微塑料：农业土壤中的隐形威胁与病原体传播新机制

随着全球塑料污染的加剧，微塑料（定义为尺寸小于5毫米的塑料颗粒）已成为农业土壤中不可忽视的环境问题。

微塑料在农业系统中的来源与分布

微塑料通过多种途径进入农业土壤，包括塑料地膜覆盖、含塑料载体的种子包衣、废水灌溉以及有机肥料和畜禽粪便的应用（图1A）。研究指出，全球范围内，农业土壤中的塑料含量正持续增加，尤其在低收入和中等收入国家（LMICs），由于废物管理基础设施薄弱，城市化和农业集约化加剧了这一问题。例如，废水灌溉在LMICs的蔬菜种植中广泛使用，因其富含氮磷等营养元素且成本低廉。然而，废水中不仅含有肠道病原体，还携带有大量微塑料，增加了病原体污染农作物的风险。

微塑料一旦进入环境，其表面迅速被微生物生物膜（称为“塑料圈”，plastisphere）覆盖。这一生物膜由多种微生物群落组成，为微生物提供了独特的疏水生态位。研究表明，塑料圈不仅支持微生物在恶劣环境中的存活，还可能成为人类病原体的庇护所，尤其是在暴露于粪便污染（如废水、畜禽粪便）时。常见的病原体，如大肠杆菌O157、沙门氏菌和轮状病毒，可能通过塑料圈在环境中更持久地存活并传播。 

图 1 (A) 塑料和微塑料（橙色圈和纤维）可以通过受污染的灌溉水、牲畜粪便和有机肥料，或者通过较大塑料（如覆盖膜或温室膜）的降解进入农业系统。一旦进入环境，塑料很快会被微生物生物膜所定殖，这被称为“塑料界”（带有黑点的橙色圈），其中常常含有人类病原体；(B) 塑料界可以增加人类病原体的生存和传播，并可能促进它们转移到根际和发育中的根部，或者直接通过灌溉，或间接通过从土壤溅起而转移到叶子和水果的表面；(C) 一旦微塑料附着在植物组织上，目前尚不清楚塑料界中人类病原体是否会随后转移到植物上；然而，从植物叶子上去除微塑料是困难的（即使通过冲洗），因此它们可能在收获和零售过程中保持附着，从而增加人类病原体进入食品链的潜力。

微塑料作为病原体载体的潜在机制

研究提出了微塑料作为病原体载体的假设，探讨了其将人类病原体传递至农作物的可能途径。微塑料可通过以下方式与农作物交互：

1. 叶面污染：废水灌溉或土壤飞溅可能将携带病原体的微塑料沉积到作物叶片或果实表面（图1B）。由于塑料圈的生物膜保护，病原体（如沙门氏菌）能够抵御紫外线照射和干旱等环境压力，从而在叶片表面存活更长时间。研究表明，微塑料与作物叶片的粘附力受塑料聚合物类型、表面电荷以及作物叶片形态（如毛状体和黏液分泌）的影响。例如，生菜等叶菜类作物即使经过水洗，也难以完全去除微塑料，增加了病原体进入食品链的风险。

2. 根系交互：微塑料在土壤中可能通过根系分泌物吸引病原体（如沙门氏菌）靠近根系（图1B）。塑料圈为病原体提供保护，延长其在土壤中的存活时间，增加与根系接触的机会。研究表明，病原体可能通过根系侧根分生区进入植物组织，并在蒸腾作用驱动下被运输至地上部分。尽管微米级微塑料本身难以被根系吸收，但其携带的病毒（如轮状病毒）因尺寸较小，可能通过根系进入植物内部。

3. 食品链传递：微塑料在作物表面的持久粘附，尤其是在即食作物（如生菜、菠菜）上，可能直接将病原体带入食品链（图1C）。此外，塑料圈中的病原体可能释放毒素，即使烹饪后仍可能对人体健康构成威胁。

微塑料与抗菌素耐药性的潜在关联

研究特别指出，塑料圈的微生物多样性可能促进抗菌素耐药基因（ARGs）的传播。土壤中塑料圈的生物膜为耐药基因的水平转移提供了理想环境，可能使病原体获得多重耐药性。这一现象在农业土壤中尤为令人担忧，因为耐药病原体可能通过作物传递至人类，增加公共卫生风险。尽管目前对塑料圈中病原体毒力和致病性的证据有限，但耐药基因的存在提示了潜在的长期威胁。

微塑料作为农业土壤中的新兴污染物，不仅影响土壤健康和作物生长，还可能通过塑料圈将人类病原体传递至食品链。Quilliam等人的研究首次系统探讨了这一新型传播机制，揭示了微塑料在农业系统中的潜在风险。面对全球农业土壤中塑料污染的持续增加，亟需加强监测、优化农业实践并开展深入研究，以守护食品安全和人类健康。这一研究为未来的食品安全和农业可持续发展提供了重要的科学依据和实践指导。

参考文献：QUILLIAM R S, POW C J, SHILLA D J, et al. Microplastics in agriculture – a potential novel mechanism for the delivery of human pathogens onto crops [J]. Frontiers in Plant Science, 2023, Volume 14 - 2023.