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本文聚焦撒哈拉以南非洲地区，深入探讨有毒化学元素污染问题。研究发现该地区多种环境介质、生物及产品中有毒化学元素超标，威胁生态与人类健康。文章分析污染来源、现状等，提出治理策略及未来研究方向，对保护当地生态意义重大。
1. 引言
有毒化学元素污染对生态系统和人类健康构成严重威胁。像铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）等元素，即便在低浓度下也具有毒性，且能在生物体内积累，引发各种健康问题，例如在工业地区，鱼类体内有毒化学元素水平升高，会损害生态环境。
撒哈拉以南非洲（SSA）地区生态丰富多样，但该地区的有毒化学元素污染问题日益严重。这主要归因于多种人类活动，如农业中使用污水污泥进行土壤改良、施用粪肥和矿物肥料、使用农药和熏蒸剂；采矿活动中的矿石开采、加工以及尾矿和废石管理；还有工业活动中的金属冶炼、电池制造和化工生产等。同时，自然过程如岩石风化、土壤形成、水岩相互作用等也会导致有毒化学元素的释放。
在 SSA 地区，快速工业化和城市化进程中，废水基础设施升级滞后，部分处理或未处理的污水排放，使土壤、水体、作物和空气暴露于有毒化学元素中。相关研究数据表明，该地区的地表水、地下水、沉积物、土壤、污水、食品作物、蔬菜、水生生物、工业产品、人体和其他动物中，均检测到有毒化学元素，且部分含量超过推荐阈值，这凸显了水、土壤、沉积物、粮食作物、水生生物甚至工业产品的持续污染问题，强调了生物累积和通过食物链暴露的潜在风险。
1.1. 有毒化学元素的来源和分布映射
SSA 地区有毒化学元素污染的来源广泛，包括自然环境中岩石和矿石的风化、采矿和矿物加工活动产生的尾矿、工业和生活废弃物（如污水、污泥、电子垃圾等）、农业活动中使用的化肥和农药，以及大气沉降（工业活动和车辆尾气排放导致污染物沉积在土壤、水体和植被上）。了解这些污染来源对于制定有效的缓解策略至关重要，例如可以通过针对性的可持续缓解技术，如种植基因工程作物、利用农业废弃物制成的吸附剂进行修复、植物修复（phytoremediation）等，来减少污染。
1.2. 有毒化学元素污染的现状
有毒化学元素污染在 SSA 地区是一个重大的环境问题，对人类和生态健康构成风险。工业活动、采矿作业和不当的废物管理导致了有毒化学元素和其他新兴污染物的释放，造成了广泛的污染。相关报告详细展示了该地区部分国家在地表水、沉积物、土壤、地下水、污水和废水中有毒化学元素的污染情况，以及食品作物、蔬菜、水生生物、工业产品和人体中有毒化学元素的含量数据。这些数据表明，存在职业暴露、环境暴露和通过食物链暴露的潜在风险，需要采取措施保障生态安全。同时，由于土壤等环境介质的异质性，在采样和分析数据的可重复性、可比性方面存在挑战。
1.3. 人为负荷和归宿
采矿活动对 SSA 地区的经济发展至关重要，但不当的采矿实践，如手工采金中使用汞，会导致有毒物质释放到水、土壤和空气中，危害整个生态系统。SSA 地区的污染报告显示，有毒化学元素污染广泛存在于各种环境介质中，包括地表水、地下水、土壤、沉积物、植被、水生生物等。污染对当地社区和生态系统产生了多方面的影响，如社区居民暴露风险增加，尤其是从事小规模采矿或居住在工业区的人群；污染还导致水生生物多样性下降，影响依赖农业和渔业为生的社区生计。为保护环境，联合国环境规划署（UNEP）和美国环境保护署（USEPA）实施了一些法律法规，但 SSA 地区在监管和治理方面仍面临诸多挑战。
2. 有毒化学元素污染与生态健康
有毒化学元素污染对生态系统产生深远影响，破坏生态平衡，威胁生物多样性、生态系统功能和整体环境健康。在 SSA 地区，其多样而脆弱的生态系统更容易受到影响。例如，铅等金属会抑制种子萌发、损害植物生长、破坏光合作用，影响植物群落的组成和结构；污染土壤会降低微生物活性、改变养分循环、降低植物生产力；在水生生态系统中，有毒化学元素在生物体内积累，导致种群数量下降和物种分布改变。此外，有毒化学元素还会对人类健康造成严重危害，如铅、汞、砷等具有神经毒性，会损害儿童的神经系统发育，导致认知缺陷、智商下降、学习障碍和行为障碍；镉、铅等金属会损害肺部，影响呼吸功能；一些有毒化学元素还具有致癌性，与心血管疾病、胃肠道疾病等相关，甚至会影响胎儿发育，导致出生缺陷和发育迟缓。
在许多情况下，环境暴露涉及多种有毒化学元素，多种元素的共同作用可能导致毒性增强。例如，在一些地区的土壤和水体中，检测到多种有毒化学元素超标，这些元素可能通过食物链生物放大，对高营养级生物造成更大危害。儿童和孕妇等弱势群体对有毒化学元素更为敏感，更容易受到伤害。尼日利亚的铅中毒危机就是一个典型案例，因金矿开采活动导致大量儿童死亡和患病，凸显了有毒化学元素污染的严重性和加强管理的必要性。此外，研究还发现鳄鱼、蜗牛等动物也受到有毒化学元素的影响，表明整个生态系统都面临威胁，需要采取措施减轻有毒化学元素的影响，保障生态健康和安全。
2.1. 应对有毒化学元素污染的措施
为应对有毒化学元素污染，可采用多种土壤修复技术，如淋洗、固化、生物降解、玻璃化、隔离、封装、移除以及植物修复等。植物修复利用超积累植物吸收和积累有毒化学元素，降低土壤中元素含量，但该方法受土壤性质、植物种类、品种、肥料、农艺管理和金属来源特性等因素影响。工业上实施废水处理系统，可在污水排放前去除有毒化学元素，防止水污染，保护水生生态系统。教育和意识提升项目也很关键，可让人们了解正确的废物处理方法、非法采矿的危害以及采用可持续生产流程减少有毒化学元素使用的重要性。国际合作与支持同样不可或缺，通过合作可共享知识、技术和资源，制定和实施有效的监管框架和修复策略，国际合作伙伴的资金和技术转移有助于能力建设、推广可持续实践以及实施和监测修复项目。
2.2. 监管框架
SSA 地区应对有毒化学元素污染的监管框架和修复策略对保护环境和生态系统健康至关重要。各国政府和监管机构应制定和执行严格的法律法规和标准，控制有毒化学元素的排放，如禁止工业直接排放、设定排放限值、制定采矿法规、实施适当的废物管理措施等。许多国家设立了相关组织，如坦桑尼亚的国家环境管理委员会（NEMC）、肯尼亚的国家环境管理局（NEMA）和乌干达的国家环境管理政策（NEMP）来监督法规执行。然而，SSA 地区在监管框架方面存在诸多差距，如缺乏全面针对性的立法、现有法律执行不力（因机构能力和资金有限）、监测系统不完善（数据不足，无法有效指导政策制定和确定污染热点）、标准更新滞后（无法应对地区独特挑战）、跨部门协调薄弱（导致问责缺失和监管不力）、公众意识淡薄（社区参与度低）、遗留污染未得到解决（存在健康风险）、对绿色技术的激励不足以及区域合作有限（难以应对跨境污染）。因此，需要加强立法、改善监测、促进社区参与和区域合作，以保护公众健康和推动可持续发展。
2.3. 未来研究方向
有毒化学元素污染问题复杂，需要跨科学、技术、政策和社会经济因素的综合解决方案。未来研究应优先关注跨学科解决方案，重点开发生物工程植物或微生物，通过基因编辑技术控制其金属积累或降解能力。例如，研究发现对拟南芥（Arabidopsis thaliana）的 AtCUP1 基因和油菜（Brassica napus）的 BnCUP1 基因进行编辑，可减少镉（Cd）积累，且不影响作物产量和农艺性状，为污染土壤的利用提供了新途径。设计和使用环保、可回收的纳米颗粒进行靶向金属去除，有望减少有毒化学元素对环境的影响，可用于处理受污染的水和废水。
采用循环经济模式，从工业、农业和电子废物中高效回收和循环利用有毒化学元素，既能减少污染，又能创造可持续的资源循环。整合实时监测系统，如物联网（IoT）传感器和配备光谱技术的无人机，可提供有毒化学元素热点的高分辨率数据，实现主动管理。研究低成本、易获取的本地材料用于修复，如利用 Jamun 种子制备生物炭和其他农业废弃物，为资源有限的地区提供可扩展的解决方案。研究混合有毒化学污染物的生态毒理影响及其与新兴污染物（如微塑料和抗生素）的相互作用，有助于深入了解其对生态系统和健康的协同效应。开展以政策为导向的研究，评估有毒化学元素污染的社会经济影响，制定基于证据的监管框架，将有助于弥合科学与实践之间的差距，促进国际合作和可持续发展。
3. 结论
研究结果表明，在 SSA 地区的水、土壤、水生生物、蔬菜、其他作物、废水和人体中，均可检测到一定量的有毒化学元素，部分国家的含量高于监管机构（如世界卫生组织，WHO）设定的限值。这些有毒化学元素可能通过环境暴露、职业暴露或食物链进入人体和其他生物体，对生态系统造成潜在危害。例如，污水用于灌溉可能导致土壤、水体和作物污染，进而影响整个生态系统。广泛的污染和高浓度的有毒化学元素可能导致生物多样性减少和生态系统的脆弱性增加。
为减轻非洲地区的有毒化学元素污染，应采用适合当地条件的绿色和可持续技术。植物修复和生物修复技术利用植物（如芥菜，Brassica juncea）和微生物（如恶臭假单胞菌，Pseudomonas putida）提取或降解有毒化学元素；绿色吸附剂（如 Jamun 种子生物炭和其他农业废弃物）可有效吸附有毒化学元素；构建湿地和太阳能修复技术（如太阳能蒸馏和光催化降解）为水处理提供环保选择；膜过滤（如反渗透）和绿色纳米技术（使用纳米吸附剂）可提供精确高效的解决方案；电动修复和使用地质聚合物（由铝硅酸盐和碱性溶液制成）稳定土壤，有助于处理污染土壤。此外，回收和循环经济实践（如城市采矿和从工业废物中回收金属）可减少环境负担并创造经济价值；利用地理信息系统（GIS）和物联网传感器等政策工具，可加强对有毒化学元素污染的监测和监管。通过国际合作和社区参与，综合运用这些方法，将促进可持续发展和环境修复。
