新型可持续城市交通规划对城市灰尘质量的影响：以穆尔西亚市（西班牙东南部）为例

《Urban Science》：Impact of the New Sustainable Urban Mobility Plan on the Quality of Urban Dust: The Case of the City of Murcia (SE Spain)

　　

2023年，穆尔西亚实施了一项新的可持续城市交通规划（Sustainable Urban Mobility Plan），强调步行化、公共交通隔离以及减少城市内私家车交通。因此，本研究旨在通过比较规划实施前（2016年）与实施后（2025年）收集的数据，评估城市灰尘中的重金属污染。研究人员在两个研究期间对84个地点进行了系统采样。采用电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS）对元素浓度进行定量。使用K-means算法识别数据聚类。分析显示，地球化学特征发生了明显变化，主要元素丰度从2016年的Fe > Zn > Mn > Pb > Cu > Cr变为2025年的Fe > Zn > Mn > Cu > Cr > Pb。穆尔西亚交通规划实施后，Pb和Mn浓度下降，而As水平在2016年至2025年间有所上升。儿童面临As暴露风险，As被确定为最值得关注的污染物。2023年实施的穆尔西亚交通规划产生了显著且多方面的影响。它导致传统金属污染物减少，同时凸显了砷（As）等新型污染物的出现。

**论文解读：新型可持续城市交通规划对城市灰尘质量的影响——以穆尔西亚市为例**

**研究背景**
城市空气污染是21世纪重大的公共卫生挑战。世界卫生组织（WHO）指南指出，慢性暴露于颗粒物（particulate matter, PM）和交通相关污染物显著增加全球过早死亡率。在欧洲城市，尽管法规已成功减少尾气排放（如CO₂和NO_x），但道路运输仍通过非尾气排放（刹车磨损、轮胎磨损、路面磨损）成为细颗粒物（PM₁₀和PM_2.5）的主要来源。城市灰尘作为复杂异质的环境汇，积累重金属（如Cu、Cd、Ni、Pb、Zn）及类金属和持久性有机化合物，在半干旱地区（如地中海盆地）意义尤为突出，因降雨稀少和撒哈拉沙尘侵入促进颗粒物在不可渗透表面的积累，进而通过交通湍流再悬浮进入大气。因此，城市灰尘不仅反映土壤质量，也反映大气污染程度。

**目前存在的问题**
欧洲绿色协议和西班牙《气候变化与能源转型法》（Law 7/2021）要求超过5万居民的城市建立低排放区（low-emission zones, LEZs）并实施交通转型计划。穆尔西亚市于2023年借助NextGenerationEU资金实施了综合性的《可持续城市交通规划》（Mobility Plan），优先步行化、公共交通隔离及减少私家车使用。然而，科学文献中关于这些城市干预措施事后效果评估（即检验其有效性）的研究仍存在显著空白。尽管有大量研究记录了交通静化措施后空气质量的改善，但少有研究通过分析城市灰尘的地球化学组成来评估其影响。

**研究目的与意义**
本研究旨在评估新交通规划对城市灰尘污染物负荷和相关风险的影响。假设车辆流量减少会导致交通相关微量元素浓度显著下降，从而改善环境质量指标并降低人类健康风险。具体目标包括：（1）测定改造道路中有毒元素的浓度（As、Cr、Fe、Mn、Co、V、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn）；（2）应用环境指数量化污染程度；（3）使用健康风险指数估算不同人群的毒理学影响；（4）进行规划前后对比分析，评估污染热点演变。该研究发表在《Urban Science》期刊，为政策制定者提供基于证据的评估，尤其关注新出现污染物（如As）的潜在风险。

**关键技术与方法**
研究人员在穆尔西亚市（西班牙东南部）约3 km²的城市区域（人口约45万）开展研究。采用系统采样设计，在2016年（规划前）和2025年（规划后）1-2月（低降水期）各采集84个城市灰尘样品，采样点间隔100 m，平均配对距离为51 m。样品经风干、过50 μm筛后，使用王水（HNO₃:HCl, 1:3 v/v）在220°C微波消解，通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）定量11种元素浓度。采用Mood's中位数检验比较两组中位数差异，利用K-means聚类算法（经肘部曲线法确定最佳簇数）识别数据分组。环境污染评估使用污染因子（Contamination Factor, CF）和污染负荷指数（Pollution Load Index, PLI）；健康风险按美国环保局（USEPA）方法计算危害指数（Hazard Index, HI），涵盖经口摄入、吸入和皮肤接触三种暴露途径，并区分儿童和成人。

**研究结果**

**3. Results and Discussion**
- **元素丰度变化**：主要元素丰度从2016年的Fe > Zn > Mn > Pb > Cu > Cr变为2025年的Fe > Zn > Mn > Cu > Cr > Pb。Pb中位数浓度下降38.09%（从112.31 ppm降至69.53 ppm），Mn下降20.74%。Cu上升19.13%，Cr下降2.01%。As中位数浓度翻倍，Co上升165.81%。V增加12.69%，Ni增加33.32%，Cd和Zn也呈上升趋势。
- **统计检验**：Mood's中位数检验显示As、Cd、Co、Fe、Mn、Ni在2016与2025年间存在显著差异（p ≤ 0.05），其中Co（χ² = 27.18, p = 1.85×10^-7）和As（χ² = 18.34, p = 1.85×10^-5）差异最强；Cr、Cu、Pb、V、Zn无显著差异。
- **聚类分析**：K-means算法（肘部曲线验证最优簇数为2）成功将样本分为2016和2025两组，确认As、Co、Mn的显著变化，而Fe因双重来源无法区分。
- **污染评估（3.1 Pollution Assessment）**：CF显示Pb从2016年的“可观污染”（约4.5）降至2025年的“中等污染”（约2.5）；Zn从“可观污染”升至“高污染”；Ni从“可忽略”升至“接近中等”；Mn整体降低。PLI > 1的样品比例从2016年的40%升至2025年的59%，但北部和中部部分点位PLI下降。空间分析（最邻近指数、Moran's I、Getis-Ord General G）确认采样点呈显著聚类模式。
- **健康风险（Health Hazard Index）**：2025年，儿童组中As的HI中位数超过安全阈值（HI > 1），成为最需关注的污染物；Pb和Cr最大HI值超过1但中位数低于1；Mn和Pb较2016年下降，Co虽上升但处于安全水平。成人组中As、Cr、Pb接近但未超过阈值，As风险上升趋势与儿童一致。

**讨论与结论**
讨论部分指出，Pb和Mn的减少可能归因于交通模式改变和机动车队现代化，但无法直接归因于交通规划。As和Co的显著上升提示新污染源：Co与轮胎磨损（尤其是SUV和电动汽车重量增加）相关；As可能来自刹车片新型摩擦材料杂质及道路基础设施添加剂，或“建筑高峰”时期历史农业土壤和新建材料释放。研究建议将As纳入未来环境监测，扩大低排放区，优化重型车辆路线，并继续推进步行和自行车基础设施。未来研究应结合矿物学表征、有机碳测量、PCA分析、土地用途暴露场景及BACI（before-after-control-impact）设计以更稳健评估政策效果。

结论部分翻译如下：
**4. Conclusions**
在2016年至2025年九年间隔期间，穆尔西亚城市灰尘的地球化学组成发生了显著变化。与Mn、Pb、Zn相关的最突出污染热点明显减少，表明一些历史重要污染源的贡献降低。然而，这种改善并非在所有元素或地点一致。观察到的变化暗示城市灰尘地球化学轮廓可能发生转变：一些传统交通相关元素减少，同时其他元素增加，需要进一步研究。Pb和Mn等元素的减少可能与交通模式和城市流动性变化相符，但基于现有数据无法建立与交通规划的直接因果关系。相反，2025年As、Cd、Co、Ni的增加凸显了其他潜在污染源的持续存在或出现，这些源可能包括交通相关非尾气排放或其他城市与工业贡献，需进一步调查。环境指数也呈现混合模式：尽管CF表明一些最突出污染物（尤其是Pb和Mn）的贡献减少，但PLI > 1的点位比例在两个采样期间上升。这表明环境响应具有空间异质性，单个元素的改善并未在所有地点转化为总污染负荷的降低。健康风险评估方面，在所考虑的暴露情景下，大多数金属保持在相应风险阈值以下；但As呈上升趋势，值得持续监测。儿童的健康风险普遍略高于成人，与其更高的暴露脆弱性一致。总体而言，2016年至2025年观察到的变化是复杂的，不能仅归因于交通规划。一些传统交通相关污染物的减少与城市灰尘污染特定方面的改善相符；而As、Cd、Co、Ni的增加以及PLI > 1点位比例升高表明其他污染源或局部因素也在贡献当前地球化学轮廓。因此，建议持续监测并进一步调查潜在来源。从管理角度，应维持交通规划并根据这些结果逐步调整，特别关注非尾气排放以及污染持续或加剧的地点。对As及其他元素进行进一步监测，并在公园、学校等敏感区域开展空间针对性评估，将有助于确定是否需要额外缓解措施。