《Resources, Conservation and Recycling》：MarILCA characterization factors for microplastics, tire particles and cellulosic fibers in life cycle assessment: the PEBBLE method for regionalized physical impacts in marine, freshwater and terrestrial ecosystems
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据估计，全球每年有1000万至4000万吨微塑料（MPs）被排放到环境中，预计到2040年这一数字将翻倍。然而，当前的生命周期影响评价（LCIA）方法仅部分考虑了它们对生态系统质量（EQ）的影响。本研究旨在整合MarILCA、SBoo、TrackMPD等最新进
据估计，全球每年有1000万至4000万吨微塑料（MPs）被排放到环境中，预计到2040年这一数字将翻倍。然而，当前的生命周期影响评价（LCIA）方法仅部分考虑了它们对生态系统质量（EQ）的影响。本研究旨在整合MarILCA、SBoo、TrackMPD等最新进展，开发PEBBLE方法（环境中垃圾对生物群和生物多样性的物理效应），这是针对微塑料（EPS、HDPE、LDPE、PA、PET、PP、PS、PVC、PU、PAN、PHA、PLA、PCL、PBSA、淀粉共混物、PBAT）、纤维素微纤维（棉、亚麻、粘胶纤维、莱赛尔纤维、莫代尔纤维）以及轮胎与道路磨损颗粒（TRWPs）的命运因子（FFs）和表征因子（CFs）最完整且统一的版本。为此，研究人员将（i）通过阻力模型引入形状影响，（ii）改进降解模型，以及（iii）集成考虑生物污损和洋流的海洋追踪模型纳入SBoo命运建模。最终，将命运因子与陆地、水域和沉积物中的暴露及效应相结合，推导出多介质CFs，并根据USEtox区域和输入参数进行区域化。通过蒙特卡洛模拟计算不确定性，并在不同时间范围（20年、100年和无限期）内积分CFs。本研究提供了与不同LCIA方法兼容的CFs，可用于排放塑料的产品和服务及其替代品的环境决策。
论文解读：PEBBLE方法——微塑料、轮胎颗粒与纤维素纤维生命周期评价的区域化物理影响表征因子
一、研究背景与问题提出
据估算，全球每年有1000万至4000万吨微塑料（Microplastics, MPs）排放到环境中，预计到2040年将翻倍。主要来源包括轮胎磨损、纺织品、塑料颗粒、油漆和农用地膜。一旦释放，MPs会在环境介质和生态系统（即陆地、淡水和海洋）中重新分布，对其中生物体造成不良影响。这些效应可能是物理性的（如内部损伤或食物稀释），也可能是毒理性的。然而，当前的生命周期影响评价（Life Cycle Impact Assessment, LCIA）方法仅部分考虑了其对生态系统质量（Ecosystem Quality, EQ）的影响，原因在于它们在对表征因子（Characterization Factors, CFs）建模时考虑的介质和颗粒数量有限。
MarILCA小组（海洋影响LCA）的近期工作初步将微塑料、轮胎与道路磨损颗粒（Tire and Road Wear Particles, TRWPs）以及纤维素纤维对生物群的物理效应纳入了LCIA。Saadi等人（2025）基于Corella-Puertas等人的工作，通过简化海洋水和沉积物的命运和效应，计算了MPs和TRWPs的CFs。随后，Saadi和Boulay（2026）提出了人造纤维素微纤维的等效CFs。Louvet等人（2026）则改编了SimpleBox4Plastics用于微塑料的多介质命运因子（Fate Factors, FFs）计算，从而将球形微塑料对陆地、淡水和海洋生物群的影响整合到LCIA中。
然而，这些方法存在不完整性：Saadi等人的CFs仅考虑海洋环境，而Louvet等人的方法未考虑形状对命运建模的影响。此外，这些方法未考虑洋流和生物污损（biofouling），而这些因素显著影响MPs在大陆和全球尺度的海洋命运；也未考虑介质特异性降解速率，并且未能区分短期和长期影响。因此，本研究旨在整合MarILCA、SBoo、TrackMPD及其他进展，开发PEBBLE方法（Physical Effects on Biota and Biodiversity of Litter in the Environment，环境中垃圾对生物群和生物多样性的物理效应），作为最完整且统一版本的FFs和CFs。
二、主要关键技术方法
研究人员采用了以下关键技术方法：（1）SBoo模型（SimpleBox面向对象模型），用于计算空气、陆地、淡水和海洋环境的FFs，并设置了速率常数矩阵；（2）Bagheri和Bonadonna阻力模型，用于考虑阻力和湍流对MPs沉降速度的影响，从而引入纤维和薄膜形状；（3）基于USEtox大陆区域的命运区域化，利用其降雨率、风速、表面积和深度等参数；（4）TrackMPD海洋追踪模型，用于考虑区域性洋流、海洋学条件和生物污损，推导区域化海洋传输速率；（5）PlasticFADE降解模型，用于计算聚合物类型、尺寸和形状特异性以及介质特异性降解速率，并结合UV强度和微生物浓度。数据来源于多个已发表研究和模型公开版本。
三、研究结果
2.1 命运模型
研究人员基于SBoo 2026.3.0版本进行了修改，包括实现阻力模型、基于USExtox大陆的区域化、使用TrackMPD海洋环流模型推导区域化海洋传输速率、添加PlasticFADE降解模型，以及通过动态命运建模推导时间范围依赖性FFs。FFs针对3种形状（球体、纤维、薄膜）和5种尺寸（1、10、100、1000、5000 μm）进行计算，涵盖大陆尺度（空气、淡水、湖水、海水表面、海水柱、湖沉积物、淡水沉积物、海洋沉积物、自然土壤、农业土壤）和全球尺度（海水表面、海水柱、海洋沉积物）共13个排放介质。
2.1.2 阻力模型实施
Bagheri和Bonadonna（2016）的模型被应用于SBoo，通过提供密度、形状和尺寸特异性阻力系数来计算沉降速度。Coyle等人（2023）证明该模型适用于大型MPs，Dittmar等人（2024）证明其适用于各种形状的小型MPs。此前SBoo的沉降速度基于斯托克斯定律（Stokes' law），仅假设层流和球形颗粒，而阻力模型允许引入纤维和薄膜形状。
2.1.3 命运区域化
模型参数化采用USEtox命运参数，例如区域降雨率、风速、各介质表面积和深度。由此获得USEtox八个大陆区域（北美、拉丁美洲、欧洲、非洲和中东、中亚、东南亚、北部地区、大洋洲）的CFs，并提供世界平均值。
2.1.4 区域海洋洋流与生物污损
TrackMPD数值模型用于考虑区域海洋洋流、海洋学条件和生物污损。区域化大陆尺度定义为大陆架，即水深超过200米的海岸距离。每个USEtox区域的排放地点基于河流向海洋的最高微塑料输出量确定。对于每个排放地点，推导聚合物密度、形状和尺寸的沉降速度和传输速率。阻力模型同样在TrackMPD中实施，其他海洋传输速率（如沉积物再悬浮）由SBoo计算。
2.1.5 PlasticFADE降解模型
降解被定义为微塑料因分子水平矿化导致的总体质量损失。降解速率取决于颗粒特性（聚合物类型、尺寸和形状）和介质条件（UV强度和微生物浓度）。对于PP、PS、PET、HDPE、LDPE和PE，使用PlasticFADE模型参数；对于其他聚合物（如PA、PU、PAN、TRWP和所有纤维素材料），采用Maga等人（2022）开发的比表面降解速率（Specific Surface Degradation Rate, SSDR）方法。在无UV穿透的介质（土壤、沉积物、海水柱）中，对于需UV引发降解的聚烯烃（如PP、HDPE、LDPE、PE）以及PS和PVC，降解速率设为零。
2.2 暴露与效应因子
本研究未开发新的暴露与效应因子（Exposure and Effect Factors, EEFs），而是从文献中检索了四个EEFs及其95%置信区间：水介质为1067.5 [358.11—3182.19] PAF·m3/kgin compartment；沉积物为16.2 [1.71—152.94] PAF·m3/kgin compartment；自然土壤为0.18 [0.12—0.27] PAF·m3/kgin compartment；农业土壤为0 PAF·m3/kgin compartment，遵循USEtox和格拉斯哥共识将其视为技术圈的一部分。
四、讨论与结论总结
讨论部分指出，PEBBLE方法并非替代之前的MarILCA CFs集合，而是对其进行整合，弥补了剩余空白并取代了所有早期MarILCA CFs。该方法首次实现了对不同形状、尺寸、材料和区域的MPs、TRWPs和纤维素纤维在陆地、淡水和海洋介质中物理效应的全面评估，并通过蒙特卡洛模拟量化了不确定性。CFs在不同时间范围（20年、100年、无限期）内积分，并与IMPACT World+、UNEP-GLAM方法和ReCiPe等主流LCIA方法兼容。
研究结论可归纳为：本研究开发了PEBBLE方法，通过整合SBoo、阻力模型、TrackMPD海洋追踪模型和PlasticFADE降解模型，获得了32272个区域化、材料、尺寸和形状特异性的CFs。合成材料的CFs普遍高于天然材料。这些CFs可用于排放塑料的产品和服务的环境决策，支持化石基与生物基替代品的比较，并为不同LCIA方法之间的EQ单位转换和理解提供了改进基础。
