中国吉林中部黑土区重金属污染源解析与健康风险概率评估的整合方法量化研究

本研究针对中国吉林中部黑土区农业土壤重金属(HMs)污染问题，采用正矩阵分解(PMF)模型和蒙特卡洛模拟(MCS)技术，定量解析了Cr、Ni等8种重金属的污染特征及来源（煤炭燃烧、采矿等4大贡献源），发现儿童致癌风险(TCR>1E-6)显著高于成人，为东北粮仓土壤污染防治提供了科学依据。

　　

东北黑土区被誉为中国粮仓的"熊猫之地"，但密集农业活动导致土壤重金属(HMs)污染日益严重。这些持久性污染物通过食物链迁移，可能引发肾脏损伤、心血管疾病甚至癌症——中国2014年土壤污染调查显示，农田土壤超标率已达19.4%。吉林中部作为"黄金玉米带"核心区，其黑土重金属污染特征与健康风险却缺乏系统研究。中国科学院团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表的研究，首次对该区域Cr、Ni等8种重金属展开多维度解析。

研究团队运用GIS网格布点采集234份土壤样本，通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等技术检测重金属含量。采用地质累积指数(I_geo)和富集因子(EF)评估污染程度，结合正矩阵分解(PMF)模型解析污染源，并创新性地将PMF结果与潜在生态风险指数(RI)、健康风险评价模型(HHRA)及蒙特卡洛模拟(MCS)整合，量化了不同来源对风险的贡献率。

【污染特征】Cr、Ni平均浓度超吉林背景值2.9-4.35倍，49%样点Cr超标，I_geo显示Ni、Cr达中度污染。EF值揭示Ni(5.38)、Cr(3.67)受人为活动显著影响。

【源解析】PMF识别出4大污染源：煤炭燃烧/交通排放/成土母质(24.70%)、化肥农药(24.50%)、采矿活动(27.81%，主要贡献Cr/Ni)、有机肥/成土母质(22.99%)。Bootstrap验证显示模型可靠性>80%。

【生态风险】整体潜在生态风险较低，但Hg和Cd贡献突出，分别有17%和15.4%样点达高风险。空间分布显示高风险区集中于榆树、九台等采矿密集区。

【健康风险】儿童平均致癌风险(TCR=9.30×10^-5)是成人1.9倍，36.4%儿童样本超可接受阈值。非致癌风险(HI)虽低于1，但儿童暴露量是成人23倍。来源归因显示采矿活动(因子3)贡献66.1%致癌风险，其中Ni(54.85%)和Cr(30.17%)是主要致癌因子。

这项研究首次建立了黑土区"污染源-生态/健康风险"的定量关联模型，揭示采矿活动是致癌风险主导因素。研究为东北粮食主产区土壤治理提供了精准靶点——控制采矿排放可同步缓解Ni/Cr污染和健康风险。方法论上，PMF与MCS的整合为环境风险研究提供了新范式，其发现的儿童高风险现象为公共卫生干预提供了关键依据。论文提出的"源导向型风险管控"策略，对全球黑土区可持续发展具有示范意义。