全球母乳中持久性有机污染物（POPs）暴露模式的多维指纹图谱解析：基于UMAP的时空与经济因素关联研究

本研究针对全球母乳中持久性有机污染物（POPs）暴露评估的复杂性，采用Uniform Manifold Approximation and Projection（UMAP）多维降维技术，首次系统解析了POPs的组成指纹特征。研究发现不同地域、经济水平国家存在显著暴露差异：低收入地区以DDT为主，高收入地区以PCB6为主导。该方法突破了传统单变量分析的局限，为《斯德哥尔摩公约》的履约评估提供了创新技术框架，对全球污染物健康风险管控具有重要指导意义。

　　

在全球环境治理领域，持久性有机污染物（POPs）因其持久性、生物累积性和毒性特征，已成为国际社会关注的重大环境健康问题。母乳作为评估人体POPs暴露的关键生物基质，不仅能够反映母体负荷，更直接关系到母乳喂养婴儿的健康风险。然而传统研究多局限于单一污染物的浓度分析，难以揭示复杂污染物组合的暴露模式及其背后的驱动因素。

为突破这一局限，Mike Dereviankin等研究者在《Journal of Hazardous Materials》发表了创新性研究，通过应用Uniform Manifold Approximation and Projection（UMAP）多维降维算法，对全球189个国家母乳样本中23种POPs的组成特征进行系统性解析。该研究首次从地理空间、时间演变和经济水平三个维度，揭示了POPs暴露指纹的全球分布规律，为国际公约的履约评估提供了数据驱动的科学依据。

研究采用多源数据整合策略，样本涵盖1987-2019年间来自联合国五大区域（非洲、亚太、中东欧、拉美加勒比地区、西欧及其他国家）的189个国家混合池。关键技术创新包括：采用多重插补法（MICE）和贝叶斯乘法替换处理低于检测限的数据；通过UMAP算法优化参数（n_neighbors=5-50, min_dist=0.01-0.5）实现高维数据可视化；结合世界银行收入分类和人口密度等社会经济参数进行多维关联分析。

3.1. 估算完整数据集的评估

通过数据质控排除5种检出率低的POPs后，构建189×23的数据矩阵。插补验证显示估算值均未超过实测值范围，特别是二噁英类化合物（TEQ_PCDD, TEQ_PCDF）和指示性多氯联苯（PCB₆）几乎全部为实测数据，保证了历史数据重建的可靠性。

3.2. 实测数据的评估

Spearman相关性分析发现仅有少数POPs间存在强相关性（ρ>0.75），如硫丹与α-六六六（0.91）、TEQ_PCB与PCB₆（0.86）等。时间趋势分析显示二噁英类化合物与采样年份呈显著负相关，证实早期样本污染程度更高。值得注意的是短链氯化石蜡（SCCP）呈现微弱上升趋势，提示新兴污染物的潜在风险。

3.3. POP指纹评估：地理空间分层

UMAP可视化清晰显示出地域聚类特征：非洲和亚洲样本因DDT主导的指纹特征聚集于图谱上部，总浓度较高；中东欧和西欧国家样本则以PCB₆为主导聚集于左下角；右下角出现以短链氯化石蜡（SCCP）与DDT共存的独特指纹，主要来自非洲、亚洲和拉美地区。中部"混合区域"则显示了β-六六六与DDT共存的过渡特征。

3.4. POP指纹评估：时间分层

时间梯度可视化显示2001年前样本集中形成独立节点，以PCB₆为主导的指纹特征。这一时间节点与《斯德哥尔摩公约》的签署及监测范围的扩展高度吻合，表明政策干预对POPs组成特征产生了结构性影响。

3.5. POP指纹评估：财富分层

经济 stratification 分析揭示出清晰的收入梯度：最低收入国家（1_L）集中在高浓度DDT主导区域；中等收入国家（2_LM, 3_UM）呈现SCCP与DDT共存特征；高收入国家则表现为PCB₆主导的低浓度模式。这种经济梯度现象揭示了全球POPs暴露的不平等性。

研究结论表明，UMAP方法能有效识别POPs指纹的地理、时间和经济 stratification特征。低收入地区特别是非洲和亚洲国家仍面临传统POPs的较高暴露风险，而高收入地区则呈现出不同的污染物组成模式。2001年左右出现的时间节点反映了全球治理措施的效果，但经济差异导致的暴露不平等仍需关注。

该研究的重要意义在于首次将多维降维技术系统应用于全球尺度POPs暴露评估，突破了传统单变量分析的局限。所建立的指纹识别方法不仅为《斯德哥尔摩公约》的履约评估提供了新技术手段，更为全球环境健康风险的精准管控提供了科学依据。特别是对母乳喂养婴儿这一脆弱群体的保护，以及全球污染物治理资源的优化配置具有重要实践价值。未来可将该方法拓展至新兴污染物监测和长期趋势预测领域，进一步完善全球环境健康风险评估体系。