作者：Kathleen M. Register
原文链接：Cigarette Butts as Litter—Toxic as Well as Ugly
翻译：Colin
烟头是美国甚至全世界海滩上最常见的塑料类垃圾。有毒的化学物质会从烟头的滤嘴部浸出。
引言
每一个海滩漫步的人都见过它们——海滩上的烟头垃圾。除了不美观外，烟头垃圾是否对生物体有害呢？这篇文章总结了用于决定丢弃烟头中的化合物（滤嘴和残留烟草）是否对水中蚤类（Daphnia magna 水蚤）有害的研究成果。其中完成了以水蚤为测试生物体的短期生物分析（48小时）。结果表明，当浓度为0.125烟头每升（1烟头/2加仑水）时，烟头释放到淡水环境中的化学物质对Daphnia蚤是致死的。
吸烟者每年丢弃数十亿的烟头，很多直接抛入环境中。烟头聚集于建筑物外，在停车场和街道上，在这些地方经过排水沟烟头会被转移到溪流、河水和海滩中。
关于香烟的一些背景知识
95%的香烟滤嘴由醋酸纤维组成，这是一种降解很慢的塑料。醋酸纤维比缝纫线细、呈白色，其被紧致地包装起来构成香烟滤嘴；他们看上去像棉花。香烟滤嘴经过了特别的设计来吸收蒸气并汇聚微粒香烟成分。栽培烟草（Nicotiana tabacum）是茄科族植物的成员之一。它是一年生的热带美洲原生宽叶品种。
香烟滤嘴看上去可能像棉花，但它由醋酸纤维组成，一种在环境中降解很慢的塑料。香烟滤嘴经特别设计来聚集微粒香烟成分，包括有毒的化学物质。
根据烟草种类和产地，烟草植物的叶子会有不同的味道、燃烧特性、香味、颜色以及尼古丁含量。烟叶包含一些生物碱，包括高毒性的生物碱尼古丁。尼古丁是一种强大的杀虫剂，其提纯后属于最致命的植物类产品之一。根据美国卫生与人类服务部，它会提升血压、影响中枢神经系统、并且收缩人体中的血管。尼古丁是一种无色的极易溶于水中的液体，且其纯净形式易于通过皮肤被吸收。在生产过程中，数以百计的添加剂潜在地被混合在烟草中。加入吸食烟草的添加剂包括调味料和保湿剂用于保持烟草湿润。一篇关于烟草工业的出版物指出，添加剂构成了一支香烟烟草部分重量的百分之十，或整烟的百分之四。一个被广泛使用的香烟添加剂是薄荷醇，其提供味道且作为一种麻醉剂。经过燃烧，很多添加剂形成新的化合物，并具有独特的属性。经常和香烟一起提及的“焦油”并不是一种黑色石油焦油产品，而是指烟草中被发现的数以百种的物质和添加剂。焦油，在低温下，是一种黏性的黄棕色物质。美国卫生和人类服务部声明其由有机和无机化学物质组成，包括一些致癌物。包括甜味剂和香精如可可、朗姆、甘草、糖和果汁等1400种潜在烟草添加物的完整列表被认为是商业秘密。由于烟草不属于食物或药物，香烟中的农业化学物质和化学添加剂没有法律规定的最大限额。
问题的出现
塑料香烟滤嘴的流行以及一些吸烟者丢弃烟头而不是使用烟灰缸的习惯导致了烟头在环境中的聚集。在1954年以前，大多数香烟是不经过滤的。1950年代中期，由于媒体大规模报道吸烟和癌症的因果关系，有滤嘴的香烟的销售量显著增加。在出现这些报道前，在1950年，有滤嘴的香烟在美国占全部香烟销售的1.5%。现在，美国出售的超过97%的香烟都有滤嘴。
近期的室内禁烟政策似乎也导致了烟头堆积情况的变化。间接证据表明，由于室内禁烟政策的流行，更多的烟头开始在建筑外聚集。在澳大利亚，烟头占所有垃圾的50%，该趋势被“澳大利亚清洁”运动的执行总监部分归咎于室内禁烟政策。
共有多少被丢弃的烟头呢？万亿计。全球烟草消费在过去30年里增加了一倍多，根据美国农业部，世界香烟生产规模在1997年达到历史新高。
美国农业部估计，在1998年，在美国有4700亿支香烟被消费；世界香烟产量为5.608万亿。世界卫生组织估计世界上有11亿人吸烟，占据了地球上所有15岁以上人口的三分之一。
1998年在美国被吸食的4700亿香烟，单在一年中转化成了共计176,250,000磅在美国丢弃的烟头。5.608万亿香烟的滤嘴（大约是世界产量）总重超过了21亿磅（如表1）。这个数字没有包括仍在滤嘴上附着的烟草，或是包装物，火柴，一次性打火机以及其它由于吸烟产生的附带垃圾的重量。
一包20支烟的滤嘴重0.12盎司（不包含残留烟草）并占10ml的体积。基于世界每年5.608万亿香烟的产量，烟头潜在的重量和体积是巨大的（如表1）。
同样的，烟头占据了巨大的空间。如果一个人一天吸1.5包烟，他将在一年中消费超过1万支烟。这个烟头的数量（仅滤嘴，不包括残余烟草）将填满5升的体积。世界每年的香烟消费制造的烟头垃圾足以填满超过2,800,000,000升（2,800,000立方米）的体积。
| 滤嘴数量 | 盎司/磅 | 毫升/升 |
|---|---|---|
| 20（一包） | .12 盎司 | 10 ml |
| 10,000(一个吸烟者一年的消费) | 3.75磅 | 5L |
| 465,000,000,000(1998年美国被吸食的香烟数量) | 174,375,000磅 | 232,500,000L |
| 5,608,000,000,000(1998年世界香烟产量) | 2,103,000,000磅 | 2,804,000,000L |
表1：丢弃的香烟滤嘴的重量和体积。不同国家香烟中滤嘴所占比例可能不同。
滤嘴的数量
有一种方法可以估计有多少烟头进入溪流、河流和海岸环境。由海洋保护中心每年组织的国际海岸清理日召集了超过500,000志愿者在全球清理岸边、河流和溪流的杂物。[注意：在2001年7月，海洋保护中心由Center for Marine Conservation更名为The Ocean Conservancy。]志愿者完成的海洋杂物数据卡片表明了他们清理的垃圾的数量和种类。在国际清理中，烟头是搜集到的最常见的杂物，在1998年其数量共计1,616,841。自从1990年烟头以单独的条目被加入数据卡片，它在所有海洋保护中心的国际海岸清理中位列名单前茅。
由于大量烟头流入环境，实验被实施来确定除了美观问题外，作为环境问题的烟头垃圾在进入水环境后是否有可测量的毒性效果。
一系列的生物测定（通过活的生物体的反应来决定一种化学物质在环境中的有效等级的测试）被实施。其中，水环境生物测定中研究最多的生物体是浮游动物Daphnia magna，通常被称作水蚤。基于Daphnia magna的静态急性毒性测试在数十年中已被广泛使用，来估计化学物质对水中无脊椎动物的急性毒性。
由于水蚤将来自初级生产者（藻类）的能量和有机物转化给高级消费群体如鱼类，水蚤因此在水生态系统中占据着重要的位置。水蚤是很小的透明甲壳类动物，其拥有一个中心黑色复眼，游起来动作不稳定。他们通过有节奏地敲击他们的腿，搜集类过滤器的胸椎腿上刷毛的藻类和细菌，并传递到嘴中来获取食物。
实验
经测试，使用过的香烟滤嘴中的大量化学物质排除了每种化学品的毒性。因此，一个可以基于烟头中的综合化学物质和化合物来估计水毒性的测试被采用。
基于美国环境保护署1996年“用于淡水水蚤的水生无脊椎动物急性毒性测试”标准化毒理学协议和过程，水蚤被置于充满稀释水和测试方案的培养皿中。这些实验的测试方案中，烟头成分（残留烟草或醋酸纤维滤嘴）通过在提纯的、去离子水中浸泡，使得烟头中的化学物质被浸出到水中。培养皿中的水蚤被观察24和48小时。在死亡之外，任何异常的行为和现象也被记录。
透明的甲壳类水蚤Daphnia(通常被称作水蚤)是种浮游动物，其转移来自藻类的能量和有机物至更高级的消费群体，因此在水生态中占据重要位置。基于水蚤Daphnia的测试在数十年中被广泛使用来估计急性毒性。
实验中搜集的数据被用来研发剂量-响应曲线。数据也被用来决定在一段特定时间持续曝光下测试群体死亡50%的实验得出的毒物浓度。这被称作“致死浓度50”值（LC50）。LC0意味着没有动物死亡，LC100意味着它们全部死亡。致死浓度提供了一种可量化的方式以及精确的毒性表达。
每个测试包括对相同条件、过程以及来自相同群体水蚤的控制。唯一的区别是添加的测试化学物质。
在进行限定实验之前，三个范围寻找测试（预备的冒险评估）被实施来建立急性毒性测试的参数。这些范围寻找测试建立了测试溶液浓度和浸出周期。这些限定测试有四个部分：
实验A-用过的滤嘴。评估在一定时间曝光在特定浓度后，香烟滤嘴中的化学物质是否会导致水蚤死亡。这个测试中剩余的烟草已从烟头中去除。两个烟头的滤嘴被浸透在500ml提纯、去离子的水中，置于室温下一小时。20个水蚤被暴露在每种浓度水平中：4,2,1,0.5,0.25,0.125烟头每升。
实验B-剩余烟草。评估在一定时间曝光在特定浓度后，抽过被弃的烟头的烟草中的化学物质是否导致水蚤死亡。两个烟头的残留烟草（共计28mm）被浸透在500ml水中，置于室温一小时。20个水蚤被暴露在每种浓度水平中：4,2,1,0.5,0.25,0.125烟头每升。
实验C-新的，没有用过的滤嘴。评估在一定时间曝光在特定浓度后，新的没有用过的香烟滤嘴中的化学物质是否导致水蚤死亡。实验C中没有使用烟草。水蚤被暴露在新的没有用过的滤嘴滤出的化学物质中来判定新滤嘴中是否存在化学物质对水蚤有毒。新滤嘴被浸透在提纯的，去离子的水中，置于室温一小时。20个水蚤被暴露在每种浓度水平中：16,8,4,2,1,0.5滤嘴每升。
实验D-烟头对淡水的pH值效应。用于判定淡水中烟头的存在是否会改变水的pH值。pH值对于水生生物是一个重要因素，可以影响污染物的毒性。这个实验中，一个烟头（滤嘴和28mm残留烟草）被浸透在100ml的泉水中，置于室温一小时。通过一个在测试前刚校正过的哈希(Hach)牌的pH测试器，水的pH值在一小时的浸泡前后都被测量。
结果
实验A（只有滤嘴）。在这个“只有滤嘴”实验中，48小时后，在等同于两个或以上用过的香烟滤嘴每升的浓度中100%的动物死亡。在25%稀释下，等同于一个香烟滤嘴每升，20%的水蚤在48小时内死亡。LC50因此是1-2个用过的烟嘴每升。在大于一个已用滤嘴每升的浓度中，沉积物在一些水蚤的泳毛上被发现。
实验B（只有残留烟草）。在这个“只有烟草”实验中，在浓度等同于残留烟草0.5或更多烟头每升中48小时后，100%的动物死亡。在残留烟草0.25烟头每升的溶液中，80%的动物在48小时后死亡。在大多数稀释溶液中，即0.125残留烟草烟头每升，15%的水蚤在测试时间中死亡。LC50因此是0.25-0.125残留烟草烟头每升。
比较实验A和B。在两个实验中，受影响的水蚤的游泳形式都违背了正常的跳跃-下沉游泳形式。在死亡前，一些受影响的个体在原地打转，其它的停在底部，无力地拍打他们的泳毛，但是不能产生实际的移动。
在高和中等浓度（0.25-4烟头每升）的只有烟草组中，24小时后水蚤产生了深色沉积物或堆积物在泳毛（刚毛）上。一些在泳毛上带着这些深色物质的水蚤漂浮着不能游泳，一些频繁地成组地困在一起。沉积物也在只有滤嘴组的动物上形成。这些沉积物颜色更浅且只在测试溶液为两个或更多滤嘴每升中出现。
正如在图1中，48小时暴露后，不同措施的急性毒性的显著差异被证实。水蚤在只有烟草的测试溶液中的存活率是最差的。48小时后，对于残留烟草和香烟滤嘴中，更高浓度的急性毒性更高。这意味着烟草比滤嘴毒性更强。在烟草和滤嘴中，在某个小区间里毒性显著地增加。这个计量死亡曲线的陡坡意味着某个物种的个体们对化学物质的反应表现了互相相似的性状。（而曲线的缓坡意味着某个物种对于那个特定化学物质可观的多样的敏感性。）
图1，48小时后的只有滤嘴和只有烟草的剂量死亡曲线。
实验C（新滤嘴）。在更高浓度滤嘴的溶液中，48小时后，水蚤的存活率是最差的。但是即使在最高浓度16个新香烟滤嘴每升的水中，死亡率也低于50%。
控制组动物的现象。关于实验A，B和C的结论，所有控制组的水蚤是存活的，保持着有力的游泳姿势，没有旋转及聚集的深色物质在泳毛上。
实验D（烟头对pH值的效果）。烟头加入前测试水的pH值为6.6，且保持着6.6在烟头浸透于水中一小时后。烟头的出现没有改变水的pH值。
实验的结果
由于真实世界精确的水蚤在烟头中的暴露情况未知，这份研究中的测试不能试图模仿真实暴露。这份研究中使用的浓度可能夸大了暴露的持续时间和用量。夸大的暴露会导致失真，但是本文作者认为实验的结果揭示了相关规律。
实验A和B说明了在浓度高于0.125烟头每升的水中，烟头的化学物质对水蚤有急性毒性。这个等同于一个烟头每8升，或者近似一个烟头每两加仑水。此外，证据足以表明烟头中的残留烟草是决定致死的主要因素，尽管用过的香烟滤嘴中的化合物也对水蚤有致死效果。仅有半个烟头每升的残留烟草的存在足以杀死100%的动物，而滤嘴需要两个烟头每升来达到相同的100%的致命结果。在泳毛上形成的深色沉积物以及水蚤被影响的泳姿表明该问题应该被研究来决定这些沉积物是否构成来自于这些污染源的物理的，而不是有毒的效果。
实验C的结果表明新烟滤嘴中的化合物只有在浓度非常高于用过的滤嘴时才有毒性。即使在浓度为16个新烟头每升中（等价于64个新滤嘴每加仑），从滤嘴中浸出的化学物质仅杀死了少于50%的水蚤。虽然新烟滤嘴中的化合物可能对烟头的整体毒性有贡献，但是通过吸烟被滤嘴吸收的化学物质和化合物才是对大多数死亡负责的原因。
实验D的结果说明淡水中的烟头不会影响水的pH值。这表明从烟头中浸出的化学物质不会简单地由于水中pH值的变化而杀死水蚤。
结论
烟头是地球上最常见类型的垃圾。如果搜集起来，它们重达数百万磅。被烟头纤维醋酸滤嘴吸收的有毒化学物质以及烟头中的残留烟草在水中会快速浸出。
证据表名从丢弃烟头中浸出的有毒化学物质在浓度超过0.125烟头每升，或大约一个烟头每两加仑水时，显示出对水蚤的生物危害性。烟头的残留烟草部分的沥出液在低浓度时比烟头滤嘴部分浸出的化学物质更致命。
研究的启示
本文总结的实验只是对全面理解香烟垃圾污染对我们水环境冲击的初步实践。
由于烟头被认为是对生物有害的，政府机构、环保组织、以及反垃圾团体可以教育吸烟者，丢弃烟头会导致对环境的伤害。
环境中的烟头是一个垃圾问题，而不是吸烟问题。正如苏打水的制造商无法控制消费者丢弃空的瓶罐，当吸烟者丢弃烟头时，香烟制造商也无法控制他们的行为。正如饮料制造商对垃圾预防活动做贡献，且在公共教育中对垃圾问题投资，烟草工业界也应当这么做。目前为止，香烟制造商在垃圾预防教育中做出的努力较少。他们需要作为积极和负责的角色来教育吸烟者关于这个问题并投入资源来清理香烟垃圾。策略可以包括反垃圾信息印在包装和广告上，分发小的、免费便携的烟灰缸，布置以及维护户外烟灰缸于吸烟者聚集处。或许香烟包装可以重新设计来放置丢弃的烟头。
在一些州，消费者每次买罐装或瓶装饮料时要付一小部分“反垃圾税”。这些资金支持反垃圾工作。一个相似的香烟购买税需要经历漫长流程才能资助以消除烟头垃圾为目标的运动。回收丢弃的烟头需要花费学校、商业、以及公园管理部门资金。通过对吸烟者征税来支持反垃圾教育工作，可以让清理烟头的一部分成本转移到吸烟者身上。
如今，当吸烟者明白烟头是由塑料而不是棉花和纸组成时，把户外空间当作公共烟灰缸的吸烟者可能要重新考虑他们的行为；并且更糟的是，烟头包含的化学物质可以杀死一些在水环境中占据重要位置的动物。纠正吸烟者的丢弃行为从而减少污染源非常重要。