我们看到塑料具有持久性。但是否应该一概将其视为持久性有机污染物（POP）呢？

《Environmental Science & Technology》：We See That Plastics Are Persistent. But Should We Treat Them Universally as a POP?

微塑料和纳米塑料的环境持久性及分类标准存在争议，需综合考虑材料化学特性、降解动力学（受环境条件及降解机制影响）和表面反应性（如“生态冠层”效应）。政策层面需平衡科学分类与实际治理需求，避免“一刀切”标签化。

　　

特刊

作为《环境科学与技术》特刊“环境科学与技术60周年纪念”的一部分而发布。

塑料在环境中的存在，无论是大块塑料还是微塑料和纳米塑料，都是过去几十年研究的热点领域，尤其是在过去10年里，相关研究呈指数级增长。普遍认为某些类型的聚合物具有持久性，因为即使在人类活动极少的高远地区也能检测到它们的存在。关于这些材料在各种环境中的半衰期存在争议，而且越来越清楚的是，最初关于塑料寿命的报道可能并不像最初认为的那样长。(1) 鉴于此，越来越多的证据表明塑料及其可能释放的化学物质具有生物累积性和毒性，这就提出了一个问题：我们是否应该将所有塑料都视为持久性有机污染物（POPs）？

持久性有机污染物（POPs）具有很长的环境寿命

---

持久性有机污染物的第一个特征是它们在环境中的长期存在。虽然许多聚合物被认为已经在环境中存在了数十年甚至数百年，但确定塑料在自然系统中的寿命取决于聚合物本身及其所处的环境条件（例如地表水或沉积物）。除了系统间的差异外，研究通常使用不同的指标或测量方法来计算降解速率，这使得将环境降解因素纳入持久性或生命周期评估模型变得复杂。最近的努力旨在通过特定的表面降解速率(2)来统一传统石油基聚合物材料（即商品塑料）的降解速率，从而得出随时间的质量或尺寸损失值（例如每年微米数）。然而，仅基于尺寸变化的指标无法区分非生物降解和完全生物降解。为了确定某种塑料是否真正属于持久性有机污染物，研究人员被鼓励通过呼吸作用指标（如转化为生物量或CO₂/CH₄）来区分这两种过程。(3)

随着我们朝着可持续使用塑料材料的目标前进，应用降解速率至关重要(4,5)，但这引发了一个基本问题：可生物降解和可堆肥的塑料是否应该与传统的商品塑料归为一类？尽管这是一个进步，但关于塑料寿命的估计值差异巨大，这限制了我们的持久性评估的预测能力，并可能忽略了一些特定于塑料的实际情况，从而影响评估的准确性。

寿命与反应性相关

---

鉴于我们对塑料寿命的理解仍在不断完善，建立如持久性有机污染物那样的反应性指标可以加深我们对材料持久性的理解。基于化学性质构建结构-活性关系模型是预测有机化合物反应性和持久性的重要工具。这些方法通过将观测或实验数据与计算机模拟分析相结合，来确定这些化合物在环境中的命运、转化及其影响。(6) 对于塑料而言，这些分析可以考虑化学结构如何影响其性质。例如，美国能源部落基山国家实验室开发了PolyID工具，可以根据聚合物的化学结构预测其热性能和机械性能。(7) 不幸的是，该工具没有考虑到由于风化作用（例如光氧化导致聚乙烯主链上产生氧基团）导致的聚合物主链随机化学变化的影响，也没有考虑到材料性质及其降解途径可能受到聚合物化学结构以外因素的影响。换句话说，塑料材料的性质会因添加的添加剂、颜料以及加工条件（如温度）而变化，这些因素最终会影响其环境中的转化和命运。

应用降解速率对于实现塑料的可持续利用至关重要(4,5)，但这提出了一个根本性问题：可生物降解和可堆肥的塑料是否应该与传统的商品塑料归为一类？虽然这是一个进步，但关于塑料寿命的估计值差异很大，这限制了我们的持久性评估的预测能力，并可能忽略一些特定于塑料的情况，从而影响评估的适用性。

寿命与反应性相关

---

由于我们对塑料寿命的理解仍在不断完善，因此建立类似持久性有机污染物的反应性指标有助于加深我们对材料持久性的理解。基于化学性质的结构-活性关系模型是预测有机化合物反应性和持久性的重要工具。这些方法通过结合观测或实验数据与计算机模拟，来确定这些化合物在环境中的命运、转化及其影响。(6) 对于塑料而言，这些分析可以考虑化学结构对其性质的影响。例如，美国能源部落基山国家实验室开发的PolyID工具可以根据聚合物的化学结构预测其热性能和机械性能。(7) 然而，该工具没有考虑到由于风化作用（如光氧化）导致聚合物主链发生随机化学变化的情况，也没有考虑到材料性质及其降解途径可能受到聚合物化学结构以外因素的影响。换句话说，塑料材料的性质会因添加的添加剂、颜料和加工条件（如温度）而变化，这些因素最终会影响其在环境中的转化和命运。

使用这些工具预测降解和持久性的主要挑战在于，大多数商业塑料本身都是复杂且动态的自然系统中的混合物（聚合物和添加剂的混合物）。环境中的工程纳米粒子领域也面临类似的问题。表面反应性是工程纳米粒子的重要特性，通常决定了它们的物理和光学性质。一些研究试图表征纳米粒子与自然系统的表面反应性(8)，但主要针对纳米粒子的命运和影响的建模和预测是基于定量结构-活性关系（QSAR）或定量结构-毒性关系（QSTR）(9)。定量结构-活性关系是统计和计算模型中常用的工具，常用于预测污染物在塑料表面的吸附行为(10)。迫切需要进一步开发针对塑料的QSAR型模型，以准确评估其反应性。

如果反应性，特别是表面反应性，对于预测聚合物材料的命运、转化和持久性至关重要，那么认识到“生态冠层”效应就显得尤为重要。换句话说，塑料在环境中移动时会在其表面积累分子和生物体，这些因素在其降解过程中起着重要作用。已有证据表明，附着的生物膜会减缓聚合物材料的光化学分解(11)，同时也会形成一个称为“塑料圈”的微环境(12)，这可能会加速其生物降解(13)。这种双重性形成了一个典型的“持久性悖论”，当前的模型必须在预测持久性时考虑到这一复杂性。

我们应该将微塑料和纳米塑料归类为持久性有机污染物吗？

---

从政策角度来看，将微塑料和纳米塑料归类为持久性有机污染物可能是有意义的(14)。除了越来越多的证据表明它们具有不良生物效应外，建模领域认为持久性本身就是一个关键的危害标准(15)。换句话说，尽管化学物质具有多样的化学和物理性质，但证据表明，由于它们的持久性，即使是在已知或未知的效应方面，其影响也会增加，并且需要数十年甚至数百年才能逆转这些效应。从社会经济维度来看，例如“必要用途”概念的应用，使得评估重点从化学性质转向了社会经济功能(16)。因此，社会约束促使我们根据现有的废物管理基础设施来评判材料，而不仅仅是基于其理论性质。这种社会经济视角将治理方式从理论上的材料性质转向了实际和基于风险的合理性(17,18)，这可能意味着将微塑料或纳米塑料归类为持久性有机污染物。

然而，根据目前对持久性有机污染物的定义和化学观点，微塑料和纳米塑料并不符合监管标准。越来越多的证据表明，这些材料在环境中的行为与其类型一样多样化，我们认为我们对这些材料的持久性和反应性的理解仍在不断发展。此外，新型聚合物的出现（例如具有内置环境降解功能的可生物降解和生物基塑料）可能减少了对传统商品塑料的依赖，并显著缩短了其寿命。我们同意塑料及其普遍存在是一个严重问题；然而，关于它们的持久性仍有许多未解之谜，而将所有塑料废物简单地贴上持久性有机污染物的标签会失去捕捉问题全貌所需的科学准确性。尽管在操作上较为复杂，但对塑料的监管措施应根据特定塑料成分所构成的危害来进行。