微塑料在环境中普遍存在，由于采样方式不同、检测技术各异，目前国际上还没有对微塑料的粒径进行确切定义。但是，大部分研究者将粒径≤5 mm的塑料颗粒定为微塑料[1-2]。海洋中的微塑料来源主要有两个：一是较大塑料产品的逐级裂解，最终形成粒径≤5 mm的微塑料；二是塑料微珠的直接使用排放 (化妆品、医药用途等)。微塑料的种类繁多，研究者调查发现环境中的微塑料主要有6种：聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚氯乙烯 (PVC)、聚酯类 (PEst)、聚苯乙烯 (PS) 及聚酰胺 (PA)[3-4]。
长期存留在环境中的微塑料会吸附环境污染物 (重金属和有机污染物等)，密度低的会随着空气、水流和食物链等途径进行迁移，密度稍大的可能会滞留在水体中或者发生沉降。滞留在某水域的微塑料吸附当地的环境污染物，一定程度上起到净化水体的作用，但是这种吸附了污染物的微塑料一旦进行迁移，长时间停留在另一水域，就会向水体释放吸附的环境污染物，造成这一水体中该污染物的浓度升高。
微塑料的量级与许多动物的食物量级相似，使得微塑料易于被动物误食。Zhao等[5]研究发现17种陆地生态系统的鸟中有16种鸟胃肠道内发现了人类活动垃圾，以自然纤维、塑料纤维和塑料碎片为代表，粒径大致在 (0.5~8.5) mm之间。被误食的微塑料会随着食物链从低营养级流向高营养级，最终有可能出现在人类的餐桌之上[6-8]。Neves等[9]对26种263条市售鱼进行检测时发现所有的鱼体内都存在微塑料，且有17种鱼体内不止含有一种微塑料。
动物摄食了被污染的微塑料后，体内的微塑料会解吸释放出污染物甚至是塑料添加剂，进而引起细胞学、分子学、组织学以及行为学等的改变，甚至造成死亡[10-12]。
本文主要整理了近年来与微塑料吸附行为相关的文献资料，重点梳理了吸附的环境污染物类型、吸附行为机制及其影响因素，并提出了该领域今后的发展方向。
1 微塑料的吸附行为 1.1 重金属类重金属污染来源广、毒性大、难降解，进入到环境中后可以通过饮用水等途径直接作用于人体，亦可被动植物富集吸收，通过食物链途径危害人体健康[13]。长期存留在环境介质中的重金属会被微塑料吸附，关于二者之间的相互作用关系已有学者进行了研究。例如，Turner等[14]研究了PE微塑料 (纯净PE颗粒和河水中老化的PE颗粒) 对Ag、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn离子的吸附性。吸附动力学实验表明，两种PE颗粒对于金属离子的吸附基于金属离子在两相 (水相和颗粒内) 中的浓度大小不同，最终金属离子在两相中达到平衡浓度，但二者的吸附速率是有差异的 (老化PE大于纯净PE)，原因在于老化塑料在光氧化和风化等外界条件下改变了表面结构，使得老化塑料更加容易获得电荷达到表面电荷平衡。他们认为pH值以及微塑料在环境中存留时长是影响微塑料对金属离子吸附能力的重要因素。Holmes等[15]分别研究了河水 (普利姆河河水) 和海水 (英吉利海峡L4站点表层海水) 中PE微塑料 (纯净PE颗粒和沙滩老化塑料颗粒) 对Cd、Co、Ni、Cr、Cu和Pb的吸附情况。吸附动力学符合非线性Langmuir或Freundlich方程，并且认为处于自然条件下的颗粒容易受到磨损并易于吸附沉积物、带电矿物质以及有机体，进而使得颗粒表面带有电荷，更容易对金属阳离子进行吸附。结果表明不管是在河水还是海水条件下，老化塑料对于金属离子的吸附能力都强于纯净塑料；并且认为pH以及盐度是影响微塑料对金属离子吸附能力的重要因素。Brennecke等[16]在实验室条件下证实了重金属可以从塑料防垢油漆层中释放出来，并且纯净的聚苯乙烯 (PS) 颗粒和在海水中老化的聚氯乙烯 (PVC) 塑料碎片都能够吸附重金属Cu和Zn。通过使用数学模型并计算分配系数描绘微塑料对重金属的吸附动力学，结果表明，PVC (不规则矩形) 对于Cu的吸附远远大于PS (球形)。这可能是PVC的比表面积大以及对于Cu的分配系数较高 (KPVC > KPS) 的缘故。他们认为颗粒的比表面积以及疏水性是影响微塑料对重金属吸附的重要因素。综上，微塑料对重金属的吸附机制主要包括疏水分配作用以及阴阳离子之间的化学键合作用。影响吸附量的因素主要有pH、盐度和金属阳离子的浓度以及微塑料的比表面积、疏水性和表面的吸附位点的量。
1.2 有机污染物类水体中有机污染物种类繁多、成分复杂并多具有一定毒性，尤其是环境中的持久性有机污染物更是由于其具有持久、高毒、生物蓄积以及远距离迁移等特点，对人体健康构成重大威胁，成为不容忽视的一类环境污染物[17]。长期存留在环境中的微塑料对环境污染物有一定吸附性，其中就包括危害较大的有机污染物，目前已有相关学者对这一吸附行为进行了研究。例如，Velzeboer等[18]比较了纳米塑料 (PS) 和微米塑料 (PE) 对多氯联苯 (PCBs) 的吸附行为。PE颗粒表面对于PCBs的吸附量较少，吸附的机理主要是因为PCBs在固—液两相中的分配作用，最终PCBs在两相中的浓度会达到平衡；而PS颗粒对于PCBs的吸附则主要是因为表面吸附，吸附能力主要与PS颗粒表面疏水区和PCBs之间的疏水作用力以及π键相互作用有关，同时还与分布在PS颗粒表面吸附位点的分布密度以及均匀性有关。他们认为盐度是影响PE和PS塑料对PCBs吸附行为的重要因素。Bakir等[19-20]研究了微塑料 (纯净的PVC和PE) 对于菲和滴滴涕 (DDT) 混合物的竞争吸附行为。证实DDT与微塑料的亲和性较高 (即DDT和微塑料之间的疏水作用力较大)，微塑料可以通过表面疏水区与DDT的疏水作用力进行表面吸附以及小孔填充的方式吸附，而对于菲的吸附仅仅涉及到小孔填充的方式，并认为环境中污染物并不是单一存在的，化学物质间存在协同或者拮抗作用。次年，他们又在模拟 (海洋冷血和温血动物) 肠道生理条件下 (温度和pH等) 探究PE和PVC对于DDT、菲以及全氟辛酸 (PFOA) 和邻苯二甲酸乙基己酯 (DEHP) 的吸附解吸行为，并研究影响解吸速率的因素。他们认为微塑料对于化学物质的吸附取决于聚合物与化学物质之间的亲和力 (即聚合物表面和化学物质之间的疏水作用力) 以及微塑料表面小孔的密集度。解吸实验表明，当有表面活性剂存在时能够加快颗粒内物质从微孔向溶液扩散的速率，并且认为温度和pH值是影响解吸速率的重要因素。Huffer等[21]研究水溶液中4种微米级塑料颗粒 (PE、PA、PS和PVC) 对于7种非极性有机化合物 (脂肪族和芳香族有机物) 的吸附性时发现，PE颗粒的吸附等温线符合线性模型，原因在于化合物通过分配作用，最终在固相和液相达到平衡；而PS、PVC和PA颗粒的吸附等温线都是非线性的，符合Polanyi-Manes模型，原因在于颗粒的表面吸附。并发现微塑料的吸附系数与化合物的疏水性有很大相关性，说明疏水作用力是影响微塑料吸附性的主要因素。Frias等[22]研究葡萄牙海岸的两个沙滩中微塑料对于PCBs、多环芳烃 (PAHs) 以及DDTs的吸附情况。检测出的微塑料种类大部分是PP、PE还有少量PS以及纤维，这些微塑料中都检测出含有持久性有机污染物 (POPs)，并且在黑色老化塑料中PAHs和PCBs的浓度都较高。此项研究是有关微塑料吸附环境有机污染物的初步研究，具体机理并不是很清楚。Browne等[10]应用单一浓度试验证实微塑料可以吸附污染物 (壬基酚和菲) 和添加剂，并且被蠕虫摄食的微塑料还可以在蠕虫体内释放这些污染物和添加剂，从而影响蠕虫的生理生态功能。本项研究初步证实微塑料可以吸附解吸污染物，但具体的吸附机理仍需后续研究。综上，微塑料对有机污染物的吸附机制主要包括表面吸附、小孔填充和分配作用等。影响微塑料吸附有机污染物的因素主要包括温度、pH、盐度以及微塑料和有机物之间的疏水作用力等。
1.3 微生物类被污染的水体中微生物较多，某些致病性微生物的存在会引起介水传播疾病的暴发流行。环境中的微塑料能够为这些微生物提供附着点，并且随着时间的延长，附着的微生物会越来越多，在微塑料表面形成生物膜，一定程度上净化了当地水体。但是微塑料在水体中不是静止存在的，随着微塑料的迁移，微生物会入侵到其他生态系统，造成该生态系统微生物菌群的改变，甚至引起当地的介水传播疾病的暴发流行。Zettler等[23]研究发现海洋塑料碎片 (PP和PE) 表面上寄居着多种微生物群落，包括：异养生物、自养生物和捕食者以及共生体、真核生物和细菌微生物区等。聚合物表面的疏水区域为海洋微生物提供了一个相对稳定的寄居环境，促进了海洋中微生物的聚集，加速了生物膜的形成。Harrison等[24]应用14天微环境实验证实了分解碳氢化合物型细菌 (弧菌和科尔韦尔菌属) 可以快速附着到沉积物中的LDPE (低密度聚乙烯) 微塑料上，通过生物聚集形成生物膜，并且有助于微塑料的降解。Lobelle等[25]通过实验研究海水中PE微塑料的早期状态，发现塑料的物理化学性质改变 (浮力的改变) 和生物膜的快速形成是吻合的，也表明了微塑料表面有微生物的聚集。总之，微生物能够附着在微塑料上，至于和微塑料的降解是否有关，仍需后续研究的进一步探讨。
2 吸附行为对生物的影响微塑料对生物的影响主要来自两方面，一是微塑料本身对生物产生的物理性损伤；二是微塑料吸附的环境污染物在生物体内释放，从而对生物产生的一系列毒性效应。海洋中较大的塑料制品 (废弃渔网、塑料薄膜和塑料袋等) 会缠绕海洋哺乳动物、海龟、海鸟和鱼类等并限制其运动甚至造成死亡。较小的塑料由于和动物的食物粒径相似而极易被生物误食，被误食的微塑料难以被排出体外，会在消化道内累积，从而影响动物的消化功能；另一方面，生物摄食的微塑料还会在生物体内解吸释放环境污染物及其本身的塑料添加剂，从而引起生物分子学、组织学、细胞学以及行为学等的改变。例如，Rochman等[26]研究发现，摄食了纯净PE颗粒的鱼，肝脏会做出应激反应；摄食了吸附有化学污染物的微塑料的鱼，肝脏产生了明显的病理性改变以及损伤。Avio等[11]评估了污染物从微塑料转移到海洋贝类的生物利用度及其毒物学风险，发现微塑料主要沉积在贝类的血淋巴、鳃以及消化器官中，产生的细胞学效应主要包括：免疫学反应的改变、溶酶体舱的改变、过氧化物酶体病、抗氧化系统的变化、神经毒性反应以及基因毒性反应等。Browne等[10]研究发现微塑料能够将污染物 (壬基酚和菲) 和添加剂 (三氯生和PBDE-47) 转移到蠕虫体内并对其产生一系列毒害效应，包括：降低存活率、减少摄食活动和降低免疫力等。
3 展望通过回顾文献，发现微塑料尤其是老化的微塑料易于吸附重金属、有机污染物等环境污染物。但是，目前有关微塑料吸附行为的研究还主要集中在实验室模拟阶段，研究因素较孤立，不能很好地诠释自然状态下微塑料与污染物相互作用的关系。自然状态中多种污染物是共存的，彼此间存在交互作用 (拮抗作用和协同作用等)，同时，外界条件是多变的，这就增加了微塑料对污染物吸附行为研究的难度。因此，未来的研究需要进一步综合考虑生物因素 (生物膜) 以及非生物因素 (pH、温度和盐度等)[20]，微塑料的大小、表面形态、颜色、种类以及污染物的浓度和存在状态 (络合物和混合物等) 等。有关微塑料对环境污染物的吸附行为机理仍需后续研究的深入探讨。
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