2019年1月25日，巴西布鲁马迪纽（Brumadinho）B1尾矿坝发生溃决，约1200万立方米铁矿尾矿泄漏，成为全球最严重的矿业灾难之一。研究人员开展的系统评价综合了现有认知并识别了研究缺口，最终纳入102篇文献，将其归纳为四个主题轴：尾矿的物理化学与矿物学表征、环境污染、生态与生态毒理效应，以及人类健康影响。尾矿以铁质为主，由石英和铁氧化物/氢氧化物构成。半数污染相关研究（37项）探讨了实测环境参数与溃坝事件的关联，其中36项报道了至少部分参数与泄漏尾矿存在相关性；尽管存在此类相关性，多项研究同时指出存在其他污染源和/或影响因素（如季节性）。原位生态毒理研究主要聚焦于鱼类，异位研究则覆盖了更广泛的水生与陆生生物类群。人类健康调查报道了不同人群的物理与心理健康影响。尽管已有大量研究，仍存在显著趋势与缺口：对非生物环境（abiotic compartments）的过度侧重；针对生物响应的野外实地评估不足；缺乏对土壤恢复与微量元素营养级传递的评估；对自给性消费鱼类的金属积累评估不足；长期生态监测研究缺失；以及几乎完全缺失关于尾矿再悬浮导致大气污染的研究。总体而言，现有证据表明影响严重但正逐步减弱，凸显了开展综合性、多环境介质和长期研究的必要性，以支撑帕劳佩巴河流域的生态恢复、风险评估与生命保护。
1. 引言
全球采矿活动长期带来高强度土地利用压力与环境扰动，近年频发的尾矿坝溃决进一步暴露了其对自然与人类社会影响的广泛性与持续性。1998年西班牙Los Frailes溃坝与2014年加拿大Mount Polley溃坝均释放富含金属的尾矿，造成土壤、河流与湖泊污染，改变水质与水生栖息地，并在水陆生态系统中形成扩散性、持久性污染。巴西米纳斯吉拉斯州的马里亚纳（2015年）与布鲁马迪纽（2019年）铁矿尾矿坝溃决引发全球关注，属于该国最严重的社会环境灾害之一，也体现了大规模采矿的全球环境风险。布鲁马迪纽事故中，Córrego do Feijão矿区的B1坝溃决释放约1200万立方米尾矿，造成272人死亡，并在帕劳佩巴河流域引发长达数百公里的连锁环境影响。
事故发生后，帕劳佩巴河流域成为前所未有的科研焦点，涵盖尾矿理化性质、环境污染、生态毒理效应及人类健康结局。研究覆盖水生、陆生与大气环境，常结合原位观测、遥感与数值模拟评估污染物扩散迁移。尾矿矿物学与元素学研究为解释污染物迁移性与生物有效性提供了基础，人类健康研究则开始记录受影响人群的暴露途径及潜在身心影响，同时开展风险分析与供水安全讨论。然而，现有知识仍呈碎片化：多数研究聚焦单一环境介质、特定生物类群或孤立终点，空间与时间尺度各异，限制了从流域尺度整合理解污染物在多环境基质与营养级间的再分配、转化与生物富集过程。此外，帕劳佩巴流域长期受工业活动、农业、城市污水及历史采矿影响，进一步增加了区分灾难相关影响与背景条件的难度。因此，亟需对布鲁马迪纽灾难的现有认知进行批判性整合，以支持未来研究与决策。
1.1 溃坝影响区特征
B1坝溃决影响区位于巴西东南部米纳斯吉拉斯州的帕劳佩巴河流域，该河是圣弗朗西斯科河的主要支流，地处地质复杂的“铁四角（Quadrilátero Ferrífero）”区域，以高强度铁矿开采活动闻名，区域内天然背景金属含量较高，增加了区分灾难相关污染与原有地球化学条件的难度。2019年1月25日，B1坝溃决形成高能泥石流，行进约10公里后进入帕劳佩巴河干流，对河岸带、河道、基础设施与农村社区造成严重物理破坏。除直接人员伤亡外，事件引发了物理、化学与生物过程的级联效应，沿河道向下游传播，塑造了本综述所分析的污染梯度与生态响应。
科学调查重点关注代表不同影响与恢复功能区的河段：上游段位于尾矿入河口（Ferro-Carvão溪汇入口）上游，作为背景参照区，但该流域同样长期受人为压力影响；下游贝廷（Betim）河段从汇入口延伸至Igarapé热电厂径流式水库，属于急性影响区，此处尾矿沉积最厚，河道形态与沉积物组成剧烈改变，浊度显著升高；Retiro Baixo水库作为主要泥沙截留区，滞留了大部分粗颗粒物质，部分阻断了上游污染向下游的输送；下游段延伸至圣弗朗西斯科河汇口处的Três Marias水库区域，属于远端区域，细颗粒与溶解态组分可能在此长期输移、累积或再悬浮。这些河段共同构成了从源区、强扰动区、沉积汇到下游输出的纵向梯度，为解释理化模式、生物响应与人类暴露途径提供了空间框架。
流域环境动态受热带高原气候调控，干湿季分明，在控制溃坝后污染物再分配中起关键作用。雨季（通常为10月至次年3月）流量增加，增强侵蚀、沉积物再悬浮与细颗粒向下游输移，周期性再悬浮过程改变水体理化条件，直接影响微量元素生物有效性，使生态毒理风险在灾后持续存在；旱季则促进沉积物沉降与污染物暂时稳定，水体浓度降低但底栖环境累积增加。这种迁移与沉积的季节性振荡是将水文驱动与化学暴露、生物响应联系起来的关键机制。
2. 系统评价策略
本研究遵循PRISMA方法学开展系统评价，检索Web of Science与Scopus数据库，目标为帕劳佩巴河流域内探讨环境污染及其对生态系统和人类健康影响的研究，尤其关注与布鲁马迪纽B1坝溃决相关的文献。检索于2025年11月进行，共获得822条记录，经识别、筛选、合格性与纳入四个阶段，最终102项研究被纳入定性定量分析。
3. 帕劳佩巴河流域的科学认知现状
纳入文献被划分为四个主题轴。2000至2025年间，各主题占比分别为：尾矿理化表征16%、环境污染49%、生态与生态毒理研究20%、人类健康15%。
3.1 尾矿的理化表征
B1坝尾矿矿物学组成以石英为主，伴生铁氧化物与氢氧化物（主要为赤铁矿与针铁矿），反映了其源自铁矿选矿的铁质属性。部分研究还识别出磁铁矿与锰氧化物，表明其矿物学组成更复杂，存在潜在的地球化学反应活性相。
尾矿以铁质材料为主，空间异质性强，元素浓度变幅大。铁（Fe）是主要地球化学组分，含量达数十至数百克每千克，甚至接近干重的45%–49%，与矿物学分析结果一致。铝（Al）、锰（Mn）、钙（Ca）、镁（Mg）与磷（P）含量亦较高，反映了矿物基质与选矿副产物的共同贡献。潜在有毒金属（砷As、镉Cd、铅Pb、镍Ni、铬Cr、铜Cu、锌Zn等）浓度跨度大，从低于检出限至数十毫克每千克，取决于分析形态（干重或湿重）与采样点位，体现了尾矿沉积的高度异质性。汞（Hg）、锑（Sb）、钼（Mo）、银（Ag）、钍（Th）、铀（U）等微量元素虽浓度较低，但在氧化还原条件与pH变化时仍具环境意义。
地球化学上，尾矿呈弱酸性（pH约5.6–5.8），氧化还原电位为正值（约+90 mV），有利于铁锰氧化物/氢氧化物的稳定性，通过吸附作用相对固定多种金属。但有机质与总有机碳含量低、阳离子交换容量小，表明有机络合能力弱、缓冲容量有限，体系对理化扰动敏感，可能增加污染物生物有效性。
物理性质方面，尾矿质地多变，含显著比例的粉粒、细砂与黏土，容重高（约3.7–4.3 g cm-3 ），与富含金属氧化物的重矿物组成一致。中等比表面积表明固液界面相互作用潜力较强，尤其涉及铁锰氧化物时。
3.2 环境污染
B1坝溃决后，大量研究关注帕劳佩巴流域环境污染，重点为金属等理化参数在水陆环境中的时空再分配。37项污染研究中，36项报道了至少部分参数与尾矿存在相关性，仅1项未发现关联。研究设计包括时间前后对比（BA）、空间对照影响（CI）、以及结合的BACI框架，此外还有地球化学指纹、扩散分析与模型模拟。由于溃坝前缺乏全面基线数据，CI设计最为常用；BACI设计在具备基线数据时最适用于推断因果关系。IGAM（米纳斯吉拉斯州水资源管理研究所）数据集提供了1997年以来的环境监测数据，被10项研究采用。
污染已在多环境介质中被证实，但模式与强度差异显著。金属污染（尤其是Al、Fe、Mn及As、Cd、Hg、Pb等）最受关注，在水体、土壤、沉积物与尾矿中均有报道。值得注意的是，40项研究明确指出除溃坝外还存在其他污染源，包括生活污水、农业径流、工业排放、历史与新采矿活动、天然地质背景及历史污染，25项在确认与溃坝相关性的同时也强调了其他因素（如季节性、沉积物粒度、风驱过程）的影响。季节性是控制污染物浓度的关键因素，雨季Al、Fe、Mn、Pb、P浓度及浊度显著高于溃坝前平均水平。
3.2.1 水环境
浊度是最受关注的理化参数，作为尾矿影响水环境的代理指标，其值在0.8至1856 NTU间变化，随季节与河段而异，旱季与远离入河口河段值较低，且随时间推移逐渐回落至历史水平。铁（Fe）、铝（Al）、锰（Mn）等尾矿特征元素浓度在溃坝后初期显著升高，随后总体下降，但仍受季节性调控：旱季浓度更低，雨季因再悬浮而升高。IGAM数据显示，受影响河段的浊度、总锰与溶解铁超过历史阈值（2001–2019年1月24日的95百分位数）的频率与幅度均高于对照河段，且雨季值更高。溶解态金属与浊度呈非线性关系：浊度超过100 NTU时，溶解Fe与Al浓度呈下降趋势，而总Fe与总Mn则与浊度呈近似线性正相关，反映了颗粒物吸附作用。沉积物中总Fe与总Mn浓度也在溃坝后初期最高，随后下降。
鱼类是人群暴露的重要膳食途径。6项鱼类污染研究中，溃坝前4项已发现商业性洄游鱼种肌肉中潜在有毒元素超过食品安全限值，表明流域原有污染已存在。溃坝后研究证实了这一模式，Al、Cd、Cr、Mn、Pb等元素在食用鱼类中超标，Cd、Cr、Pb是关注重点，凸显了通过鱼类消费导致的人类暴露风险。
3.2.2 陆地环境
10项研究评估了陆地污染，4项为土壤生物生态毒理测试。其余研究强调非生物表征，显示尾矿沉积相关风险：河岸土壤Cr、As、Cu均值超过参照水平，潜在生态风险指数在布鲁马迪纽及周边市镇超过600；土壤与灰尘的意外摄入是主要人类暴露途径，儿童致癌与非致癌风险尤为突出；As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn超过WHO指南值；Al、Fe、Mn在尾矿—土壤混合基质中富集。此外，受灾区域土壤有机碳显著损失，降低了土壤肥力与生态系统恢复力。
3.2.3 大气环境
仅有3项研究涉及大气污染，其中2项仅将布鲁马迪纽作为对照点，未专门评估溃坝影响。唯一在灾后的专项研究使用空气凤梨（Tillandsia usneoides）作为生物监测器，发现暴露15至45天后，Cr、Cu、Fe、Mn中位浓度显著升高，风向影响了Córrego do Feijão区域的污染水平，且As浓度在暴露期间上升。
3.3 生态与生态毒理研究
26项研究评估了生物效应，其中20项为生态毒理研究，6项为生态学研究。研究涵盖多营养级与分类群，包括水生、陆生与植物物种。
微生物群落研究显示，帕劳佩巴水体中金属抗性菌与肠道菌增加，抗菌素耐药（AMR）基因富集，AMR基因赋予对β-内酰胺类、大环内酯类、喹诺酮类与磺胺类药物的耐药性，金属抗性则更可能与溃坝直接相关。微藻（Chlorella vulgaris、Raphidocelis subcapitata）对尾矿浸出液与水样普遍敏感，表现出繁殖抑制与生长抑制。枝角类（Daphnia similis）在靠近溃坝的位点出现活动抑制。昆虫Helicopsyche spp.对尾矿扰动敏感，在入河口下游立即消失，仅在更下游低丰度重现，可作为灾后低退化状态的指示生物。
鱼类研究在溃坝前后均显示显著污染。溃坝前，鱼类肝脏与脾脏出现组织病理改变、黑素巨噬细胞中心增加，应激与解毒生物标志物（金属硫蛋白MT、热休克蛋白70 HSP70、细胞色素P4501A CYP1A）表达升高，部分鱼种出现生殖功能障碍与内分泌干扰。溃坝后，斑马鱼（Danio rerio）胚胎暴露实验显示高死亡率（最高达95%）与致畸效应（孵化失败、鳔充气不良、心包水肿、脊柱侧弯）；成鱼暴露于沉积物时出现20%死亡率，且肌肉组织金属积累模式均为Fe > Al > Mn。野外采集的土著鱼种（Prochilodus costatus、Hoplias malabaricus）也表现出肝、脾、性腺的组织病变与生物标志物高表达。
陆生无脊椎动物研究中，跳虫（Folsomia candida）暴露于尾矿样品后100%出现存活率下降与繁殖抑制，并诱导多药耐药（MXR）外排蛋白机制；蚯蚓（Eisenia andrei、E. fetida）暴露于尾矿后出现急性致死、体重下降、遗传毒性（彗星试验DNA损伤、微核增加）与慢性细胞毒性；缓步动物（Enchytraeus crypticus）与捕食性螨（Hypoaspis aculeifer）的存活与繁殖也受到显著抑制。植物方面，洋葱（Allium cepa）染色体畸变试验显示下游水样与沉积物具有遗传毒性，生菜（Lactuca sativa）种子发芽与幼苗生长受尾矿抑制。
土壤微生物研究中，尾矿对细菌脱氢酶活性呈剂量依赖性抑制，EC50 为28.7%–44.7%尾矿含量；受灾区土壤微生物生物量初期下降、代谢熵升高，一年后部分恢复，脲酶与芳基硫酸酯酶是区分受灾与参照区的最敏感酶指标。此外，参与搜救的犬只毛发中镉（Cd）浓度显著高于对照组，且与工作时间、皮肤病变存在相关性。尽管存在污染，水獭（Lontra longicaudis）在灾后数月仍在该流域活动，提示生态系统具有一定韧性。
3.4 人类健康
人类健康研究主要通过“布鲁马迪纽健康项目”与“布鲁明哈项目”开展，以观察性设计为主，涵盖队列研究与横断面调查，对象包括成人、儿童与救援人员。
儿童研究建立了0–6岁队列，尿样中As、Pb、Mn检出率超过80%，半数以上样本超过参考值，神经心理运动发育风险比例为38%；居住在尾矿粉尘暴露社区的4岁儿童上呼吸道感染、支气管炎与呼吸道过敏发生率显著升高，呼吸道过敏风险是非暴露社区的3倍。纵向随访显示，儿童尿As超标比例从2021年的42%升至2023年的57%，Pb与Hg检出率从2021年的88.9%与63.9%升至2023年的100%，表明暴露持续存在。
成人队列（3080人）基线调查显示高血压、高胆固醇血症与抑郁症为最常见疾病；尿生物监测显示Mn、As、Pb超标比例分别为38.08%、33.37%与5.04%；暴露于Mn的人群就诊率高出15%。参与救援的消防员血清与尿样中多种金属超过参考值。土壤健康风险评估显示，经口摄入占总暴露的94%，危害商数排序为Pb > As > Cr > Ni > Hg > Cd > Zn。
卫生监测时间序列显示，灾后苯二氮䓬类药物发放量增加294%，抗抑郁药使用立即升高；登革热发病率从2018年的22例激增至2019年的1100余例与2020年的2000余例，2023年报告登革热2288例与毒虫咬伤284例，凸显了技术灾难后综合卫生监测的必要性。
4. 研究缺口与未来方向
现有研究过度集中于非生物环境（尤其是水与沉积物），而针对受影响生物的野外研究明显不足，限制了对生态完整性、恢复轨迹与长期风险的评估。水环境中亟需建立长期监测计划，整合污染物水平与关键类群（微生物、大型无脊椎动物、两栖类、鱼类）的生物效应，覆盖帕劳佩巴河及下游Retiro Baixo与Três Marias水库。食用鱼类质量的长期评估严重不足，需扩大物种范围并结合当地消费模式，以支撑公共卫生决策。
陆地系统中，缺乏对生态修复成效的长期评估，需追踪恢复区环境质量演变与土壤生物毒性消减过程，并研究恢复区土壤—植物系统的微量元素动力学，识别野生动物暴露途径。大气污染研究几乎空白，未来应优先开展颗粒物再悬浮监测与模拟，量化大气扩散与风险。此外，研究设计与方法的异质性阻碍了跨介质结果整合，需加强区域土地利用格局分析，以区分灾难信号与背景污染。
5. 结论
帕劳佩巴河流域在B1坝溃决后的研究已形成相当规模，涵盖尾矿表征、环境污染、生态毒理与人类健康。尽管缺乏坚实基线，多数研究仍能通过时空设计建立环境参数与尾矿存在的关联，浊度与元素浓度是最常用的关联指标。但科研产出仍偏重非生物环境，生物响应实地研究稀缺，导致生态完整性、恢复进程、人类暴露与跨介质整合评估受限，长期监测与综合风险评估存在显著缺口。此外，健康研究集中于布鲁马迪纽，而环境监测主要沿下游分布，空间错位限制了暴露—反应关系的解析。本综述为全球矿业部门提供了经验教训，强调需避免知识碎片化，采用基于生态系统的综合视角分析灾后情景。
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