在过去的几十年里，气候变化加剧了永久冻土退化，这可能导致冻土中的某些有害物质释放，进入水生环境。其中，具有持久性、迁移性毒害化学物质（简称 PMT），以及具有高持久性和高迁移性化学物质（简称 vPvM）倍受关注。季节性温度变化以及全球变暖引起的永久冻土融化可能会打开新的水文通道并改变水文连通性，从而导致这些 PMT/vPvM 物质在地下水中的释放和扩散。
目前，PMT/vPvM物质的识别高度依赖于高质量的实验数据。然而，许多化学物质仍缺乏可靠的实验数据，这阻碍了PMT/vPvM物质的快速识别与筛查。先进环境装备与污染防治技术全国重点实验室博士生韩民在导师金彪研究员的指导下针对冻土活动层中污染物PMT属性不清，来源不明等问题，整合近期相关文献数据构建了含542种化合物的筛查清单，采用标准数据评判与机器学习融合的方法（图1），识别出185种PMT/vPvM物质（占比约34.1%），其中69%的物质为天然来源或未知来源（图2）。
为了探索冻土活动层中PMT/vPvM物质的分子特征，计算了PMT/vPvM物质的分子指纹。结果表明在冻土活动层中的PMT/vPvM物质的分子结构特征包括，卤素、环、甲基、分支、氧原子和芳香结构。基于沙普利加性解释（SHAP）方法提取的PMT/vPvM物质共同特征（图3）表明辛醇-水分配系数是影响冻土活动层中PMT/vPvM物质预测的最重要的特征。另外，天然 PMT/vPvM 物质显示出更高比例的溴原子、芳香结构以及碳氧键，而人工合成的 PMT/vPvM 物质氟原子、支链结构和杂原子占比更高。
该项成果近期发表在《Environmental Science & Technology Letters》期刊。项目获广东省基础与应用基础研究重大项目（2023B0303000007）以及中国科学院国际伙伴计划（164GJHZ2023069FN）的联合资助。
论文信息：Han Min (韩民), Jin Biao* (金彪)，Hans Peter H. Arp*. The active soil layer of thawing permafrost is an emergent source for organic substances of concern to water resources. Environmental Science & Technology Letters 2025, 12, 558-566. DOI: 10.1021/acs.estlett.5c00275.
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.estlett.5c00275
图1 PMT/vPvM筛查方法及流程
图2 永久冻土活动层土壤中检测到的化合物PMT/vPvM属性评估。(a) 目标化合物PMT属性分类。(b) PMT/vPvM物质的结构及来源分类。(c) 浓度最高的10个PMT/vPvM物质的分子结构。
图3基于SHAP方法对模型预测结果 (a)模型解释全局解释图，(b) SHAP依赖性图，显示了LOGPcons与其SHAP值的关系，(c)LOGPcons与AVS_B(m)的SHAP交互值图，(d)合成化合物预测的全局解释图，(e)天然/未知来源化合物预测的全局解释图。
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