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成果简介：

微塑料（MPs）和镉（Cd）（最危险的重金属之一）对土壤的共同污染正成为全球关注的重大问题，对植物生产力和人类健康构成风险。然而，关于MPs和Cd对土壤-植物-人类系统的综合影响的文献中仍存在空白。本综述考察了土壤-植物-人类系统中MPs和Cd的相互作用和共同影响，阐明了它们对植物发育和健康风险的机制和协同作用。首先，回顾了MPs和Cd的来源和污染水平，揭示了污水、大气沉降和生物固体应用是导致MPs和Cd共污染的因素。同时，meta分析表明，MPs显著（p<0.05）提高了土壤Cd的生物有效性和植物地上部Cd的积累，分别为6.9%和9.3%。MPs通过直接机制（如表面络合和物理吸附）和间接机制（改变土壤pH值、溶解有机碳含量及微生物多样性）促进Cd从土壤中的解吸，从而增强了Cd的生物有效性。这些相互作用不仅加剧了Cd对植物生长及其生理功能的负面影响，还通过食物链的传递显著提高了人体对Cd的生物可及性，进而加剧了人体组织的病理学变化，放大了相关的健康风险。综上所述，本综述深入探讨了MPs和Cd的共污染及其对土壤-植物-人类系统的协同作用，强调了在这一学科领域进行进一步研究的必要性。

背景介绍：

土壤污染，特别是MPs和重金属Cd，引发广泛关注。塑料废弃物积累产生MPs，威胁土壤健康并抑制植物生长。Cd污染广泛且毒性强，常超标于农田土壤，通过食物链影响人类健康。MPs与Cd共存加剧环境风险，MPs能吸附Cd并影响其生物有效性，改变土壤理化性质及微生物多样性，间接影响Cd循环。两者共存严重干扰植物生长与生理，通过物理损害及氧化应激等机制，增强植物对Cd的吸收与毒性反应。MPs还增加Cd在人体内的生物可给性，共同暴露加剧生殖损伤和肝毒性。因此，土壤中的MPs与Cd污染对农业生产和人类健康构成重大威胁。尽管已有大量研究探讨土壤中MPs与Cd的相互作用及其对植物的影响，但全面综述其复杂机制及对人类健康的潜在影响仍显不足。本综述旨在结合meta分析，阐明MPs与Cd在农业生态系统中的相互作用及其对土壤-植物-人类健康系统的综合影响，分析来源、污染水平及相互作用机制，包括吸附-解吸过程及对土壤性质和微生物的影响，并总结其对植物生长和人类健康的威胁，为农业生产力保护与人类健康维护提供指导。

研究结果：

1、土壤中的MPs和Cd:

土壤作为关键资源，其MPs污染主要来自废水、污水、塑料废弃物、灌溉、大气沉降及粪便等，其中农业塑料地膜尤为显著，占农田土壤MPs的主要部分。生物固体应用、大气沉积及灌溉水也是重要来源。同时，土壤重金属Cd，对农业生产和人类健康构成威胁，其污染主要来自工业活动、农业措施、交通及城市发展等人为因素。值得注意的是，污水灌溉、大气沉降和生物固体应用是导致土壤同时受到MPs和Cd污染的主要因素(图2)。

MPs与Cd的共污染现象普遍，尤其在工业活跃和塑料消费高的区域。研究表明，MPs与Cd等重金属在沉积物和土壤中共同存在，对环境及生态构成显著影响。北洛河、中国中部及成都的研究均显示MPs与重金属的紧密关联，表明MPs作为污染物载体，促进重金属迁移，加剧土壤退化。全球调查也揭示城市绿地与自然区土壤普遍受金属与MPs共污染，强调污染物在陆地生态系统中的广泛分布及协同作用(图3)。

2、土壤中MPs和Cd相互作用的潜在机制：

MPs与Cd共存显著影响土壤中Cd的生物有效性，这是土壤-植物系统中Cd吸收和转运的关键。meta分析显示，MPs使土壤中Cd生物有效性平均增加6.9%（1.5%-12.3%）（图4）。

图4  图4. MPs对土壤中Cd生物有效性（a）、植物地上部生物量（b）和地上部Cd积累（c）的个体效应值。MPs和可降解MPs对土壤中Cd生物有效性（d）、植物地上部生物量（e）和地上部Cd积累（f）的总体影响。不同MPs大小对土壤中Cd生物有效性（g）、植物地上部生物量（h）和地上部Cd积累（i）的影响。

注：CMP，常规MPs；BMP，可生物降解的MPs。L，低尺寸MPs（≤50 μm）；M，中等粒径MPs（50-500 μM）；H，大尺寸MPs（≥500 μm）。

图5  土壤中MP和Cd相互作用机制示意图。

图6  MPs和Cd对植物生长、Cd积累和植物生理的影响。

图7  MPs和Cd通过食物链进入人体，对人体健康构成威胁。

图8  MPs和Cd共同暴露引起的组织损伤图像。