可能缺乏环境相关性。更为严重的是，微塑料在环境中的组成复杂，塑料种类及添加剂众多，实验室结果难以推广至真实环境，难以归纳出具有广泛适用性的生态规律。
在现实中，环境中的大部分微塑料来源于纺织品的塑料纤维，这与传统的塑料污染并不完全相同。然而，许多实验研究仍旧使用颗粒状或片状塑料作为模型材料，忽视了纤维状塑料的存在量及其可能的影响。已有的大量毒理学实验大都没有使用环境中大量存在的纤维状微塑料，而是使用环境浓度非常低的颗粒状微塑料，并且其使用量远远高于环境浓度水平，却以此模拟包括纤维状微塑料在内的整体微塑料浓度水平。这类实验得出的结论并不能反映环境中微塑料毒性水平，往往不被接受，因不具实际科学意义。由此，当前关于微塑料毒性及其环境效应的研究多存在方法学上的问题，需要更加审慎地模拟和评估真实环境中的微塑料暴露情况。
海洋塑料垃圾和微塑料之所以会引起国际上的高度关注，主要因为它是全球性海洋环境问题，跨国界（海洋）污染，并且输人海洋的塑料垃圾量在持续增长。许多塑料垃圾在海洋环境中可能对海洋生物产生各类物理危害，对海洋生态系统产生一定的有害影响；小型海洋塑料垃圾（即微塑料）可能存在与大型海洋塑料垃圾同等程度的风险。并且国际上尚未形成全球层面的应对和消减海洋塑料垃圾且具有法律约束力的合力行动，各国对消减人海塑料垃圾量的目标制定还没有得到落实，各国海洋塑料垃圾防控和治理的政策制定及执行进度不一，且缺少有效的国际监管，并可能会涉及不同国家间的责任分摊及经济利益等潜在问题。
虽然经过数年的研究，人们已经积累了很多有关海洋微塑料的新知识，但仍然对这些塑料废物进人海洋的全生命周期过程，特别是微塑料的人海通量、输运过程、热点和生态风险等认知不够深人、全面，并且对海洋塑料和微塑料在输运过程中如何通过物理、生物和化学的过程发生改变尚未了解，对塑料垃圾和微塑料在海洋环境中的相互作用及*终归趋的认识还比较缺乏。上述诸多问题多源于海洋微塑料监测、毒理学、生态风险研究方法的缺陷及已有的错误研究结果，导致人们产生了一些对海洋微塑料研究科学认知的误区，并在一定程度上制约着未来干预和消减海洋塑料垃圾与微塑料的全球管控措施、政策和策略的制定。
由于微塑料材质组成繁多，大小不一，形状、色彩各异，所含添加剂种类不同，而且对所采样品的分析方法各异，其研究结果可对比性差等，使得对此类非单一的塑料类群的研究困难重重。全球海洋微塑料监测数据的可对比性在很大程度上依赖采样方法的标准化，而目前全球范围内还没有公认的和普遍使用的标准采样方法。因此，国际上一直致力于在研究的方法学和监测、评估标准方面的统一。但到目前为止，尚未形成全球一致的全面的监测分析方法。
Zettler等[7]通过研究北大西洋塑料垃圾，*次揭示了在塑料垃圾上存在由异养生物(捕食者）、自养生物和共生生物组成的生物群落，并将塑料基质和附着其上的生物群落的组合命名为“塑料圈”（plastisphere）。"塑料圈”也可以被认为是大量存在于地球表面的人造塑料垃圾，其广泛分布于各种陆地环境、海洋环境及生物体中。“塑料圈”概念的提出使人们认识到塑料污染对海洋生态系统的影响更加严峻和复杂。其影响主要包括外源生物物种和群落的传播与扩散，有害化学物质的吸附与释放，能量供应（塑料自身所含碳源）及作为中转媒介在海洋生物和塑料圈之间传递能量，以及海洋生物摄食后潜在的物理、化学及生物危害等。比较研究北大西洋和北太平洋的塑料生物圈生物群落结构表明，塑料生物圈具有各自的生物地理特性，塑料基质生物群落的不同会给所在的生态系统带来不同的影响，同时需要相应的管理政策去应对海洋塑料污染。但是，迄今国内外对海洋“塑料圈”的认识还很不够，特别是对“塑料圈”中微塑料的相关研究。因此，研究海洋微塑料时空分布特征，附着生物群落组成结构、扩散迁移及潜在生态学效应，评估海洋微塑料的生态风险，对认识微塑料对海洋生态系统的影响程度及其管理控制具有重要的科学意义。
近年来，有观点认为微塑料可以在生物体内乃至人体内累积，对此有必要澄清一些科学认知上的误区。微塑料在生物体内长期累积的可能性较低，因为它通常通过消化道排出，停留时间短，难以在体内形成累积效应，仅在极少数情况下可能引发生理堵塞等问题。此外，“进人体内”的定义需加以明确，消化道等器官与外界连通的区域并不等于真正进人人体组织，只有进人血液或肌肉等组织内部才视为进人体内。人体有天然排异机制，会对外来异物产生排斥反应，这也进一步限制了微塑料深人渗透进人人体组织。关于微塑料的研究方法需要严格把控，声称在生物组织中发现微塑料的研究应排除外部输人的污染，确保实验排除肠道、胃等区域，以得出科学可信的结论。整体消化分析不能充分说明微塑料在体内的分布。此外，并非所有塑料都具有毒性，且塑料在体内的短暂停留时间难以降解并释放有害物质，对其危害的评估需要基于科学实验和合理推理，而非过度解读。因此，解决塑料污染问题的方向应是推动塑料循环经济，避免被不科学的、夸大的危害误导。政策制定应基于真实的科学认知和有效措施，以减少不必要的经济负担和误解。
总而言之，微塑料的研究涉及复杂的化学成分、多种物理形状及其环境效应。对其生态风险的评估需要更全面、更科学的方法，而不仅是简单的实验结论。对微塑料的定义、来源及毒理学效应的研究仍然需要进一步完善，以避免不准确或不科学的结论误导公共政策和环保措施。
海洋塑料垃圾不仅广泛分布于河口、近岸海域和大洋环流带等表层水体，在人迹罕至的极地海冰和深渊区也检出较高含量，在全球范围内也广泛分布于海洋水体、沉积物及各类海洋生物体中[1-4]。Watt等在2021年表示随着环境破坏程度的不断加剧，经济损失估计可达1.5万亿美元，海洋塑料污染带来的挑战需要放在政治和社会讨论的前列。在了解微塑料对海洋生物产生的物理化学影响及评估其风险之前，了解微塑料在海洋中的分布和存量显得尤为重要。本章概述了微塑料在海洋中的分布特征，包括使用模型估算海洋微塑料存量。
2019年，全球塑料产量接近368万t，其中欧洲的塑料产量达到了57.9万t[6]。微塑料根据来源可被分为初级微塑料和次级微塑料。初级微塑料是为工业目的而制造的小颗粒，包括用于塑料生产的树脂颗粒，用于化妆品、牙膏和喷砂磨料的微珠，用于纺织涂料的微粉末，以及药物输送介质等；次级微塑料是来自任何使用中的有机合成聚合物产品和环境中的垃圾碎片，包括固体塑料碎片、织物和绳子上的微纤维、脱落的涂层和轮胎磨损碎片[8]。海洋中的塑料可能主要源于废物管理不当、路面径流和废水管道，发展生物循环经济和开发再生塑料产品是潜在的预防途径（图2-1）[5]。Chenillat等[9]在2021年利用全球海洋环流模型中提供的流场进行拉格朗日质点追踪，结果表明沿海岸排放的漂浮塑料污染中大约1/3*终进人开阔的海洋、2/3进人海滩。
2.1全球海洋微塑料的扩散模式
关于海洋微塑料的全球扩散模式研究，目前国际上公认的科学严谨的方法是基于物理模型进行研究，而不是简单地依赖于普通扩散模型。普通扩散模型常以一个支点为高浓度假设，来模拟微塑料的全球扩散分布，这种方法存在诸多不足，需要加以批判和澄清。必须明确指出，这种模型不能准确描述塑料在海洋中的实际动态过程。
微塑料在海洋环境中的存在于20世纪70年代被*次揭示之后[1Q]，从20世纪80年代到21世纪初，有关微塑料污染的报道时有发表。而从2015年开始，有关微塑料污染的报道呈指数式增长[11]。目前已发现塑料垃圾存在于各类海洋环境中，从沿海到大洋[12]，从海洋表层到挑战者深渊[4]，甚至极地海冰[13]。自20世纪70年代初以来，北半球副热带环流，特别是北大西洋，一直有关于漂浮塑料颗粒的报道。到目前为止，世界上有关海洋塑料和微塑料的研究已经有很多。塑料碎片在海洋中的分布取决于各种机制，包括风、洋流、海岸线等因素[12]。Enksen等[14]在2014年发现，各种尺寸的塑料在所有海域中均存在，并汇聚于亚热带洋流的聚积区，包括南半球的洋流区，即便该地区的人口密度远低于北半球。塑料污染受主导风向和表面洋流的推动在全球海洋中移动。北半球的长期表面传输导致塑料垃圾在海洋盆地中心聚积，南半球海域也存在类似的模式。甚至，南半球海域的塑料总量与北半球海域的数量相近，尽管北半球的输人量显著高于南半球。这可能意味着塑料污染在不同海流之间，甚至在半球间的迁移能力比预想更强，导致通过海洋洋流的运输而进行重新分配。此外，南半球可能还存在未被充分计人的塑料污染来源，如从孟加
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