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云试剂数字化科学粮草库 / 2019-04-30
■本报见习记者 任芳言
人类和塑料的关系可能比你想象得还要“亲密”。除了生活中接触到的各种塑料制品，塑料还会降解成直径从0.1到5000微米不等的塑料微粒。这些微粒在陆地上随处可见，也被发现存在于河流、海洋甚至北极。
本世纪初，人们首次在海洋中发现微塑料的存在，至今已有不少研究聚焦于这些小小颗粒的降解和迁移过程。
如今人们发现，它们不仅会走水路，还会“借东风”。
《自然—地球科学》本月发表了一项研究，法国国家科学研究中心的研究团队跑到人迹罕至的偏远山地，收集大气中的沉积物样本，发现其中含有大量塑料微粒。模拟实验表明，这些塑料微粒通过大气旅行，最初动身之地距离落脚处可达100公里。
微塑料的前世今生
粒径5毫米以下的塑料颗粒被称为微塑料，通常以碎片、纤维等形式存在。
中国科学院水生生物研究所助理研究员熊雄告诉《中国科学报》，微塑料的来源主要分为两种。一种是生产时体积就很小的原生微塑料，常见于带有磨砂成分的个人护理品，在人类使用过程中进入水体。另一种是原本体积较大的塑料，经过光照、氧化、机械磨损等作用，逐步降解为微塑料。
在此过程中，有些微塑料可进一步降解至微米甚至纳米级别，因而有更高风险进入到细胞或生物体内，甚至对整个食物链产生影响。
先前对微塑料的研究较多集中于水体环境。从马里亚纳海沟到南极圈冰冻层，都已发现微塑料的存在。在中国，一些较为偏远的水体如西藏、青海等地的湖泊，也已检测到不同浓度的微塑料。
有研究指出，河流是海洋中微塑料的重要输送来源。熊雄等人调查长江中下游水体的微塑料污染情况后发现，内陆水体不仅是微塑料从陆地到海洋的传输渠道，其本身也聚集了数量可观的微塑料。
研究结果显示，长江中下游的微塑料浓度均值约为每平方千米50万个微塑料颗粒。这一结果在采用相似方法的河流中处于中等偏高水平。
熊雄告诉《中国科学报》，继这一研究后，其课题组仍在继续进行内陆淡水水体的调查。
在课题组近期发表的一项研究中，他们对一年四季湖水中微塑料的表面生物膜生长情况进行了调查，发现微塑料在水体内的沉降不仅受生物膜生长影响，也受水中悬浮颗粒物影响。
虽然没有确凿证据可以追溯这些微塑料从何而来，“但可以推测人们日常生活生产中使用的塑料制品是微塑料污染的主要来源”。熊雄表示。
乘风而来
如果说前述研究探讨的是微塑料如何在水体中停留和沉积，那么接下来的研究则发现，一旦微塑料体积足够小，它们的旅程就可以走得足够远。这意味着除了潜入水底，微塑料占据的领土达到了前所未有的广度。
之前有科学家曾对城市周边的大气微塑料含量进行研究，确认了大气沉降是表层土壤微塑料污染的源头之一，但当时并没有观点认为微塑料会迁移到非常远的地方。
《自然—地球科学》此次发表的文章指出，微塑料可能会通过大气“长途旅行”。
为了搞清微塑料可以走多远，Deonie Allen等研究人员在法国西南部的比利牛斯山脉进行了长达5个月的追踪研究。离他们选取的研究点最近的城市在近百公里外。
科学家从灰尘、雨水和雪中提取沉积物，对从中获得的微塑料类型和大小进行区分，并计算了相应的个数和含量。科学家发现，单位平方米中存在不同比例、不同形态的微塑料，如碎片、薄膜和纤维。测量区域的微塑料日沉积率约为365个颗粒/平方米。
建立大气模型进行模拟后，科学家推测这些微塑料在到达偏远山区之前，最可能产生于周边的城市。塑料微粒在大气中游荡，最终降落在几十公里外的山区土壤中。
文章指出，微塑料的体积和重量足够小后便能在大气中漂浮。这也意味着，它们不可能被绝对清理干净。因此Allen等人建议，目前唯一可行的办法就是从源头控制塑料的使用。
“目前对于微塑料在大气中迁移和沉降的研究很少，特别是在人迹罕至的偏远地区。这项研究会为同领域的研究者带来更多启发。不同区域微塑料在大气中的污染状况及其影响因素、微塑料在大气中的迁移规律及机理、大气中微塑料对人体的健康风险，都是值得继续探讨的问题。”北京市农林科学院副研究员徐笠这样评价道。
“随大气迁移并沉降到地表是土壤中微塑料的一种来源途径。在一些自然保护区或未开发利用地区，这可能是主要途径。”浙江农林大学环境与资源学院教授章海波告诉《中国科学报》，“但在农田土壤中，微塑料的主要来源还是有机肥、污泥农用、灌溉等。”
研究瓶颈
从难以察觉的细小微粒到海洋中体量庞大的“怪物”，人们研究塑料垃圾造成的污染由来已久，相对应的研究手段也各不相同。
熊雄等人在长江中下游进行调查时，将333微米孔径的拖网放置在水体中拖曳，进行样品收集。
英国海洋生物协会近日发表的一项针对塑料垃圾数量的调查，也采用在水体中拖曳的方式，利用一种名为浮游生物连续记录仪的采集器，拖曳距离累计超过1200万公里。
徐笠告诉《中国科学报》，采集水体样本后，在实验室中往往还需要经过一系列处理。过滤就是一种常见手段。研究者根据微塑料的体积大小选择有适合孔隙的过滤膜。硝酸纤维、醋酸纤维、尼龙等是常见的滤膜材质。
徐笠指出，“膜的选择应根据具体实验要求，其孔隙大小和材质是需要重点考虑的问题。样品过滤后，通常含有有机质、藻类等各种干扰杂质，这些干扰因素可以用双氧水等进行消解，再用消解液过滤一遍，留在滤膜上的就是微塑料了。”
如果想测定土壤中的微塑料，在过滤之前还要经历一道浮选的过程。浮选的溶液有氯化钠、碘化钠、氯化锌等。利用不同浮选液密度，可将不同类型的微塑料从土壤中浮选出来。
“这也是为什么调查土壤中的微塑料更为困难，因为微塑料沉积在土壤中，较难浮选出来。目前通用的解决办法是多次浮选，增加微塑料的回收率。”徐笠说。
这之后，研究者会在显微镜下观察样品大小、形状、颜色等特征，并用红外光谱或拉曼光谱对所选样本的具体种类进行鉴定。
章海波表示，受技术条件影响，目前研究主要还是以野外调查与室内模拟相结合，标记示踪也是一种方法。“但技术上目前对土壤中微塑料的分离分析方法还不够完善，受土壤复杂介质的影响较大。”
“目前微塑料相关研究还没有一个统一的标准方法，未来还应制定统一的采样和样品处理方法，让微塑料研究更规范、环境浓度数据可比性更强。”熊雄表示。
相关论文信息：DOI:10.1038/s41561-019-0335-5
《中国科学报》 (2019-04-25 第3版 国际)
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