综述：土壤线虫暴露组：从农业生态系统到同一健康解析颗粒塑料的影响

本综述系统阐述了利用土壤线虫作为敏感生物指示剂评估土壤中颗粒塑料（包括微塑料和纳米塑料）生态与健康风险的新范式。文章创新性地提出了结合生态指数与分子生物标志物的分层评估框架，为解析塑料在土壤食物网中的迁移及其对人类健康的潜在影响提供了高效、低成本的研究策略。

　　

Abstract

土壤中颗粒塑料的持续累积迫切需要采用创新的、基于生物学的方法来评估其生态和人类健康影响。土壤线虫因其分布广泛、营养适应性强且与土壤颗粒密切关联，正逐渐成为评估土壤塑料污染效应的敏感且生态相关的生物指示剂。塑料污染会破坏土壤结构、微生物组组成和养分循环，进而影响线虫的丰度、多样性和群落动态。基于土壤线虫的生物测定技术结合分子与组学技术的最新进展，为揭示线虫暴露组提供了新见解，涵盖了直接的颗粒相互作用、微生物群落变化以及营养级转移过程。本文提出了一个分层评估框架，利用线虫中保守的分子通路来预测与塑料暴露相关的环境和人类健康结局。通过将线虫生态指数与机制性生物标志物相整合，该框架将风险评估转变为更全面、高效和经济的模型。将线虫纳入塑料污染研究不仅增强了我们监测土壤生态系统健康的能力，而且在保护日益受塑料污染的食物链中的农业可持续性和公共健康方面发挥着关键作用。

Introduction

颗粒物，包括有意或无意产生的塑料颗粒，已成为重大的环境和人类健康关切点。其中，颗粒塑料，如微塑料和纳米塑料，因其在生态系统中的持久性、生物活性及复杂相互作用而日益受到关注。与工程纳米颗粒相比，颗粒塑料在尺寸、形状、聚合物组成和表面化学性质上具有更大的异质性，并可能在环境中进一步破碎，最终形成塑料纳米颗粒。这些颗粒，尤其是纳米尺寸的，表现出多样的迁移行为，并能与周围环境基质广泛相互作用。在此过程中，它们可能吸附有毒有机污染物，形成复杂的毒理学特征，对陆生和水生生物产生潜在的协同 adverse effects。一旦被生物摄入，颗粒塑料不易降解，会在体内积累，并可能通过食物链迁移，最终通过膳食摄入等途径进入人体。

在风险评估方面，需关注颗粒塑料的来源、迁移、暴露和 adverse effects 等关键因素。尽管水生环境中的颗粒塑料可对水生生物造成影响，但相当一部分实际上来源于陆地环境。农业土壤中的颗粒塑料来自地膜、堆肥和肥料等，经过风化作用和微生物转化，影响土壤微生物群落及其他土壤生物。这些生物过程强烈影响颗粒塑料进入和持续存在于生态食物网的可能性。当低营养级生物摄入这些颗粒后，塑料可沿水陆食物链向上传递，导致在高营养级生物中积累，构成人类暴露和健康风险的潜在途径。

近期研究在理解微塑料在土壤生态系统中的普遍存在方面取得了显著进展，强调了这些污染物影响土壤生物和植物的潜力。然而，关于微塑料通过土壤食物网进行营养级转移的机制和定量研究仍存在知识空白，特别是在其如何从线虫等初级消费者转移到包括人类健康在内的高营养级方面。方法学上的挑战也阻碍了该领域的进展，凸显了对更具针对性、标准化的研究方法的迫切需求。

本研究提出土壤线虫暴露组的概念，旨在预测塑料暴露在线虫及其群落内产生的不良结局，特别关注其对环境和人类健康的营养级转移意义。线虫暴露组涵盖了线虫群落在整个生命周期中所经历的全部环境暴露，包括可能影响其健康和行为的环境因素、外源物相互作用和生物过程。土壤基质中的颗粒塑料暴露可导致土壤生物的一系列不良结局，而土壤基质内的生态系统水平扰动则展示了向上营养级转移至作物、牲畜并最终到达人群的潜力。这种多隔室污染途径代表了土壤健康、农业生产力和人类暴露风险之间的关键联系，迫切需要针对农业生态系统中塑料污染的综合评估框架。

Nematode-mediated soil processes for carbon cycling and microbial dynamics

土壤线虫作为初级分解者、养分循环者和微生物群落调节者，在生态系统功能中扮演着关键角色。这些生物日益被视为土壤健康的生物指示剂，特别是在评估如颗粒塑料等污染物风险时。线虫通过其取食和活动在塑造土壤结构中发挥关键作用。通过捕食细菌和真菌等微生物，线虫刺激微生物周转和养分矿化，直接影响碳循环和土壤肥力。这种微生物调控进一步影响有机质分解和土壤团聚体形成，对土壤碳固存和整体生态系统健康产生深远影响。

Impacts of particulate plastics on soil nematode health

土壤生态系统中塑料颗粒的不断积累通过直接影响线虫而对土壤健康构成威胁，线虫是调节养分循环、有机质分解和土壤结构的重要生物。作为土壤食物网的重要成员，线虫功能受到干扰会对微生物活性和整体土壤生态系统服务产生级联效应。线虫摄入颗粒塑料可能导致机械损伤和生理压力，影响其运动、繁殖和生存。此外，塑料颗粒的存在可能改变土壤理化性质，间接影响线虫的栖息地质量和食物资源可得性。分子研究表明，塑料暴露可诱发线虫的氧化应激反应和细胞损伤，为其作为早期预警生物标志物提供了依据。

Potential trophic transfer pathways

颗粒塑料通过多种途径进入农业土壤，其中塑料地膜的降解是主要来源。尺寸小于或等于3.4 μm的颗粒塑料可被土壤线虫摄入。线虫是土壤食物网的关键成员，对凋落物分解和养分循环等功能至关重要。它们作为连接微生物与更高营养级消费者的桥梁，在营养级转移中扮演核心角色。当捕食性线虫或其他土壤无脊椎动物以摄入了塑料的细菌捕食性线虫为食时，塑料颗粒可能被转移。这种转移可能通过土壤食物网持续进行，最终到达可能被人类消费的物种，例如农作物或牲畜。了解这些途径对于评估人类通过受污染食物链暴露于塑料的潜在风险至关重要。

Nematode community-based prediction of agricultural soil health

线虫是土壤生态系统的组成部分，包含细菌捕食者、真菌捕食者、杂食者和植物寄生虫等多种功能群。每个功能群对养分循环、有机质分解和土壤结构维持等基本土壤功能都有贡献。生态毒理学证据表明，微塑料污染可能对这些功能群产生不同的影响，反映了土壤生态系统响应的复杂性。通过分析线虫群落组成和结构的变化，可以评估土壤健康状况和塑料污染的干扰程度。例如，特定功能群比例的变化可能指示土壤食物网的能量通道和养分循环过程受到了干扰。因此，基于线虫群落的生物评估指数可作为农业土壤健康预测和塑料污染风险早期预警的有效工具。

Conclusion

土壤线虫为环境和机体毒理学方法学提供了一个强大、经济且生态相关的平台，并对人类健康风险评估具有启示意义。其保守的生物学特性，结合现代分子和计算工具，为揭示环境暴露与健康结局之间的复杂相互作用提供了独特机会。标准化基于线虫的测定方案并建立预测模型以将实验室发现外推至野外环境和人类健康风险，是将这一有前景的方法转化为监管和政策行动的关键下一步。通过将线虫暴露组概念整合到塑料风险评估中，我们可以更全面地理解从土壤到人类健康的相互关联性，最终为可持续农业实践和环境保护提供信息。