《Frontiers in Environmental Science》：Analysis of microplastics risk assessment research worldwide in the soil ecosystem: a scientometric review
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微塑料污染已成为一个关键的环境问题，其影响从水生系统扩展到土壤生态系统，并对人类健康构成潜在风险。本研究旨在通过科学计量学方法分析全球微塑料风险评估研究的演变。数据通过结构化搜索策略从Scopus数据库收集，并使用VOSviewer、Bibliometrix和
微塑料污染已成为一个关键的环境问题，其影响从水生系统扩展到土壤生态系统，并对人类健康构成潜在风险。本研究旨在通过科学计量学方法分析全球微塑料风险评估研究的演变。数据通过结构化搜索策略从Scopus数据库收集，并使用VOSviewer、Bibliometrix和CiteSpace进行分析，以识别出版趋势、关键词共现网络和主题演化。结果显示，自2020年以来，研究产出显著增加，研究从早期关于微塑料出现的描述性研究（2013–2016年）向机制性和综合风险评估框架（2021–2025年）转变。关键研究集群包括物理化学过程（如多孔介质中的吸附和迁移）、土壤积累和土地利用影响、通过宏基因组学分析的微生物相互作用、影响作物生产力的植物-微塑料相互作用，以及与人类健康暴露相关的新兴问题。此外，广泛使用的指数如污染负荷指数（PLI）、聚合物危害指数（PHI）和潜在生态风险指数（PERI）在风险评估中表现出变异性，突显了方法标准化的缺乏。总体而言，研究人员得出结论，微塑料风险评估已发展成为一个多学科且日益复杂的领域，需要开发标准化、多介质和预测性框架，以支持环境管理和以可持续性为导向的决策。
以下是论文主体部分的内容总结，保留了文章中的小标题，每段内容总结符合小标题，专业术语用英文缩写备注，去掉了引用文献标识和图示标识，字数约1500-2000字。
**1 Introduction**
塑料已成为现代人类活动的重要方面，其应用广泛，包括建筑、食品包装、制药等行业。塑料垃圾通过物理、化学和生物过程（如风化、紫外线辐射、微生物作用）分解成微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）。MPs是直径小于5 mm的颗粒，主要来源于初级微塑料（有意制造的微观尺寸塑料）和次级微塑料（大塑料碎片分解而成）。MPs已在土壤生态系统（包括农业土壤、森林土壤、城市土壤等）中被广泛检测到，其积累可能通过食物摄入、吸入或皮肤接触进入人体，并导致细胞毒性效应。风险评估（RA）是一个综合科学框架，通过定量指数（如污染负荷指数（PLI）、聚合物危害指数（PHI）、潜在生态风险指数（PERI））评估MPs的环境和生态影响。科学计量学（Scientometrics）用于定量分析科学交流，绘制研究趋势、衡量科学产出并检测研究空白。本研究结合科学计量学与系统综述，旨在识别MPs风险评估在土壤环境中的新兴趋势和研究空白，回答两个核心问题：MPs风险评估研究如何随时间演变？推动和限制其发展的主要因素是什么？
**2 Materials and methods**
研究方法遵循PRISMA 2020协议，采用双层混合框架：宏观科学计量学概览与微观系统综述。首先，在Scopus和Web of Science之间进行交叉数据库验证，最终选择Scopus作为主要数据源，因其作者提供关键词的精确性。使用查询语句：KEY (microplastics OR microplastic OR nanoplastic OR nano-plastic OR MPS) AND KEY(SOIL) AND KEY (Risk assessment)，于2026年2月20日检索，获得635条记录。经时间筛选（2014–2025年），排除97篇，最终保留538篇文章用于科学计量学分析。数据被导出为CSV格式，在VOSviewer、Bibliometrix和CiteSpace中生成关键词共现网络、主题聚类、引用模式和时间演化图谱。随后，对同一数据集进行高度选择性系统综述，根据严格标准（聚焦陆地土壤、包含环境风险评估计算）筛选出8篇研究，进行详细定性分析。科学计量学分析分为三个时期：Period I（2014–2019）、Period II（2020–2022）、Period III（2023–2025）。
**3 Results**
**3.1 General aspects and keyword analysis**
图2显示2014–2025年出版物的时间分布。Period I（2014–2019）出版物数量低且不规则，处于研究萌芽阶段；Period II（2020–2022）适度增长；Period III（2023–2025）显著扩张，达到最高出版量。平均总引用次数随时间波动，早期研究（2016、2018年）有峰值，近期下降。表1列出最具影响力的出版物，Alimi（2018）总引用次数最高（2,313次），Zhang（2021）和Guo（2020）年引用率较高。
**3.1.1 Periods and keywords analysis**
VOSviewer的密度可视化显示关键字演化：Period I（2014–2019）中，MPs概念为宽泛节点；Period II（2020–2022）中，微纳米塑料作为独立研究主题出现，与环境监测和毒性相关；Period III（2023–2025）中，主题高度集中，包括聚合物特异性研究、吸附机制、重金属和土壤微生物相互作用。CiteSpace的聚类网络（图4）显示模块化值（Q = 0.54）和轮廓分数（S = 0.70），表明研究领域成熟。核心聚类#0（“多孔介质”）代表物理化学过程；#1（“长期土壤”）和#11（“土地利用”）关注土壤积累；#2（“宏基因组分析”）整合分子工具；#4（“植物生长”）关注植物毒性；#5（“人类细胞”）涉及人类健康风险；#7（“污水处理厂”）和#6（“邻苯二甲酸酯污染”）强调水源作用；#12（“生态风险评估”）整合整体网络。
**3.2 Research trends**
CiteSpace的时间线可视化（图5）显示2014–2025年主题演化。早期（2014–2017）研究集中于微塑料污染、水生环境和风险评估，以描述性监测为主。2018–2020年转向机制性理解，如物理化学、吸附、微生物群落和生物降解。近期（2021–2025）主导聚类包括风险评估、土壤分析、重金属、氧化应激和作物，反映综合生态和人类健康风险框架，使用PLI、PHI、PERI等指数，但结果不一致，缺乏标准化。关键词如纳米塑料、氧化应激、代谢表明对毒理学和生物学效应的兴趣增加。VOSviewer三个时期的关键词共现网络（图6）显示：Period I网络简单，7个聚类，围绕“微塑料”，关注环境发生和表征；Period II网络更密集，主题多样化，包括纳米塑料、氧化应激、吸附、运输等；Period III网络最复杂，16个聚类，涵盖生态毒理学、农业、微生物群落、修复技术等，表明领域成熟和专业化。
**3.3 Drivers and limitations**
MPs在土壤中来源包括塑料覆盖、污泥施用、废水灌溉、轮胎磨损和大气沉降。风险评估（RA）框架落后于水生环境，主要限制包括缺乏标准化方法、MPs异质性、生态毒理学数据不足，以及传统化学污染物模型不适用。技术驱动因素包括FTIR、拉曼光谱、热解-GC/MS、AI辅助图像分析，但暴露了纳米塑料和风化颗粒识别的方法空白。农业和环境驱动因素包括农业塑料、生物降解薄膜、污泥改良剂、再生废水，使土壤成为MPs汇。气候和土壤性质影响MPs迁移。监管和社会经济驱动因素包括国际对食品安全、土壤健康、循环经济的关注，以及联合国环境规划署（UNEP）塑料条约谈判，强调标准化法规和风险评估的必要性。
**4 Discussion**
科学计量学研究表明MPs研究自2010年代中期快速演变，从描述性污染转向综合环境风险框架。关键词共现网络（图4）中的聚类直接对应文献里程碑：聚类#0（多孔介质）代表MPs环境命运的基本物理化学过程，如吸附和迁移；聚类#1和#11（长期土壤和土地利用）关注农业土壤作为主要汇，MPs改变土壤生物物理结构；聚类#2（宏基因组分析）表明高分辨率分子工具整合，MPs改变微生物群落和代谢，加速抗生素抗性基因（ARGs）水平转移；聚类#4（植物生长）关注植物毒性，MPs抑制种子萌发、根系发育和养分吸收；聚类#5（人类细胞）显示MPs在人体血液和胎盘中被检测到，标志从环境污染物向人类健康危害的转变；聚类#7（污水处理厂）强调污水处理厂（WWTPs）作为MPs源，虽去除效率高，但绝对排放量大；聚类#12（生态风险评估）作为方法桥接，提出概率性风险评估方法。三个时期演化：Period I（2013–2016）聚焦MPs出现和来源；Period II（2017–2019）转向特定环境与生物影响，如MPs与重金属相互作用；Period III（2019–2021）整合多维模型，考虑协同效应和土壤-植物系统迁移；近期（2021年后）采用预测模型、机器学习评估MPs分布和风险。表2综述了全球土壤MPs风险评估研究，显示PLI、PERI、PHI等指数存在空间异质性和方法不一致性。表3深入分析了这些指数在粒子大小、形状和老化影响下的数学假设失败，例如污染负荷指数（PLI）假设线性质量-风险关系，但忽略小粒子高表面积-体积比导致的非线性毒性；聚合物危害指数（PHI）忽略纳米尺度下低危害聚合物（如PE）的细胞毒性；潜在生态风险指数（PERI）未能区分形状引起的物理磨损。
**5 Conclusion**
本研究提供了全球土壤生态系统微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）风险评估的定量和结构综合。科学产出经历了三个演化阶段：Period I（2014–2019）初始阶段，Period II（2020–2022）中度增长（121篇），Period III（2023–2025）指数扩张（392篇，2025年162篇）。高引用研究达2,313次总引用，确认从基线描述性监测向专业化机制框架的转变。共现聚类验证了微塑料风险评估已转变为高度跨学科网络，模块化值（Q=0.54）和轮廓分数（S=0.70），核心前沿包括多孔介质中的迁移动力学、长期多土地利用土壤积累、宏基因组追踪土壤微生物和ARGs、作物植物毒性影响农业生产力，以及人类细胞靶系统风险。系统综述子集（8篇）的关键元结果指出，定量风险指数（PLI、PHI/H、PERI/RI）在应用于相同现场数据时存在操作差异和冲突风险分类。传统静态模型未能捕捉颗粒塑料的物理动力学，因为它们依赖为均匀化学污染物优化的遗留假设：粒子大小变化（纳米尺度增加表面积-体积比，导致植物根系统主动迁移和细胞毒性）、形态影响（纤维和锋利碎片造成物理磨损，添加剂浸出率依赖几何形状）、环境老化（光降解增加粒子计数，表面氧化改变危害等级，微裂纹增加吸附能力）。未来风险评估框架必须从静态化学污染物方程转向动态多介质模型，整合机器学习算法、形态变量（大小、形状、羰基老化指数）和生命周期评估（LCA）以标准化国际协议，保护农业土壤健康，支持全球塑料条约法规。定性综合揭示了陆地汇与水文地质系统之间的关键环境联系，表明土壤基质通常呈现中等生态风险，但塑料颗粒向下迁移进入地下水环境常形成高风险污染热点，需要优先监测和缓解。研究人员必须克服数据空白和方法限制，向标准化、多介质预测性框架过渡，整合机器学习、LCA和形态特征，以加强可持续农业、食品安全和循环经济战略。
