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文献分享：Comprehensive assessment of environmental and health risks of metal(loid)s pollution from non-ferrous metal mining and smelting activities

发布时间：2023-12-20


文章信息

原名：

Comprehensive assessment of environmental and health risks of metal(loid)s pollution from non-ferrous metal mining and smelting activities

译名：有色金属开采和冶炼活动中金属污染的环境和健康风险综合评价

期刊：Journal of Cleaner Production

2022年影响因子：11.1

5年影响因子：11.1

在线发表时间：2022.11.15

通讯作者：姚军

第一单位：中国地质大学(北京)水资源与环境学院，环境科学与工程研究中心


文章亮点


重金属扰乱土壤环境，抑制微生物代谢活动。

转化酶活性和达峰时间（T峰）是土壤健康的敏感指标。

金属污染冶炼区环境风险综合指数。

砷含量对冶炼区周围的居民具有严重的健康风险。

周边冶炼区对儿童健康风险较高。

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01
研究背景


土壤中过量的有毒重金属污染威胁着生态系统和人类健康，引起了全世界的关注。世界上有超过1000万个主要污染区域，其中50%以上受到有毒金属污染。土壤中金属的主要来源是工业活动，包括采矿、加工和渣泄漏。

中国是世界上最大的金属生产国和消费国之一，面临着冶炼和采矿活动造成的严重而广泛的土壤污染。矿山产生的大量废弃物堆积在土壤表面，破坏了土壤生态系统，使原本肥沃的农田变成了荒地。重金属超标进入土壤基质，降低土壤肥力和质量，改变土壤微生物群落结构，影响动植物生长发育，甚至通过食物链危害人类健康。

在规划昂贵而耗时的土壤修复方案之前，有必要研究土壤中金属(样物质)的含量和形态划分，以及土壤健康状况，以获得全面的环境和健康风险。微生物土壤酶参与养分循环(C、N、P)，对维持土壤生态和健康发挥重要作用。微量热法是监测土壤微生物代谢活动的高灵敏度技术，可作为微生物能量代谢的代表，为报告土壤健康状况提供定量指标。因此，结合微量热法和酶活性测量来评价微生物代谢活性，可以作为反映土壤污染程度和健康状况的有效微生物指标。

02
研究方案


本研究以云南省个旧市吉街镇有色金属冶炼区为研究对象。该地区被农田、河流和居民区所包围，是对土壤、环境和人体健康的金属风险进行综合评估的示范区。目的:通过测定土壤理化性质和微生物活性特征，评价土壤生态状况;结合多种环境风险评价方法，评价污染地区的综合环境风险;利用US-EPA成人和儿童风险指数，评价污染地区的人体健康风险。研究结果对于优化缓解策略以降低有色金属开采和冶炼地区的环境和人类健康风险具有至关重要的意义。

03
研究结果


本研究选取了土壤中参与碳、氮、磷循环的土壤酶的活性，包括荧光双乙酸水解酶(FDA)、酸性磷酸酶(APA)、脲酶(UA)和转化酶(INV)。这些酶活性是评估金属污染土壤中微生物养分代谢健康状况的微生物指标。具体的酶活性测试方法在以往的研究中有详细介绍。微生物酶活性(MEA)是根据四种典型土壤酶活性计算的。

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Fig.1. The total concentration of metal(loid)s in the East, South, West and Pollution sites. The boxplots indicate As (A), Cd (B), Sb (C), Cr (D), Zn (E), V (F), Pb (G), Ni (H), Mn (I), and Cu (J) concentrations. Common letters indicate non-signifcant differences between different sites.

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Fig. 2. The EXC, RED, OXI, and RES fractions of As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, V, and Zn in the East (A), South (B), West (C) and Pollution (D) sites.


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Fig. 3. Soil microbial activities in the East, South, West, and Pollution sites. The bar plots show FDA (A), APA (B), INV (C), UA (D), and MEA (E) activities. Common letters indicate non-signifcant differences between different sites.

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Fig. 4. Power-time curves for different soil samples in the East, South, West, and Pollution sites recorded by microcalorimetry.

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Fig. 5. Microcalorimetry parameters in the East, South, West, and Pollution sites. The bar overlaps of k (A), Ppeak (B), MAI (C), Tpeak (D), and Qtotal (E). Common letters indicate non-signifcant differences between different sites.

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Fig. 6. The total score pollution (TSP) of Cd, As, Cu, Pb, Zn, Sb, Mn, Ni, V, and Cr in the East (A), South (B), West (C), and Pollution (D) sites.

04
研究结论


采用多种分析方法鉴定土壤健康，西南有色金属采冶炼区污染特征、综合环境与健康风险。砷、镉、铅和铜被确定为主要的金属污染物。INV活性和Tpeak与重金属形态和含量相关，表明INV活性和Tpeak是污染土壤微生物代谢活性的敏感指标。CEA指数表明污染等级为Cd≥Cu=As≥Pb=Sb≥Zn≥Mn≥Ni=V>Cr，其中As、Cd、Cu、Pb为高污染等级。根据RI和CEA指数，不同的站点范围为:污染站点>东站点>西站点>南站点，表明整个研究区重金属污染严重。其中，砷、镉和铜是造成环境风险的主要因素。对于成人和儿童，根据摄取和皮肤吸收的HI值对不同部位进行排序如下:污染部位>西部位>南部位>东部位。暴露途径分析表明，非致癌性健康风险主要由砷的摄入和金属(砷和铜)的皮肤吸收引起。当地居民暴露在砷的致癌风险中，儿童比成人更容易受到土壤重金属的影响。

综上所述，与以往研究相比，本研究的新颖之处在于，基于土壤健康状况(微生物代谢活动特征)、环境健康风险评估，综合分析了典型采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险。探讨了土壤金属(样物质)含量和形态与微生物代谢活性特征的关系，确定了对土壤金属(样物质)敏感的微生物指标。根据金属(样物质)的含量和形态得出了组合环境风险评价，并对不同金属(样物质)的综合污染程度进行了分析。在未来的研究中，需要更多的方法从生态健康、环境和健康风险的角度对受工业活动影响的生态环境和居民健康进行更全面的评价。

总的来说，本研究为综合分析采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险特征提供了新的途径，为指导后续的修复策略提供了有价值的信息。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134049


Fig. 6. The total score pollution (TSP) of Cd, As, Cu, Pb, Zn, Sb, Mn, Ni, V, and Cr in the East (A), South (B), West (C), and Pollution (D) sites.

04
研究结论


采用多种分析方法鉴定土壤健康，西南有色金属采冶炼区污染特征、综合环境与健康风险。砷、镉、铅和铜被确定为主要的金属污染物。INV活性和Tpeak与重金属形态和含量相关，表明INV活性和Tpeak是污染土壤微生物代谢活性的敏感指标。CEA指数表明污染等级为Cd≥Cu=As≥Pb=Sb≥Zn≥Mn≥Ni=V>Cr，其中As、Cd、Cu、Pb为高污染等级。根据RI和CEA指数，不同的站点范围为:污染站点>东站点>西站点>南站点，表明整个研究区重金属污染严重。其中，砷、镉和铜是造成环境风险的主要因素。对于成人和儿童，根据摄取和皮肤吸收的HI值对不同部位进行排序如下:污染部位>西部位>南部位>东部位。暴露途径分析表明，非致癌性健康风险主要由砷的摄入和金属(砷和铜)的皮肤吸收引起。当地居民暴露在砷的致癌风险中，儿童比成人更容易受到土壤重金属的影响。

综上所述，与以往研究相比，本研究的新颖之处在于，基于土壤健康状况(微生物代谢活动特征)、环境健康风险评估，综合分析了典型采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险。探讨了土壤金属(样物质)含量和形态与微生物代谢活性特征的关系，确定了对土壤金属(样物质)敏感的微生物指标。根据金属(样物质)的含量和形态得出了组合环境风险评价，并对不同金属(样物质)的综合污染程度进行了分析。在未来的研究中，需要更多的方法从生态健康、环境和健康风险的角度对受工业活动影响的生态环境和居民健康进行更全面的评价。

总的来说，本研究为综合分析采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险特征提供了新的途径，为指导后续的修复策略提供了有价值的信息。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134049


黑龙江林口稻蟹科技小院

培养单位：东北农业大学

联合培养单位：黑龙江省林口县农业农村局
所属地区：黑龙江省牡丹江市
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文献分享：Comprehensive assessment of environmental and health risks of metal(loid)s pollution from non-ferrous metal mining and smelting activities

发布时间：2023-12-20


文章信息

原名：

Comprehensive assessment of environmental and health risks of metal(loid)s pollution from non-ferrous metal mining and smelting activities

译名：有色金属开采和冶炼活动中金属污染的环境和健康风险综合评价

期刊：Journal of Cleaner Production

2022年影响因子：11.1

5年影响因子：11.1

在线发表时间：2022.11.15

通讯作者：姚军

第一单位：中国地质大学(北京)水资源与环境学院，环境科学与工程研究中心


文章亮点


重金属扰乱土壤环境，抑制微生物代谢活动。

转化酶活性和达峰时间（T峰）是土壤健康的敏感指标。

金属污染冶炼区环境风险综合指数。

砷含量对冶炼区周围的居民具有严重的健康风险。

周边冶炼区对儿童健康风险较高。

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01
研究背景


土壤中过量的有毒重金属污染威胁着生态系统和人类健康，引起了全世界的关注。世界上有超过1000万个主要污染区域，其中50%以上受到有毒金属污染。土壤中金属的主要来源是工业活动，包括采矿、加工和渣泄漏。

中国是世界上最大的金属生产国和消费国之一，面临着冶炼和采矿活动造成的严重而广泛的土壤污染。矿山产生的大量废弃物堆积在土壤表面，破坏了土壤生态系统，使原本肥沃的农田变成了荒地。重金属超标进入土壤基质，降低土壤肥力和质量，改变土壤微生物群落结构，影响动植物生长发育，甚至通过食物链危害人类健康。

在规划昂贵而耗时的土壤修复方案之前，有必要研究土壤中金属(样物质)的含量和形态划分，以及土壤健康状况，以获得全面的环境和健康风险。微生物土壤酶参与养分循环(C、N、P)，对维持土壤生态和健康发挥重要作用。微量热法是监测土壤微生物代谢活动的高灵敏度技术，可作为微生物能量代谢的代表，为报告土壤健康状况提供定量指标。因此，结合微量热法和酶活性测量来评价微生物代谢活性，可以作为反映土壤污染程度和健康状况的有效微生物指标。

02
研究方案


本研究以云南省个旧市吉街镇有色金属冶炼区为研究对象。该地区被农田、河流和居民区所包围，是对土壤、环境和人体健康的金属风险进行综合评估的示范区。目的:通过测定土壤理化性质和微生物活性特征，评价土壤生态状况;结合多种环境风险评价方法，评价污染地区的综合环境风险;利用US-EPA成人和儿童风险指数，评价污染地区的人体健康风险。研究结果对于优化缓解策略以降低有色金属开采和冶炼地区的环境和人类健康风险具有至关重要的意义。

03
研究结果


本研究选取了土壤中参与碳、氮、磷循环的土壤酶的活性，包括荧光双乙酸水解酶(FDA)、酸性磷酸酶(APA)、脲酶(UA)和转化酶(INV)。这些酶活性是评估金属污染土壤中微生物养分代谢健康状况的微生物指标。具体的酶活性测试方法在以往的研究中有详细介绍。微生物酶活性(MEA)是根据四种典型土壤酶活性计算的。

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Fig.1. The total concentration of metal(loid)s in the East, South, West and Pollution sites. The boxplots indicate As (A), Cd (B), Sb (C), Cr (D), Zn (E), V (F), Pb (G), Ni (H), Mn (I), and Cu (J) concentrations. Common letters indicate non-signifcant differences between different sites.

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Fig. 2. The EXC, RED, OXI, and RES fractions of As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, V, and Zn in the East (A), South (B), West (C) and Pollution (D) sites.


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Fig. 3. Soil microbial activities in the East, South, West, and Pollution sites. The bar plots show FDA (A), APA (B), INV (C), UA (D), and MEA (E) activities. Common letters indicate non-signifcant differences between different sites.

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Fig. 4. Power-time curves for different soil samples in the East, South, West, and Pollution sites recorded by microcalorimetry.

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Fig. 5. Microcalorimetry parameters in the East, South, West, and Pollution sites. The bar overlaps of k (A), Ppeak (B), MAI (C), Tpeak (D), and Qtotal (E). Common letters indicate non-signifcant differences between different sites.

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Fig. 6. The total score pollution (TSP) of Cd, As, Cu, Pb, Zn, Sb, Mn, Ni, V, and Cr in the East (A), South (B), West (C), and Pollution (D) sites.

04
研究结论


采用多种分析方法鉴定土壤健康，西南有色金属采冶炼区污染特征、综合环境与健康风险。砷、镉、铅和铜被确定为主要的金属污染物。INV活性和Tpeak与重金属形态和含量相关，表明INV活性和Tpeak是污染土壤微生物代谢活性的敏感指标。CEA指数表明污染等级为Cd≥Cu=As≥Pb=Sb≥Zn≥Mn≥Ni=V>Cr，其中As、Cd、Cu、Pb为高污染等级。根据RI和CEA指数，不同的站点范围为:污染站点>东站点>西站点>南站点，表明整个研究区重金属污染严重。其中，砷、镉和铜是造成环境风险的主要因素。对于成人和儿童，根据摄取和皮肤吸收的HI值对不同部位进行排序如下:污染部位>西部位>南部位>东部位。暴露途径分析表明，非致癌性健康风险主要由砷的摄入和金属(砷和铜)的皮肤吸收引起。当地居民暴露在砷的致癌风险中，儿童比成人更容易受到土壤重金属的影响。

综上所述，与以往研究相比，本研究的新颖之处在于，基于土壤健康状况(微生物代谢活动特征)、环境健康风险评估，综合分析了典型采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险。探讨了土壤金属(样物质)含量和形态与微生物代谢活性特征的关系，确定了对土壤金属(样物质)敏感的微生物指标。根据金属(样物质)的含量和形态得出了组合环境风险评价，并对不同金属(样物质)的综合污染程度进行了分析。在未来的研究中，需要更多的方法从生态健康、环境和健康风险的角度对受工业活动影响的生态环境和居民健康进行更全面的评价。

总的来说，本研究为综合分析采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险特征提供了新的途径，为指导后续的修复策略提供了有价值的信息。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134049


Fig. 6. The total score pollution (TSP) of Cd, As, Cu, Pb, Zn, Sb, Mn, Ni, V, and Cr in the East (A), South (B), West (C), and Pollution (D) sites.

04
研究结论


采用多种分析方法鉴定土壤健康，西南有色金属采冶炼区污染特征、综合环境与健康风险。砷、镉、铅和铜被确定为主要的金属污染物。INV活性和Tpeak与重金属形态和含量相关，表明INV活性和Tpeak是污染土壤微生物代谢活性的敏感指标。CEA指数表明污染等级为Cd≥Cu=As≥Pb=Sb≥Zn≥Mn≥Ni=V>Cr，其中As、Cd、Cu、Pb为高污染等级。根据RI和CEA指数，不同的站点范围为:污染站点>东站点>西站点>南站点，表明整个研究区重金属污染严重。其中，砷、镉和铜是造成环境风险的主要因素。对于成人和儿童，根据摄取和皮肤吸收的HI值对不同部位进行排序如下:污染部位>西部位>南部位>东部位。暴露途径分析表明，非致癌性健康风险主要由砷的摄入和金属(砷和铜)的皮肤吸收引起。当地居民暴露在砷的致癌风险中，儿童比成人更容易受到土壤重金属的影响。

综上所述，与以往研究相比，本研究的新颖之处在于，基于土壤健康状况(微生物代谢活动特征)、环境健康风险评估，综合分析了典型采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险。探讨了土壤金属(样物质)含量和形态与微生物代谢活性特征的关系，确定了对土壤金属(样物质)敏感的微生物指标。根据金属(样物质)的含量和形态得出了组合环境风险评价，并对不同金属(样物质)的综合污染程度进行了分析。在未来的研究中，需要更多的方法从生态健康、环境和健康风险的角度对受工业活动影响的生态环境和居民健康进行更全面的评价。

总的来说，本研究为综合分析采矿冶炼活动对周边生态环境和居民的风险特征提供了新的途径，为指导后续的修复策略提供了有价值的信息。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134049


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