加纳Nsuta锰矿区居民区土壤潜在毒性元素的空间分布特征与来源解析及其生态风险评价

本研究针对加纳Nsuta锰矿社区居民区土壤中As、Cd、Pb、Hg、Mn和Fe的污染问题，通过PCA、PMF和空间插值技术揭示了重金属的源贡献率（Hg大气沉降贡献达78.50%），发现Hg的生态毒性贡献高达97.50%（TRI=29.80），为矿区环境治理提供关键数据支撑。

　　

在加纳西南部Tarkwa地区的Nsuta社区，作为该国最大的锰矿生产基地，工业化进程带来的重金属污染问题日益严峻。居民区土壤作为儿童暴露风险的关键介质，其潜在毒性元素（PTEs）污染特征尚不明确。以往研究多关注农业土壤，而对采矿活动直接影响下的居民区土壤污染格局、来源贡献及生态风险缺乏系统认知，这给当地居民健康和生态环境带来潜在威胁。

针对这一科学问题，加纳矿业与技术大学（University of Mines and Technology, UMaT）的研究团队开展了开创性研究。他们采集30个居民区表层土壤样本（0-20 cm深度），结合地统计学与多元受体模型，首次揭示了As、Cd、Pb、Hg、Mn和Fe的污染特征。这项发表在《Geosystems and Geoenvironment》的研究，不仅识别出Hg的东部污染热点区，更通过创新性生态风险评估方法，量化了不同重金属的毒性贡献权重。

研究采用三大关键技术：1）原子吸收光谱法（AAS）结合氢化物蒸气发生器（HVG）精确测定As/Hg；2）克里金空间插值法绘制污染分布图；3）整合正矩阵分解（PMF）、主成分分析（PCA）和聚类分析（CA）的混合受体模型解析污染源。质量控制采用SRM 1944标准物质，回收率达93.20-102.50%。

3.1 土壤理化特性
碱性土壤（pH 7.81-9.39）中Hg浓度（7.30±2.62 mg/kg）76.67%超标加拿大住宅土壤标准（6.60 mg/kg），东部区域电导率（EC）高达306.10 μS/cm，暗示工业活动影响。

3.2 重金属空间分布
Fe（25728.60-33404.40 mg/kg）和Mn（12152.00-13843.97 mg/kg）呈现全域分布，归因于含铁硫化物和锰矿层风化；而Hg在东部形成显著热点（10.77 mg/kg），与邻近社区金冶炼活动的大气沉降相关。

3.3 污染源解析
PMF模型识别4类来源：因子1（Fe/Mn/Pb）反映基岩风化（47.40%）；因子2（Cd 66.20%）指向农业/工业活动；因子3（Hg 78.50%）锁定大气传输；因子4（Pb 48.00%）关联汽车尾气。PCA-CA联合分析验证了Hg的独立来源特征。

3.4 生态毒性评估
汞贡献了97.50%的综合毒性风险（TRI=29.81），其修正危害商数（mHQ_i=7.00）达"极端污染"等级。生态污染指数（ECI=8.86）显示系统处于极度污染状态，其中Cd（mHQ_i=1.14）和As（mHQ_i=0.51）分别呈现低度和极低风险。

这项研究首次构建了Nsuta社区重金属污染的"源-汇-风险"完整链条，其创新性体现在：1）发现大气沉降对Hg污染的绝对主导作用；2）建立基于TRI-mHQ_i-ECI的三维风险评估体系；3）为西非锰矿区环境管理提供定量依据。研究者建议优先管控东部Hg污染区，并开展金属形态转化和生物有效性研究以完善风险模型。该成果对全球矿业城市居民区土壤安全具有示范意义，其方法论框架可推广至类似地质背景的矿区环境评估。