A systematic review of the environmental impacts of the Fundao dam rupture in Mariana(Minas Gerais, Brazil)  

巴西米納斯吉拉斯州馬里亞納Fund?o大壩潰壩環境影響的系統綜述  

來源：Environmental Science and Pollution Research, Volume 32, pages 17364–17392, (2025)

《環境科學與污染研究》第32卷，17364–17392頁，2025年  

 

摘要內容：  

本研究系統綜述了2015年Fund?o尾礦壩潰壩事件對巴西Doce河流域的環境影響。通過分析91項研究（2015-2022年），發現潰壩導致尾礦中重金屬（如Fe、Mn、Cr）在土壤和沉積物中顯著富集（Fe濃度高達178,050 mg/kg），水體濁度、pH和金屬濃度（如Al、Fe、Mn）短期劇增。生物系統表現為珊瑚蟲收縮、魚類金屬生物累積（Fe、Al、Cr）及微生物群落向鐵氧化/還原菌演替。尾礦長期釋放污染物，引發沉積物再懸浮和河口富營養化風險。  

 

研究目的：  

1 量化潰壩對土壤、沉積物及水體的物理化學影響  

2 評估重金屬在生物鏈中的累積效應及生態毒性  

3 解析污染物的時空分布規律與長期環境風險  

 

研究思路：  

1 系統文獻綜述(SLR)框架：  

   ? 制定關鍵問題："潰壩對物理和生物系統的具體影響？"  

 

   ? 檢索Scopus/Scielo/WOS數據庫（關鍵詞：Mariana, Fund?o dam, tailings）  

 

   ? 篩選91篇相關研究（2015-2022年）  

 

   ? 數據提取與質量評估（圖1流程圖）  

 

2 分區研究：  

   ? 近壩區（0-30 km）：尾礦直接覆蓋區（圖2）  

 

   ? 流域區（30-600 km）：河流輸移污染帶（圖3）  

 

   ? 河口區（>600 km）：海洋擴散影響區（圖4）  

 

3 多指標整合：  

   ? 物理化學：沉積物粒度（圖5）、水體濁度/DO/pH（表3）  

 

 

 

 

 

   ? 生物：珊瑚生理、魚類金屬累積、微生物群落  

 

測量數據及來源：  

1 沉積物金屬濃度（圖2, 3, 4, 5）：  

   ? Fe: 近壩區達178,050 mg/kg（對照組7,505 mg/kg）  

 

   ? Cr: 河口區升高3倍（背景值3.21→41.04 mg/kg）  

 

   ? 數據意義：揭示污染空間梯度（近壩>河口）及Fe主導污染特征  

 

2 水體參數（表3, 4）：  

   ? 濁度：峰值32,510 NTU（背景65 NTU）  

   ? pH：從酸性（5.15±0.53）升至堿性（8.30±0.15）  

   ? 數據意義：證實尾礦堿化效應及懸浮物對水生光合作用的抑制  

 

 

 

3 生物累積：  

   ? 珊瑚組織α-HBCDD占比升至99.5%  

 

   ? 魚類肝臟Fe累積量增加4倍  

 

   ? 數據意義：證明污染物沿食物鏈放大及異構體特異性富集  

 

數據研究意義：  

1 沉積物粒度變化（圖5）：  

   ? 砂質→粉砂質轉型（尾礦覆蓋導致）  

 

   ? 解釋棲息地物理結構破壞與底棲生物群落衰退  

 

2 微生物群落（正文3.4.2）：  

   ? 鐵氧化/還原菌成為優勢種（Fe(II) oxidizers占比升38%）  

 

   ? 揭示環境脅迫驅動的微生物功能適應性  

 

3 河口富營養化（表4）：  

   ? 硝酸鹽從5.56μM升至50.69μM  

   ? 闡明尾礦作為磷載體（Fe-P結合）引發藻華風險  

 

結論：  

1 污染持續性強：  

   ? 潰壩4年后河口沉積物仍檢出尾礦特征元素（Fe/Al/Si）  

 

   ? 雨季再懸浮導致污染反復（Cr/Pb二次釋放）  

 

2 生態級聯效應：  

   ? 近壩區植被喪失→土壤侵蝕加劇  

 

   ? 河口魚類群落結構向機會種演替（重金屬耐受種占比升50%）  

 

3 治理挑戰：  

   ? 傳統修復技術對細顆粒尾礦（1–200 μm）效率低  

 

   ? 需結合沉積物穩定化與生態工程措施  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：  

研究中采用Unisense光纖氧電極（型號OX-25）監測珊瑚光合（Pn）與呼吸速率（R）（方法2.3.3），其核心價值在于：  

1 微尺度代謝解析：  

   ? 以1分鐘間隔連續記錄60分鐘氧通量變化（黑暗測R，光照測Pn）  

 

   ? 檢出限0.1 μM，精準量化亞致死脅迫下珊瑚能量代謝狀態（如Pn下降未達顯著水平但持續低于基線值）  

 

2 排除混雜因素：  

   ? 實時驗證實驗條件（光照200 μmol光子/m2/s恒定）  

 

   ? 確認無缺氧干擾（DO>5 mg/L），避免假陽性結果  

 

3 技術對比優勢：  

   ? 非侵入式監測實現同個體多時間點追蹤（vs.破壞性生化分析）  

 

   ? 高時間分辨率捕捉瞬時代謝響應（如尾礦浸出液暴露2小時內Pn波動）  

 

4 揭示隱性脅迫：  

   ? 盡管Pn/R無統計顯著變化，電極數據結合肉眼觀察發現珊瑚蟲收縮  

 

   ? 證明生理行為響應（收縮）比代謝參數更敏感，為早期預警提供新指標