2021年7月2日，Science 同时发布了4篇以塑料为主题的文章。塑料作为新时代的典范，彻底改变了我们的生活，但塑料对生态系统的污染问题日趋严重。Aron Stubbins团队讨论了塑料是一种新兴的地质材料，并采用地球化学的见解和方法，加快对塑料在地球系统中的理解；Robson G. Santos团队在进化陷阱的概念下，将生态、行为和进化联系起来，为理解动物为什么摄入塑料提供了一个统一的框架；Matthew MacLeod团队讨论了塑料对全球带来的威胁；LaShanda T. J. Korley团队讨论了废弃塑料的可持续的再利用和再填充、回收、升级再利用和降解方法。

01地球系统中的塑料

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.

  塑料作为这个新时代的典范，对环境的污染是一个全球性的问题，研究证明了塑料是一种地球历史上从未见过的具有化学性质的新兴的地质材料。在元素层面，塑料主要是碳——一种无生命的有机碳（OC）。将塑料的存量和通量与碳的存量和通量进行比较后发现，某些生态系统中塑料的数量与天然有机碳的数量相当，这表明地球化学家现在应该在他们的研究分析中考虑塑料。Aron Stubbins团队讨论了塑料的分布（陆地、内陆水域、海洋）、运输（陆地、大气和水之间进行运输）和降解（机械、光化学、热和生化机制），污染环境样本对OC研究的影响。承认塑料是地质材料，并采用地球化学的见解和方法，可以加快对塑料在地球系统中的理解，对塑料的研究也可以促进基本的生物地球化学知识。塑料作为具有独特物理和化学特性的地质材料也可以作为示踪实验，以测试对地球系统中粒子和碳循环的知识。

图1.塑料在水和空气中的分布。

  全文链接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/51

02 塑料摄入作为一个进化陷阱:走向一个整体的理解

Robson G. Santos, Gabriel E. Machovsky-Capuska and Ryan Andrades

DOI: 10.1126/science.abh0945  Science 373 (6550), 56-60.

  人类活动正在改变我们的环境。随着气候变化和生物多样性的广泛丧失，塑料污染现在改变全球生态系统（陆地生态系统、淡水生态系统、海洋生态系统）方面起着主要作用。在过去的四十年里，人们广泛的研究野生动物摄入塑料的情况，然而，大多数研究仅限于定量哪些物种摄入塑料。在收集了越来越多的证据表明塑料污染的普遍性及其对生物体的有害影响——包括对人类健康的潜在风险之后，需要对摄入塑料做统一的解释。Robson G. Santos团队从进化和生态的视角回顾了野生动物摄入塑料的发生，并解决了生物体为什么摄入塑料的基本问题，在进化陷阱的概念下，将生态、行为和进化联系起来，为理解动物为什么摄入塑料提供了一个统一的框架，并确定了可能导致塑料摄入的三个主要因素: (i)环境中塑料的可用性，(ii)个人的接受阈值，(iii)天然食物和塑料提供的线索的重叠。

图2. 塑料摄入风险评估和证据的强度。(A)图表显示了环境中塑料的可用性、生物体的营养状况、与塑料的猎物相似性以及猎物选择如何相互作用，从而增加了假想个体摄入塑料的风险(黑点)。(B)提供与塑料摄入风险相关特征的实证证据的研究数量。

  全文链接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/56

03 塑料污染的全球威胁

Matthew MacLeod, Hans Peter H. Arp, Mine B. Tekman and Annika Jahnke

DOI: 10.1126/science.abg5433  Science 373 (6550), 61-65.

  塑料污染严重威胁了全球环境，塑料污染既是累积的，又是难以逆转的。可逆性差的塑料污染的潜在影响包括碳和营养循环的变化；土壤、沉积物和水生生态系统内的栖息地变化；对濒危或关键物种的共同发生的生物影响。目前，全球环境中有许多可逆性差的塑料污染累积地点。同时，风化作用改变了可逆性差的塑料污染特性，塑料的风化沿着两条相互关联且通常协同的轨道进行(i)碎裂和可溶性或挥发性成分的释放，与(ii)生物污垢和氧化降解过程相吻合。随着时间的推移，环境中的塑料会产生越来越多样化的小颗粒和化学物质谱系，与最初进入环境的材料相比，它们更易移动，更容易被广泛的生物群所吸收。此外，塑料污染可以与其他地球物理、生物和化学压力等因素协同作用而对环境造成影响。因此，为了应对塑料污染带来的全球威胁，应更好地理解和管理塑料污染在环境中构成的威胁和需要关注环境过程和命运的研究，包括小风化颗粒的积累、相关化学物质，以及生物膜的形成和具有天然有机碳。以发现为导向的研究旨在确定风化塑料对生物地球化学循环和生物体健康的目前未知的影响。

图3. 环境中可逆性差的塑料污染的风化过程。

  全文链接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/61

04 迈向聚合物升级循环——增加价值和解决循环问题

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

  塑料彻底改变了现代生活，但由于我们对低成本、一次性材料的依赖和需求，造成了全球废物危机。为此需要制定和实施政策，在可行的情况下最大限度地减少一次性塑料（SUP），同时在SUP和其他塑料具有重要经济和性能优势的情况下，推进可持续的再利用和再填充、回收、升级再利用、降解和堆肥方法。回收通常是指重新使用先前加工过的或废弃的材料；升级是指增加现有化学品或材料的价值；升级回收意味着对现有化学品或材料进行升级和再利用；循环意味着将化学品和材料保留在价值链中的行为。对于解决与塑料废物异质性相关的挑战以及机械回收引起的性能降低的新方法至关重要。聚合物的化学回收和升级回收可以通过分离策略、促进大分子设计固有的闭环回收的化学物质以及改变生命周期景观的变革过程来实现循环。而另一种升级回收或升级废弃聚合物的方法侧重于赋予精确功能和定制材料特性的创新转化，增加化学品回收之外的价值。同时，解决方案必须在对塑料技术进步如何改善人类状况的认识与必要的循环考虑和生命周期管理策略之间取得平衡，以实现可持续的生态系统。

  全文链接：https://science.sciencemag.org/content/373/6550/66

编译：孙靖尧 北京化工大学机塑机所

  下载：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