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  2021年7月2日，Science 同時發布了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，但塑料對生態系統的污染問題日趨嚴重。Aron Stubbins團隊討論了塑料是一種新興的地質材料，并采用地球化學的見解和方法，加快對塑料在地球系統中的理解；Robson G. Santos團隊在進化陷阱的概念下，將生態、行為和進化聯系起來，為理解動物為什么攝入塑料提供了一個統一的框架；Matthew MacLeod團隊討論了塑料對全球帶來的威脅；LaShanda T. J. Korley團隊討論了廢棄塑料的可持續的再利用和再填充、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性質的新興的地質材料。在元素層面，塑料主要是碳——一種無生命的有機碳（OC）。將塑料的存量和通量與碳的存量和通量進行比較后發現，某些生態系統中塑料的數量與天然有機碳的數量相當，這表明地球化學家現在應該在他們的研究分析中考慮塑料。Aron Stubbins團隊討論了塑料的分布（陸地、內陸水域、海洋）、運輸（陸地、大氣和水之間進行運輸）和降解（機械、光化學、熱和生化機制），污染環境樣本對OC研究的影響。承認塑料是地質材料，并采用地球化學的見解和方法，可以加快對塑料在地球系統中的理解，對塑料的研究也可以促進基本的生物地球化學知識。塑料作為具有獨特物理和化學特性的地質材料也可以作為示蹤實驗，以測試對地球系統中粒子和碳循環的知識。

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境。隨著氣候變化和生物多樣性的廣泛喪失，塑料污染現在改變全球生態系統（陸地生態系統、淡水生態系統、海洋生態系統）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險之后，需要對攝入塑料做統一的解釋。Robson G. Santos團隊從進化和生態的視角回顧了野生動物攝入塑料的發生，并解決了生物體為什么攝入塑料的基本問題，在進化陷阱的概念下，將生態、行為和進化聯系起來，為理解動物為什么攝入塑料提供了一個統一的框架，并確定了可能導致塑料攝入的三個主要因素: (i)環境中塑料的可用性，(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. 塑料攝入風險評估和證據的強度。(A)圖表顯示了環境中塑料的可用性、生物體的營養狀況、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險(黑點)。(B)提供與塑料攝入風險相關特征的實證證據的研究數量。

  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.

  塑料污染嚴重威脅了全球環境，塑料污染既是累積的，又是難以逆轉的。可逆性差的塑料污染的潛在影響包括碳和營養循環的變化；土壤、沉積物和水生生態系統內的棲息地變化；對瀕危或關鍵物種的共同發生的生物影響。目前，全球環境中有許多可逆性差的塑料污染累積地點。同時，風化作用改變了可逆性差的塑料污染特性，塑料的風化沿著兩條相互關聯且通常協同的軌道進行(i)碎裂和可溶性或揮發性成分的釋放，與(ii)生物污垢和氧化降解過程相吻合。隨著時間的推移，環境中的塑料會產生越來越多樣化的小顆粒和化學物質譜系，與最初進入環境的材料相比，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、生物和化學壓力等因素協同作用而對環境造成影響。因此，為了應對塑料污染帶來的全球威脅，應更好地理解和管理塑料污染在環境中構成的威脅和需要關注環境過程和命運的研究，包括小風化顆粒的積累、相關化學物質，以及生物膜的形成和具有天然有機碳。以發現為導向的研究旨在確定風化塑料對生物地球化學循環和生物體健康的目前未知的影響。

圖3. 環境中可逆性差的塑料污染的風化過程。

  全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/61

04 邁向聚合物升級循環——增加價值和解決循環問題

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。為此需要制定和實施政策，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濟和性能優勢的情況下，推進可持續的再利用和再填充、回收、升級再利用、降解和堆肥方法。回收通常是指重新使用先前加工過的或廢棄的材料；升級是指增加現有化學品或材料的價值；升級回收意味著對現有化學品或材料進行升級和再利用；循環意味著將化學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性相關的挑戰以及機械回收引起的性能降低的新方法至關重要。聚合物的化學回收和升級回收可以通過分離策略、促進大分子設計固有的閉環回收的化學物質以及改變生命周期景觀的變革過程來實現循環。而另一種升級回收或升級廢棄聚合物的方法側重于賦予精確功能和定制材料特性的創新轉化，增加化學品回收之外的價值。同時，解決方案必須在對塑料技術進步如何改善人類狀況的認識與必要的循環考慮和生命周期管理策略之間取得平衡，以實現可持續的生態系統。

  全文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/66

編譯：孫靖堯 北京化工大學機塑機所

  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