2021年7月2日，Science 同時發(fā)布了4篇以塑料為主題的文章。塑料作為新時代的典范，徹底改變了我們的生活，但塑料對生態(tài)系統(tǒng)的污染問題日趨嚴(yán)重。Aron Stubbins團(tuán)隊(duì)討論了塑料是一種新興的地質(zhì)材料，并采用地球化學(xué)的見解和方法，加快對塑料在地球系統(tǒng)中的理解；Robson G. Santos團(tuán)隊(duì)在進(jìn)化陷阱的概念下，將生態(tài)、行為和進(jìn)化聯(lián)系起來，為理解動物為什么攝入塑料提供了一個統(tǒng)一的框架；Matthew MacLeod團(tuán)隊(duì)討論了塑料對全球帶來的威脅；LaShanda T. J. Korley團(tuán)隊(duì)討論了廢棄塑料的可持續(xù)的再利用和再填充、回收、升級再利用和降解方法。
01地球系統(tǒng)中的塑料
Aron Stubbins, Kara Lavender Law, Samuel E. Mu?oz, Thomas S. Bianchi and Lixin Zhu
DOI: 10.1126/science.abb0354 Science 373 (6550), 51-55.
塑料作為這個新時代的典范，對環(huán)境的污染是一個全球性的問題，研究證明了塑料是一種地球歷史上從未見過的具有化學(xué)性質(zhì)的新興的地質(zhì)材料。在元素層面，塑料主要是碳——一種無生命的有機(jī)碳（OC）。將塑料的存量和通量與碳的存量和通量進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，某些生態(tài)系統(tǒng)中塑料的數(shù)量與天然有機(jī)碳的數(shù)量相當(dāng)，這表明地球化學(xué)家現(xiàn)在應(yīng)該在他們的研究分析中考慮塑料。Aron Stubbins團(tuán)隊(duì)討論了塑料的分布（陸地、內(nèi)陸水域、海洋）、運(yùn)輸（陸地、大氣和水之間進(jìn)行運(yùn)輸）和降解（機(jī)械、光化學(xué)、熱和生化機(jī)制），污染環(huán)境樣本對OC研究的影響。承認(rèn)塑料是地質(zhì)材料，并采用地球化學(xué)的見解和方法，可以加快對塑料在地球系統(tǒng)中的理解，對塑料的研究也可以促進(jìn)基本的生物地球化學(xué)知識。塑料作為具有獨(dú)特物理和化學(xué)特性的地質(zhì)材料也可以作為示蹤實(shí)驗(yàn)，以測試對地球系統(tǒng)中粒子和碳循環(huán)的知識。
圖1.塑料在水和空氣中的分布。
全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/51
02 塑料攝入作為一個進(jìn)化陷阱:走向一個整體的理解
Robson G. Santos, Gabriel E. Machovsky-Capuska and Ryan Andrades
DOI: 10.1126/science.abh0945 Science 373 (6550), 56-60.
人類活動正在改變我們的環(huán)境。隨著氣候變化和生物多樣性的廣泛喪失，塑料污染現(xiàn)在改變?nèi)蛏鷳B(tài)系統(tǒng)（陸地生態(tài)系統(tǒng)、淡水生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)）方面起著主要作用。在過去的四十年里，人們廣泛的研究野生動物攝入塑料的情況，然而，大多數(shù)研究僅限于定量哪些物種攝入塑料。在收集了越來越多的證據(jù)表明塑料污染的普遍性及其對生物體的有害影響——包括對人類健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)之后，需要對攝入塑料做統(tǒng)一的解釋。Robson G. Santos團(tuán)隊(duì)從進(jìn)化和生態(tài)的視角回顧了野生動物攝入塑料的發(fā)生，并解決了生物體為什么攝入塑料的基本問題，在進(jìn)化陷阱的概念下，將生態(tài)、行為和進(jìn)化聯(lián)系起來，為理解動物為什么攝入塑料提供了一個統(tǒng)一的框架，并確定了可能導(dǎo)致塑料攝入的三個主要因素: (i)環(huán)境中塑料的可用性，(ii)個人的接受閾值，(iii)天然食物和塑料提供的線索的重疊。
圖2. 塑料攝入風(fēng)險(xiǎn)評估和證據(jù)的強(qiáng)度。(A)圖表顯示了環(huán)境中塑料的可用性、生物體的營養(yǎng)狀況、與塑料的獵物相似性以及獵物選擇如何相互作用，從而增加了假想個體攝入塑料的風(fēng)險(xiǎn)(黑點(diǎn))。(B)提供與塑料攝入風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)特征的實(shí)證證據(jù)的研究數(shù)量。
全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/56
03 塑料污染的全球威脅
Matthew MacLeod, Hans Peter H. Arp, Mine B. Tekman and Annika Jahnke
DOI: 10.1126/science.abg5433 Science 373 (6550), 61-65.
塑料污染嚴(yán)重威脅了全球環(huán)境，塑料污染既是累積的，又是難以逆轉(zhuǎn)的。可逆性差的塑料污染的潛在影響包括碳和營養(yǎng)循環(huán)的變化；土壤、沉積物和水生生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的棲息地變化；對瀕；蜿P(guān)鍵物種的共同發(fā)生的生物影響。目前，全球環(huán)境中有許多可逆性差的塑料污染累積地點(diǎn)。同時，風(fēng)化作用改變了可逆性差的塑料污染特性，塑料的風(fēng)化沿著兩條相互關(guān)聯(lián)且通常協(xié)同的軌道進(jìn)行(i)碎裂和可溶性或揮發(fā)性成分的釋放，與(ii)生物污垢和氧化降解過程相吻合。隨著時間的推移，環(huán)境中的塑料會產(chǎn)生越來越多樣化的小顆粒和化學(xué)物質(zhì)譜系，與最初進(jìn)入環(huán)境的材料相比，它們更易移動，更容易被廣泛的生物群所吸收。此外，塑料污染可以與其他地球物理、生物和化學(xué)壓力等因素協(xié)同作用而對環(huán)境造成影響。因此，為了應(yīng)對塑料污染帶來的全球威脅，應(yīng)更好地理解和管理塑料污染在環(huán)境中構(gòu)成的威脅和需要關(guān)注環(huán)境過程和命運(yùn)的研究，包括小風(fēng)化顆粒的積累、相關(guān)化學(xué)物質(zhì)，以及生物膜的形成和具有天然有機(jī)碳。以發(fā)現(xiàn)為導(dǎo)向的研究旨在確定風(fēng)化塑料對生物地球化學(xué)循環(huán)和生物體健康的目前未知的影響。
圖3. 環(huán)境中可逆性差的塑料污染的風(fēng)化過程。
全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/61
04 邁向聚合物升級循環(huán)——增加價值和解決循環(huán)問題
LaShanda T. J. Korley, Thomas H. Epps III, Brett A. Helms and Anthony J. Ryan
DOI: 10.1126/science.abg4503 Science 373 (6550), 66-69
塑料徹底改變了現(xiàn)代生活，但由于我們對低成本、一次性材料的依賴和需求，造成了全球廢物危機(jī)。為此需要制定和實(shí)施政策，在可行的情況下最大限度地減少一次性塑料（SUP），同時在SUP和其他塑料具有重要經(jīng)濟(jì)和性能優(yōu)勢的情況下，推進(jìn)可持續(xù)的再利用和再填充、回收、升級再利用、降解和堆肥方法；厥胀ǔＪ侵钢匦率褂孟惹凹庸み^的或廢棄的材料；升級是指增加現(xiàn)有化學(xué)品或材料的價值；升級回收意味著對現(xiàn)有化學(xué)品或材料進(jìn)行升級和再利用；循環(huán)意味著將化學(xué)品和材料保留在價值鏈中的行為。對于解決與塑料廢物異質(zhì)性相關(guān)的挑戰(zhàn)以及機(jī)械回收引起的性能降低的新方法至關(guān)重要。聚合物的化學(xué)回收和升級回收可以通過分離策略、促進(jìn)大分子設(shè)計(jì)固有的閉環(huán)回收的化學(xué)物質(zhì)以及改變生命周期景觀的變革過程來實(shí)現(xiàn)循環(huán)。而另一種升級回收或升級廢棄聚合物的方法側(cè)重于賦予精確功能和定制材料特性的創(chuàng)新轉(zhuǎn)化，增加化學(xué)品回收之外的價值。同時，解決方案必須在對塑料技術(shù)進(jìn)步如何改善人類狀況的認(rèn)識與必要的循環(huán)考慮和生命周期管理策略之間取得平衡，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)。
全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/66
編譯：孫靖堯 北京化工大學(xué)機(jī)塑機(jī)所
下載：Plastics in the Earth system
Plastic ingestion as an evolutionary trap: Toward a holistic understanding
The global threat from plastic pollution
Toward polymer upcycling—adding value and tackling circularity
- 阿德萊德大學(xué)王少彬教授、南昆士蘭大學(xué)王浩教授團(tuán)隊(duì)《Prog. Mater. Sci.》綜述：環(huán)境中的微塑料問題和戰(zhàn)略解決方案 2022-10-25
- 應(yīng)對塑料污染的“技術(shù)流” 2018-06-06
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