城市化进程中新旧城区土壤重金属污染差异及健康风险源解析

本研究针对城市化进程中土壤重金属污染的空间分异问题，以中国西南部玉溪市为核心区，通过对比2000年前（旧城区）、2000-2010年（老龄化城区）、2010-2020年（新城区）及非城区土壤样本，结合PMF（正矩阵分解）和RF（随机森林）模型解析污染源，发现Hg和Cd为主要污染物，采矿（2 km半径）与交通是主要贡献源。研究创新性揭示Zn、As、Ni虽浓度较低但健康风险更高，儿童面临非致癌风险，成人及儿童均存在致癌风险预警，为城市差异化治理提供科学依据。

　　

随着中国城市化率突破60%，土壤重金属污染成为"看不见的城市伤疤"。玉溪市作为典型山地城市，受地形限制呈南北向扩张，新旧城区交错分布，但既往研究多聚焦工业化城市或城乡梯度差异，忽视了城区内部因建设年代差异导致的污染分异。更棘手的是，重金属如镉(Cd)和汞(Hg)无法通过水淋洗或微生物降解，会通过"手-口行为"等途径威胁儿童健康，而传统研究难以精准锁定污染源贡献率。

云南大学联合团队在《Ecological Frontiers》发表研究，首次构建"时空双维度"分析框架。研究人员采集玉溪核心区1004 km²
内不同年代城区的土壤样本，结合地累积指数(I_geo
)、潜在生态风险指数(RI)和健康风险模型(HRA)，并创新性运用正矩阵分解(PMF)与随机森林(RF)耦合技术进行源解析。关键技术包括：1）基于城区建设年代划分空间单元；2）PMF-RF联合源解析；3）蒙特卡洛模拟量化健康风险不确定性。

【分布特征】旧城区Hg、Cd超标最严重，分别达背景值3.2倍和2.8倍，变异系数>61%，显示人为活动主导。新城区虽浓度较低，但Zn、As通过大气沉降形成"低浓度-高风险"特征。

【污染源解析】PMF识别出4个主要来源：采矿活动（贡献率38.7%，主导Cd、Hg污染）、交通排放（28.3%，含轮胎磨损产生的Zn）、工业沉积（19.5%）及自然源（13.5%）。RF模型进一步验证2 km半径内采矿区的关键影响。

【健康风险】致癌风险(CR)值达4.7×10^-4
（成人）和1.2×10^-3
（儿童），超过USEPA警戒线(1×10^-4
)。值得注意的是，As虽仅占污染负荷12%，却贡献了43%的致癌风险，这与传统以浓度为导向的治理策略形成反差。

研究结论颠覆了"高浓度=高风险"的认知范式，揭示城市更新过程中污染特征的动态演变：旧城区受历史遗留采矿影响显著，而新城区交通源风险凸显。通过建立"源-暴露-风险"链条，提出优先控制As、Zn等隐性高风险污染物，并为山地城市空间规划提供科学依据——建议采矿缓冲区扩大至3 km，并在幼儿园等敏感区域实施土壤钝化措施。该成果为《土壤污染防治行动计划》提供了精准治理的范例，其"时空溯源"方法可推广至同类型城市。