塑料的发明使用为人类带来了巨大的便利，也埋下了污染隐患。工业规模的塑料生产始于20世纪40年代，50年代起进入“大加速”时期。随着生产和使用的增加，塑料不可避免地在自然环境中积累，且具有持久性，自然去除时间可达数十年至数百年，对全球生态系统产生了巨大压力。据估计，截至2016年，全球每年向河流、湖泊和海洋排放的塑料废物量为900万~2 300万t，向陆地环境排放的塑料废物量为1 300万~2 500万t。按照目前的水平，到2025年，塑料排放率将比2016年增加1倍左右。COVID-19爆发后，口罩、手套、医疗容器和用具等一次性塑料使用量激增，进一步加剧了全球塑料污染。

近期，《科学》（Science）杂志发表题为《Our Plastics Dilemma》的特刊，探讨了与塑料有关的一系列主题，其中4篇综述：如何最好地将塑料理解为新型地质材料、野生动物摄入塑料的进化和生态维度、塑料污染在环境中的积累和影响、升级回收和回收利用的创新如何影响塑料的命运和推动下一代材料设计的进步，启发了我们对从塑料污染控制转向以可持续方式创造世界塑料未来的思考。

地球系统中的塑料

环境塑料污染是一个全球性问题，其严重程度使塑料成为了地球化学历史上从未出现过的新型地质材料。塑料的主要元素是碳，一些生态系统中存在的塑料数量与天然有机碳的数量相当。据不完全估计，截至 2015 年，全球共生产了6.9 Pg（1Pg=10亿t）塑料碳（Pg-C），其中2.2 Pg-C 还在使用中，4.1 Pg-C被丢弃，0.6 Pg-C被焚烧处理。累积的 6.3 Pg-C 塑料（生产减去焚烧）超过了人类（0.06 Pg-C）和动物（2 Pg-C）总生物质量。与全球有机碳库，如土壤有机碳（1 500～2 400 Pg-C）和海洋溶解有机碳（约700 Pg-C）相比虽然不高，但塑料的积累仅用了几十年，而有机碳的积累却很慢，往往超过几千年，因此有必要长期关注塑料碳循环。

塑料会在陆地、大气和水间传输移动，不同系统中的塑料可能具有不同的生物地球化学影响，并暴露在不同的环境条件下，影响最终降解和归趋。由于缺乏关于塑料分布和反应性的基本信息，目前仍然无法对塑料在环境过程的累积、通量和去除量进行精确计算。因此，今后的研究应将不同系统中塑料的收集和分析方法标准化，通过对每种环境中的降解进行定量来完善塑料分布数据，通过建模或现有地球科学方法预测塑料的分布和影响塑料循环的关键节点，为研究工作的设计实施提供依据。另外，以地质材料的视角对塑料进行研究也可推进地球化学的发展，例如，将塑料纳入地质有机碳的研究范围，有助于解读地质有机碳浓度、年龄和化学性质；塑料也可以作为全球尺度的示踪剂研究地球系统物质循环和碳循环。

塑料摄入的进化陷阱

近20年，动物摄入塑料的记录在快速增加，引起了极大的担忧。与1997年首次发表的综合评估相比，目前摄入塑料的海洋物种数量已增加了7倍，已有1 288种海洋物种、277种陆地和淡水物种摄入塑料的记录，全球在不同环境中摄入的物种总数增加到至少1 565种，表明生命树的许多分支受到广泛塑料污染，包括8个门和一半以上的脊椎动物目。在人类的多重压力下，生态系统迅速变化，创造了大量模仿高质量选择线索的低质量选择，当动物被误导做出不适应的选择时，这些低质量的选择会将动物引入进化陷阱。摄入塑料也可被视为一种进化陷阱，在这种陷阱中，环境中突然出现的塑料创造了几个模仿食物线索的低收益选择，触发了不适应的觅食行为反应。

在进化陷阱理论下统一进化、生态学和认知方法，对动物摄入塑料进行审视，确定了可能驱动塑料摄入的3个主要因素：（1）环境中塑料的可得性；（2）个体的接受阈值；（3）天然食物和塑料提供的线索重叠。将生态学、行为和进化联系起来，可以为理解动物摄入塑料的行为提供一个统一的框架。

许多研究报告了塑料对动物体的有害影响，但有关塑料在种群水平上的影响的研究仍处于起步阶段。模型表明，进化陷阱会严重影响种群生存能力，因此，有必要确定风险最大的个体、种群和物种。建议未来重点扩展对营养和感知生态学的研究，并从进化的角度评估动物的行为。应设计研究来评估塑料的相对吸引力，以及在现实情景下塑料相对食物的偏好。框架中提出的塑料摄入驱动因素的相互作用，也应纳入未来的研究中，以评估摄入的风险。

塑料污染继续上升，即使采取一系列的缓解政策，但每年在环境中仍有数百万吨塑料的累积，摆脱塑料进化陷阱的途径有限，缓解工作应重点放在降低高危种群的接触率上。虽然不能扭转塑料污染，但可以采取措施尽量减少这种无处不在的陷阱带来的后果。国际社会应坚定地进行变革，其中必须包括以科学为指导的消费前和消费后解决方案，例如大幅减少塑料生产和使用，向循环经济转型，在世界各地投资废物管理和回收等。

塑料污染的全球威胁

塑料污染不断积累，若其自然矿化过程缓慢且没有工程修复解决方案，则认为在环境区域累积的塑料污染是“不可逆的”。塑料污染的潜在不可逆影响包括：（1）碳和营养循环的变化；（2）土壤、沉积物和水生生态系统内的生境变化；（3）对濒危或重点物种的共同生物影响；（4）生态毒性；（5）相关的社会影响。为更好地理解和管理塑料污染对环境造成的威胁，需要对相关环境过程和去向进行研究，包括风化小颗粒、相关化学品的积累，以及生物膜和天然有机碳的异质聚集体的形成等。应对累积及不可逆的塑料污染这一全球威胁的合理对策是，通过减少原始塑料材料的消耗及国际协作的废物管理战略，迅速减少塑料排放。

增加塑料附加值和解决循环问题

塑料难以从消费后的废物中回收，因为在再加工前需要进行分离，从原材料成本的角度来看，比起分类和再利用再加工材料，用未加工原料制造新的一次性塑料包装通常更便宜。全球回收的塑料只有不到10%，不到1%的塑料被多次回收，约12%的塑料被焚烧，剩余的均在垃圾填埋场和环境介质中积累。

针对塑料垃圾多样化及机械回收引起的性能下降等问题，通过综合创新实现塑料可循环和升级循环至关重要。一方面，可以通过分离策略、促进大分子闭环循环化学反应、改变生命周期格局的变革过程来实现聚合物的化学回收和升级循环。与传统的机械和化学回收相比，聚合物升级循环方案可实现更低的能量消耗和最小的环境影响。另一方面，通过创新转化赋予材料精确功能和定制特性也是聚合物废物升级循环或改进的一种思路。例如，提高化学选择性有助于塑料废物的升级，改善相容性，实现空间排列，促进传统合成方法无法获得的共聚物的发展。材料升级的多样化途径建立在光催化、自由基介导技术和C–H活化的最新进展之上，其关键优势是，少量的功能化导致材料性能（例如，附着力、表面张力）的显著改变，而不会导致聚合物链降解，生成功能材料而没有与共聚有关的合成复杂性（例如单体反应性的考虑）。

为了实现更可持续的未来，不仅要考虑技术因素，还要考虑公平分析、消费者行为、地理需求、政策改革、生命周期评估、基础设施协调和供应链伙伴关系。只有采取基于系统的跨学科战略，才能对数量惊人的塑料废物实施有效和持久的解决方案，推动下一代材料设计进步，并将当前和下一代塑料的影响降至最低。

主要参考文献：

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