城市土壤重金属污染的人体健康风险评价研究综述

城市土壤重金属污染的人体健康风险评价研究综述城市土壤作为城市生态系统的核心组成部分，承担着承载城市建设、调节微气候、过滤污染物等多重功能，同时也是重金属等有毒有害物质的重要“汇”。随着工业化和城市化进程的快速推进，工业排放、交通尾气、生活垃圾堆积、农业面源污染等多重压力持续向城市土壤环境释放，导致镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）等重金属在土壤中不断累积。与有机污染物不同，重金属具有不可降解性、生物累积性和高毒性，可通过经口摄入、皮肤接触、呼吸吸入等多暴露途径进入人体，长期累积会引发神经系统损伤、造血功能障碍、生殖系统异常甚至癌症等健康风险，对城市居民尤其是儿童、老人等敏感人群的生命健康构成严重威胁。因此，开展城市土壤重金属污染的人体健康风险评价研究，是识别污染热点、明确风险等级、制定管控策略的核心基础，近年来已成为环境科学、公共卫生、城市规划等多学科交叉的研究热点。城市土壤重金属的来源解析研究进展精准识别城市土壤重金属的来源是开展风险评价和污染防控的首要前提，当前研究主要通过多元统计分析、同位素示踪、正定矩阵因子分解（PMF）等方法实现来源的定性识别与定量解析。工业活动是城市土壤重金属的最主要贡献源之一，工业生产过程中的矿物冶炼、化工制造、金属加工、火力发电等环节会排放大量含重金属的废气、废水和废渣，通过大气沉降、废水渗滤等途径进入周边土壤。对我国长三角、珠三角等工业密集城市的研究显示，工业区周边1km范围内土壤中Cd、Pb、Cr的含量显著高于城市背景值，部分点位Cd含量甚至超出《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》（GB36600-2018）中第二类用地筛选值的5-8倍，工业源对这类重金属的贡献占比普遍超过40%。交通排放是城市建成区土壤重金属的另一核心来源，汽车尾气排放、轮胎磨损、刹车片损耗、路面材料老化等过程会释放Pb、Zn、Cu、Cd等重金属，随地表径流和大气沉降进入道路两侧土壤。国内外多个城市的研究均证实，城市主干道两侧0-50m范围内的土壤重金属含量与交通流量呈显著正相关，其中Zn主要来源于轮胎磨损，Cu主要来源于刹车片腐蚀，而Pb则与历史上含铅汽油的使用密切相关，即使在含铅汽油禁用多年后，城市交通区土壤中Pb的累积效应仍十分显著。对北京、上海等特大城市的研究发现，交通源对城市核心区土壤Pb、Zn的贡献占比可达30%-45%，且老城区由于交通活动累积时间更长，土壤重金属含量显著高于新建城区。城市生活垃圾和固体废弃物的堆存与处置也是不可忽视的污染来源，生活垃圾中的废旧电池、电子废弃物、油漆涂料、废弃塑料等含有大量重金属，在填埋、焚烧过程中若防渗措施不到位，重金属会随渗滤液渗入土壤，造成周边区域污染。研究显示，城市生活垃圾填埋场周边土壤中Cd、Hg、As的含量通常是城市背景值的2-3倍，部分非正规垃圾堆放点的土壤重金属污染甚至可达重度污染水平。此外，城市农业活动中化肥、农药、有机肥的不合理施用，以及大气沉降带来的远距离传输污染，也会对城市土壤重金属的累积产生重要贡献，部分城郊农业区土壤中As、Cu的含量受农业源影响的占比可达25%以上。人体健康风险评价方法体系的演化城市土壤重金属人体健康风险评价方法经历了从单一因子评价到多途径综合评价、从确定性评价到不确定性分析的发展历程，目前国际上主流的评价体系以美国环境保护署（USEPA）提出的健康风险评价框架为基础，包括危害识别、剂量-效应关系评估、暴露评估、风险表征四个核心步骤。在危害识别阶段，主要依据国际癌症研究机构（IARC）、世界卫生组织（WHO）等机构发布的毒性分类标准，明确重金属的毒性效应和健康危害终点，其中Cd、As、Cr（VI）、Pb被列为I类致癌物，Hg、Ni等被列为II类致癌物，非致癌风险主要关注重金属对神经系统、呼吸系统、泌尿系统等的损伤效应。暴露评估是风险评价的核心环节，主要核算重金属通过经口摄入、皮肤接触、呼吸吸入三种途径进入人体的日均暴露量。暴露参数的选取直接决定评价结果的准确性，当前研究中暴露参数主要包括土壤摄入速率、皮肤接触面积、呼吸速率、暴露频率、暴露duration、体重等，不同国家和地区会根据本地人群的生理特征和行为习惯制定本土化的暴露参数手册。我国在2013年发布了《中国人群暴露参数手册》，针对成人、儿童等不同人群给出了适合我国国情的暴露参数取值，极大提升了国内风险评价结果的科学性。值得注意的是，儿童由于手口接触行为频繁、身体代谢能力尚未发育完全，其土壤摄入速率通常是成人的3-5倍，因此儿童是城市土壤重金属污染的高敏感人群，多数研究显示儿童的非致癌风险普遍高于成人1-2个数量级。风险表征阶段主要通过计算致癌风险值（CR）和非致癌风险商（HQ）来量化健康风险水平，其中非致癌风险以危害指数（HI）作为多途径多污染物的综合评价指标，当HI>1时认为存在非致癌风险；致癌风险通常认为10⁻⁶-10⁻⁴为可接受风险范围，超过10⁻⁴则认为存在不可接受的致癌风险。传统确定性评价方法通常采用参数的均值或最大值进行计算，难以反映参数的不确定性和空间异质性，因此近年来概率风险评价方法得到广泛应用，通过蒙特卡洛模拟、贝叶斯网络等方法对暴露参数的概率分布进行拟合，能够给出风险值的概率分布和置信区间，更准确地反映实际风险水平。对我国15个省会城市的Meta分析显示，城市土壤重金属的综合致癌风险均值为3.72×10⁻⁵，处于可接受风险水平，但部分工业密集城市的致癌风险可达1.2×10⁻⁴，超出可接受风险上限，非致癌风险中Pb和As是主要贡献因子，部分城市儿童的Pb暴露风险指数甚至超过3，存在显著的神经系统损伤风险。不同功能区的健康风险分异特征城市不同功能区由于人类活动强度和污染来源的差异，土壤重金属污染水平和健康风险呈现出显著的空间分异特征，识别不同功能区的风险差异是实施精细化管控的基础。工业区是城市土壤重金属污染和健康风险的最高发区域，工业企业的长期排放导致周边土壤中多种重金属复合污染普遍，健康风险显著高于其他功能区。对我国沈阳、武汉等老工业城市的研究显示，工业区土壤的综合致癌风险普遍超过10⁻⁴，非致癌危害指数多在2-5之间，其中Cr（VI）和As是主要致癌贡献因子，Pb是主要非致癌贡献因子，部分重污染点位周边居民的癌症发病风险甚至是对照区的3-5倍。交通区的健康风险仅次于工业区，由于交通排放的持续输入，城市主干道、交通枢纽周边土壤中Pb、Zn、Cu的累积效应明显，尤其是老旧城区的交通干道周边，长期的污染累积导致健康风险突出。研究显示，城市交通区的致癌风险多处于10⁻⁵-10⁻⁴之间，非致癌危害指数多在0.6-1.5之间，儿童的非致癌风险普遍超过1，主要风险来源于Pb的经口摄入途径。值得关注的是，城市公园、居民区等居民日常活动频繁的区域，其健康风险近年来受到越来越多的关注，这类区域虽然污染水平整体低于工业区和交通区，但由于人群暴露频率高、暴露时间长，其实际健康影响不可忽视。对国内多个城市的公园土壤研究显示，公园土壤的综合致癌风险多在2×10⁻⁵-6×10⁻⁵之间，处于可接受风险水平，但部分建成时间较长的老公园，由于历史污染累积，Pb含量较高，儿童游玩过程中的手口接触会带来显著的非致癌风险。城郊农业区的健康风险具有独特性，这类区域的土壤同时受到城市污染传输和农业活动的双重影响，重金属不仅会通过土壤暴露直接影响人体健康，还会通过食物链富集进入农产品，间接威胁食用者的健康。研究显示，城郊农业区土壤中Cd、As的累积较为普遍，部分区域生产的蔬菜、稻米中Cd含量超出食品安全标准，通过食物链摄入的重金属贡献了总暴露量的60%以上，显著高于土壤直接暴露的贡献。因此对城郊农业区的风险评价不能仅考虑土壤直接暴露，还需要耦合食物链暴露途径，才能更全面地反映实际健康风险。风险评价中的关键科学问题与研究展望当前城市土壤重金属人体健康风险评价研究仍存在多个亟待突破的关键科学问题。首先是复合污染的联合毒性效应评估不足，现有评价方法多基于单个重金属的毒性参数，通过简单加和计算综合风险，而实际城市土壤往往是多种重金属复合污染，重金属之间可能存在协同、拮抗或加和效应，尤其是Pb、Cd、Hg等具有神经毒性的重金属，其联合暴露的毒性效应远高于单个污染物的简单加和，现有评价方法会低估实际健康风险。其次是生物可给性的考虑不足，传统风险评价中通常假设土壤中的重金属100%被人体吸收，而实际上重金属在人体消化系统中的生物可给性仅为10%-60%，受土壤pH、有机质含量、重金属赋存形态等多种因素影响，不考虑生物可给性会导致评价结果过于保守。近年来基于体外模拟实验（如PBET、SBRC、IVG方法）的生物可给性研究逐渐增多，将生物可给性参数纳入风险评价模型已成为重要发展方向。此外，微塑料与重金属的复合污染效应是近年来的新兴研究热点，城市土壤中普遍存在微塑料污染，微塑料能够吸附重金属形成复合污染物，改变重金属的迁移性和生物有效性，甚至会作为载体促进重金属在人体内的累积，现有风险评价体系尚未考虑这类复合污染的健康效应。暴露途径的完整性也有待进一步完善，当前研究主要关注经口摄入、皮肤接触、呼吸吸入三种直接暴露途径，而对扬尘摄入、食物链传递等间接途径的考虑不足，尤其是城市儿童的手-口接触行为的精细化参数仍较为缺乏，导致儿童暴露量的核算存在较大不确定性。未来的研究需要重点关注以下几个方向：一是构建多污染物联合毒性的风险评价模型，结合毒理学实验和流行病学数据，明确重金属复合污染的剂量-效应关系，提高复合污染风险评价的准确性；二是建立本土化的生物可给性数据库和暴露参数体系，针对不同区域、不同人群的行为习惯和土壤特征，制定更符合实际的评价参数；三是耦合多介质多途径暴露过程，将大气、水体、农产品等介质的重金属暴露与土壤暴露整合，构建全链条的健康风险评价框架；四是结合GIS空间分析和大数