有机农业中的微生物风险：环境微生物学、定量微生物风险评估（QMRA）与One Health视角下的食品安全、农民健康和农业生态系统功能

《Sustainability》：Microbiological Risks in Organic Farming: Implications for Food Safety, Farmers’ Health and Agroecosystem Functioning

　　

环境微生物学为理解和治理可持续农业系统中的生物风险提供了必要工具。有机农业优先采用封闭养分循环、土壤生物活性和减少对合成投入的依赖，体现了可持续农业原则。然而，支持农业生态系统功能的相同实践——施用动物粪便、户外饲养和有限使用化学消毒剂——可能增加病原微生物、抗菌素耐药性决定因子和其他生物污染物在环境中的出现。该综述考察环境微生物学的概念和方法如何被调整以加强有机生产中的污染控制、食品安全和农业生态系统韧性。评估的主要生物危害包括肠道细菌（Campylobacter spp.、产志贺毒素大肠杆菌（Shiga toxin-producing Escherichia coli, STEC）、Salmonella spp.、Listeria monocytogenes）、抗菌素耐药细菌（antimicrobial-resistant bacteria, ARB）和耐药基因（antibiotic resistance genes, ARGs）、食源性病毒、肠道寄生虫和真菌毒素（作为丝状真菌的次生代谢产物）。定量微生物风险评估（Quantitative Microbial Risk Assessment, QMRA）被提出作为将环境出现数据与公共卫生结局联系起来并识别从农场到餐桌连续体中关键控制点的框架。分析了通过有机肥料、土壤、灌溉水和农业生物气溶胶的传播途径，以及微生物存活策略（生物膜形成、活的但不可培养（viable-but-non-culturable, VBNC）状态和植物组织内化）。现有证据表明，微生物风险似乎更多由管理实践而非有机或常规生产标签本身驱动；然而，该结论必须谨慎解释，因为比较研究常受地理区域、牲畜和圈舍类型、农场规模、气候条件、抗微生物药物使用模式、粪便处理制度和方 法学差异混杂。经过验证的堆肥、适当的收获前间隔、水源保护、生物安全措施和持续环境监测可有效减少病原体传播，同时保留有机农业的生态效益。有机牲畜中较低的抗菌素耐药性进一步在One Health视角下促进污染控制。农民对生物气溶胶的职业暴露仍是农民健康的相关关切，但有机与常规系统之间的差异更多由活动类型和圈舍条件驱动，而非认证状态。通过整合环境微生物学、定量风险评估和实践管理策略，该综述提供了一个独特的One Health框架，以将微生物知识适配于有机系统，从而同时推进污染控制、食品安全和农业生态系统功能。重要的是，危害出现升高并不自动等同于健康风险升高；后者需要在QMRA框架内进行定量暴露评估。

1. Introduction：有机农业强调基于动物粪便和堆肥的封闭养分循环、户外饲养、减少合成农药、化肥和常规抗生素。欧盟Regulation (EU) 2018/848和IFOAM健康、生态、公平、关爱原则支持土壤生物活性和农业生态系统功能。但粪便和浆液可引入肠道病原体、ARB和ARGs；户外饲养增加与野生动物和环境库接触；灌溉和生物气溶胶传播微生物。环境微生物学和QMRA将环境出现数据转化为健康风险估计，分子工具（宏基因组学、WGS、resistome分析）支持One Health。食源性病原体包括Campylobacter spp.、STEC、Salmonella spp.、Listeria monocytogenes，以及病毒、寄生虫和真菌毒素。职业暴露于有机粉尘和生物气溶胶是农民呼吸病重要因素。中心观点：微生物安全更多由农场管理质量而非有机/常规标签决定，但比较研究受地理、饲养、农场规模、气候、抗菌药使用、粪处理和方 法混杂。危害不等于风险，需QMRA。三类危害框架：普遍、有机实践可能加剧、证据无一致差异。

2. Materials and Methods：叙事综述，结构化文献检索和选择，非系统综述或荟萃分析。检索ScienceDirect、Web of Science、Wiley、PubMed/MEDLINE、Scopus、Google Scholar及EFSA、ECDC、CDC、FAO、WHO、Codex、欧盟官方期刊。时间2000–2025，优先2018–2025。纳入主题；排除纯常规无有机比较、纯化学、会议摘要、纯方法。最终133核心出版物。无原始实验，结论来自文献解释性合成。对主要主张进行证据强度和局限评估。

3. Organic Production and Biological Hazards: An Overview：有机农业促进环境友好、生物多样性、可持续资源管理和动物福利，核心是限制和控制合成投入。生物剂来自土壤、植物、动物、水、有机肥和生物气溶胶，可影响食品安全和职业健康。职业性疾病约90%与生物剂相关。牲畜是微生物库，粪便病原可到土壤、灌溉水、地下水、饲料作物或生物气溶胶。主要食源性病原体包括Campylobacter、Salmonella、Yersinia、Listeria、致病E. coli；欧盟每年>350,000确诊。病毒、寄生虫、ARB/ARGs也受农场因素影响。One Health动态过程，需GAP、生物安全、环境监测和QMRA。三类框架应用。3.1 QMRA：QMRA包括危害识别、暴露评估、剂量-反应评估和风险表征。暴露评估数据密集。示例STEC/Salmonella与叶菜和粪肥：原粪10²–10⁴ CFU g^?1，堆肥≥55 °C连续3天减少2–5 log₁₀，土壤存活数周至数月，转移效率0.1–10%，剂量-反应Beta-Poisson或指数。剂量-反应对病毒、寄生虫欠发达；ARB/ARGs无验证模型；生物气溶胶吸入QMRA发展。分子检测DNA不证明活菌/感染性。3.2 风险管理策略：多屏障，GAP/GHP、环境监测和QMRA。堆肥、90/120天收获前间隔、灌溉水监测、滴灌/地下灌溉、缓冲带、减少粉尘、呼吸防护、ARB/ARG监测。四个关键控制点：受控堆肥、灌溉水监测、120/90天收获前间隔、缓冲带。管理需权衡生态效益与微生物风险。

4. Transmission of Pathogens to Crops Through Natural Fertilisers, Soil, and Water：土壤是有机作物生产基础，欧盟法规要求维持土壤肥力和生物活性，通过粪肥和有机物，最好堆肥后施用。有机改良剂若处理不当可传播微生物。粪便和浆液可存活数周至数月。堆肥、长期储存和适当施用是关键。户外饲养增加与野生动物、啮齿动物、昆虫和环境库接触。水是传播途径，地表水可受牲畜、野生动物、废水、径流污染；喷灌增加可食组织暴露。One Health动态过程。

5. Microbiological Hazard Associated with Organic Food Production：风险可在生产各阶段出现。Campylobacter：感染剂量500–800 CFU，C. jejuni；家禽、牛、猪、野生鸟类/哺乳动物储库；有机肉鸡有时更高，户外猪增加C. jejuni环境负荷；危害增加，风险需QMRA。E. coli：STEC，O157和非O157，牛主要储库，感染剂量<100 cells；粪肥可污染作物；适当处理降低风险。Salmonella：畜禽和野生动物储库，耐干燥，可在粉尘、干粪、饲料、土壤存活数月；非伤寒沙门菌胃肠炎，侵袭性可能。有机/常规差异在饲料卫生、鼠控、粪处理可比时小。Listeria monocytogenes：广泛，土壤水，可在土壤存活84天，无症状携带5–10%，生物膜，耐低温pH，即食产品；有机实践增加土壤有机质和湿度可能延长存活。ARB/ARGs/MGEs：有机限制抗生素降低选择压力，但ARB/ARGs普遍。有机粪便堆肥可引入胞内外ARGs，改变土壤resistome，共选择金属抗性。MGEs质粒、整合子、转座子介导HGT。有机畜禽分离株MDR较低，但ARGs丰度相当或略低。ARGs存在不自动等于感染风险。Enteric viruses：Norovirus、HAV、HEV、腺病毒。不繁殖但环境稳定，低感染剂量，耐冷冻。浆果疫情。有机生产不应视为独立决定因素，预防关键。Intestinal parasites：Cryptosporidium、Giardia、Toxoplasma、Cyclospora、Ascaris/Trichuris。环境抵抗阶段，粪肥、水、鲜食。堆肥、水保护、GAP/GHP、One Health。

6. Mechanisms of Pathogen Survival in Agroecosystems：6.1 生物膜和EPS：Listeria、Salmonella、STEC形成生物膜，抗干燥、UV、消毒剂，多物种生物膜增强耐受。6.2 VBNC：Salmonella、E. coli、Campylobacter、Listeria进入VBNC，培养法低估，DNA检测不证明活性/感染性。6.3 环境胁迫适应：Listeria σ^B介导一般胁迫反应，低温、酸、渗透；在牛粪改良土壤存活数周。Salmonella和STEC渗透/干燥耐受，海藻糖、脯氨酸、甜菜碱，生物膜。病毒环境稳定。寄生虫卵囊/包囊。6.4 内化：Salmonella、STEC、Listeria通过根、气孔、水孔、伤口进入，保护免受清洗。研究显示生菜、菠菜内化，PhoQ/PhoP可能参与E. coli O157:H7，种子、花进入黄瓜等，粪肥施肥增加植物内生圈病原。预防为主。

7. Microbiological Safety of Organic Food：Harvey等综述1992–2014年18起有机食品暴发，779病、258住院、3死亡；Salmonella 44%，E. coli O157:H7 33%；产品和不巴氏消毒乳制品占78%。不能解释为有机肉风险低，因监测未系统收集生产方法。比较研究不一致。有机生产不固有更高风险。7.1 植物源食品：污染途径，根叶蔬菜易感。Salmonella Typhimurium在生菜根/叶存活63/231天，E. coli O157 77/177天。内化。暴发例子。Szczech等发现有机蔬菜E. coli负载较高，9%超标；Tango等无差异；Maffei/Kuan相当。Grimmway有机胡萝卜STEC O121暴发48例，20住院，1 HUS，1死亡。7.2 动物源食品：有机较低饲养密度、户外/牧场、高粗饲料、限制预防性抗菌。Campylobacter和Salmonella在有机和常规均可，取决于管理/生物安全。STEC牛储库，有机和常规O157相当。Listeria在有机和常规禽肉均检出，差异更多在AMR。生奶/生奶奶酪风险高，巴氏消毒是关键。AMR：有机分离株AMR较低，是One Health优势。总体：微生物安全取决于生物安全、卫生屠宰加工、热处理、农场管理，而非认证。

8. Advanced Metagenomic Tools and Microbiome Surveillance：培养法基础，分子方法发展。扩增子16S/18S rRNA和ITS、鸟枪法宏基因组、WGS、长读长Nanopore/PacBio。8.1 VBNC、内生微生物组、苛养病原：检测VBNC，内生微生物组和病原内化，病毒和寄生虫。8.2 有机农业、AI、resistome监测One Health：微生物组评估施肥/堆肥/土壤管理，有机土壤ARGs持久，需监测。8.3 操作实施：整合到HACCP、QMRA、GAP，重定义CCPs，灌溉水微生物验证，优化堆肥参数，科学收获前间隔。基因组监测支持One Health。

9. Mycotoxins in Organic Food：真菌毒素是化学次生代谢产物但微生物源。有机食品农药残留低，但真菌毒素仍是关键。产毒真菌生长和产毒由环境/管理因素影响。急性/慢性毒性：DON急性参考剂量ARfD 8 μg/kg bw；T-2/HT-2；黄曲霉毒素B1 IARC Group 1，无安全阈值；赭曲霉毒素A肾病；玉米赤霉烯酮生殖。EFSA/JECFA TDI，EU 2023/915最大限量，婴儿食品严格。有机与常规比较不一致；Wang等荟萃分析显示常规谷物DON约高50%，其他较小。气象、农艺、产后处理为主要决定因素。GAP和监测必要。

10. Bioaerosols on Organic Farms：定义，粒径几nm到200 μm，农业来源。10.1 职业暴露和系统比较：农民高暴露，哮喘、外源性过敏性肺泡炎（farmer’s lung）、有机粉尘毒性综合征（ODTS）。荷兰调查Smit等未发现有机独立效应。农场保护效应与早期微生物暴露和牲畜接触有关。内毒素/β-葡聚糖差异更多由材料类型决定。波兰生物剂占职业病例多数，但未分有机/常规。10.2 暴露来源：垫料，秸秆β-(1→3)-glucans，堆肥垫料最高。谷物粉尘真菌和真菌毒素，Fusarium毒素DON、NIV、OTA。畜禽舍细菌，Pseudomonas、Acinetobacter，家禽垫料可含Salmonella、Campylobacter、E. coli。10.3 呼吸健康：吸入，粒径影响沉积。有机粉尘混合暴露，非感染性呼吸病。预防：减少粉尘、通风、PPE、控制高暴露活动。有机不独立决定呼吸风险，管理实践、活动类型、圈舍、通风、粉尘、内毒素、防护决定。

11. Limitations：比较研究异质性大，地理、气候、农场规模、饲养密度、圈舍、粪管、采样、分析方法、定义。横断面多，纵向少。发表偏倚。欧洲为主。混杂。二分类有机/常规未研究管理权衡。分子数据解释谨慎。

12. Conclusions：主要微生物挑战在生态效益和微生物危害交叉。管理控制质量决定危害是否转化为风险。受控堆肥、水源保护、收获前间隔、生物安全和持续监测。控制本身非无风险，对土壤微生物群落长期功能未完全表征。未来研究量化管理权衡。限制抗菌使用降低耐药环境负担。危害出现不等于风险。缺口：协调定量数据，剂量-反应模型，比较混杂，欧洲焦点，分子监测解释。需要协调测量、改进剂量-反应、相似管理比较、宏基因组/resistome与风险评估、生物气溶胶与健康结局、生物膜/VBNC/内化作用。