《Soil & Environmental Health》：Urban garden soils and vegetables as vectors of potentially toxic elements across Bratislava: Citywide distribution, sources, and health implications
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本研究针对城市农业中土壤金属(loid)污染这一全球性问题，以斯洛伐克布拉迪斯拉发为案例，开展了城市菜园土壤和自产蔬菜中18种金属(loid)的城市尺度评估。研究人员通过系统采样、化学分析和多元统计，揭示了Cd、Cu、Pb、Sb、Zn等人为源元素的空间分布受城市历史与园艺实践显著影响，而Al、Ba、Be、Li等则主要受地质背景控制。健康风险评价表明，通过蔬菜摄入和土壤无意摄入途径带来的非致癌和致癌风险均可忽略，为在中欧中等城市安全发展都市农业提供了科学依据。
在城市中开辟一方菜园，种植瓜果蔬菜，正成为越来越多都市人的选择。这不仅能为餐桌提供新鲜食材，更能带来身心愉悦和社区归属感。然而，隐藏在田园诗意之下的，可能是土壤中长期累积的潜在有毒元素（Potentially Toxic Elements, PTEs）带来的健康隐忧。这些金属和类金属元素来自工业历史、交通排放、乃至含铜杀菌剂的长期使用，它们会在土壤中持久存在，并可能被农作物吸收，最终通过食物链进入人体。尤其是在拥有复杂工业化历史和独特城市发展轨迹的中欧城市，这种风险是否被低估？在布拉迪斯拉发这样一座正在经历转型的典型中欧城市里，市民们收获的番茄、胡萝卜是否安全？自家后院耕种的土壤，是健康的基石还是潜在的威胁？
为了回答这些问题，由埃德加·希勒（Edgar Hiller）领导的研究团队在《Soil》杂志上发表了一项开创性研究，对布拉迪斯拉发全市范围内的城市菜园（Urban Gardens, UGs）进行了一次全面的“体检”。研究团队深入全市151个家庭菜园和分配菜园，系统采集了385份土壤样本和93份蔬菜样本，分析了包括铝(Al)、砷(As)、钡(Ba)、铍(Be)、镉(Cd)等在内的18种金属(loid)的含量。这不仅包括常被关注的Cd、Pb、Zn等“常规”污染物，还特别将锂(Li)、锑(Sb)等新兴关切元素纳入视野。研究旨在绘制城市菜园土壤污染的“地图”，追溯污染来源，并最终评估通过食用自产蔬菜和无意中摄入土壤所带来的健康风险，为布拉迪斯拉发乃至类似城市的可持续城市农业提供科学证据和安全指南。
研究人员综合运用了多种关键技术方法。研究核心是基于城市尺度的系统采样策略，覆盖了151个菜园（117个家庭菜园和34个分配菜园），确保了样本的空间代表性。所有样本（385份土壤样本和93份蔬菜样本）均采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行高精度的金属(loid)全量分析。为了甄别污染来源，研究采用了富集因子（Enrichment Factor, EF）计算、相关性分析（CA）、主成分分析（PCA）和正矩阵因子分解（PMF）等多种多元统计方法进行源解析。健康风险评价则采用概率性方法（蒙特卡洛模拟），分别计算了经蔬菜摄入和土壤直接摄入途径的非致癌风险（危害商HQ和危害指数HI）和致癌风险（Cancer Risk, CR）。
3.1. 菜园基本情况
研究涵盖了布拉迪斯拉发各种类型的城市菜园，其年龄跨度从3年到超过100年，反映了不同的土地利用历史。约27%的菜园包含葡萄园地块，30%的菜园除了地面菜畦外还使用了抬升式种植床（raised beds）进行蔬菜栽培。
3.2. UG土壤中金属(loid)浓度的描述性统计与土壤富集
土壤金属(loid)浓度表现出显著的空间异质性。Cd、Cu、Pb、Sb和Zn的变异系数（CV）均高于60%，表明其受人为活动影响显著。富集因子（EF）分析显示，Cd、Cu、Pb、Sb和Zn普遍呈现中度富集（EF介于2-5），部分样点甚至出现高度富集。与加拿大土壤质量指南（SQGs）对比，Cu（约10%的样本超标）和Zn（8.6%超标）是超标相对较多的元素。
3.3. 影响UG土壤中金属(loid)浓度的因素
栽培方式和历史是重要影响因素。抬升式种植床中大多数金属(loid)的浓度显著低于地面菜畦土壤。葡萄园土壤因历史上使用含铜杀菌剂，其Cu浓度是普通蔬菜地土壤中位值的两倍。此外，菜园年龄越老、距离城市历史核心区（1946年前边界）越近，土壤中Cd、Cu、Pb、Sb和Zn的浓度越高，指示了遗留的人为输入。地质背景则控制了Al、Ba、Be、Li等元素的分布，发育于花岗岩类基岩上的土壤其Be和Li浓度显著更高。
3.4. 多元统计
3.4.1. 相关性分析（CA）与层次聚类
金属(loid)间相关性分析将其分为三组：第一组（Co、V、Cr、Ni、Fe、Ti）可能主要反映自然成土过程；第二组（Al、Be、Li）与地质背景相关；第三组（Cd、Cu、Pb、Sb、Zn）则具有强烈的人为源特征。
3.4.2. 主成分分析（PCA）与正矩阵因子分解（PMF）
PCA和PMF分析结果高度一致，共同识别出四个主要来源因子：因子1（交通/工业排放源），以Zn、Pb、Cd、Sb为主；因子2（葡萄园遗留铜源），主要由Cu贡献；因子3（花岗岩类贡献源），主导元素为Al、Ba、Be、Li；因子4（自然源），包含As、Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Sr、Ti、V等，主要受母质控制。
3.5. 蔬菜中的金属(loid)浓度及影响因素
蔬菜中金属(loid)浓度普遍较低。 regulated elements（Cd、Ni、Pb）在所有蔬菜样品中的浓度均低于欧盟规定的最大允许限量。根据生物富集因子（BCF），Cd、Cu、Zn最易被蔬菜吸收，而Al、Be、Pb、Ti、V的生物有效性极低。总体上，食用这些自产蔬菜带来的健康风险可忽略。
3.6. 人体健康风险评价
概率性健康风险评价表明，无论是对于儿童还是成人，通过食用自产蔬菜和无意中摄入土壤途径所暴露的金属(loid)，其非致癌风险（总危害指数HItotal）均远低于安全阈值（1.0）。致癌风险（CRtotal）也远低于10–4的可接受风险水平。在非致癌风险中，Li和As是主要贡献元素。致癌风险几乎全部由As贡献。值得注意的是，蔬菜摄入是主要的暴露途径，贡献了总风险的85%以上。
研究结论明确指出，尽管布拉迪斯拉发部分城市菜园土壤存在一定程度的重金属富集，特别是与历史交通、工业活动及农业实践（如使用含铜杀菌剂）相关的Cd、Cu、Pb、Sb、Zn等元素，但通过土壤-蔬菜系统迁移并最终被人体摄入的量非常有限，不会对市民的健康构成可察觉的非致癌或致癌风险。这为在城市中安全地进行园艺活动提供了重要的科学 reassurance。研究还证实，使用抬升式种植床并填充清洁土壤是降低暴露的有效管理措施。
这项研究首次对一座中欧中等城市的城市菜园土壤-蔬菜系统进行了全面的金属(loid)污染评估与健康风险评价，填补了该地区的研究空白。其研究成果不仅对布拉迪斯拉发制定相关的公共健康政策和城市农业管理指南具有直接参考价值，其研究范式和方法也为具有相似发展背景的其他城市提供了重要借鉴。它表明，在科学指导和适当预防措施下，城市农业可以是一种安全、可持续且有益健康的城市生活方式。未来研究可进一步关注新兴污染物（如Li）、污染物在土壤-植物系统中的生物可给性（bioaccessibility），以及通过“公民科学”方式扩大监测范围，从而更精细化地评估和管理风险。
