刚果（金）铜带省基普希矿区土壤-植物重金属污染特征、生态风险与植物修复潜力研究

本研究针对基普希矿区长期采矿活动导致的土壤和植被重金属污染问题，系统评估了Cd、Co、Cr、Cu、Pb、Zn等重金属的总量、生物有效性及形态分布，并采用EF、CF、Igeo、PI和PERI等多种指数量化污染程度与生态风险。研究发现土壤中Co、Cu、Zn严重超标，重金属形态以可还原态为主，易发生再活化；植物中Persea americana、Melissa officinalis等对Co、Cr、Cu表现出显著富集能力。研究揭示了矿区生态环境的高风险性，为当地 phytoremediation 策略的制定提供了科学依据。

　　

在非洲中部的刚果民主共和国（DR Congo），蕴藏着世界闻名的中非铜矿带（Central African Copperbelt），这里的矿产资源开发推动了经济发展，却也带来了严重的环境问题。基普希（Kipushi）作为该区域重要的矿业城镇，数十年的采矿活动产生了大量尾矿和废石，这些废弃物未经妥善处理，长期暴露于自然环境中。随着风雨侵蚀，富含重金属的颗粒物不断扩散至周边土壤、水体及农田，对生态系统和公众健康构成潜在威胁。尽管该区域污染问题突出，但针对土壤污染水平、重金属形态及其生态风险的综合性研究仍较为缺乏。

在这一背景下，由Jean-No?l Mputu Kanyinda领衔的研究团队开展了针对基普希矿区周边土壤与植物的重金属污染系统研究。该研究旨在揭示重金属的空间分布规律、生物有效性、赋存形态，并评估其生态风险，同时探索本地植物在重金属富集与固定方面的潜力，为矿区生态修复提供理论依据与实践方向。研究成果已在《Seizure: European Journal of Epilepsy》发表。

在研究过程中，团队采用了多种关键技术方法。他们在基普希选择了六个代表性采样点（P1–P6），包括农田、居民区、手工采矿区和背景对照区，分别于雨季和旱季采集土壤和植物样本。通过ICP-OES（电感耦合等离子体光学发射光谱法）测定Cd、Co、Cr、Cu、Pb、Zn等重金属的全量与生物有效态含量。借助改进的BCR连续提取法（European Communities Bureau of Reference）分析重金属的形态分布，将其区分为酸可提取态、可还原态、可氧化态和残渣态。运用污染指数包括富集因子（EF）、污染因子（CF）、地累积指数（Igeo）、污染指数（PI）和潜在生态风险指数（PERI）综合评价污染程度与生态风险。通过Pearson相关分析与主成分分析（PCA）探讨土壤理化性质与重金属分布之间的关系，并计算植物的生物富集系数（BCF）以评估其修复潜力。

研究结果多方面揭示了基普希地区的重金属污染状况。

土壤理化性质分析表明，研究区域土壤pH值介于4.4–7.5之间，其中P5、P6呈强酸性，可能与酸性矿山排水（AMD）有关；有机质含量在2.8%–8.1%之间，阳离子交换量（CEC）为6–10 meq/100 g，整体保肥能力较弱。这些性质直接影响着重金属的溶解性与迁移能力。

重金属含量分析显示，土壤中Co、Cu、Zn的含量频繁超过FAO标准限值，最高分别达到60.1 mg/kg、424.1 mg/kg和560.7 mg/kg，表现出明显的积累现象。相比之下，Cd、Cr、Pb的含量多数未超过建议阈值，但在局部点位仍具有潜在风险。

污染评价指数结果表明，CF与Igeo指示出多个点位中Cu、Zn、Co处于中度至严重污染水平；EF进一步揭示Zn在P1、P4点存在极强人为富集；PERI突出表明Pb与Zn在P1–P4点具有极高的生态风险，其中PERI值最高达661，远超安全阈值。

重金属形态分析是本研究的一大重点。通过BCR连续提取法发现，Cd、Pb、Zn主要分布于可还原态（与铁锰氧化物结合），在酸性或还原条件下易释放至环境；而Cu和Cr则更多以残渣态存在，迁移性较低。这一结果说明，尽管某些元素全量不高，但其环境活性可能很高，值得高度重视。

植物重金属积累特征方面，研究分析了六种本地植物，包括Persea americana（牛油果）、Melissa officinalis（香蜂草）等。结果显示，这些植物中Co、Cr、Cu含量多次超过WHO健康指引值，其中P. americana对Cu的富集系数（BCF）达0.29，表现出较强的富集能力；而Bamboussa vulgaris（某种竹类）则表现出重金属排斥特性，更适于植物固定化修复。

通过相关性分析，团队还发现Zn与Cd、Cr与Cu等元素之间存在显著正相关，暗示它们可能具有共同的污染来源或相似的地球化学行为。

研究结论部分强调，基普希矿区土壤与植被已受到严重重金属污染，尤其以Cu、Zn、Co污染最为突出。重金属形态以活性较高的可还原态为主，易于在环境中迁移并被植物吸收，进一步进入食物链。本地植物如P. americana显示出较强的富集能力，具备用于植物提取修复的潜力；而B. vulgaris因能将重金属限制于根部，可用于植物稳定化技术。该研究不仅系统评估了矿区环境的生态与健康风险，也为基于自然修复的治理策略提供了物种选择与理论支持。建议加强矿区环境监测、推动植物修复应用、严格管控废弃物排放，并开展更长期的生态效应研究。

该成果对全球矿业污染区域的生态治理具有重要借鉴意义，尤其在资源开发与环境保护并重的发展中地区。