空间分区驱动城市公园中的金属富集现象：定量来源分配与风险评估

《Atmospheric Pollution Research》：Spatial Zoning Drives Metal Enrichment in Urban Parks: Quantitative Source Apportionment and Risk Assessment

本研究分析长春16个城市公园表面灰尘中8种重金属的分布特征、来源及健康风险。结果表明：Cd和Hg是主要生态风险因子，儿童非致癌风险比成人高7.6倍，Cr占致癌风险85.3%。混合来源贡献最大（36.3%），机械磨损对致癌风险贡献显著（35.7%）。研究结果为城市公园污染防控提供科学依据。

　　

徐素娟|董伟华|李晓强|常守志

长春师范学院地理科学学院，中国长春130032

摘要

城市公园地表灰尘是重金属（HM）的重要储存库，对游客，尤其是儿童的健康构成威胁。本研究调查了中国长春16个城市公园地表灰尘中八种金属（Cd、Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Hg、As）的分布、来源及其健康风险，重点比较了休闲区、娱乐区和健身区这三个功能区域之间的差异。采用正矩阵分解（PMF）和多种指数进行来源分配，并通过USEPA模型评估健康风险。结果显示，这些金属的累积量严重超标，平均浓度比当地背景水平高出1.22至3.82倍。Cd和Hg被确定为主要的生态风险因素。确定了五个主要来源：混合来源（36.3%）、交通排放（22.8%）、涂层使用（19.9%）、机械磨损（18.2%）和园艺活动（2.7%）。儿童的非致癌风险是成人的7.60倍，娱乐区的总危害指数（HI）超过了1的阈值。这种增加的儿童风险主要由经口摄入途径引起，其中As是主要贡献者。虽然致癌风险低于阈值，但Cr占总致癌风险的85.3%。基于来源的风险分配表明，混合来源是重金属累积和健康风险的主要贡献者。值得注意的是，机械磨损对致癌风险的贡献与其在重金属累积中的比例（18.2%）不成比例（35.7%）。来自混合来源的As导致了非致癌风险，而来自机械磨损的Cr则主导了癌症风险。本研究为了解功能驱动的重金属污染模式和特定来源的健康风险提供了重要见解，有助于在城市公园中实施空间优化的污染控制。

引言

城市化导致公共空间灰尘中重金属（HM）的积累（Maeaba等人，2021年；Li等人，2022年；Ma等人，2025年），人为来源的Pb、Zn、Cd、Cu、Cr和Ni通过交通、工业和建筑活动持续释放（Yang等人，2020年；Huang等人，2023年；Du等人，2024b年）。作为重要的娱乐场所，城市公园由于开放布局和高使用频率，更容易受到灰尘中重金属的影响（Wang等人，2022年；Du等人，2024a年）。人类通过摄入、皮肤接触和吸入途径接触这些金属，面临显著的致癌和非致癌风险（Luo等人，2022年；Khatoon等人，2025年；Yu等人，2025年），尤其是儿童通过经口行为和皮肤接触（Castel等人，2023年；Zhang等人，2023年）。此外，周边土地利用情况也会影响重金属的浓度（He等人，2021年；Zhang等人，2023年）。因此，了解公园地表灰尘中重金属的空间分布、来源及其健康影响已成为一个紧迫的环境和公共卫生问题。

城市灰尘中的重金属污染来自多种来源，需要定量分析这些来源以实现有效的污染控制。将多元统计方法（如PCA、聚类分析、相关性分析）与空间模式相结合至关重要（Jin等人，2019年），而正矩阵分解（PMF）模型现在提供了更高的定量分辨率（Men等人，2020年；Huang等人，2021年；Wang等人，2024b年）。现代方法越来越多地将PMF与其他方法结合使用，以提高可靠性（Huang等人，2025年），并明确将污染源与健康风险联系起来（Zhou等人，2024a年；Zhou等人，2024b年；Huang等人，2025年）。这样的综合框架有助于识别关键污染物、量化健康风险，并为环境危害控制提供科学依据。

先前的研究已经广泛记录了中国城市公园灰尘中的重金属污染情况，主要集中在上海、北京和南京等主要工业化城市（Shi等人，2007年；Du等人，2013年；Wang等人，2016年）。多城市数据的综合分析显示，东部地区的Cr、Cu、Zn和Cd含量较高，这与工业/交通强度有关（Jie等人，2022年）。然而，大多数研究将公园视为同质单元，忽略了公园内部的空间异质性。早期的长春研究发现了中等的Pb/Cd污染，但强调了高活动区域的儿童暴露风险（Liu等人，2015年）。同样，Wang等人（2024年）观察到整个城市公园与交通交叉口之间的时间趋势存在差异，这凸显了在公园边界内进行更细致的空间分析的必要性（Wang等人，2024a年）。关键的是，公园的功能分区（如娱乐区与休闲区）对金属积累模式的影响仍不清楚。这些未解决的问题阻碍了有针对性的修复和特定地点的风险评估。

本研究通过在不同功能区域（休闲区、健身区和娱乐区）分层采样，调查了长春16个城市公园地表灰尘中重金属污染的变化。这一设计明确关注公园内部的异质性，超越了传统的公园间比较。研究目标包括：（1）调查不同功能区域地表灰尘中重金属的污染特征；（2）使用PMF量化污染来源及其贡献；（3）通过将PMF模型输出整合到健康风险评估模型中，评估特定来源的健康风险。我们的发现将为改善城市公园微环境和保护公共卫生奠定科学基础。

研究区域

长春（北纬43°05′-45°15′，东经124°18′-127°05′）是吉林省的省会，是中国东北部的主要社会经济中心。该市面积为24,744平方公里。本研究重点关注环城高速公路内的区域，包括朝阳区、宽城区、绿园区、南关区和二道区，以及长春国家高新技术产业开发区、长春汽车经济技术开发区和长春经济技术开发区。

重金属特征

对65个城市公园灰尘样本中的八种重金属（Zn、Cu、As、Pb、Cd、Cr、Ni和Hg）的浓度进行了测定（表1）。所有重金属的平均浓度均超过了长春的背景值，其中Cd的富集因子为3.21，Pb为3.45，Zn为3.19，Cu为3.64，Hg为3.45。超过背景值的比率普遍很高（72.3%-100.0%），Zn、Pb、Cd和Cu的浓度始终达到98.5%-100.0%，表明存在显著的人为积累。

结论

本研究建立了长春城市公园灰尘中重金属污染的功能分区框架。所有分析的金属浓度均超过了背景水平，其中Cd和Hg对生态系统构成了严重威胁。特定功能区域的积累特征表现为：娱乐区以Cd-Pb-Zn为主，休闲区以Cu-Hg为主，健身区以Cd-Zn-Hg为主。PMF来源分配表明，混合来源是重金属累积和健康风险的主要贡献者。儿童特有的经口摄入途径

作者贡献声明

李晓强：撰写——审稿与编辑，监督。董伟华：撰写——审稿与编辑，正式分析。徐素娟：撰写——初稿撰写，可视化，验证，软件应用，方法学研究，资金获取，正式分析，数据整理，概念构建。常守志：撰写——审稿与编辑，可视化，软件应用

未引用的参考文献

Ghaffari等人，2023年。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：徐素娟的报告得到了吉林省教育部门的资助。报告指出存在以下关系：拥有待批准的专利。如果有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本项工作得到了吉林省教育部门科技研究项目（编号：JJKH20241017KJ）的资助。

声明：在准备本项工作时，作者使用了Deepseek工具来提高文本的可读性和语言质量。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对出版物的内容负全责。