纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级的材料。与传统材料相比，纳米材料具有巨大的比表面积、高反应活性、结构特殊、光电性能优越，因此被广泛应用于化学催化、能源、医疗健康、农业以及环境保护等领域。研究表明，每年有多达30万吨纳米材料释放到环境中，其中土壤是纳米材料释放主要的汇。土壤微生物组在调节和维持多种土壤功能方面发挥着至关重要的作用，微生物多样性和功能被广泛认为是维持土壤健康的关键因素。大量研究调查了纳米材料对土壤微生物的生态毒理效应，但仍未达成共识甚至相互矛盾。此外，目前尚缺乏系统预测纳米材料微生物生态效应的模型和方法。
针对以上科学问题，南京土壤研究所骆永明研究员团队滕应课题组从Web of Science数据库中搜集了2000年~2023年107份出版物中的2134个数据对，利用全球meta分析手段全面评估了纳米材料对土壤微生物组的影响，并开发了基于机器学习预测纳米材料的土壤微生物生态效应的方法，确定了影响纳米材料土壤微生物生态效应的关键因素。
研究结果表明，纳米材料对土壤微生物多样性、生物量、活性和功能均存在显著的负面影响。纳米材料对真菌多样性的影响大于对细菌的影响。与碳纳米材料相比，金属纳米材料对土壤微生物的负面效应更为显著，其中银纳米材料的抑制效应最大。纳米银对微生物功能的负面影响明显大于微米银和Ag+，纳米效应在其中起着关键作用。这些抑制效应主要与纳米材料的类型、粒径和暴露剂量有关。开发的两个机器学习模型在评估纳米材料的土壤微生物生态效应方面均达到了可接受的预测精度，并提出了实现精准预测的具体途径和方法。该研究为评估土壤环境中纳米材料的生态风险提供了有效方法，也为纳米材料在土壤环境中的合理施用提供了科学依据。
以上研究成果发表在Soil Biology & Biochemistry上。该成果得到了国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071723003103
纳米材料对土壤微生物组的生态效应作用机制
