综述：跨水土系统的微塑料转化：环境路径、新兴风险与缓解策略的综合综述

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Microplastic Transformation Across Water and Soil Systems: An Integrated Review of Environmental Pathways, Emerging Risks, and Mitigation Strategies

　　

摘要许多综述已经考察了微塑料污染的个别方面。然而，对于微塑料的渐进式环境转化如何连接相互连通的水和土壤系统中的运输、污染物相互作用、生态风险和缓解措施，关注有限。本综述对微塑料 (MPs) (> 100 μm) 污染的当前知识提出了批判性概述，详细说明了来源、环境路径、降解机制、生态毒理学效应和检测方法，随后讨论了从废水中去除的策略以及向可生物降解材料作为替代品的转变，以及人类健康风险和政策。重点在于控制颗粒转化、污染物吸附和生态系统效应的相互联系的物理、化学和生物过程。本综述批判性地综合了当前证据，以解释环境转化如何控制微塑料的运输、物理化学演化、污染物吸附、生态影响和管理。与以往针对特定主题的综述不同，本工作将这些过程整合到一个统一框架中，将环境路径与工程和政策干预联系起来。本综述基于从 Web of Science、Scopus、PubMed 和 Google Scholar 检索到的同行评议文献的基于 PRISMA 引导的叙述性综合，并对研究的方法学质量以及与综述目标的相关性进行了批判性评估。综合表明，环境转化逐渐增加了颗粒的移动性、表面反应性、污染物吸附、纳米塑料 (NPs) (< 100 μm) 的形成、生态暴露和管理复杂性。这些发现强调需要从孤立的缓解措施转向综合管理策略，同时解决排放源、环境运输、转化过程、先进处理技术、可持续材料和基于证据的政策。提出的综合框架为未来的实验研究、工程创新、环境风险评估和微塑料污染的可持续管理提供了基础。

引言微塑料被定义为小于 5 毫米的塑料颗粒，已成为人类世最普遍和最持久的环境污染物之一。它们源于主要来源（如个人护理产品中的微珠、工业颗粒和合成纺织纤维）和次级来源（由较大塑料通过风化、紫外降解、机械磨损和生物过程破碎而成），这些颗粒现在污染了地球表面的几乎每一个部分 [1], [2], [3]。虽然早期研究主要集中在海洋环境，但不断积累的证据表明，微塑料在淡水系统、土壤、农业用地、城市灰尘甚至偏远陆地生态系统中同样普遍存在，通常源于陆地活动，如轮胎磨损、农业覆盖膜、污水污泥施用和不合理的废物管理 [4], [5]。这种广泛分布突显了水生和陆地系统的相互联系性，其中微塑料作为其他污染物（如重金属、持久性有机化合物和病原体）的载体，从而放大了其跨生态系统的环 境风险 [6], [7]。尽管微塑料研究取得了实质性进展，但由于大多数研究和综述孤立地考察污染连续体的各个组成部分（包括来源、环境运输、降解、生态毒性或缓解），我们的理解仍然破碎。

最近的几项综述已全面考察了微塑料来源、分析方法、降解机制、生态毒理学效应、废水处理技术或政策干预。然而，这些综述通常强调微塑料污染的个别方面，而不是解释这些过程如何在环境生命周期中机械地联系起来。因此，仍然缺乏一种综合综合描述环境转化如何控制污染物运输、生态暴露、环境风险以及跨连通的水和土壤系统的缓解策略有效性的描述。

微塑料的环境命运由物理、化学和生物过程的复杂相互作用决定，这些过程决定了它们的运输、转化和最终的持久性 [8], [9]。在水生系统中，颗粒被水流、河流运输和大气沉降 mobilized（移动），导致在沉积物中积累、生物污损和水柱中的垂直迁移 [10]。在陆地环境中，土壤侵蚀、风分散、生物扰动和农业实践促进了它们的重分布，由于降解率较低，在土壤中的长期滞留通常超过水体。老化和风化改变了颗粒表面，增强了吸附能力并可能增加毒性，而不完整的降解途径（从光氧化到微生物定殖）很少导致完全矿化，使其存在跨代 perpetuating（持续） [11], [12]。这些动态突显了需要跨越水生和陆地区室的全方位评估，以了解长距离运输、营养级转移和级联生态效应。

尽管日益认识到微塑料是全球污染物，但传统的缓解方法（如改善废物管理和废水过滤）已被证明不足以解决其扩散性、持续释放 [13]。新兴路径为更有效的干预提供了有前景的途径，包括开发可生物降解或酶降解聚合物、针对纳米塑料的先进过滤技术、使用塑料降解微生物或共生体的生物修复，以及基于自然的解决方案（如人工湿地和土壤改良），以增强颗粒保留和分解 [14], [15], [16]。政策驱动的策略（如禁止故意添加、生产者责任延伸框架和循环经济模式），结合创新的源头控制和生态系统恢复努力，对于遏制进一步积累至关重要 [17], [18]。

本综述通过在一个单一的分析框架内整合环境释放、运输、物理化学转化、污染物相互作用、生态和人类健康影响、技术干预和政策响应，提出了微塑料污染的系统级、以转化为中心的视角。如表 1 所示，以前的综述提供了关于微塑料污染特定方面的宝贵见解，包括来源和分布、环境命运和毒性、降解过程、污染物吸附、农业土壤污染、人类暴露路径和去除技术；然而，这些研究通常孤立地考察个别环境区室或过程。相比之下，本综述通过追踪微塑料从它们的来源通过水生、陆地和大气环境，并考察它们的运输、风化、降解、转化为纳米塑料、污染物载体行为、生物暴露和毒性，将这些维度连接起来。一个关键贡献是认识到降解并不一定等于污染物去除，因为环境风化可以产生更小且潜在反应性更强的颗粒，具有改变的表面化学和增强的污染物运输潜力。通过整合废水、雨水、大气沉降、农业土壤和河流作为更广泛污染路径的互连组成部分，本综述提供了整个微塑料污染周期的综合综合，并确定了支持更有效的技术、循环经济和基于政策的解决方案所需的关键研究差距。

章节片段

综述方法本综述采用基于 PRISMA 2020 引导的叙述性综合，系统识别、批判评估和整合关于跨连通水和土壤系统的微塑料转化的当前知识，特别强调环境路径、污染物相互作用、生态风险和综合缓解策略。尽管由于研究目标、环境基质的实质性异质性，本综述采用了叙述性综合方法，

微塑料的来源与路径微塑料源于广泛的主要和次级来源，并通过多个互连路径进入环境 (Fig. 2)。主要微塑料是有意制造的小颗粒，用于化妆品、个人护理用品和工业磨料等产品。相比之下，次级微塑料是较大塑料材料通过物理、化学和生物降解碎片化的结果。主要来源包括轮胎磨损颗粒

水生系统微塑料现在遍布许多环境；水生环境排名最高，从地表水到深海沉积物。这些环境中微塑料的分布受几种属性影响，包括颗粒大小、密度、形状和聚合物成分；其他环境因素（如水动力学和生物活动）也起作用 [1]。在海洋系统中，聚乙烯和聚丙烯等轻质聚合物往往积累

降解机制与纳米塑料形成环境中的微塑料经历一系列复杂且相互关联的降解过程，这些过程逐渐改变它们的大小、结构和物理化学性质。当前文献确定光降解、机械碎片化、热降解和微生物生物降解是控制这些转化的主要路径。许多研究强调，这些过程并非孤立发生，而是相互作用和重叠，共同影响

生态毒理学影响微塑料 (MPs) 的生态毒理学效应日益被认为是跨多个生物组织层级运作的相互作用的物理、化学和生物过程的结果。报告的效应包括摄食改变、氧化应激、炎症、内分泌和代谢紊乱、微生物组改变、生殖受损以及行为和生存变化 [64], [65]。然而，支持这些效应的证据强度存在变化

微塑料作为环境污染物载体微塑料可以充当广泛环境污染物的载体，包括重金属 (HMs)、抗生素、持久性有机污染物 (POPs) 和全氟和多氟烷基物质 (PFAS)。它们与污染物相互作用和运输的能力由物理化学过程决定，这些过程取决于聚合物基质的性质、目标污染物的化学性质和周围的环境条件 [6], [58]。随着微塑料经历环境

检测与表征技术鉴于微塑料在形状、大小、表面性质和聚合物成分方面的异质性，检测环境、生物和食物基质中的微塑料需要多种技术方法。主要采用的技术如下 (见 Fig. 5)：

废水处理与去除效率废水处理厂 (WWTPs) 被认为是微塑料污染的关键点，因为它们接收大量含有 MPs 的家用和工业废水。包括初级沉淀、生物处理和二级澄清在内的传统处理过程，可以从水相中去除约 86–99.8% 的微塑料 [136], [137]。然而，仅仅依赖这种水相去除百分比是误导性的，主要有两个原因：

定义可生物降解和生物基塑料可生物降解塑料是能够经历微生物和酶转化成为较低分子量化合物，并在足够有氧条件下最终成为二氧化碳、水和生物质的聚合物。相比之下，生物基塑料是由其碳原料的来源定义的，可能是可生物降解的或不可生物降解的。因此，可生物降解性和生物基来源不应被视为同义词。重要的可生物降解聚合物

微塑料的人类健康影响：暴露、证据和风险不确定性关于微塑料 (MPs) 对人类健康影响的证据应根据现有证据的类型、质量和强度进行解释。体外研究报告称，暴露于 MPs 后会出现氧化应激、炎症反应、细胞毒性、细胞功能改变，并在某些实验条件下出现遗传毒性效应。动物研究也报告了组织和生物反应；然而，由于... 外推到人类仍不确定因为

政策与监管框架针对微塑料的政策和监管格局近年来发生了重大演变，有针对性的干预措施旨在减少塑料污染的主要来源。一个值得注意的例子是化妆品中微珠的广泛禁令，多个国家采用以遏制微塑料直接释放到水生环境中 [26]。除了特定产品的法规外，更广泛的国际倡议（如海洋垃圾行动计划）也已实施

微塑料污染的未来方向然而，尽管对微塑料污染问题的认识日益增长，但仍存在许多知识差距，特别是对于纳米塑料，由于其极小的尺寸和当前分析技术的限制，仍然难以检测和量化。了解它们在生物系统中的毒性和行为是一个关键优先事项，因为新兴证据表明它们可能比较大的颗粒带来更大的风险 [185], [186]。同时，缺乏标准化采样

结论微塑料污染已演变为一个多层面、全球性的环境挑战（水生、陆地和大气）。本综述结合了当前知识，即来自许多不同来源的微塑料具有很高的持久性，通过风化过程不断降解为更小、更移动和反应性更强的颗粒（如纳米塑料 (NPs) (<100μm)），这一过程通过增加对有害物质的吸附能力而放大了其生态和人类健康风险。

CRediT 作者贡献声明 Stanley Chindikani Msiska: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化。Alfred Kampira Levison: 写作 – 初稿，可视化，方法论，调查。Nyireenda Jona G: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化。Sichali Atusaye G: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，方法论，形式分析，概念化。Yasmen Heiba: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，

生成式人工智能及 AI 辅助技术在写作过程中的声明在准备本工作期间，作者 (们) 使用了 ChatGPT (OpenAI) 来提高手稿文本的清晰度和可读性。在使用该工具后，作者 (们) 批判性地审查和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这可能会影响本论文中报告的工作。

致谢作者衷心感谢马拉维科学技术大学提供的必要资源、设施和有利的学术环境，使本综述成为可能。

Atusaye G. Sichali|Yasmen Heiba|Jona G.

尼伦达 | 阿尔弗雷德·坎皮拉·利维森 | 斯坦利·钦迪卡尼·姆西卡，工程系 - 化学工程系，马拉维科技大学，邮政信箱 5196 号，林贝，布兰太尔，马拉维