《Journal of Environmental Management》：Critical review of manganese sources, pollution, ecotoxicological risks, and mine remediation: Synthesis of a site-specific restoration framework
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锰污染来源、迁移机制及其生态健康风险的综合研究，提出基于场地特异性、分阶段决策的生态恢复框架（SSERF）。
R.V. 阿基尔·普拉萨特 | 切坦·德万甘 | 廷库·库马尔 | 拉尔·辛格
CSIR-国家环境工程研究所，印度马哈拉施特拉邦纳格浦尔，440020
摘要
锰（Mn）通过人为来源（电池制造/回收单位、采矿和农业）和地质来源（火山排放和含锰岩石的风化）进入环境（土壤、空气和水），并通过排放、传输和再分布途径在环境中移动。土壤和水中超过规定监管限值的较高锰浓度（灌溉水质标准（FAO，2023年）、土壤筛选水平（USEPA，2007年）和职业暴露阈值（Dahlstrom和Bloomhuff，2014年）会对生态系统和人类健康产生毒性影响，这种影响会波及各种营养级。许多先前的研究试图通过物理、化学和生物学方法降低锰的生物可利用性和毒性。尽管之前的综述涵盖了锰的生物地球化学或毒性，但将锰的生物地球化学、生态毒理学、综合恢复策略和风险管理联系起来的综合性研究仍然有限。因此，本综述总结了：（1）对人为/地质来源的锰、污染在陆地/水生生态系统中的分布动态以及人类健康危害的全面调查；（2）物理、化学和生物修复方法及其可行性；（3）提出了一种特定地点的生态恢复框架（SSERF），这是一种分阶段的、基于决策的、适应具体地点的策略，整合了物理、化学和生物方法用于锰矿的生态恢复。本综述还指出了具体的知识空白和未来的研究方向，展示了关于锰在环境中的命运以及最新的风险管理策略。
引言
面对加速的气候变化和全球变暖，人类社会正在迅速从化石燃料转向更清洁、绿色和可再生能源。交通运输部门的脱碳转型增加了对关键能源过渡金属的需求。在过渡金属中，锰在电动汽车电池技术中发挥着重要作用（Biswal等人，2015年）。随着全球经济朝着净零排放的目标迈进，锰已成为构建全球绿色交通的核心资源（Schrijvers等人，2020年）。全球锰矿石的开采量有所增加；2015年时产量约为1800万吨，到2023年增长到了2200万吨（USGS，2020年）。截至2023年，南非是最大的锰生产国（706万吨），其次是加蓬（439万吨），澳大利亚（292万吨）和印度（104万吨）也是主要生产国（USGS，2020年）（见图1和图S1）。锰广泛应用于冶金领域，大约90%的开采锰矿石用于钢铁生产中的脱氧和强化作用，尤其是在锰铁合金和硅锰合金中（Cheraghi等人，2020年）。除了冶金之外，对可再生能源存储和电动汽车的需求增加也促进了锰在电池技术中的使用。基于锰的化合物，如电解锰氧化物（EMD）、锂锰氧化物（LMO）和镍锰钴材料，是碱性和锂离子电池的关键成分（Biswal等人，2015年）。
对锰需求的增长重新激发了在以前潜在或未开发地区的采矿活动，这些地区通常位于环境脆弱的受保护森林和社会政治边缘化地区附近（Sonter等人，2018年）。与锰采矿相关的环境扰动加速了景观改变、生态退化，并增加了附近社区接触锰的风险。虽然锰是动物必需的微量营养素，参与骨骼形成、能量代谢和抗氧化代谢（Gurol等人，2022年），但其在人体系统中的积累超过阈值会引发毒性风险。通过吸入灰尘、摄入受污染的水或食物网中的营养级传递，锰会对人群产生影响，尤其是儿童（Dey等人，2023年）。从机制上看，锰通过氧化应激、线粒体功能障碍和神经传递中断引起毒性，从而对多个器官系统的功能产生不利影响（Menezes-Filho等人，2009年）。在植物中，锰在光合作用、酶激活、木质素生物合成和激素调节中起着非常重要的作用。然而，植物系统中锰含量异常会导致黄化、坏死、氧化应激、生长抑制和光合作用受损，从而降低初级生产力（Millaleo等人，2010年）。在锰采矿活动加剧的情况下，本综述系统地研究了锰的来源、生物地球化学循环、污染途径、暴露风险和健康影响。虽然之前的综述大多分别讨论了这些方面，但在将污染动态与恢复管理相结合方面仍存在关键差距。为了弥补这一差距，我们提出了一种特定的地点生态恢复框架（SSERF）。与传统侧重于采矿后稳定化和植被恢复的矿山恢复框架不同，SSERF采用了一种状态和转换轨迹模型，结合了暴露途径、基于污染强度的修复方法、相对于参考生态系统的生态系统结构指标以及长期监测。SSERF是一个概念性的、基于证据的、分阶段的、基于决策的模型，将生态毒理学评估和演替驱动的恢复综合成一个结构化的、适应具体地点的恢复策略，适用于锰污染的采矿区。
方法论
为了综合有关锰污染、健康风险和管理措施的现有知识，进行了全面的文献回顾。主要使用Google Scholar、Scopus和PubMed作为搜索工具，并设置了语言限制（英语）；搜索并选择了经过同行评审的研究文章和综述文章；此外，还仔细查阅了书籍和技术报告。使用布尔运算符（AND、OR）制定了结构化的搜索字符串。
结果与讨论
从科学数据库中收集了205篇经过同行评审的文章。在去除重复项并筛选相关性后，选择了189篇文章进行详细综合和批判性分析。本综述涵盖了锰的来源、形态、生物地球化学过程、生态和人类健康风险以及修复策略（物理、化学、生物方法）。结果与讨论部分综合了各项研究的结果，并评估了方法上的局限性。
特定地点的生态恢复框架（SSERF）
在锰开采密集的地区，环境退化和生态破坏现象明显，需要采取与生态恢复、可持续土地管理和社区健康相关的修复策略。因此，本综述提出了特定地点的生态恢复框架（SSERF），这是一个综合性的生态恢复框架，结合了物理、化学和生物方法来修复和恢复锰矿。
结论
在向绿色技术加速转型的时代，锰已成为发展的重要组成部分，特别是在钢铁和电池行业。然而，全球范围内的锰密集开采和加工导致了严重的环境和公共卫生问题。本综述全面总结了锰的地质和人为来源、其化学形态、锰的修复措施以及综合性的可持续锰矿恢复方案。
CRediT作者贡献声明
R.V. 阿基尔·普拉萨特：撰写——综述与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源收集、概念构思。切坦·德万甘：初稿撰写。廷库·库马尔：初稿撰写。拉尔·辛格：综述与编辑、验证、监督、资源收集、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
