减塑进行时｜塑料对生物多样性的双重影响

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正在巴黎进行的政府间谈判委员会第二次会议（简称为INC-2）是全球塑料污染治理向前迈进的坚实一步。虽然距达成一份有法律约束力的国际文书仍有一年半的时间，但各方磋商稳步推进，分歧与共识并存。塑料不仅是个污染问题，更是与包括生物多样性在内的其他主要国际环境议题互相影响，并在国际环境治理层面与包括《生物多样性公约》在内的进程相互呼应。

除了正在进行的国际谈判，塑料对全球的生物多样性现状存在直接和间接的双重影响。让我们从影响机理开始聊聊。北京绿研公益发展中心也将携手各位伙伴，共同推进应对全球塑料与生物多样性问题的探讨与解决方案。欢迎各位专家同仁与我们保持沟通与交流 [e-mail] 。

从生活消耗品到影响自然环境的白色污染

由于其便利性，塑料作为一种消耗品广泛应用于当前的生产生活中。废弃的塑料制品，尤其是一次性塑料，如果没有得到妥善处理，也会成为影响自然环境的一种“白色污染”。据统计，到目前为止全球平均每分钟约有相当于一垃圾车的塑料垃圾被随意丢弃，且这个数值仍呈现出指数级的增长[1]。根据经济合作与发展组织(OECD)发布的《全球塑料展望报告》，全球塑料年产量从2000年的2.34亿吨增加到2019年的4.6亿吨，塑料垃圾从2000年的1.56亿吨增加到2019年的3.53亿吨。考虑到回收过程中的损耗，仅有9%的塑料垃圾最终被回收利用，而其余部分，19%的塑料垃圾被焚烧，近50%的塑料垃圾进入填埋场，22%的塑料垃圾被弃置在无人管理的垃圾场、露天焚烧或泄漏到自然环境中[2]。

全球塑料产量、积累量及未来趋势图｜联合国环境规划署（UNEP）《从污染到解决方案：对海洋垃圾和塑料污染的全球评估》

塑料在自然环境中有着极长的半衰期和极强的生物化学稳定性。据调查，我们最常用的几类塑料制品中，即使是降解周期较短的聚氯乙烯和聚苯乙烯（常用于食品的包装材料、电线的绝缘皮和电子产品外壳等），也需要80-100年的时间才能被分解，而降解周期较长的聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）（常用于塑料袋、塑料瓶、家具和农用地膜等）更需要500年以上的时间。此外，由于塑料制品中通常混入抗氧化剂和其他稳定剂以提高其耐用性，因此现实生活中的塑料制品的降解过程往往会更加漫长。

自上个世纪以来，关于塑料污染与生物多样性的研究，一直停留在海洋生物误食塑料造成窒息，或是塑料在土壤内降解产生的毒性物质等较为宏观的尺度。直到2004年Thompson首次在《科学》上提出微塑料的概念，指出塑料垃圾进入海洋或河流等介质后会分解成微小颗粒并进入食物链，才进一步拓展了针对该议题的研究，指出了塑料污染影响的广泛性与持久性，以及对生态系统与生物多样性具有的极端危害性[3]。因此，2021年在《科学》上发表的一篇文章将塑料定义成典型不可逆污染物，塑料污染也是未来人类社会长期面临的重要的全球性环境问题[4]。

根据塑料污染对不同生态系统，乃至气候变化带来的潜在负面影响出发，我们将进一步阐述塑料污染作为全球性环境问题的生态后果，并且着重探讨其对生物多样性损失直接或间接的两种潜在影响机制。

影响1：塑料污染对生物多样性损失的直接影响

塑料污染对生物多样性损失的直接影响机制通常表现为：塑料废弃物直接进入生态系统，从而造成缠绕或误食直接影响生物的生活、繁殖等；或是作为外源污染物冲击生态系统的稳定性，造成该生态系统出现退化而危害其中的生物多样性。概括而言，由于进入生态系统的塑料废弃物的物理、化学或生物特性，从而直接造成潜在的生物多样性损失。被随意抛弃的塑料制品随着人类活动、全球水循环和大气流动等途径进入河流、海洋和土壤中，因此无论是人口密集的发达城镇，还是人迹罕至的深海乃至沙漠、冰川，塑料污染都无处不在。在此，我们主要对受到塑料污染最严重的两类生态系统进行讨论。

塑料污染影响生物多样性损失的两重机制-直接影响｜北京绿研公益发展中心绘制

对海洋和海岸生态系统的影响

在海洋和海岸生态系统中，塑料污染的问题尤为突出。目前海洋中的塑料垃圾约有7500万至1.99亿吨，占海洋废物总量的85%以上，且目前每年进入海洋的塑料垃圾达到了800万吨以上。如果不加以控制，到2050年，海洋中塑料污染将在现有基础上增长4倍，直到到本世纪末，单海洋微塑料污染总体就将增加50倍，其浓度也将超过生态危险阈值[1][5]。早在1997年，就已经有学者指出塑料污染是海洋生态系统中生物多样性的主要威胁之一[6]。目前关于塑料污染对海洋及海岸生态系统内生物多样性的影响的研究和调查主要有两个关注点：其一是塑料制品可能被生物缠绕或误食从而直接造成生物的死亡；其二是塑料风化后形成的微塑料的碎片由于其特殊的物理化学性质，进入食物链，从而对更大范围内的生物造成负面影响。

许多生活在小岛屿发展中国家（SIDS）海岸生态系统的海洋生物因为缠绕大块塑料制品而失去繁殖和活动能力。除此之外，误食也是造成海洋生物无法正常活动的原因之一，约有90%的海鸟和52%的海龟曾经摄入塑料[5]。塑料碎片的摄入会导致生物因窒息或无法进食等而死亡，也可能对生物的生长、免疫和繁殖能力带来严重的负面影响，该影响对于一些相对脆弱的生态系统更是致命的，比如一些热点区域的珊瑚礁和底泥生态系统。另外，塑料制品沉积之后会改变底栖生物的生存环境，如透光程度和溶解氧等，这会导致一些相对脆弱的微生态系统因此退化，从而对其中生存的其他物种带来致命打击。2019年澳大利亚将大堡礁的长期环境展望下调至“非常差”，并将大堡礁加速白化的其中一个原因归结于珊瑚礁生态系统内生物对不断增长的海洋塑料的误食，以及塑料废弃物导致的大堡礁海域生态稳定性的整体退化。

海洋微塑料污染的问题同样不容小觑。海洋微塑料污染由于难以直接通过肉眼观测，在过去的很长时间一直被忽视。由于同时受到阳光、风浪等机械力、海洋微生物和温度变化的驱动，海水中塑料的风化速度要显著高于其他环境介质，特别是漂浮在海洋表面的塑料，有着最快的风化速度[3]。风化后的塑料悬浮于海水中，成为海洋浮游生物生长的介质并在表面生成生物膜，并形成聚合物而下沉。在经历一段时间的腐烂及碎片化后，该聚合物又会再次上浮，如此循环往复形成极小的塑料颗粒，即我们所熟知的微塑料。微塑料大多数由于其密度和动力学特性，可以长时间停留于水体中，少数高密度颗粒则进入底部沉积物中，分别影响着海洋和底泥生态系统的稳定性。由于海洋微塑料特殊的物理和生物化学特性，其对海洋生态系统内更大尺度的生物多样性有着负面影响。

海洋塑料垃圾与微塑料的来源｜联合国环境规划署（UNEP）《从污染到解决方案：对海洋垃圾和塑料污染的全球评估》

从对生物种群的影响来看，有研究对主要海域微塑料浓度和海洋动物群体体内微塑料积累的情况进行了总结，并指出高浓度的微塑料对于沿岸生态系统中的某些贝类的打击可能是致命的，因为它们可能会将部分微塑料视作浮游藻类[8]。同时，目前也有研究表明，纳米尺度的塑料颗粒可以改变包括鱼类在内的生物的细胞屏障，并可能通过血脑屏障对鱼类的行为和生存产生影响[9]。而一些调查和研究指出，目前地中海以及北极的海冰中的微塑料浓度已超过危险阈值，对位于生活在这些海域的动物可能造成一定的负面影响[10]。

从食物链的角度来看，由于进入生物体内的微塑料难以被代谢，因此微塑料存在通过食物链由低营养级生物向高营养级生物传递的可能。目前关于这方面的研究相对较少，仅有零星的研究或调查报告指出微塑料已经在某些高营养级的生物体内被发现。研究通过实验室当中藻-贝-蟹的简单食物链，指出微塑料并没有如持久性有机物（POPs）或重金属等毒性物质的显著生物放大效应，但当环境负荷过大时会激起高营养级生物显著的氧化应激响应，损害其正常的生理功能[11]。与海洋生态系统中的重金属和POPs发生偶联的载体微塑料一旦被海洋生物摄食，在一定条件下会在生物体内释放出吸附有毒的污染物，进而通过食物链的放大效应，可能对不同营养级的海洋生物带来致命的毒性伤害，从而直接损害生物多样性。

对陆地生态系统的影响

除了海洋中的塑料污染之外，近年来土壤、淡水等其他环境介质同样受到严峻的塑料污染问题。以前者为例，土壤塑料污染主要有两个来源，首先最主要的来源就是人们生产或生活中直接产生和丢弃的塑料废物。除此之外，农业生产中产生的诸如温室、地膜等塑料污染物，以及有塑料残留的污水污泥的堆肥同样不容忽视。联合国粮食及农业组织（FAO）的《农业塑料及其可持续性评估：行动呼吁》报告和联合国环境署（UNEP）的《世界各地的土壤面临塑料渗入问题》报告中均指出，尽管在海洋中的塑料垃圾引起了更多人的高度关注，但农业用地实际上受到了更多塑料污染物的污染[14][15]，土壤中的塑料制品浓度达到土壤总有机碳的0.1%以上，陆地土壤环境中的塑料浓度比海洋中更是高出了4 – 23倍[16]。近期，有学者首次在我国发现了塑料与岩石化学键形式结合形成的“塑料岩石”，说明了塑料产品已经进入到自然界的地质记录中，陆地生态系统中塑料污染的现状已经十分严重[17]。

农业用地中塑料废弃物的来源｜联合国环境规划署（UNEP）《从污染到解决方案：对海洋垃圾和塑料污染的全球评估》

与海洋中相似，进入到土壤中的塑料制品同样会因为诸如风化等一系列物理化学变化而产生微塑料，而微塑料颗粒同样会被土壤中的生物摄入，并进入食物链影响一系列生物的生活。迄今为止，关于塑料制品对土壤生物的毒性影响的研究非常有限且几乎全部停留在实验室开展的毒理学的研究层面，缺少足够的生态学证据证明塑料污染会是土壤生物多样性的危险因素。

与微塑料影响海洋生物的原理类似，目前已有证据表明陆地生态系统中的无脊椎动物的生长速度可能受到土壤中的微塑料的影响。关于塑料污染对土壤生物多样性的研究大多集中于线虫、跳蚤、蛞蝓和蚯蚓等物种，但目前仅有证据能说明土壤塑料会影响这些物种的部分种群的生存，通过影响其代谢，造成死亡率的提高。值得注意的是，诸如蚯蚓等这些物种大多在整个生命周期内都生活在土壤内，并且由于捕食和排泄等活动，其在一定区域内具有较大的活动性，这也给微塑料的二次扩散创造了条件[18]。除此之外，相关研究的重点还关注土壤塑料污染对土壤微生物活性和组成的破坏。目前为止，已经观察到土壤微塑料会对土壤微生物中荧光素二乙酸水解酶、磷酸酶、脱氢酶，和参与物质循环的酶活性造成显著影响[19]。微生物活性的改变可能会最终改变微生物群落组成与多样性，同时可能改变土壤容重、孔隙度等性状，带来更深层次的不可逆影响[20]。

概括而言，这些研究也在一定层面上揭示了塑料污染与生物多样性损失可能的联系机制。首先，塑料制品可能对土壤生物产生不利影响并积累在土壤生物中，随着食物链的放大，影响不同营养级生物的健康。其次，与上文提到的海洋生态系统中的微塑料类似，陆地生态系统中塑料制品同样可能会因为与毒性物质的耦合和释放，对其中的一些生物有着致命的影响。第三，微塑料极易在干湿循环、土壤翻耕或生物扰动等作用下，不同程度地整合到土壤团聚体中，破坏土壤的持水能力、微生物活动和多样性、营养物质的可用性和土壤结构，影响土壤内生物的生存，甚至会抑制植物的根系生长和养分吸收造成其上表覆盖的植物大面积死亡，影响整个生态系统的生物多样性[15][21]。

影响2：塑料污染对生物多样性损失的间接影响

除了上述塑料污染直接影响生物多样性的机制外，目前许多研究也指出，塑料从生产到被丢弃进入环境中的全生命周期均可能会对全球能量或物质循环产生影响，进而从全球气候变化层面对生物多样性产生间接的影响。

塑料污染影响生物多样性损失的两重机制-间接影响｜北京绿研公益发展中心绘制

塑料整个生命周期的每个阶段都会释放大量的温室气体，从而对气候变化产生影响[22]。塑料的生产过程排放了全生命周期中91%的温室气体（二氧化碳和甲烷等），换言之，塑料在尚未变为废弃物之前就已经给社会带来巨大成本。据统计，2015年全球塑料释放的温室气体为17亿吨二氧化碳当量，而预计到本世纪中叶这一数字将翻两番，占全球碳预算的15%以上[1]。目前尚缺乏对废弃塑料制品成熟的处理和回收机制，多数被规范化丢弃的塑料制品大多被焚烧或是掩埋，而这些来自塑料生命周期下游的温室气体排放同样不容忽视。以塑料的露天焚烧为例，除了温室气体之外，焚烧过程中会产生黑碳气溶胶（BC），其对全球变暖的影响要远强于二氧化碳等常见的温室气体。因此，有研究预测，即使我们从现在开始完全停止使用化石燃料，塑料降解和废物管理产生的温室气体排放也将持续几个世纪。

塑料的全生命周期与对应环节的可行应对措施｜A Life Cycle Approach to Plastic Pollution by Life Cycle Initiatives (hosted by UNEP)（https://www.lifecycleinitiative.org/activities/life-cycle-assessment-in-high-impact-sectors/life-cycle-approach-to-plastic-pollution/）

2021年《科学》杂志上发表的文章《塑料污染的全球威胁》中指出了另外一种更加显著的间接影响机制，即塑料污染可能会影响海洋碳泵的稳态，影响全球的碳循环[4]。被随意丢弃的塑料废弃物通过河网、水网等聚集在小岛屿国家和河流出海口、三角洲等沿岸滩涂，破坏沿岸的红树林等固水固碳物种。此外，还有大量的塑料废品进入海洋，最终变为悬浮在水中的塑料颗粒或是沉积在海洋底部并不断积累，最终可能影响海藻和浮游植物群落的食物来源及栖息地，造成这些物种的大量死亡。由于海洋中的生产者作为全球最大的二氧化碳汇，这些悬浮塑料颗粒的累积可能会减少海洋和海岸生态系统中的初级生产者对大气中的碳的捕捉，使得本来会进入海洋生态系统食物链被固定的碳元素超量累积在大气中，从而导致全球变暖并对全球尺度的生物多样性产生负面影响[23]。也有研究指出这些塑料颗粒会影响营养物质向深海环境的输送，减少深层海洋中的氧气浓度，造成生物多样性的损失[24]。近年来，不少学者开始关注塑料污染对土壤或底泥中氮循环的影响。目前已有有微生态系统实验表明微塑料的存在改变了土壤和沉积物中的氮循环，研究发现，微塑料可以通过抑制关键氮循环酶的活性、增加外源酶的活性以及改变氮水解和硝化等关键过程来影响氮循环[21]。

共同应对全球塑料污染

塑料制品在我们的生活中随处可见，但目前对于大多数国家而言，缺少对塑料制品的成熟回收和处理机制。目前，塑料污染的速度已经大大超过了人为清理和自然降解的速度，塑料制品在各个生态系统中不断累积，破坏了众多生物的生存环境，对全球生物多样性产生了难以扭转的冲击。塑料污染除了这些直观可预见的损害生物多样性的影响之外，在整个生命周期的每一步都对全球的能量和物质循环带来极大的负荷。目前已经有充足的证据表明，塑料从生产到消费再到最终被废弃，都可能直接影响全球气候变化的进程，进而在全球尺度上影响着生物多样性。

目前，已经有部分国际组织以及国家和地区的相关部门参与到区域和全球尺度的塑料污染的预防和解决工作上，尤其是海洋中的塑料废弃物问题。从《巴塞尔公约》、《鹿特丹公约》和《斯德哥尔摩公约》开始，再到2022年的《无塑料废弃物岛屿蓝图》和《2020年后全球生物多样性框架》等，减少和淘汰塑料制品以保护生物多样性已经成为全世界的共识。然而目前在应对陆地（特别是农业用地）塑料污染上、塑料生产和回收的上下游环节产业上的技术创新，以及国际组织、政府、企业和公民的联合减塑行动等环节上，仍然有着较大的欠缺，这也是未来全球共同应对塑料污染，保护生物多样性的重要机遇与挑战。

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推荐阅读

参考文献

[1]UNEP. "From Pollution to Solution: a global assessment of marine litter and plastic pollution." (2021)

[2]OECD. “Global Plastics Outlook: Economic Drivers, Environmental Impacts and Policy Options.” (2022)

[3]Thompson RC., et al. "Lost at sea: where is all the plastic?" Science (2004)

[4]MacLeod M., et al. "The global threat from plastic pollution." Science (2021)

[5]WWF. "Impact of Plastic Pollution on Biodiversity." (2022)

[6]Gray JS. "Marine biodiversity: patterns, threats and conservation needs." Biodiversity & Conservation (1997)

[7]Wang S, et al. "Ingestion of nano/micro plastic particles by the mussel Mytilus coruscus is size dependent." Chemosphere (2021)

[8]Thushar GGN, et al. "Plastic pollution in the marine environment." Heliyon (2020)

[9]Anderson ASM, et al. "Microplastics as an emerging threat to terrestrial ecosystems." Global Change Biology (2017)

[10]Everaert G, et al. "Risks of floating microplastic in the global ocean." Environmental Pollution (2020)

[11]Wang T, et al. "Microplastic accumulation via trophic transfer: can a predatory crab counter the adverse effects of microplastics by body defence?." Science of the Total Environment (2021)

[12]Guo X., et al. "Sorption of sulfamethazine onto different types of microplastics: a combined experimental and molecular dynamics simulation study." Marine Pollution Bulletin (2019)

[13]Guo X., et al. "The phenomenological mass transfer kinetics model for Sr2+ sorption onto spheroids primary microplastics." Environmental Pollution (2019)

[14]FAO. "Assessment of agricultural plastics and their sustainability: A call for action." (2021)

[15]UNEP. "Plastics are piling up in soil across the world warns UN environment agency." (2022)

[16]Nizzetto L, et al. "Are agricultural soils dumps for microplastics of urban origin?" Environmental Science & Technology (2016)

[17]Wang L, et al. "Plastic–Rock Complexes as Hotspots for Microplastic Generation." Environmental Science & Technology (2023)

[18]Rillig MC, et al. "Microplastic transport in soil by earthworms." Scientific Reports (2017)

[19]Joos L, et al. "Soil under stress: The importance of soil life and how it is influenced by (micro) plastic pollution." Computational & Structural Biotechnology Journal (2022).

[20]马文倩, 等. "野外农田系统中聚乙烯微塑料对土壤⁃小麦系统的影响." 南京大学学报 (自然科学版) (2021)

[21]Iqbal S., et al. "Unraveling consequences of soil micro-and nano-plastic pollution on soil-plant system: Implications for nitrogen (N) cycling and soil microbial activity." Chemosphere (2020)

[22]WWF. "Plastics: The cost to society, environment and the economy." (2022)

[23]Toensmeier E. "The carbon farming solution: A global toolkit of perennial crops and regenerative agriculture practices for climate change mitigation and food security." Chelsea Green Publishing (2016)

[24]Zhang X, et al. "How long for plastics to decompose in the deep sea? " Geochemical Perspectives Letters (2022)

感谢实习生李旭文对本文的贡献

封面图 | Unsplash

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