中国地表水中锑的全国范围分布、生态健康风险及水质标准：采矿活动引发的污染问题亟需关注

《Journal of Hazardous Materials》：National-scale distribution, ecological health risks, and water quality criteria for antimony in Chinese surface waters: Mining-driven pollution demands attention

中国地表水中锑污染全国分布及健康生态风险研究，基于545个样本分析发现华南、西南、西北矿区污染严重，峰值达10065.0μg/L（超标2000倍）。采用蒙特卡洛模拟法结合本土暴露参数和生物富集系数，建立分年龄段的人体健康水质标准（HHWQCs）及水生生物标准（ALWQCs），评估显示南方矿区儿童健康风险高达386倍，生态风险风险商值超1000，提出优先管控采矿/冶炼排放。

　　

李月|张瑞清|李慧贤|吴启新|程宏伟

中国内蒙古自治区呼和浩特市内蒙古大学生态与环境学院蒙古高原生态与资源利用教育部重点实验室，邮编010021

摘要

本研究揭示了中国地表水中锑（Sb）污染的全国性分布情况。通过对545个样本的分析发现，中国南方（SC）、西南部（SW）和西北部（NW）的矿区污染严重，最高浓度达到了10,065.0 μg/L（超过中国地表水标准的2,000倍）。通过使用结合当地暴露和生物累积参数的增强型蒙特卡洛模拟方法，为六个地区的不同年龄亚组制定了特定地区的人类健康水质标准（HHWQCs）。水生生物的水质标准是根据本地物种的毒性数据通过物种敏感性分布方法得出的。概率风险评估显示，中国南方的儿童面临极高的非致癌健康风险（风险商数（HQ）高达386，而南方矿区的生态风险（风险商数（RQ）>1,000）。因此，迫切需要优先控制采矿/冶炼排放。

引言

锑（Sb）在自然界中广泛分布，目前是全球范围内新兴且备受关注的有毒金属之一。美国环境保护署（USEPA）已将Sb列为优先污染物[1]。根据国际癌症研究机构的说法，Sb?O?被归类为可能的人类致癌物（2B组）[2]。由于Sb及其化合物具有阻燃、耐腐蚀和抗氧化等独特化学性质，它们被广泛应用于各个行业，如玻璃、陶瓷、橡胶、塑料、刹车片、纺织品和阻燃剂的制造[3]。中国拥有全球最丰富的锑资源，占全球储量的29.7%，年产量超过60,000吨[4]。然而，密集的采矿和消费活动引发了严重的污染问题[5]。

水中天然背景锑浓度低于1 μg/L[6]。然而，废水排放和产品释放导致某些自然水体中的锑含量升高。在中国太湖，地表水中的锑浓度范围为1.0至41.5 μg/L，存在潜在的健康风险[7]。包括冷水沟水库（90.8 μg/L）、南京的长江（65.3 μg/L）和汉江流域（41.6 μg/L）在内的多个水体，其锑含量超过了中国的地表水标准（5 μg/L）[8][9][10]。矿区的水质污染尤为严重，例如雅塔金矿区（206 μg/L）[11]、卫山矿区（1,209–1,724 μg/L）[12]、斑坡锑矿区（1,377 μg/L）[13]、宣阳锑矿区（1,580 μg/L）[14]以及湖南锡矿（29,423 μg/L）[15][16][17]。同样，在澳大利亚（470–55,000 μg/L）[18]、纽芬兰（0.01–26,100 μg/L）[19]和斯洛伐克（平均：9,300 μg/L）[20]的矿区附近也检测到了高浓度的锑污染。除了采矿活动外，各种人为和自然过程也会导致地表水中的锑污染。来自煤炭燃烧、废物焚烧和燃料燃烧的Sb?O?颗粒可以通过大气长距离迁移并沉积到地表水和土壤中[21]。锑还广泛用于聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合催化、玻璃陶瓷的生产、颜料和阻燃材料的制造；这些过程会导致工业区附近废水中的锑含量升高[22]。此外，农业和城市活动（如污泥焚烧、刹车磨损和电子废物回收）也会通过雨水径流将锑带入河流系统[5]。除了人为因素外，地质风化、火山活动和岩石-水相互作用等自然过程也会导致锑释放到自然环境中[23]。因此，有必要在全国范围内系统地研究地表水中锑的分布情况，以反映多种污染源和地质背景的综合影响。

接触锑及其化合物会对水生生物和人类健康造成不同程度的毒性[24][25]。接触锑可导致水生生物出现胚胎畸形、死亡率增加、DNA损伤、神经毒性及氧化应激等毒性效应[26][27][28]。此外，饮用水中的锑钾酒石酸盐会在啮齿动物体内引发肿瘤和器官病变[29]。流行病学研究将体内锑暴露与抑郁[30]、婴儿神经发育受损[31]及其他疾病[32]联系起来。儿童特别容易受到婴儿床中合成织物和挥发性有毒锑氢化物的影响[33]。环境中锑含量的增加可能对水生生物和人类健康造成不利影响。以往关于中国锑的研究大多针对特定河流或湖泊，缺乏全国范围内的污染分布和相关健康风险的评估。流经人口密集和工业化地区的长江和黄河流域，其地表水中的锑含量显著升高[34]。本研究结合了实地测量数据和文献资料，全面分析了中国地表水中的锑污染和健康风险。

水质标准（WQCs）是保护人类健康和水生生态系统的基本指标，但目前中国缺乏完整的锑水质标准。在之前的研究中，基于特定地区的人类健康水质标准（HHWQCs）指出了海河盆地锑对人类健康的高风险[35]。张等人[36]报告了长江流域武汉段锑对成人和儿童的潜在非致癌风险。王等人[37]为中国制定了特定年龄和地区的锑HHWQCs，但他们的分析仅基于五个省份的数据和一个生物累积因子（BAF）。陶等人[38]报告了锑矿区附近的健康风险和生态风险，但他们使用的HHWQC是通过仅考虑饮用水暴露途径的确定性方法得出的，忽略了BAF。由于暴露参数（体重（BW）、饮用水摄入量（DI）和鱼类摄入量（FI_n）的不确定性以及水文和生态的地域差异，有必要采用概率性和地区性的方法[39][40]来改进锑的水质标准。本研究使用结合当地暴露参数和BAF的概率方法，推导出了更新的水生生物水质标准（ALWQCs）和地区特定的HHWQCs，从而实现了全国范围的风险评估。

本研究的目标是：1）通过实地采样和文献数据调查中国地表水中的锑污染水平和分布；2）利用本地物种的毒性数据和暴露参数，制定更加科学可靠的中国锑水质标准，以保护水生生物和人类健康；3）评估中国不同地区的锑生态和健康风险。研究结果为理解全国范围内的风险提供了全面的科学依据，并为制定中国的锑水质标准提供了支持，有助于锑污染的管理和控制。

调查区域概述

调查区域概述

黄河（YR）是中国最长的河流。黄河流域（YRB）位于东经96°–119°、北纬32°–42°之间，在保障中国经济发展和生态安全方面发挥着重要作用。长江（YZR）是中国最长的河流，其主要河道和支流长度超过6,300公里，覆盖面积达1.80×10^6平方公里[41]。黄河流域（YZRB）位于东经90°33'–122°25'、北纬24°30'–35°45'之间，既是重要的生态安全屏障，也是典型的经济带

地表水中锑的含量和空间分布

共收集了来自五个流域的442个水样，以确定中国地表水中锑的浓度及其分布特征（表S1）。这些流域中的锑浓度范围为0.1至53.7 μg/L（平均：2.5 μg/L），其中黄河流域（YZRB）的平均浓度最高（5.2 μg/L），其次是黄河流域（YRB）（3.1 μg/L）（图2）。在黄河流域（YZRB）、黄河流域（YRB）和黑龙江流域（HRB），分别有46个（34.1%）、14个（10.9%）和13个（19.7%）采样点超过了安全标准

结论

本研究系统地量化了中国境内锑污染的空间异质性，发现由强烈的人工采矿活动引起的水表层锑污染非常普遍；中国南方、西南部和西北部的矿区被确定为污染热点。采用特定地区的暴露模式和概率建模方法开发了创新的人类健康水质标准（HHWQC），并根据中国本地物种的毒性数据计算了锑的急性及慢性水生生物水质标准（ALWQCs）

环境影响

锑（Sb）对水生生态系统和公众健康构成了严重威胁，尤其是在采矿活动密集的地区。本研究提供了中国地表水锑污染的首次全面全国性评估。中国南方、西南部和西北部地区由于密集的采矿和冶炼活动，锑污染尤为严重。在中国建立了基于当地暴露参数的锑的人类健康和水生生物概率性水质标准

未引用参考文献

[88]

CRediT作者贡献声明

张瑞清：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，资源协调，项目管理，资金获取，概念构思。李月：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，验证，方法学设计，数据管理。吴启新：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。李慧贤：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，资源协调，项目管理，资金获取。程宏伟：撰写 – 审稿

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢所有负责编辑和审稿人的宝贵意见。本研究得到了国家自然科学基金（42567036和41977270）、内蒙古自治区自然科学基金（2023MS04009）、内蒙古自治区科技计划（2025YFDZ0054）、京津冀区域综合环境改善-国家重点科技项目（2025ZD1207900）以及国家重点研发计划的支持