矿业与农业生态过渡带中的重金属：垂直分布、生态风险及健康影响

《Scientific Reports》：Heavy metals in mining and agricultural ecotone: vertical distribution, ecological risks, and health implications

　　

摘要

矿业与农业交错带中的重金属污染受成岩作用、工业排放以及农业投入的影响。目前，对于这些环境中重金属的垂直分布规律及风险传导路径的了解还不够充分。本研究选取了中国重庆秀山的锰矿三角区的矿业区和冶炼区对应的土壤样本，分析了其物理化学性质、金属浓度以及所带来的生态和健康风险。冶炼区土壤的pH值（6.4–6.8）高于矿业区土壤（5.9–6.1）。砷和铅的浓度也呈现类似趋势，而锌和铜则呈现相反的趋势。相比之下，锰、铁、铬、钴、锑、硒和硫的浓度在各个土层中基本保持稳定，这说明它们的含量主要受成岩作用控制。通过污染指数分析，发现锑（单因子污染指数：<9.15）和镉（单因子污染指数：3.44–3.76）是主要的污染物。生态风险评估显示，矿业区土壤中43.0%的生态风险由镉造成，而冶炼区土壤中38.1%的生态风险由锑引发。从生态风险等级来看，冶炼区土壤在不同深度处的风险均为中等水平，而矿业区土壤的风险差异较大，存在局部高风险区域。在人类健康风险评估中，致癌风险和非致癌风险的主要来源分别是食物摄入（＞95%）和皮肤接触（73%–80%），吸入带来的风险则可以忽略不计。这些研究结果表明，矿业和冶炼活动产生的重金属具有不同的垂直地球化学行为特征，这为在矿业与农业交错带开展针对性风险管理提供了理论依据。