撰文 | 祝叶华（清华大学环境科学与工程博士）

责编 | 李    娟

 

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塑料制品的用途广泛，制造成本相对低廉，在人们日常生活中随处可见，满足了现代快节奏便捷生活的需求。但是，几乎所有的塑料都是不可生物降解的，垃圾填埋场或海洋中的塑料垃圾可能会“伴随人类数百年”。

 

2017年7月，一项发表在Science Advances的研究论文称，20世纪50年代初以来，人类已经生产了83亿吨塑料制品，其中约63亿吨已成为塑料垃圾。在这63亿吨塑料垃圾中，9%被回收利用，12%被焚烧，79%进入垃圾填埋场或自然环境中。研究人员预测，如果按照目前的产量和废物管理模式发展下去，到2050年会产生120亿吨塑料垃圾[1]。人类正在被自己产生的废物所“淹没”。多年之后，考古学家在挖掘这一时代的残留物时，塑料制品可能会成为他们的最大“收获”。

 

1 “塑料星球”并非危言耸听

 

Science Advances上发表的研究中，首次对全球塑料制品的生产、使用和最终“归宿”进行了分析。研究人员对树脂、纤维、工业原料添加剂等各种类型和各消费领域的塑料制品的综合数据进行了整合，发现塑料制品的增长速度远超过除水泥、钢铁外的其他人工制品。加州大学圣芭芭拉分校的工业生态学家Roland Geyer说，“如果你把所有的塑料垃圾都铺在地上，覆盖面积可能相当于阿根廷的国土面积，而阿根廷是世界上国土面积排名第8的国家。”

 

近年来，已有多个研究小组参与塑料污染的调研，从部分研究结果可以发现，塑料制品以及塑料垃圾的增长速度确实让人惊叹。

 

2004年，英国普利茅斯大学教授Richard C. Thompson在Science发文呼吁关注海洋的“白色污染”，并创造了“塑料微粒”这一术语 [2]。在此之后，关于塑料污染的研究如火如荼地展开。

 

2014年12月，美国五环流研究所（Five Gyres Institute）研究人员在PLOS ONE发文称，他们在2007年到2013年间，经过24次探险，利用拖网从5个亚热带“环流”、澳大利亚沿岸、孟加拉湾和地中海中打捞塑料碎片，并借助电脑模拟来分析这些视觉调查结果，最终发现，全球海洋中至少有5.25万亿个塑料碎片（直径从低于1nm的微小粒子到直径超过20 cm的大碎片），海洋塑料污染物总重量约26.9万吨。研究者随后用这些数据修正了一个海洋塑料分布模型[3]。

 

2015年乔治亚大学的研究人员对被排入海洋的塑料垃圾做了全球性评估，研究结果发表在Science上。他们选取全球192个沿海国家和地区为研究目标，将距离其海岸线50公里内的居住人口为研究对象，通过统计这些地区每人每年产生的垃圾质量、塑料垃圾占比、以及处理不当的塑料垃圾占比等数据，利用模型估算出2010年192个沿海国家和地区一共产生了2.75亿吨塑料垃圾，其中有480万吨到1270万吨进入了海洋。800万吨塑料垃圾是什么概念呢？它相当于所研究的沿海地区的每英寸海岸线上即存在5个装满塑料的购物袋[4]。

 

2 海洋生物的“沦陷”

 

作为地球上最大的受纳水体，海洋每年“收纳”的塑料垃圾有数百万吨，无论深海还是北极的冰层中都有塑料垃圾存在，成为了海洋生物的“幽灵杀手”。2015年7月，《纽约时报》报道称，塑料制品每年造成至少10亿条海洋动物失去生命。

 

2017年2月，挪威西部海岸一头巨大的鲸鱼搁浅了。当地科学家救助无效，对鲸鱼实施安乐死后发现，这头鲸鱼的胃里塞满了30个塑料袋，同时还有一条长达9米的绳子和一团超过30平方米的塑料布。

 

以水母为食的海龟和海豚也会因将塑料袋误认为是水母吞食而死。2011年，一则报道中称，在澳大利亚的南巴利纳海滩，一只死亡的绿海龟被冲上岸，在这只绿海龟的消化系统里，有超过300个塑料碎片。2015年12月10日DailyMail报道称，救援人员在哥斯达黎加海岸发现一只榄蠵龟鼻孔中插有一支塑料吸管，遂为其取出。

 

除此之外，遭受塑料“毒手”的还有海鸟种群。

 

海鸟觅食与人类不同，它们主要依赖嗅觉寻找食物，“二甲基硫醚”（DMS）是鸟类的美食信号。一般而言，在海洋浮游植物作用下，DMS构成了海洋的特殊气味，多数以磷虾等小型浮游甲壳动物为食的鸟类，凭借DMS的气味就可以觅到美食。不过，浮游植物会附着在塑料垃圾表面，它们同样可以散发出DMS的气味。在“乱花渐欲迷人眼”的味道辨别中，许多海鸟就陷入了塑料垃圾的气味陷阱，误将塑料垃圾当食物而断送性命[5]。

 

2016年，一项发表在Science Advances上的研究证实了这一误食现象。研究人员在加利福尼亚附近海域投放了3种塑料珠子，经过3周浸泡，在回收的所有样品中，都检测到DMS成分。这间接证实了海洋中塑料垃圾发出的美食信号干扰了海鸟的正常觅食行为。研究人员同时从55项研究中筛选出不同种类海鸟对塑料误食频率的差别。结果发现，越是对DMS气味敏感的物种，其误食塑料的频率越高[6]。

 

更为糟糕的是，进入海洋中的塑料垃圾随着时间的推移，大块的塑料会分解成微小的塑料颗粒，即微塑料。微塑料对海洋生物的危害可能更为直接和严重。2016年一篇发表在Science上的研究论文中提到，微塑料会影响鱼群的生态种群，同时也间接说明，受到微塑料污染的鱼类很有可能会被搬上人类餐桌[7]。

 

除了海鲜，备受人们青睐的食用海盐也已被塑料污染。2017年5月，一篇发表在Scientific Reports上的研究论文[8]为了弄清海盐中是否含有来自其他地区的颗粒物，研究人员测试了8个国家生产的16种不同品牌的海盐。在将海盐溶于水后，测出了72个颗粒物，其中30个为塑料颗粒物，17个为塑料残留的涂料颗粒物。化学分析结果显示，被检测的塑料物质种类大不相同，研究人员据此推测这些颗粒物不全是生产海盐的过程中混入的，有许多颗粒物本来就源自海洋。

 

DailyMail曾报道称，“在太平洋的一些地区，塑料碎片比浮游生物多出6倍。”因为碎片太小了，看起来像食物，它们被小鱼吃掉了，而小鱼又被大鱼吃掉了，而这些鱼反过来又被我们吃掉了。所以，塑料破坏了海滩，堵塞了海洋，毒害了我们的食物链。”[9]

 

3 如何分解塑料垃圾

 

一个塑料杯被埋入地下之后，约450年才会被分解；1个塑料牛奶罐，需要100年的时间被分解；超市的购物塑料袋可能需要1000年才能被分解。不同种类的塑料制品，其降解速率不同，而大多数的塑料其实不能被完全降解，仅仅是被分解成尺寸更小的微塑料。由于塑料降解需要特定的温度、湿度和降解微生物，所以可以在垃圾填埋场被分解的塑料，不一定能够在海洋中被分解。

 

塑料制品和塑料废料是同一枚硬币的两面，在产品设计阶段就应该兼顾回收的问题。加强塑料废物的预防、回收和分离塑料垃圾，有助于实现“零塑料垃圾填埋”，向循环经济发展。

 

2012年，DailyMail介绍了可食用包装的发明。哈佛大学教授David Edwards是该项发明的研究者之一，他们利用藻类和钙的混合物，模拟食物的自然包装状态，给食物配备可食用或者降解的外包装。目前他们正在开发一种可食用饮料瓶，这款饮料瓶使用的是名为WikiCell的环保材料，这是一种可以生物降解的塑料（其成分为淀粉、乳酸聚合物及纤维蛋白等食品提取物）及食物粒子结合而成的胶膜，在胶膜的外部以蛋壳般的可食用物料加固保护。研究人员同时可以向这些材料中添加不同口味的香料，为消费者提供多种口味的塑料瓶。当然，如果消费者不愿食用此类物质，可以将其丢弃，它会被快速分解[10]。

 

2016年，印度人Narayana Peesapati利用大米粉、小麦粉和高粱粉制作了一种可食用的勺子。这种勺子的诞生，向塑料餐具发出了挑战，目前印度有150万人在食用这种勺子，全球有1500万人也为之着迷。但是这种勺子的成本是塑料勺子的2倍左右，所以未来如果想要大范围推广，降低成本是最关键的一环。

 

除了源头控制，发现降解塑料新物种也不失为应对良策。2015年，北京航空航天大学杨军教授研究组、深圳华大基因公司赵姣博士等在Environmental Science & Technology上合作发表了两篇姊妹研究论文，他们发现了黄粉虫（面包虫）的幼虫可以降解聚乙烯类塑料[11-12]。黄粉虫以聚苯乙烯泡沫塑料为唯一食物来源，可以存活1个月以上，并最终发育成成虫。

 

2016年，日本科学家发现了一种名为Ideonella sakaiensis的食用塑料纤维的细菌。这种细菌可以在PET塑料（大多数一次性水瓶使用的都是PET塑料）上“茁壮成长”，使用两种酶将塑料分解，并将其作为能量来源。研究人员推测，只要将温度控制在30℃，这种细菌就能再6周内分解一片PET薄膜。该研究成果发表于2016年3月的Science上[13]。

 

2017年，法国科学家在Current Biology上发文称，他们发现了一种爱吃塑料的毛毛虫。这种拥有特殊癖好的毛毛虫名为蜡虫，是螟蛾的幼虫。为了验证蜡虫的“吃饭速度”，研究人员将几百只蜡虫放在一个超市塑料袋的上面，不到40分钟，塑料袋上开始出现窟窿，12小时之后，蜡虫吃掉了92毫克塑料。后续的测试证实，蜡虫可以完全消化“塑料餐”[14]。揭示蜡虫自然降解塑料的化学原理，将成为减少塑料污染的突破口。

 

塑料污染是触目惊心的，科学家们正竭尽全力消弱和减少塑料垃圾对自然带来的伤害。不过，无论是开发塑料产品的替代材料，还是发掘可降解塑料的新物种，在很短的时间内都无法做到全球性推广。目前最为直接和有效的手段，还是提高公民的环保意识和环保公德。

 

参考文献：

[1] Roland Geyer, Jenna R. Jambeck, Kara Lavender Law. Production, use, and fate of all plastics ever made[J]. Science Advances, 2017, 3(2): e1700782.

[2] Richard C. Thompson1, Ylva Olsen, Richard P. Mitchell1, et al. Lost at sea: where is all the plastic, Science, 2004, 304(5672): 838.

[3] Marcus Eriksen , Laurent C. M. Lebreton, Henry S. Carson, et al. Plastic pollution in the world's oceans: more than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at sea. PLoS ONE , 2014, 9(12): e111913. 

[4] Jenna R. Jambeck, Roland Geyer, Chris Wilcox, et al. Plastic waste inputs from land into the ocean, Science, 2015, 347(6223):768-771.

[5] Sea birds eta plastic waste due to delicious smell. http://www.newsweek.com/sea-birds-eat-plastic-waste-pcean-algae-smell-519554.

[6] Matthew S. Savoca, Martha E. Wohlfeil1, Susan E. Ebeler, et al. Marine plastic debris emits a keystone infochemical for olfactory foraging seabirds[J]. Science Advances, 2016, 2(11): e1600395.

[7] Oona M. Lönnstedt, Peter Eklöv. Environmentally relevant concentrations of microplastic particles influence larval fish ecology[J]. Science, 2016, 352(6290): 1213-1216.

[8] Ali Karami, Abolfazl Golieskardi, Cheng Keong Choo, et al. The presence of microplastics in commercial salts from different countries[J]. Scientific Reports, 2017, 7, 46173. 

[9]http://tvblogs.nationalgeographic.com/2011/04/21/earth-day-awareness-plastic-waste/. 

[10] Packaging you can EAT: Food ‘skins’ that mimic nature could slash plastic waste. http://www.dailymail.co.uk/news/article-2160092/Packaging-eat-Food-skins-mimic-nature-slash-plastic-waste.html.

[11] Yang Yu, Yang Jun, Wu Weimin, et al. Biodegradation and mineralization of polystyrene by plastic-eating mealworms: Part 1. chemical and physical characterization and isotopic tests[J]. Environmental Science & Technology, 2015, 49(20): 12080-12086.

[13] Yang Yu, Yang Jun, Wu Weimin, et al. Biodegradation and mineralization of polystyrene by plastic-eating mealworms: Part 2. role of gut microorganisms[J]. Environmental Science & Technology, 2015, 49(20): 12087-12093.

[13] Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, et al. A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)[J]. Science, 2016, 351(6278): 1196-1199.

[14] Paolo Bombelli, Christopher J. Howe, Federica Bertocchini, et al. Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax moth Galleria mellonella[J]. Current Biology, 2017, 27(8): 292-293.