近日，中国科学院生态环境研究中心朱永官研究员联合中国科学院城市环境研究所和德国柏林自由大学研究人员，应邀在国际顶尖期刊《Nature Reviews Microbiology》发表题为“Impacts of pollution on the soil microbiome”的综述论文。该综述系统梳理了重金属、农药、抗生素、（微）塑料、全氟和多氟烷基物质（PFAS）及纳米材料等污染物影响土壤微生物组的生态与进化机制，阐明其对养分循环、植物生长、生态系统稳定性和人类健康的潜在影响，并提出以微生物组为核心的污染监测、风险评估和生态修复的技术路径。
土壤微生物组是陆地生态系统的重要组成部分，驱动碳、氮、磷和硫等元素循环，并参与有机碳稳定、土壤结构形成、植物养分获取和生态系统恢复等。然而，工业生产、农业集约化、城市扩张和废弃物排放持续向土壤输入种类繁多的污染物。与传统的单一污染不同，目前土壤污染通常表现为多种化学、物理和生物污染因子长期共存，并可能产生叠加、协同或拮抗效应。因此土壤并非被动汇集污染物的终点，而是不断储存、转化和释放污染物的动态生物地球化学反应器。
文章构建了“污染来源—土壤环境变化—微生物组响应—生态与健康效应”的概念框架。工业活动、农业生产和城市化过程产生的污染物进入土壤后，可改变土壤酸碱度、氧化还原状态、孔隙结构和水分条件，进而沿三个相互关联的方向影响土壤微生物组：一是筛选耐受型或代谢特化型微生物，推动群落组成和进化过程的改变；二是使微生物将更多能量用于胁迫防御和解毒，削弱其对碳、氮和磷等循环的贡献；三是通过土壤—植物—动物—人类连续体，引发生物多样性减少、作物产量下降、食物安全风险和抗生素耐药性传播等连锁效应。
文章进一步指出，土壤微生物组并非污染作用下的被动受害者，也是介导污染物迁移转化及生态健康效应的关键参与者。污染物可通过氧化胁迫、DNA和细胞膜损伤等直接影响微生物，也可通过改变土壤结构、根系分泌物和植物—微生物互作产生间接影响。长期选择压力还会促进微生物代谢重编程、生物膜形成以及抗性和毒力相关基因的水平转移，使群落逐渐由敏感型和功能多样的微生物组合，转变为耐受型微生物占优势、功能冗余降低和营养级网络简化的状态。这些变化可能形成持久的人类世“微生物足迹”，即使污染减轻，部分生态效应仍可能长期保留。
“解铃还需系铃人”，土壤微生物组可为污染治理提供了新的方法和技术。与部分传统理化指标相比，微生物群落、功能基因及活性微生物类群能够更灵敏地反映生态系统受到的胁迫。研究团队提出，未来应推动土壤污染研究由单一污染物毒理学转向系统层面的复合污染研究，综合考虑污染物之间的相互作用、长期生态影响轨迹和修复后的遗留效应。通过整合多组学、单细胞技术、稳定同位素示踪、人工智能和生态模型等方法，可识别真正参与污染物转化的活性微生物，构建土壤健康预警指标，并预测生态系统发生不可逆功能损伤的临界点。
未来，可进一步通过定向激活本土功能微生物、构建具有代谢互补性的合成微生物群落，以及优化农业和废弃物管理方式，提升污染土壤的生态恢复能力。但微生物组干预措施进入真实环境后，会与本土微生物群落发生复杂互作，其生态稳定性和潜在风险仍需系统评估。文章强调，将土壤微生物组纳入“同一健康”和“星球健康”监测与治理体系，对于保障农业生产、维护生态系统服务、控制抗生素耐药性传播以及保护人类健康具有重要意义。
研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目支持。
图 人类活动引起的污染通过改变土壤理化环境，驱动土壤微生物群落组成、进化与代谢功能变化，并沿土壤—植物—动物—人类连续体引发生态系统和潜在健康风险
论文连接：https://doi.org/10.1038/s41579-026-01350-7
土壤环境科学与技术实验室
2026年8月2日