湖南资江流域三大超大型锑矿区土壤潜在毒性元素污染特征、风险评估及来源对比研究

本研究针对锑矿区土壤潜在毒性元素(PTEs)污染问题，首次系统比较了湖南资江流域三大超大型锑矿区(X、Z、B)土壤中11种PTEs的污染特征。通过地质累积指数(Igeo)、富集因子(EF)和污染负荷指数(PLI)评估污染程度，结合网络环境分析(NEA)和健康风险模型(HHRA)揭示生态与健康风险，并利用PMF模型量化自然与人为源贡献。研究发现儿童非致癌风险指数(HQ)高达26.90，为矿区环境治理与资源可持续发展提供科学依据。

　　

锑(Sb)作为全球公认的有毒元素，其采矿活动导致的土壤污染已成为严峻的环境问题。中国拥有全球33%的锑矿储量，尤以湖南资江流域的锡矿山、渣滓溪和板溪三大超大型锑矿区为代表。这些矿区历经百年开采，堆积了数千万吨含锑废渣，使土壤中锑浓度高达背景值的472倍，伴生的砷(As)、铅(Pb)、汞(Hg)等潜在毒性元素(PTEs)形成复合污染。尽管已有大量针对单一锑矿区的研究，但同一矿带内不同矿区的污染特征差异及来源贡献仍不明确，制约了精准治理策略的制定。

为此，中国研究人员在《Environmental Pollution》发表论文，首次在流域尺度上对比分析了资江流域三大锑矿区土壤PTEs污染。研究团队采用网格布点法采集土壤样本，测定11种PTEs浓度；运用地质累积指数(I_geo)、富集因子(EF)和污染负荷指数(PLI)评估污染程度；结合潜在生态风险指数(PERI)和网络环境分析(NEA)量化生态风险流；通过健康风险模型(HHRA)计算不同暴露途径下人群风险；最后整合Pearson相关性与正定矩阵因子分解(PMF)模型解析污染来源。

浓度分布与污染特征
数据显示，三大矿区土壤中Sb、As、Pb、Hg浓度均远超背景值，其中锡矿山Sb污染最严重(均值2158 mg/kg)。空间分析表明高浓度PTEs集中于冶炼厂和尾矿库周边，呈现"中心扩散"模式。I_geo显示Sb在所有矿区均达极强污染水平(I_geo>5)，而As、Pb等元素达中度污染(0<>_geo<5)。PLI证实复合污染程度排序为锡矿山>渣滓溪>板溪。

生态与健康风险
NEA模型首次揭示矿区生态风险传递路径：PTEs通过土壤-植物-微生物系统形成多级风险流，其中Sb、As为关键驱动因子。健康风险评估显示，儿童经手-口摄入的非致癌风险(HQ=26.90)显著高于成人，致癌风险中As贡献率达78%。值得注意的是，渣滓溪因伴生钨矿，其土壤钨(W)浓度异常升高，形成独特的"Sb-W复合污染"模式。

污染源解析
PMF模型量化四类来源贡献：地质背景(28-35%)、工业排放(冶炼与采矿，40-52%)、交通(12-18%)和农业活动(5-10%)。锡矿山因历史堆积废渣，工业源贡献率最高；板溪则因成矿差异，地质背景贡献突出。

结论与意义
该研究创新性地构建了"污染特征-风险评估-源解析"的矿区环境评价体系，揭示同一矿带内不同锑矿区的污染异质性源于成矿类型与人为强度差异。提出的NEA-PMF耦合模型为复杂生态系统风险量化提供新范式，尤其儿童健康风险数据为矿区优先管控提供依据。研究成果不仅支撑长江经济带重金属污染防治，也为全球锑矿区可持续发展战略制定提供科学模板。