城市化对地下水硝酸盐污染的时空影响及人群健康风险评估——以尼日利亚奥韦里为例

本研究针对奥韦里地区城市化进程中地下水污染加剧问题，通过双季节采样分析揭示了NO3-和DOC的时空分布规律。研究发现26%的钻孔在旱季NO3-浓度超过WHO限值（50μg/mL），幼儿群体健康风险指数（HQ）达57%。研究创新性提出IVZM管理框架，为SDG 3目标实现提供科学依据。

　　

在撒哈拉以南非洲地区，约有2.5亿城市居民依赖地下水作为主要饮用水源。然而快速城市化进程正在给自然环境带来多重压力，其中地下水污染问题尤为突出。尼日利亚奥韦里作为一个人口密度约1400人/平方公里的行政中心，其浅层含水层因不合理建设的私人钻孔而面临严重的污染风险。特别值得关注的是，硝酸盐（NO₃^-）作为地下水污染的关键指标，浓度超过世界卫生组织（WHO）规定的50μg/mL限值时，可能对儿童和成人造成严重的健康威胁。

以往研究存在明显局限性：采样点数量不足、缺乏时空对比分析、未能结合城市密度梯度进行系统评估。这使得决策者难以制定有效的污染防治策略。为此，Joseph I. Nwachukwu等研究人员在《Journal of Trace Elements and Minerals》上发表了创新性研究成果，通过双季节大规模采样揭示了城市化对地下水质量的时空影响机制。

研究团队采用离子色谱法和TOC分析仪等关键技术，对356个私人钻孔进行雨季和旱季两轮采样。通过水质指数（WQI）和综合污染指数（SPI）评估饮用水适宜性，并运用美国环境保护署（USEPA）推荐的非致癌风险模型进行年龄特异性健康风险评估。研究区域覆盖约100平方公里，按城市密度梯度划分为市中心、郊区和城乡结合部三个区域。

3.1 地下水理化参数特征分析

研究结果显示，pH值呈现季节性变化，雨季中位数为5.4，旱季升至6.90。这种酸性条件表明含水层缓冲能力较低，易受人类活动影响。电导率（EC）从雨季的31.0 μS/cm上升至旱季的53.5 μS/cm，反映溶解性固体浓度增加。硝酸盐作为关键污染物，浓度从雨季的12.5 μg/mL升至旱季的23.9 μg/mL，超过WHO限值的钻孔比例从12%增加至26%。

3.2 硝酸盐的时空变异特征

方差分析表明，不同季节和区域间的硝酸盐浓度差异显著（p < 0.05）。市中心和郊区无显著差异，但与城乡结合部存在明显区别。空间分布图显示，硝酸盐污染与城市密度模式高度一致，河流汇合区域和河岸带污染最为严重。

3.3 基于WQI和SPI的水质评价

WQI评估显示，雨季70%的采样点水质优良，而旱季这一比例降至25%。SPI分析结果类似，但敏感性存在差异。两种指数均识别出河流沿岸为水质恶化高风险区，这与浅层含水层和排水路径的位置密切相关。

3.4 硝酸盐暴露风险评估

健康风险评价结果显示，幼儿（Toddler）的危险商数（HQ）最高，雨季和旱季分别有32%和57%的采样点HQ值超过安全阈值（>1.00）。各年龄组风险值依次为：成人17%/38%、青少年20%/41%、儿童24%/48%，表明年龄越小对硝酸盐污染越敏感。

本研究通过系统分析揭示了城市化密度与地下水污染的内在联系，证实了季节变化对水质参数的显著影响。特别值得关注的是，研究发现在缺乏正规污水处理设施的地区，化粪池渗漏是硝酸盐污染的主要来源。当钻孔与化粪池距离小于1米时，硝酸盐浓度普遍超标，这凸显了合理规划井位的重要性。

研究成果为制定针对性的地下水保护政策提供了科学依据。提出的综合脆弱区管理（IVZM）框架，将有助于实现可持续发展目标（SDG）第三项——良好健康与福祉。该研究不仅填补了撒哈拉以南非洲地区城市地下水污染研究的空白，其方法论对类似快速发展中城市区域也具有重要参考价值。

需要注意的是，本研究未包含微生物学指标分析，可能低估了地下水污染对公共卫生的全面影响。未来研究建议增加大肠杆菌、总大肠菌群等微生物指标监测，以更全面评估健康风险。此外，在更广泛的撒哈拉以南非洲城市区域开展类似研究，将有助于形成区域性的地下水保护策略。