控制矿区重金属污染是全球共识,其中铅锌矿区附近的农田和水体污染尤为普遍和严重[1]、[2]。重金属污染物在铅锌矿区的暴露表面上会大量积累。这些污染物通过地表径流和水力侵蚀从矿区表面传输到敏感受体(包括农田土壤和水体)[3],从而成为周边环境金属污染的重要途径[4]。这一机制通过下游河流沉积物中升高的金属浓度[5]、水稻土壤[6]以及径流驱动的污染物负荷量化[7]、[8]得到了实证验证。一项针对受采矿影响流域的研究表明,在降雨条件下,颗粒态污染物占矿区总重金属传输量的97%至99%[4]。气候变化导致的极端天气事件(如强降雨和洪水)频率增加,加剧了矿区重金属扩散的风险[9]、[10]。铅和锌是重要的工业原料,随着全球工业的进一步发展,对它们的需求预计将持续增长。因此,研究气候变化下铅锌矿区重金属扩散的累积风险对于可持续的经济和环境发展至关重要[11]。
关于铅锌矿区周围的重金属,已经进行了大量研究,包括污染源识别[12]、环境风险[13]、[14]、人类健康风险[15],以及土壤和水生沉积物中重金属修复的关键技术和机制[16]。这些研究主要关注铅锌矿区周围敏感受体(尤其是受污染的土壤和水体)的重金属风险。随着研究的深入,近年来在流域或区域尺度上研究重金属迁移过程已成为研究热点[17]、[18]。该领域的研究人员旨在揭示在人为和自然条件下,污染物如何进入水体和农田的关键机制,并构建迁移过程模型,从而为重金属污染的源头控制提供科学依据和决策支持工具[8]、[19]。然而,大多数研究仅针对小型或单个矿区进行。目前缺乏关于气候变化情景下铅锌矿区重金属扩散累积风险的大规模评估,对长期累积风险和极端降水贡献的理解也不充分,这限制了它们在宏观层面支持污染防控策略的能力[15]。
中国是全球主要的铅和锌生产国,产量约占全球总量的50%[20]。根据中国农业用地的全国土壤污染调查,铅锌矿区周围的土壤中重金属污染(尤其是镉)尤为严重[21]、[22]。近年来,矿区极端降雨和山洪暴发的频率增加,迫切需要开展关于气候变化影响下铅锌矿区重金属环境风险的大规模研究。
基于“源-路径-汇”理论,本研究开发了一个模型,用于评估降雨侵蚀条件下铅锌矿区重金属扩散的潜在累积风险。该模型整合了污染源强度(矿区空间范围和活动持续时间)、路径特征(土壤水力强度)和汇的敏感性,以量化风险传播。本研究的主要目标是:(1)绘制IPCC SSP情景下农田和水体的累积污染风险图;(2)量化极端降水对累积风险的贡献;(3)制定具有气候适应性的管理策略。