我国海洋塑料垃圾污染阻控与治理研究进展

马文超 , 刘伟宁 , 刘雨鑫 , 台凌宇 , 白晶晶 , 韩一石 , 薛镒贤 , 刘源 , 许芯睿 , 陈巧婷 , 侯立安

中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (3) : 215 -228.

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中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (3) : 215 -228. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2024.12.021
面向美丽中国的资源循环利用与生态环境治理研究

我国海洋塑料垃圾污染阻控与治理研究进展

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Advances in the Prevention and Management of Marine Plastic Waste Pollution in China

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摘要

近年来,全球海洋塑料垃圾污染趋于严重,对海洋生态系统和人体健康构成威胁,成为备受关注的紧迫性环境问题之一。我国是沿海大国,海洋塑料垃圾污染阻控与治理是国家海洋生态安全的重要组成部分。本文系统梳理了我国海洋塑料垃圾的主要来源、入海迁移特征和污染阻控现状,分析了在塑料“生产 ‒ 排放 ‒ 处置 ‒ 回收”全链条路径中面临的环境泄漏、排海通量核算与关键驱动因子识别等主要问题,总结了我国海洋塑料垃圾在监测识别、拦截清理、处理处置模式上的不足以及陆海统筹治理面临的主要挑战,进一步探究了新型海洋塑料垃圾的治理模式,包括塑料垃圾源头减量、生物可降解产品替代、多责任主体协同参与、人工智能技术赋能等。研究建议,厘清海洋塑料垃圾全链条关键治理节点、突破智慧监管与资源化利用核心技术、建立跨部门协作管理机制,以加强我国海洋塑料垃圾污染的陆海统筹治理能力,推动海洋环境的可持续发展,助力我国海洋生态文明建设。

Abstract

In recent years, global marine plastic waste pollution has become increasingly severe, posing a serious threat to marine ecosystems and human health, and it has become one of the urgent environmental issues of great concern. In China, a large coastal country, the prevention and management of marine plastic waste pollution is crucial for ensuring national marine ecological security. This study sorts out the main sources of marine plastic wastes in China, the migration characteristics of these wastes into the sea, and the current status of pollution prevention and control. It analyzes the major problems regarding environmental leakage, plastic outflow accounting, and key driving factor identification in the production, discharge, disposal, and recycling of plastics. Moreover, the study identifies the deficiencies in the monitoring, identification, interception, and disposal modes of marine plastic wastes in China, as well as the major challenges faced in the land‒sea integrated management, and further explores new types of marine plastic waste management modes, including plastic waste reduction at source, biodegradable product substitution, synergistic participation of multiple subjects of liability, and empowerment by artificial intelligence. Furthermore, the study suggests clarifying the key nodes for marine plastic waste governance, developing core technologies of intelligent regulation and resource utilization, and establishing a cross-sectoral collaborative management mechanism, thus to strengthen China's land‒sea integrated governance capacity in marine plastic waste pollution control, with a view to promoting the sustainable development of the marine environment and assisting in the construction of China's marine ecological civilization.

Graphical abstract

关键词

海洋塑料垃圾 / 环境泄漏 / 排海通量 / 治理模式 / 驱动因子

Key words

marine plastic waste / environmental leakage / plastic outflow / governance models / driving factor

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马文超,刘伟宁,刘雨鑫,台凌宇,白晶晶,韩一石,薛镒贤,刘源,许芯睿,陈巧婷,侯立安. 我国海洋塑料垃圾污染阻控与治理研究进展[J]. 中国工程科学, 2025, 27(3): 215-228 DOI:10.15302/J-SSCAE-2024.12.021

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一、 前言

塑料是现代化学工业中的重要合成材料,广泛应用于包装、建筑、农业、医疗等领域[1]。2023年,全球塑料总产量约为4.13×108 t[2],仅9%得到了有效回收和利用,而大量塑料垃圾因管理不善、直接丢弃等原因进入水生环境[3]。据统计,全球海洋垃圾每年新增约1×107 t,其中塑料垃圾占比超过85%[4]。塑料垃圾在海洋环境中难以降解,全球已形成五大环流区垃圾带[5],日益严峻的海洋塑料垃圾污染问题,对海洋生物多样性、人体健康和海洋产业发展造成严重威胁[6~10]。全球每年因海洋生态系统造成的经济损失,保守估计高达130亿美元[11]。海洋塑料垃圾污染受到全球高度关注,联合国环境规划署将其列为最值得关注的十大紧迫环境问题之一;预防和大幅减少各类海洋污染,保护和可持续利用海洋资源[12],成为全球17个可持续发展目标之一。当前,全球正积极推动“塑料公约”的国际谈判,旨在塑料全生命周期中采取行动,解决海洋塑料垃圾的污染困境[13]。2024年,塑料污染政府间谈判委员会第五次会议在韩国召开,与会代表强调了在塑料治理问题上践行全球合作与多边主义的重要性,并呼吁加强废物管理能力创新,采取塑料循环经济发展措施。

我国海洋垃圾类型以塑料为主,在58个近岸区域的海洋垃圾监测中,海滩、海面、海底的塑料垃圾占比分别为79.1%、89.8%、75.4%,主要是塑料绳、塑料袋、渔网、塑料瓶等塑料制品[14]。2023年,在海南省南渡江、万泉河、昌化江三大流域的入海口中,海面漂浮微塑料的平均丰度分别为0.91个/m³、0.27个/m³、0.5个/m³[15]。我国南海海洋漂浮垃圾数量位居全球第11位[16],长江和珠江水系每年排放至海洋中的塑料垃圾分列全球第1位和第3位[17]。整体来看,我国海洋塑料垃圾排放量大,污染问题严峻[18,19]。我国高度重视海洋塑料垃圾的污染治理,积极发展塑料循环经济、实现海洋生态可持续发展。在国家层面,出台了一系列政策法规,禁止或限制一次性塑料制品生产销售,大力推广可降解替代品;各省市也积极响应,纷纷推出地方性法规,加强海洋塑料污染治理。“禁/限塑令”“河长制”、禁止洋垃圾入境、生活垃圾分类制度以及广泛开展海洋垃圾及微塑料检测工作,对削减塑料垃圾污染、控制垃圾入海发挥了重要作用。然而,我国海洋塑料垃圾污染来源众多,入海迁移路径复杂,污染阻控难度大,在“塑料环境泄漏 ‒ 终端处置 ‒ 入海阻控”方面仍面临一定的挑战。当前,我国海洋塑料垃圾治理侧重于末端治理,资源化利用水平不高,与发达国家相比还有较大的提升空间[20]。此外,我国负责污染治理的有关部门相对独立,缺乏统筹的协调联动。

海洋塑料垃圾的监管和治理,不仅要着眼于末端污染控制,更要从源头上有效控制塑料垃圾入海。因此,建立陆海统筹、区域联动的海洋塑料垃圾治理体系显得尤为重要。基于此,本文系统梳理我国海洋塑料垃圾的污染与阻控的研究进展,剖析当前污染治理面临的主要问题与挑战,总结我国海洋塑料垃圾污染治理的模式,并针对性提出海洋塑料垃圾陆海统筹治理的发展方向,以期为我国海洋生态文明建设提供理论支撑和应用参考。

二、 我国海洋塑料垃圾污染阻控现状与困境

(一) 塑料垃圾管理不善,环境泄漏严重

我国的塑料使用非常广泛,涵盖包装、建筑、汽车、电子、医疗、纺织等行业,包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等种类[21,22]。在塑料原材料提取、生产加工、使用消费、废弃处理的全生命周期中,各个阶段均有发生环境泄漏的风险,对生态系统造成潜在的危害[23]。塑料环境泄漏量化用于评估塑料在其全生命周期过程中,废弃物泄漏到环境中的具体数量[24]。我国已尝试梳理不同类型塑料的流动路径,在结合塑料库存与消费量的基础上,通过构建物质流分析模型,对塑料环境泄漏水平进行整体评估与趋势分析[25~27]。尽管多数研究提供了重要的理论框架,但针对具体细分行业塑料垃圾环境泄漏的贡献比例、塑料垃圾详细类型和成分的物质流分析研究仍然有限[28,29]。大部分研究仅仅关注几种典型塑料品类的生产路径(如PE、PP、PET等),而在具体细分行业的塑料生产、制品使用及垃圾处置的数据获取方面,仍存在较大难度[30]

海洋是塑料垃圾环境泄漏的主要汇集地,我国的海洋塑料垃圾有近80%来自于陆源输入,20%源于海上活动(渔业占比为65%,航运活动占比为35%)[31,32]。海洋塑料垃圾涉及的行业广泛,主要包括旅游业、渔业、包装业、纺织业以及航运业等[33,34]。塑料垃圾的流动路径如图1所示。塑料制品的高需求以及一次性消费使用会导致大量塑料垃圾产生,因部分未得到妥善管理,使其从陆地泄漏进入海洋[35]。塑料物质代谢路径复杂,排放的垃圾聚合物类型多样,包括PS、PE、PET等。海洋塑料垃圾的产排特性受“生产 ‒ 使用 ‒ 回收 ‒ 处理”等多个环节和过程的共同影响,由于缺乏统一核算标准,现有的环境泄漏核算结果差别较大[36,37]。目前,塑料的陆海物质代谢路径尚不清晰,因管理不善导致的塑料环境泄漏对海洋塑料垃圾的影响尚未得到充分研究,特别是在渔业、旅游业、包装业等关键行业以及低回收率、高环境泄漏风险塑料品类方面,缺乏精细化的物质代谢数据,使我国海洋塑料垃圾的污染阻控形势日益严峻。

(二) 塑料垃圾入海迁移路径复杂,排海通量不明确

塑料垃圾入海主要有陆海界面扩散、河流携带和海上直排3种方式(见图2)。明晰塑料垃圾的入海迁移机制是阻控其陆海传输扩散的关键,也是治理海洋塑料垃圾污染的重要依据。海洋塑料垃圾污染与固体废物(固废)管理水平息息相关,因管理不善而排放到环境中的塑料垃圾易通过各种途径进入海洋,潜在风险巨大[38]。国内外众多研究围绕固废管理不善水平等指标,开展了大量塑料垃圾排海通量核算工作[39]。然而,基于塑料管理不善计算的排海通量会严重高估发展中国家的排放水平,难以反映各国的真实排放情况。因此,诸多学者开始尝试使用新的指标和核算方法(见表1),相关研究集中在基于数据驱动的多指标核算模型构建(如人类发展指数[43]、气象参数[47]等),以及包含塑料迁移特性的数值模拟程序开发(如拉格朗日运输模型[48]、塑料迁移模型[40]等)。在有关我国塑料垃圾排海通量的研究中,长江被认为是最主要的河流携带源。塑料垃圾已普遍存在于我国的各个海域,特别是在南海的海洋塑料垃圾数量高居全球前列,主要来源于越南、菲律宾、马来西亚等周边国家。

尽管现有研究显著提升了塑料垃圾排海通量的估算能力,但仍存在许多不足之处。目前大部分研究多基于社会、经济因素,对某些关键核算参数如管理不善的塑料废弃物(MPW)进行假设。这些模型中使用的MPW百分比值范围为2%~89%。其中,大多数高收入国家的管理不善率都很低,为2%左右,而低收入国家采用高达89%的管理不善率,这极易高估发展中国家的塑料污染贡献。另外,这些方法往往未能充分考虑塑料行业的特性,因为不同的核算方法及指标选择会导致核算结果在数量级上存在显著差异。更为重要的是,大多数模型依赖假设参数而非高精度的实地监测数据,难以有效校验模拟结果的准确性。目前,我国仍缺乏长期性、系统性的塑料垃圾入海监测数据,因此在核算排海通量时存在的误差较大。以上不足进一步增加了我国海洋塑料垃圾污染阻控的难度,亟需采取有效措施。

(三) 关键驱动因子不清,协同调控困难

探究陆海统筹塑料垃圾污染阻控机制是缓解海洋塑料垃圾污染的关键步骤。为了控制和缓解塑料垃圾的排海量,需要精准识别出“塑料生产 ‒ 使用 ‒ 废弃 ‒ 排海 ‒ 回收”全生命周期的关键驱动因子。当前,常规驱动因子研究主要集中于污染物排放和环境质量关系模型[49],针对塑料垃圾排放驱动因子及污染治理的研究主要采用统计分析[50,51]、数值仿真模拟[52,53]、机器学习[54,55]等方式,筛选出影响塑料垃圾排放的重要指标,分析塑料垃圾迁移转化过程与人类活动的关联关系,并进一步对塑料从生产到废弃的全生命周期过程进行情景模拟,提出有效治理塑料污染问题的对策建议(见表2)。然而,目前关于我国海洋塑料垃圾陆海统筹协同阻控的定量研究较少,多数研究侧重于陆海系统的内在关联机制[56]、协调发展水平[57]以及区域海洋资源环境承载力[58,59]

影响塑料垃圾排海的因素众多,包括产业结构、地理位置、气候条件及固废管理能力等,各因素之间存在相互关联以及影响的复杂关系,关键驱动因子与治理节点识别十分困难。此外,以往的研究多侧重于塑料垃圾末端治理等单个环节,缺乏系统工程视角下的全链条污染阻控方案。因此,识别全链条关键驱动因子,阐明塑料垃圾陆海统筹协同调控机理的研究势在必行。

三、 我国海洋塑料垃圾污染监测与治理模式

(一) 海洋塑料垃圾监测与清理

1. 海洋塑料垃圾监测

我国海洋塑料垃圾不仅种类多样,而且广泛分布于海滩、海面以及海底。不同区域的海洋塑料垃圾,监测手段也有所不同[60]。① 对于海滩塑料垃圾,通常采用人工监测,对污染区域进行断面布设、采样分类和尺寸规格统计[61]。根据尺寸不同,海洋塑料垃圾可以分为特大块(直径≥1 m)、大块(2.5 cm≤直径<1 m)、中块(0.5 cm≤直径<2.5 cm)、小块(直径<0.5 cm)4类[62]。中大块塑料垃圾如塑料瓶、包装袋等,通常采用目视法进行种类区分,而小块塑料垃圾往往要通过后续实验,对其进行消解、密度分离等处理,再结合红外光谱分析等手段鉴定具体化学成分。当前,我国海洋塑料垃圾监测主要按照《海洋垃圾监测与评价技术规程(试行)》中规定的方法进行。② 对海面漂浮的塑料垃圾进行监测时,主要采用样线法、样带法两种船上目视观测方法以及拖网式监测等。样线法适用于塑料垃圾数量较多的监测区域,样本数量不应小于40个,能够准确估算目标物体的距离和角度;样带法监测的有效观测宽度一般设为50~100 m,观测区域需呈带状分布;在进行拖网式监测时,航速应低于3节(1节=1.852 km/h),拖网时间为15~30 min。③ 对于海底塑料垃圾,主要以潜航式监测为主,通过潜水器等装置到达预定深度,采用影像等方式,记录垃圾的分布情况。2018年,我国自主潜水器“潜龙三号”首次在南海3900多米的海底拍摄到塑料垃圾。2019年,“深海勇士号”载人潜水器在近2000 m的深海区域,拍摄到海底巨型垃圾场,并在近几年的深潜考察中,不断获取西沙北海底峡谷塑料垃圾的分布扩散动态。整体来看,传统的海洋塑料垃圾监测多采用人工目视观察的形式展开,成本高、劳动强度大且难以覆盖大范围的海域。

近年来,随着数字技术的飞速发展,卫星遥感、无人机、雷达探测等方式在海洋塑料垃圾监测领域逐渐推广和应用[63]。目前,大部分研究工作基于“哨兵2号”卫星遥感影像开展,通过利用不同地物在特定波段的反射率差异,识别和区分海洋塑料垃圾与其他背景地物。已有研究利用“哨兵2号”卫星的多光谱数据,研发了漂浮碎片指数,助力识别塑料垃圾漂浮带的特征[64,65]。此外,机器学习已普遍应用于遥感地物分类,鉴于其良好的分类效果,越来越多的研究将其应用于对海上漂浮塑料垃圾的识别[66,67]。“哨兵2号”卫星遥感可以根据高光谱图像来估算海滩、海面塑料垃圾的覆盖面积、种类丰度等,但其分辨率仅为10 m,限制了对较小塑料废弃物的监测能力。无人机因其高灵活性、高分辨率、低成本等优点,正在逐渐成为海洋塑料垃圾监测的重要手段。研究表明,通过对比海滩塑料垃圾、河流携带塑料垃圾的无人机遥感与实地人工监测结果,发现二者并无显著差异,无人机遥感技术可以在验证和提高海洋塑料监测与识别的准确性方面发挥重要作用[68~70]。此外,合成孔径雷达可以穿透云层,获取全天候与全天时的物体形状、尺寸等图像信息,有助于识别塑料碎片、渔网等不同类型的海洋塑料垃圾并动态监测其分布。2016年,我国成功发射了海洋监视监测系列的多极化合成孔径雷达卫星“高分三号”,目前已广泛应用于东南沿海海域海洋塑料垃圾的监测,为海洋塑料垃圾的高效识别提供了数据支撑。

尽管卫星遥感、无人机、雷达等技术在监测海洋塑料污染尺度方面具有潜在优势,但受海洋环境复杂性的影响,仍难以有效监测海平面以下的塑料垃圾,尤其是那些悬浮或沉积于海底的部分。同时,现有的遥感图像解译技术难以精准区分各种海洋塑料垃圾聚合物的类型,特别是尺寸较小的微塑料。此外,由于气象、环流等因素的动态变化,遥感数据质量和图像的清晰度会下降,数据的准确性难以验证。因此,亟需建立耦合“天空地海”多种观测手段的立体监测网络,集成各监测手段的优势特点,实现低成本、高效率、高精度的海洋塑料垃圾观测。

2. 海洋塑料垃圾拦截清理

海洋塑料垃圾在不同区域的赋存特征不同,当前我国针对河流入海口、海岸沿线、海面漂浮和海底沉积的海洋塑料垃圾拦截清理方式不一。① 河流传输是海洋塑料垃圾的重要来源之一,目前主要采用人工打捞、垃圾清理船、水上拦截浮体等方式对河流入海口的塑料垃圾进行拦截。人工打捞主要依靠水面环卫清洁人员捞取河流中的塑料垃圾;垃圾清理船(包括网兜式、铲式、抓斗式等)通过控制机械臂来精准抓取垃圾,不仅可以有效清理水面上的漂浮垃圾,还能处理沉入水底的部分废弃物;水上拦截浮体则利用水流动力和风力驱动,将河流中的漂浮垃圾拦截于一侧,便于后续回收。传统的拦截浮体设计较为简单,需配备专业的回收设备。近期,荷兰的非盈利性组织“海洋清理”设计了以太阳能为驱动的水上拦截器,用于水上拦截并自动收集塑料垃圾,已在美国、印度尼西亚、马来西亚、南美等国家和地区的河流中实地应用。② 海岸沿线塑料垃圾的清理通常依赖于人工捡拾和机械化清理两种方式。在海岸沿线风景区、人口密集区等,人工捡拾活动已经成为公众环保行动的一部分,但同时也面临着采集效率低下、捡拾区域特定等限制条件。机械化清理主要使用沙滩保洁车等机械化、智能化垃圾收集装备,快速、精细筛分垃圾。③ 海面漂浮垃圾主要通过“垃圾清理船+表面拖网”的方式进行捕集,可覆盖较大面积海域,尤其适用于表层水体中微塑料的采集。表面拖网的优点是打捞方便,但是打捞上的垃圾脱水性差,且体积和重量均较大,人力搬运困难,仍需额外配备烘干脱水和传输设备等。此外,进入海洋的塑料垃圾受水文动力学、气象条件等驱动因素影响,漂移路径与运动轨迹存在很大的不确定性,给定向打捞清理工作带来很大困难。④ 海底塑料垃圾的清理较为复杂,主要采取水下机器人、潜水器等方式进行采集和清理。水下机器人配备了高清摄像头和抓取装置,可以实现对海底塑料垃圾的高效清理。然而,与海面不同,海底塑料垃圾通常沉积在海底泥沙中,清理仍存在很大困难。受深海环境复杂及定位识别困难等因素的叠加影响,我国海底塑料垃圾的清理仍有待进一步研究。

(二) 海洋塑料垃圾治理模式

1. 现有海洋塑料垃圾治理模式进展

(1)机械回收利用

除主动拦截清理外,开发环境可持续的下游解决方案来管理已在海洋中积累的塑料垃圾,并进行高值化利用非常重要。机械回收是目前最常用的一种塑料回收方式,通过机械设备将塑料垃圾收集后进行统一分类处理。针对单一聚合物类型的塑料垃圾,处理效果良好[71]。然而,海洋塑料垃圾的组成、形态、质量等差异明显,不同种类的塑料垃圾分离和回收成本过高。此外,机械回收循环引起的材料结构变化,使塑料的质量降低,随着数次迭代的降级回收,产品的价值逐渐减少,易产生二次污染问题[72]。由于缺乏专门针对海洋塑料垃圾的回收配套设施和处理技术,目前我国许多沿海地区主要参照陆地废塑料处理方式,使用物理机械回收法对捕集拦截的矿泉水瓶、盒装饮料一类的塑料包装垃圾进行降级回收,而像渔网绳索等材质的渔业塑料垃圾最终仍流向焚烧或者填埋。

当前,海洋塑料垃圾的回收利用体系还不成熟,部分企业积极探索以离岸海洋塑料垃圾、趋海塑料等为原料,生产环保公益性产品(见表3),呼吁民众增强海洋环保意识,共同维护海洋环境,同时提升品牌价值。虽然海洋塑料垃圾的处理工艺难点有了一定突破,但仍存在垃圾打捞分拣难、技术成本高、市场接受度低等多种因素制约,短时间内很难大规模推广。

(2)热化学转化

海洋塑料垃圾受风化破碎、海水侵蚀等因素的影响,垃圾形态与物理特性均会发生显著改变,传统的机械回收难以进行有效处理[73]。海洋塑料垃圾中的C、H元素占比较高,在高温下易发生分解反应。通过不同的热化学方法可以将塑料垃圾转化为能源或化学品,有利于塑料垃圾的高值处理和利用[74]。当前,我国海洋塑料垃圾通过循环回收处理后,其余部分进入环卫系统,最终通过焚烧或填埋处置。焚烧技术能够快速减容并协同发电[75,76],同时产生大量多环芳烃化合物(PAH)、一氧化碳(CO)等污染物,并伴随大量碳排放[77]。塑料垃圾中易含有镉、铅等重金属化合物,在焚烧过程中会随烟尘、残渣一起排放,对人体健康和环境安全造成潜在威胁[78]。已有研究发现,对海水浸泡处理后的塑料进行850 ℃温度下的焚烧处理,易导致多氯苯、多氯联苯和多氯酚等含氯有机污染物的生成,并且少量过渡金属氧化物(Fe2O3和CuO)作为催化剂,加速了氯化有机物的产生,将多氯酚的含量提升两倍[79]。此外,由于海洋塑料垃圾的含水率较高,导致焚烧过程需额外添加辅助燃料,补充大量热能,极易造成能源的浪费[80]

与混合焚烧处理不同,热解是一种通过加热塑料废弃物至高温(通常在300~800 ℃),在缺氧或低氧条件下将塑料分解成气体、油类和炭黑的过程,这些产物可进一步转化为燃料或其他化学原料。热解的主要优点是能量回收和减少塑料垃圾的体积,有效抑制二噁英等污染物的生成,使海洋塑料垃圾中的氯、硫、重金属等污染物大部分稳定固化于其灰分中[81]。当前,海洋塑料垃圾热解技术已有了初步研究[82,83],通过添加具有催化特性的金属有机骨架化合物衍生添加剂,有效提高热解油中的芳烃含量,降低固体与油相产物中的含氮量[84]。我国塑料热解技术发展迅速,其中,中石化石油化工科学研究院自主研发的废塑料连续热解(RPCC)技术,热解油收率可超80%。与焚烧过程相比,塑料热解在碳足迹、成本效益和塑料回收效率方面具有显著优势。随着技术的不断进步和政策支持,海洋塑料垃圾热解的应用前景广阔。

(3)生物处理

随着生物技术的快速发展,生物处理逐渐成为海洋塑料垃圾处理的研究热点。生物处理方式主要包括微生物降解和生物酶降解[85]两种。对塑料垃圾进行生物降解是一种较为温和、绿色环保的处理处置技术,但因降解速率较慢、降解能力有限限制了该技术的发展。目前,我国仅在PET的微生物降解方面取得了不错的进展,但距离产业化应用仍有不小距离[86,87]。对于其余塑料类型如用量最大、污染最重、最难降解的PE,鲜少发现能有效降解的微生物菌株和酶种。国内外诸多机构仍致力于通过各种生物学手段,筛选出更为高效的微生物菌种和生物酶制剂。因此,开展生物介导的海洋塑料垃圾降解体系研究,具有重要的理论意义和应用价值。

2. 新型海洋塑料垃圾治理模式探索

(1)增强源头减量,推广产品替代

针对塑料制品的大量使用以及海洋生态环境潜在压力,我国陆续出台了多项政策,推动一次性塑料制品绿色设计和可持续材料的使用。2020年,海南省率先颁布《海南经济特区禁止一次性不可降解塑料制品规定》,严控一次性塑料产品的使用。2021年,《“十四五”塑料污染治理行动方案》要求,进一步加强塑料生产和使用的源头减量,科学稳妥推广塑料替代产品,加快推进塑料废弃物回收利用和处置;强调加强塑料污染治理的系统性,提出了从生产到消费全过程的绿色转型路径。随后,我国发布《公共机构停止使用不可降解一次性塑料制品名录(第一批)》,限制一次性塑料制品如不可降解一次性塑料餐盒、刀叉等的使用。源头减量的核心在于“绿色设计”,即通过优化产品设计和生产工艺,从源头上减少塑料制品的产生量。我国部分电商、快递企业通过采用轻量化包装材料或可重复使用包装袋等方式,减少了塑料用品的需求。此外,越来越多的企业正在研发并应用生物基或生物可降解塑料来替代传统塑料,如以玉米、木薯、甘蔗等植物为原料的聚乳酸(PLA)包装材料,可以在环境中较快降解,从而减少对海洋生态环境的长期影响。

(2)推动公众参与,支持非政府组织发展

非政府组织(NGO)是独立于政府机构和企业之外的,由志愿者自发组成的社会公益性、自主性民间组织力量[88]。海洋公共性和跨界性的特点决定了海洋塑料垃圾污染治理需要政府、企业、NGO等多主体的共同参与。在应对海洋复杂污染治理问题上,NGO能够发挥其独特的作用,具体表现在政策参与、信息和技术支持、实践参与、带动公众参与等方面,促进多主体之间互联互通,对国家和政府的宏观治理政策起到了重要的补充作用[89]。我国的NGO发展起步较晚。2015年,致力于海洋生态文明建设的中国海洋发展基金会成立,连续开展了多次全国净滩公益活动,鼓励和吸引了更多的社会民间力量参与海洋生态环境保护。2017年,国家海洋局印发《关于加强海洋智库建设的通知》,提出以海洋智库建设促进海洋工作科学民主依法决策[90]。在相关政策的扶持下,一批参与海洋治理的NGO快速发展起来。依靠“世界环境日”“世界海洋日”“全国生态日”等重要节日,我国海洋NGO积极推出各种形式的环保活动,引导并推动公众参与到海洋塑料垃圾治理行动中来[91]。其中,蓝丝带海洋保护协会联动三亚、青岛等20余个滨海城市开展了“守护蔚蓝海岸线”专项活动,每年约有数万人次志愿者积极参与。大连、上海、厦门等城市动员志愿者开展了“洁净海湾”“海洋环保知识进校园”等系列活动,推动社会公众重视海洋塑料垃圾的治理工作,对我国海洋污染治理发挥了积极作用。

(3)创新治理体系,实施海上环卫制度

为有效应对海洋塑料垃圾污染,近年来,我国沿海地区不断探索新型的海洋塑料垃圾治理模式。海上环卫制度即通过采用政府和社会资本合作的方式,引入专业化环卫企业,构建完整的“收集 ‒ 打捞 ‒ 运输 ‒ 处理”体系,对海上垃圾和近岸滩涂垃圾进行常态化、规范化管控。其中,海上垃圾打捞作业的范围为沿海岸低潮线向海一侧200 m、河流入海口以及沿海港口、码头水域海面;近岸滩涂垃圾作业的范围为海滩,并与陆上环卫无缝对接。目前,我国辽宁、河北、天津、山东、福建、海南等省份均已建立海上环卫海洋垃圾清理工作机制,推动海洋塑料垃圾治理取得了阶段性的成效。作为全国海域面积最大的省份,2020年,海南省在海口市、三亚市、洋浦经济开发区试点了海上环卫制度,基本实现海南岛岸滩和近海保洁全覆盖。海南省也成为全国第一个全省域推进海上环卫的省份,为建设美丽海湾打下坚实基础。基于此,海南省进一步提出“无塑海洋”行动倡议,推动海上环卫制度的实施与公众参与。通过渔民等社会群体的参与,对已经进入海洋的塑料垃圾进行清除,构建了以渔民为主体、社区及渔港等管理部门积极支持、环卫协同配合、社会组织广泛参与、媒体大力宣传推动的海洋垃圾多元共治体系,形成了“渔民 ‒ 渔船 ‒ 渔港 ‒ 塑料回收利用”的工作链条,使海洋塑料垃圾污染得到有效控制。

海上环卫制度是由政府主导、多个责任主体协作参与,以达成共赢的一种机制,从综合治理的层面对海洋塑料垃圾进行回收和处理。未来,需研究如何长期维持企业、志愿者、渔民等的参与热情,以增强制度的可持续性;海洋塑料垃圾的定位精度、收集效率以及垃圾处理技术仍存在很大挑战,需进一步扩大公众参与范围,鼓励更多的渔民和社会群体参与,形成更广泛的共治体系;加强对海洋塑料垃圾打捞设备、处理技术等研究领域的资金投入,保障海上环卫制度的长期稳定运行。

(4)数字赋能,融合人工智能技术与装备

随着人工智能、区块链技术的兴起,海洋塑料垃圾治理模式也逐步向数字化、智能化方向转变[92,93]。“蓝色循环”模式是浙江省探索实施的海洋塑料污染治理新模式,以“物联网+区块链”技术为核心打造数字化平台,构建海洋塑料垃圾“收集 ‒ 储存 ‒ 运输 ‒ 再生 ‒ 制造”的全流程可视化闭环治理体系,解决海洋塑料垃圾溯源认证困难的问题,实现海洋塑料垃圾源头控制、低碳回收和高值利用[94]。此外,该模式还设立“蓝色共富基金”进行价值二次分配,精准惠及渔民等一线垃圾打捞收集群体,实现生态与富民的“双赢”。目前,已有超过10 000艘船舶、6000名群众和渔民参与,累计收集处理海洋垃圾超过1.34×104 t。“蓝色循环”模式颠覆了传统以政府为主体、依赖财政资金的海洋塑料污染治理模式,形成了政府引领、企业为主体、产业协同、公众联动的多元治理新模式。然而,受国际企业履行碳减排承诺与可持续发展责任影响,目前海洋再生塑料产品的市场需求有一部分来源于高溢价的推动。因此,未来“蓝色循环”模式如何更好的可持续运转,仍有待进一步探索。

除了近岸海域塑料垃圾的收集和回收利用外,针对海洋漂浮(海漂)垃圾治理,我国形成了独特的“福建模式”[91],构建全链条治理机制对海漂垃圾的治理。结合大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术,福建省率先建成了全国首套海漂垃圾图像视频监控网络体系;采用无人机进行岸段巡航监测,获取海漂垃圾分布密度,并在主要入海河口、渔港码头、滨海景区等重点岸段布设高清摄像头,对海漂垃圾进行监测、识别、分析和预警。此外,将全省13个重点海湾、235个近岸海域监测站点、11个主要入海河流、25个主要入海小流域的各类航拍数据、监测数据统一纳入生态云平台管理,全面掌握海漂垃圾的产生、分布和迁移轨迹。数字化的监控体系大幅提升了海漂垃圾的精准识别能力,为实现陆海统筹、海陆覆盖的海洋塑料垃圾实时云管控提供了重要的技术支撑。

四、 我国海洋塑料垃圾陆海统筹治理的发展方向

(一) 厘清海洋塑料垃圾全链条的关键治理节点

海洋塑料垃圾全链条治理涉及源头控制、排海管理、清理采集、回收利用等多个环节[95]。陆海统筹治理是将陆地和海洋作为一个整体来考虑,通过综合性的策略与措施,实现对海洋塑料垃圾污染的有效治理。海洋塑料垃圾来源广泛、代谢迁移转化路径复杂,要实现陆海污染统筹治理,亟需厘清关键治理节点,核算精细化的塑料物质代谢与垃圾排海通量数据。系数核算是目前计算塑料环境泄漏中最具争议的部分,通过系数核算方法估算塑料垃圾管理不善的比例也是影响核算塑料垃圾排海通量准确性的关键因素。未来的研究需要收集更详细的数据,并综合考虑多方面信息,如经济发展水平、废物管理状况、社会意识、教育程度以及一个地区的环境政策法规等,特别是应当加入不同地区的塑料行业与聚合物种类的背景信息。在结合现场调研监测、物质流分析、机器学习算法等的基础上,对塑料垃圾的产生、处置、迁移和海洋环境数据进行分析评估,找出差异和规律。同时,根据分析结果,调整模型参数、增加模型模块、开发适应性模型,以提高准确性和适应性。最后,比较模型预测结果与实际数据,根据验证结果进一步改进模型。持续更新数据和模型,为海洋塑料垃圾治理提供更准确和可靠的数据支撑。

为控制和缓解塑料垃圾的环境泄漏量及排海通量,需要结合统计分析、模型算法等工具,识别关键节点的驱动因子,分析其相关性;对不同治理模式开展多目标优化分析,阐明陆海统筹海洋塑料垃圾污染的阻控机制,确定全链条关键治理节点,为海洋环境综合治理提供保障。

(二) 加快突破智慧监管与资源化利用核心技术

随着人工智能技术的兴起,深度学习算法逐步引入到海洋塑料垃圾卫星遥感图像的解译处理中。通过自动化图像处理、特征提取和模式识别,精准识别海洋中漂浮的塑料垃圾,准确预测其分布、变化趋势。未来亟需基于深度学习算法,构建“雷达+卫星遥感+无人机”的全方位、立体化海洋塑料垃圾智慧监管体系,并在多源数据融合与跨平台应用方面,对不同遥感平台(如高分辨率卫星、雷达卫星等)获取的数据进行融合,提高海洋塑料垃圾的监测精度和覆盖范围[96],提升对海洋塑料垃圾污染的监测效率。与此同时,强化产业链合作与协同创新,建立塑料回收、降解及替代材料的产业集群和技术创新平台,提升资源共享和技术协作水平。

在海洋塑料垃圾处理技术方面,需加快突破资源化利用的核心技术。重点开展高值转化和资源循环利用研究,开发更高效、环保的处理方式,推动新型环保材料的研发,助力海洋塑料垃圾由资源化利用向高值化利用转变。国家相关管理部门还需鼓励和支持相关企业开展生物可降解塑料、可循环使用塑料产品的研发与推广,提倡循环经济模式,加强塑料回收和再利用,推进塑料污染的源头治理。此外,加强国际合作与交流,与其他国家和地区组织合作,共享海洋塑料污染治理和技术创新的经验与成果,推动海洋塑料垃圾的绿色环保治理。

(三) 健全制度体系,建立跨部门协作管理体制

我国在海洋塑料垃圾的源头减量、过程阻控与末端治理环节采取了一系列措施,但在整体的海洋塑料垃圾陆海统筹治理过程中,不同责任主体间协同合作的壁垒问题仍然存在。为有效应对我国海洋塑料垃圾污染治理问题,建议在政府层面,设立一个由多部门组成的专项小组,负责全面统筹海洋塑料垃圾的治理工作,协调环保、海洋、住建、农业等部门之间的合作联动,理顺并衔接好各部门的分管职责和具体任务,明确责任主体,通过定期的沟通与信息共享,确保各部门之间制定的政策、标准可以相互衔接。

海洋塑料垃圾治理需要塑料垃圾海上监测、收集转运、回收处理等多项数据的支持,需建立一个跨部门数据共享平台,统一采集标准,及时上传并更新,以保证数据的时效性和准确性,实现各部门间资源共享和信息互通。加强企业、科研机构、NGO间的合作,建立合理的激励机制。例如,通过税收优惠、财政补贴、绿色认证等方式鼓励企业积极参与治理进程;资助科研机构设立专项项目以解决海洋塑料垃圾的回收与治理技术难点;通过项目合作、平台搭建等形式支持NGO的海洋生态保护行动。此外,同步健全海洋塑料垃圾治理的监管体系和评估机制,强化统计追溯的监管机制,提高精细化管理水平,确保陆海统筹治理政策的有效实施和精准落地,实现海洋生态环境的可持续发展。

五、 结语

海洋塑料垃圾的污染阻控与治理事关我国生态文明建设和高质量发展,是国家海洋强国战略的重要组成部分。我国海洋塑料垃圾污染具有来源复杂、分布广泛、治理难度大等特点,其阻控与治理需从塑料的循环回收、环境泄漏、处理处置等各环节进行全方位和全链条的陆海统筹治理。未来,需加强海洋塑料垃圾排海通量核算方法的标准体系建设,识别关键驱动因子,提出阻控措施;加快突破海洋塑料垃圾数字化智慧监测识别与资源化循环回收处理技术;打破部门协作壁垒,建立跨部门协作的管理体制,深入推进海洋塑料垃圾污染的陆海统筹治理措施,实现海洋资源的可持续利用,为构建人类命运共同体、保护全球海洋生态环境贡献中国力量。

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基金资助

中国工程院咨询项目“陆海统筹海南省典型固体废弃物污染现状与资源化利用发展战略研究”(23HNZX-08)

海南省重点研发项目(ZDYF2025SHFZ062)

国家自然科学基金项目(72261147460)

国家自然科学基金项目(52460017)

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