《Environmental Chemistry Letters》：Marine plastic pollution and bioplastic alternatives: a review
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海洋环境受到源自陆源及海事部门（如渔业、水产养殖、航运、海上能源基础设施）的塑料碎片污染。本综述聚焦海洋塑料污染的来源、对海洋产业的社会经济影响、相关法规、循环经济及用于减缓污染的生物塑料应用。海洋污染源涵盖渔业、水产养殖、航运、造船业、旅游业、海上能源设施及
海洋环境受到源自陆源及海事部门（如渔业、水产养殖、航运、海上能源基础设施）的塑料碎片污染。本综述聚焦海洋塑料污染的来源、对海洋产业的社会经济影响、相关法规、循环经济及用于减缓污染的生物塑料应用。海洋污染源涵盖渔业、水产养殖、航运、造船业、旅游业、海上能源设施及人工鱼礁。渔业与水产养殖每年消耗约210万吨塑料，贡献了约18%的海源塑料污染，主要来自丢失、遗弃或废弃的渔具（ALDFG）。海运业通过废弃物排放、集装箱意外丢失及涂料涂层释放造成污染，仅船体涂料就约占进入海洋的初级微塑料（MPs）总量的3.7%。滨海与海洋旅游及邮轮通过一次性塑料废弃物与灰水排放产生塑料污染。人工鱼礁则因水下结构的风化作用释放污染物。生物塑料在滨海与海洋旅游领域的应用正逐步增加，尤其用于一次性包装，同时也在原型渔具与网具中开展测试。然而，生物塑料的应用仍存在局限性：部分材料不可或难以生物降解，部分并非生物基，且已在海洋环境与生物群中检出生物塑料来源的微塑料，其生态毒理效应与传统微塑料相当。
引言
自20世纪30至40年代商业化以来，塑料发展历经两个关键阶段：1950年前引入约15种新聚合物类别的创新初期，随后在全球各领域（从包装、建筑到生物医学技术）快速普及。凭借高强度、阻隔性、轻质及成本效益等特性，塑料已成为现代生活不可或缺的材料。1950年全球塑料年产量约150万吨，21世纪初突破2亿吨，2024年已超过4.3亿吨。1950–2023年累计全球塑料产量约1万亿吨，预计2060年全球塑料使用量将达12.31亿吨。塑料废弃物管理主要依赖回收（2019年占比9%）、焚烧（19%）与填埋（50%），另有22%未受管控而进入自然环境，最终经河流输送汇入海洋。截至2015年，海洋环境中累积塑料约2.63亿吨；2016年水生生态系统塑料年输入量约1100万吨，预计2040年将增至2900万吨。大型塑料（>25 mm）占海洋漂浮塑料质量的95%以上，约310万吨，可通过缠绕、栖息地改变威胁水生生物，并在环境风化作用下破碎为微塑料（1 μm–5 mm）与纳米塑料（<1 μm）。微塑料广泛分布于池塘、湖泊、运河、河流、河口与海域，全球海洋表层约含82–358万亿颗粒（重量约110–490万吨），可引发鱼类生理胁迫甚至死亡，并通过食物链传递威胁人类健康。尽管陆源塑料占入海总量的80%，海源仅占20%，但针对海源污染的研究仍较有限，现有综述多聚焦单一来源、排放路径或环境影响，缺乏对各海事活动中塑料应用、废弃物管理、入海途径及社会生态影响的综合阐述。同时，生物塑料作为潜在替代方案备受关注，但其应用潜力、环境归趋与生态毒性仍需系统评估，本研究旨在填补上述认知空白。
研究方法
本综述检索截至2025年5月30日发表于Scopus、Web of Science与Google Scholar的同行评议文献，并收集官方网站的海洋塑料污染报告与政策文件。检索分三步：首先聚焦海源塑料污染，组合关键词包括marine debris、macroplastic、microplastic、nanoplastic与fisheries、aquaculture、ghost gear、ALDFG、shipping、vessels、marine coatings、antifouling paint、greywater、offshore energy、oil and gas、offshore wind、marine infrastructure、coastal tourism、cruise ships、recreational boating；其次检索生物塑料在海事的中的应用，组合关键词包括bioplastics、bio-based plastics、biodegradable plastics、biocomposites、natural fibre composites与上述海事领域术语；最后检索生物塑料的环境归趋与生态毒性，组合关键词包括macroplastic、microplastic、nanoplastic、degradation、weathering、fragmentation、leachates、ecotoxicity与生物塑料相关术语，同时通过参考文献追溯补充文献。
渔业与水产养殖活动的塑料污染源
渔业与水产养殖是全球重要食物生产部门，2022年总产量约2.23亿吨（水生动物1.85亿吨，藻类3780万吨）。传统天然纤维渔具已被合成塑料取代，常用聚合物包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）与聚酰胺（PA），依区域而异（如中国台湾尼龙占渔具63%，西班牙高密度聚乙烯（HDPE）占97.5%）。全球该领域年塑料用量约210万吨，渔具平均使用寿命约3年，报废后需更换。但全球层面废弃物管理数据匮乏，区域研究显示差异显著：南亚国家中斯里兰卡回收率达86%，而孟加拉国仅26%；挪威年收集4000吨废弃渔具，55%回收、24%填埋、21%焚烧；中国台湾4271吨废弃渔具中36%回收、62%焚烧；纳米比亚仅10%回收，其余露天丢弃。由于渔具常附着生物污损与盐分沙粒，回收难度远高于普通商品塑料，多数废弃后仍存留于环境中。
塑料排放主要来自渔具的丢失、遗弃与降解。水产养殖中，挪威年塑料入海量约2.5万吨，东北大西洋区域总输入可能超5万吨；法属波利尼西亚珍珠养殖业年产生1603吨塑料废弃物，46%（约737吨）因管理不当面临入海风险；中国象山湾海水与沉积物中分别有55.7%与36.8%的微塑料源自养殖活动，茅尾海牡蛎养殖年塑料垃圾量可达961吨，与莱茵河、多瑙河的塑料年输入量相当。渔业中，丢失、遗弃或废弃渔具（ALDFG，又称幽灵渔具）是主要污染源，成因包括船舶碰撞、恶劣天气规避、非法作业丢弃等。全球约490万艘渔船支撑渔业生产，ALDFG丰度受捕捞强度与区域地貌水文特征影响，在地中海与东北大西洋海底垃圾中占比最高达75%–86%。早期“年损失64万吨”的估算源于对20世纪70年代研究的误读，最新评估显示全球每年约2%的渔具流失，相当于2963 km2刺网、75049 km2围网、218 km2拖网、73.96万km延绳主线、1560万km支线与2538万个笼壶。休闲渔业同样贡献显著，美国加州沿海1990年代与2007年的海洋垃圾分别有92%与93%源自休闲垂钓，阿根廷保护区55%以上的垃圾为缠结的单丝钓线，韩国55处休闲垂钓点垃圾中钓线、鱼钩与铅坠占50.9%。
除大型垃圾外，渔具与绳索在操作磨损中持续释放微塑料。挪威丹麦式围网渔业因绳索摩擦年释放77–97吨塑料微粒；旧绳索产生的微塑料数量显著高于新绳索，PP、PE与尼龙绳索在10 m水深暴露12个月的月均质量损失分别为0.39%、0.45%与1.02%。渔具在干湿交替、紫外线照射、水解与氧化作用下逐步碎片化，ALDFG进一步经生物污损与物理风化转化为次级微塑料与纳米塑料。综上，渔业与水产养殖是海源塑料污染的核心来源，全球年流失渔具约2%，操作磨损持续释放微塑料，但排放量量化仍具挑战。
其他海事活动的塑料污染源
航运与造船业
航运承担全球90%贸易运输，2023年全球船队超10.9万艘（总吨位≥100），货运量达122亿吨。为抵御海水腐蚀与生物污损，船舶广泛使用防护涂料（防污漆、防腐漆、防滑漆、耐热漆），其中40%含微塑料粘结剂，全球船用涂料市场年增长率1%–2%。同时，塑料与纤维增强复合材料（如玻璃纤维增强塑料（GRP））因轻质、耐腐蚀被用于非结构部件（管道）与结构组件（舱壁、甲板、桅杆、螺旋桨），目前80%长度<20 m的船舶采用GRP建造，欧盟约600万艘船舶中95%为GRP材质。船舶服役期15–30年，复合材质船舶可达30–50年，报废后多被遗弃、拆解或沉没。欧盟每年6万–12万艘复合船舶报废，仅约2000艘被回收，6000–9000艘遭遗弃，多数进入填埋场或非法倾倒，长期风化破碎为微粒。
塑料排放路径包括：防护涂料在使用、维护与移除过程中释放微塑料，占全球海洋初级微塑料的3.7%；100 m长船舶单次高压水射流除漆可释放44 kg涂料颗粒，其中36.5 kg为微塑料；全球年涂料微塑料排放约1331吨，欧洲年排放约400吨。集装箱意外丢失与塑料颗粒（nurdles）泄漏是突发污染事件，2021年“X-Press Pearl”号沉没释放1680吨塑料颗粒，2023年葡萄牙“Toconao”号丢失6个集装箱，25吨塑料颗粒污染加利西亚海域。商船、游艇与邮轮的废弃物排放、维修打磨（GRP船舶释放玻璃纤维微粒）、灰水排放均是微塑料来源，邮轮灰水中微塑料浓度可达75–177.7颗粒/升，25%的全球邮轮未配备高级污水处理系统，直排灰水加剧污染。
滨海与海洋旅游业
滨海与海洋旅游占全球旅游活动的80%，2023年产值约7250亿美元，占全球海洋经济总量的33%。旅游活动大量使用一次性塑料（瓶、吸管、包装、购物袋），越南富国岛固体垃圾从2014年3.1万吨增至2018年5.7万吨，多为塑料废弃物；印度喀拉拉邦海岸77.3%的垃圾为塑料，食品包装占37.8%；地中海夏季旅游旺季垃圾量增加40%，埃及、突尼斯与摩洛哥旅游海滩塑料垃圾密度最高达15351件/100 m，一次性塑料占51%。邮轮单周航次（3000人）可产生8吨固体垃圾，其中塑料占比可观；澳大利亚与南大西洋岛屿的塑料瓶污染多与船舶非法丢弃相关；欧洲水域5.6%–10%的海洋垃圾源自休闲游艇。
海上能源设施
海上油气开采2020年增加值（GVA）达9880亿美元，海上风电与海洋可再生能源贡献46亿美元。设施大量使用聚氨酯泡沫、交联聚乙烯、硅橡胶、PVC、环氧树脂等聚合物及复合材料，用于绝缘、防腐与保护层，钻井液中还添加微塑料颗粒。中国渤海、北海与墨西哥湾的沉积物与排放物中均检出聚丙烯酰胺、丙烯酸聚合物、PS与聚酯类微塑料，证实其污染贡献。设施涂层在长期风化、老化与退役拆解中持续释放微塑料，荷兰北海15 MW海上风电机组年微塑料释放约240 g/台，全舰队年释放约100 kg。
人工鱼礁
20世纪60–80年代全球大量使用废旧轮胎建造人工鱼礁，轮胎含合成聚合物、炭黑、重金属与有机过氧化物，风化过程中释放有毒浸出液与轮胎磨损颗粒（TWP）。退役油气平台、沉船、海上风电基础也被改造为人工鱼礁，长期风化后涂层与塑料组分释放微塑料与污染物。
综上，海事活动塑料排放遵循三条共同路径：①操作释放（绳索磨损、涂料脱落、灰水排放）；②意外丢失（ALDFG、集装箱与塑料颗粒泄漏）；③服役结束（复合船舶遗弃、设施退役）。渔业与水产养殖是核心来源，航运以涂料降解与突发泄漏为主，旅游业集中于一次性塑料，海上能源设施则是长期微塑料释放源。
塑料污染对海事产业的社会经济影响
2015年全球海洋塑料污染造成的经济损失达183亿美元，2020年增至213亿美元。航运领域，大型塑料垃圾缠绕推进器导致船舶故障，韩国2011–2020年平均每年286起此类事故；亚太经合组织（APEC）区域运输与造船业损失29.5亿美元，占总损失的27.2%；英国港口年清污费用约260万美元，西班牙巴塞罗那港2012年花费33万美元清理117吨漂浮垃圾。渔业领域，海底塑料堆积区与渔场重叠导致捕捞效率下降，美国密西西比湾虾类捕捞因垃圾接触损失17%渔获，经济影响328万美元；圣卢西亚2019年渔业收入减少3.7%；厄瓜多尔与秘鲁2021–2022年手工渔业损失分别达840万与830万美元，全球年损失约7.95亿美元。旅游业领域，APEC区域2015年损失64.1亿美元，占总损失的59.2%；瑞典海滩垃圾导致游客减少1%–5%；巴西巴拉那州海岸塑料污染可致旅游收入下降39.1%；圣卢西亚最大潜在旅游收入损失达11亿–13亿美元，占GDP的52%–61%。
海事塑料污染的生态影响
幽灵捕捞与微塑料
ALDFG持续捕获海洋生物（幽灵捕捞），导致甲壳类、鱼类与海洋哺乳动物受伤、饥饿或死亡，约700种海洋物种受其影响，包括86%的海龟、43%的海洋哺乳动物与44%的海鸟。ALDFG风化后释放微塑料与化学添加剂，已在水生生物中广泛检出：法属波利尼西亚珍珠牡蛎体内的微塑料与养殖装备聚合物一致；北大西洋鳕鱼体内的PP纤维源自渔绳；琥珀条纹鲹摄入的蓝色微塑料模拟其桡足类猎物；港鼠海豚体内检出船用涂料颗粒；欧洲扁牡蛎体内检出GRP船厂活动的复合微粒。生态毒理研究显示，废弃贻贝网的微塑料抑制桡足类蜕皮与发育；环境老化养殖装备微塑料导致太平洋牡蛎死亡率上升、氧化应激与代际效应；含铜防污漆颗粒致鸟蛤死亡、沙蚕生长摄食下降；GRP微粒诱发贻贝炎症反应与水蚤游泳行为异常。
海事塑料的浸出液
塑料添加剂（溴系阻燃剂、有机磷阻燃剂、邻苯二甲酸酯、双酚类、UV稳定剂）与防污漆中的铜、锌、有机锡化合物会持续浸出。养殖用EPS浮标释放的六溴环十二烷在贻贝与牡蛎体内富集；地中海养殖双壳类的六溴环十二烷浓度高于野生种群；HDPE养殖笼浸出有机磷阻燃剂。浸出液的生态毒性包括：废弃渔网与缆绳浸出液诱发贻贝氧化应激、遗传毒性与生化改变；老化渔网浸出液改变青鳉鱼幼体行为；珍珠养殖用PP遮阴网浸出液抑制珠母贝胚胎发育；UV老化防污漆浸出液显著抑制淡水微藻生长。
海洋塑料污染的监管框架
国际软法包括联合国环境大会（UNEA）海洋垃圾与微塑料决议、《终结塑料污染：迈向具有法律约束力的国际文书》谈判、《檀香山战略》全球海洋垃圾防治框架、《渔业渔具标记自愿准则》与《全球旅游塑料倡议》，但缺乏强制约束力与统一监测机制。国际硬法包括《防止倾倒废物及其他物质污染海洋公约》（1972伦敦公约）及其1996议定书（禁止塑料倾倒）、《联合国海洋法公约》（UNCLOS，要求各国防止各类海洋污染）、《巴塞尔公约》（2019年修订后将多种塑料废物纳入管控）、《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL附则V，规范船舶垃圾管理），但多聚焦下游管控，未覆盖塑料全生命周期，且小型船舶常不受约束。区域与国家层面，东盟《曼谷宣言》、非洲《阿比让公约》《内罗毕公约》、美洲《海洋塑料宪章》及各国一次性塑料禁令构成补充；欧盟通过《共同渔业政策控制条例》（EC 1224/2009，要求渔具标记与丢失报告）、《减少特定塑料产品环境影响指令》（EU 2019/904，设定渔具生产者责任延伸制度、限制一次性塑料）、《港口接收设施指令》（EU 2019/883）强化港口废弃物管理；OSPAR委员会《东北大西洋环境战略》设定2025年与2030年单次使用塑料与海事相关塑料垃圾削减目标，已取得初步成效。但发展中国家仍面临资金、技术与回收基础设施不足的挑战。
循环经济作为减缓策略
线性塑料经济是海洋污染的核心驱动，循环经济通过闭环模式最小化资源浪费与环境冲击。日本《塑料资源循环促进法》、美国《塑料创新挑战》、墨西哥《循环经济总法》与欧盟《塑料循环经济战略》均设定了生态设计与生产者责任延伸目标，要求渔具2025年回收率达15%、收集率达50%。但回收技术存在局限：机械回收不适用于混合或受生物污损的海洋塑料；化学回收与升级回收尚难规模化；废物能源化损失材料价值并产生排放；3D打印再利用受材料兼容性限制。已有企业尝试回收海洋塑料制备再生原料，但循环经济仅能管控末端泄漏，无法阻止塑料入海后的环境影响，需结合源头预防。
生物塑料作为替代方案
生物塑料分为生物基塑料（源自可再生生物质，未必可降解，如PLA、部分PA）与可生物降解塑料（可在特定条件下降解，未必生物基，如PBAT），2025年全球产量约230万吨，预计2030年达460万吨。
生物塑料在海事领域的应用
渔业与水产养殖领域，PBS、PBAT及其共聚物已用于制备可生物降解渔网，现场试验显示其捕捞效率与尼龙网无显著差异，但部分研究中效率随时间下降10%–30%，需优化材料力学性能与渔具设计。PLA渔网与常规PA网的性能对比显示其具备应用潜力。生物基基质也已成功用于贝类养殖附着基，提高移植存活率。包装领域，PLA/纳米壳聚糖复合膜可延长印度明对虾冷藏货架期；PBAT/PLA共混膜结合精油抑制凡纳滨对虾脂质氧化与微生物生长；木薯淀粉/PBAT可满足冷冻淡水鱼片360天储存需求；壳聚糖基可食用涂层延长虹鳟、鲈鱼与金枪鱼货架期。造船业中，天然纤维增强复合材料（亚麻、黄麻、竹纤维）因能耗低、成本低、潜在可降解受关注，已试制亚麻/PLA独木舟、竹/环氧树脂游艇、混杂纤维叶片，但天然纤维亲水性强、吸水膨胀、纤维-基体界面结合弱、耐候性差，长期海洋环境下易降解失效，大规模应用受限。
生物塑料的环境归趋
多数生物塑料在海洋环境中降解缓慢，需特定温度、氧气、紫外线与微生物条件，可像传统塑料一样持久存在并物理破碎为微塑料与纳米塑料。实验室老化显示PLA与PBAT产生的微塑料数量高于PET与PVC；PBS-co-PBAT渔网在UV与机械磨损下释放4–100 μm微塑料；36个月海水微宇宙实验中，PBS-co-PBAT刺网拉伸强度下降、表面开裂，释放环状低聚物、琥珀酸类化合物与邻苯二甲酸酯添加剂。当前研究多聚焦单一老化因子，长期真实环境降解数据匮乏，且缺乏标准化评估方法。
生物塑料的生态毒理学
生物基微塑料可诱发多营养级生物毒性：微藻光合受抑与氧化应激；水蚤、轮虫、桡足类存活率下降、繁殖受损、氧化损伤；双壳类免疫与生理功能紊乱；鱼类线粒体功能障碍、细胞凋亡、神经毒性与行为异常。对比研究显示，PLA与PE微塑料对水蚤、轮虫、斑马鱼幼体的毒性相当，生物塑料浸出液可改变海洋细菌群落组成。但现有研究集中于PLA与PBAT，对更高营养级生物的毒性机制、生物纳米塑料的归趋与毒性认知不足，且实验设计缺乏标准化，阻碍风险评估。
结论
海源塑料污染源自多元海事活动，造成显著社会经济与生态损失。现有监管框架仍存在政策缺口与执行挑战，循环经济策略无法消除入海塑料的环境影响。生物塑料在包装领域应用成熟，在渔具与海事基础设施中处于试点阶段，但其海洋降解性有限、可形成微塑料并释放有毒添加剂，需协同提升材料力学性能、优化海洋环境降解性，并结合技术创新、产业推广与严格环境管控，方可实现可持续替代。
