我校向仰州教授团队在土壤微塑料污染与磷循环研究方面取得新进展

本网讯 近日，我校地理与资源学院向仰州教授团队联合国内外多家科研机构，在环境科学与生态学领域国际权威期刊《Water Research》在线发表了题为“Microplastics alter soil phosphatase activity and phosphorus mobilization: A global meta-analysis integrated with machine learning”的研究论文。《Water Research》是中国科学院期刊分区一区TOP期刊、自然指数（Nature Index）来源期刊，最新影响因子12.8。这是该团队围绕土壤微塑料环境效应在自然指数期刊发表的第4篇系列论文，标志着团队在微塑料影响土壤碳、氮、磷循环及养分有效性方面已形成较为系统的研究体系。

微塑料可通过污泥及生物固体农用、再生水灌溉、农膜残留降解与大气沉降等途径进入农业土壤，并可能经由径流和淋溶过程进一步影响地表水与地下水环境。土壤磷酸酶是有机磷矿化与有效磷生成的关键生物催化剂，其活性变化直接关系到土壤磷素的供应、迁移及潜在流失风险。然而，微塑料对土壤酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的全球尺度影响、主导驱动因子及非线性剂量—效应关系，目前仍缺乏系统认识。

针对上述问题，研究团队系统整合了全球171项相关研究成果，涵盖866个酸性磷酸酶观测值和688个碱性磷酸酶观测值。在传统荟萃分析的基础上，研究进一步构建了由XGBoost、LightGBM和随机森林组成的堆叠集成机器学习模型，并结合SHAP值分析与累积局部效应（ALE）分析，对微塑料影响土壤磷酸酶活性的主导因子、交互作用及非线性剂量—效应关系进行了系统解析。

研究结果表明，微塑料总体上使土壤酸性磷酸酶活性显著提高9.89%；相比之下，碱性磷酸酶活性的变化未达到显著水平，但其响应表现出明显的环境依赖性。机器学习分析进一步显示，初始土壤pH是影响酸性磷酸酶响应的首要驱动因子，而土壤黏粒含量是调控碱性磷酸酶响应的关键因子；在黏粒含量较高的土壤中，碱性磷酸酶活性受抑制的趋势最为明显。上述结果表明，两类磷酸酶对微塑料的响应受到不同土壤因子的调控，其环境敏感区域亦存在差异。

研究还揭示了微塑料属性、土壤性质与试验条件之间复杂的交互作用：微塑料类型、老化状态、暴露时间与添加浓度，以及土壤pH和黏粒含量等因素，共同决定了磷酸酶活性响应的方向与幅度。这提示在评估微塑料的土壤生态风险时，应充分考虑不同土壤类型与环境条件下的情境依赖性及潜在阈值效应。

该研究从全球尺度阐明了微塑料影响土壤磷酸酶活性与磷素活化的差异化机制，将微塑料污染研究由土壤内部生物地球化学过程拓展至“土壤—水体”连续体。研究结果可为识别微塑料污染条件下土壤磷素活化与流失的敏感区域、评估农业土壤向水体输出磷素的潜在风险，以及制定具有土壤类型针对性的微塑料污染管理措施提供科学依据。

论文第一作者为我校地理与资源学院向仰州教授，我校地理与资源学院罗绪强教授与芬兰自然资源研究所（Luke）李渊研究员为共同通讯作者。合作作者包括西班牙国家研究委员会（CSIC）Josep Peñuelas教授、德国柏林自由大学Matthias C. Rillig教授、中国林业科学研究院姚斌研究员，以及我校刘英博士研究生和罗洋副教授。

基于荟萃分析与机器学习整合方法构建的微塑料影响土壤磷酸酶活性概念框架图

附：团队在自然指数期刊发表的系列研究成果

［1］Xiang Y., Rillig M.C., Peñuelas J., Sardans J., Liu Y., Yao B., Li Y. Global Responses of Soil Carbon Dynamics to Microplastic Exposure: A Data Synthesis of Laboratory Studies. Environmental Science & Technology, 2024, 58(13): 5821–5831.（微塑料暴露对土壤碳动态的全球效应）

［2］Xiang Y., Rillig M.C., Peñuelas J., Nizzetto L., Sardans J., Long J., Zhang J., Li R., Liu Y., Luo Y., Yao B., Li Y. Global Meta-Analysis Integrated with Machine Learning Assesses Context-Dependent Microplastic Effects on Soil Microbial Biomass Carbon and Nitrogen. Environmental Science & Technology, 2025, 59 (49): 26568–26582.（微塑料对土壤微生物生物量碳、氮的情境依赖性影响）

［3］Xiang Y., Peñuelas J., Rillig M.C., Luo X., Nizzetto L., Akkanen J., Liu Y., Luo Y., Yao B., Li Y. Microplastics deplete soil available nutrients: a global meta-analysis with machine learning reveals critical thresholds and interactive controls. Water Research, 2026, 301: 126056. DOI: 10.1016/j.watres.2026.126056（微塑料对土壤速效养分的消耗及其阈值与交互调控）

［4］Xiang Y., et al. Microplastics alter soil phosphatase activity and phosphorus mobilization: A global meta-analysis integrated with machine learning. Water Research, 2026, 308: 126840. DOI: 10.1016/j.watres.2026.126840（本次发表论文）

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135426007372

文/图 向仰州 一审/王朋辉 二审/王万强 三审/罗绪强