非法废物处置对南非姆塔塔地区某些土壤化学性质及元素浓度的影响

《Environmental Forensics》：Effects of Illegal Waste Disposal on Selected Soil Chemical Properties and Elemental Concentrations in Mthatha, South Africa

非法倾倒固体废物导致南非Mthatha市土壤pH值升高及铜、铬含量显著增加，周边50米处土壤与非法倾倒地无差异，推测因淋溶液水平迁移。研究建议完善废物管理体系，设立规范丢弃点以减少土壤污染。

　　非法垃圾处理对土壤化学性质的影响是一个备受关注的环境问题，尤其是在发展中国家的城市地区。本研究以南非东开普省的Mthatha市为案例，探讨了非法垃圾堆放对土壤化学成分的改变。通过分析27个不同类型的采样点，包括非法垃圾堆放点、距离非法堆放点50米的相邻区域以及未受污染的保护区，研究揭示了非法垃圾处理对土壤pH值、铜（Cu）和铬（Cr）浓度的显著影响，而其他土壤化学性质则未见明显差异。这一发现为城市环境管理提供了重要的科学依据，并强调了改善垃圾处理方式的紧迫性。

### 研究背景与意义

随着全球城市化进程的加快，垃圾产生量逐年上升，给环境带来了巨大的压力。特别是在发展中国家，由于基础设施建设不足、管理机制不健全，非法垃圾处理成为普遍现象。这种现象不仅影响了城市的景观，还对土壤质量、地下水安全以及生态系统健康构成了威胁。非法垃圾堆放通常缺乏有效的防渗措施和污水处理系统，导致有害物质如重金属、有机污染物和化学物质通过渗滤液进入土壤，进而影响土壤的化学性质和生物活性。

在Mthatha市，非法垃圾堆放点多位于主要道路附近，这种位置选择可能与居民对垃圾处理服务的不满有关。由于垃圾收集频率较低，许多居民倾向于在路边随意丢弃垃圾，形成了大量的非法堆放点。这些垃圾中含有多种成分，如塑料、电池、食品残渣、衣物、金属制品等，它们在自然分解过程中会释放出各种污染物，其中包括重金属如铜、铬、铁等。这些重金属不仅会对土壤造成污染，还可能通过食物链影响人类健康。

此外，非法垃圾处理还可能引发一系列环境问题，例如水体污染、土壤侵蚀、生物多样性下降以及空气污染。渗滤液的扩散会导致周围土壤中的化学成分发生变化，影响土壤的结构和功能。因此，研究非法垃圾堆放对土壤化学性质的影响，对于制定科学的垃圾管理政策、保护生态环境具有重要意义。

### 研究方法与实施

本研究采用了系统的方法来评估非法垃圾堆放对土壤化学性质的影响。首先，研究人员选择了27个采样点，将其分为三类：非法垃圾堆放点、距离非法堆放点50米的相邻区域以及未受污染的保护区。所有采样点的土壤质地相同，均为砂质壤土，这有助于减少土壤类型对结果的干扰。随后，研究人员在2022年11月对这些采样点进行了土壤采样，每处采样点采集了5个土壤样本，并将它们混合成一个代表样本，以确保数据的准确性。

采样后，样本被送往农业、土地改革与农村发展部的土壤分析实验室进行检测。检测内容包括土壤中的钙（Ca）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、镁（Mg）、锰（Mn）、有机碳（O.C）、pH值、磷（P）、钾（K）以及总阳离子浓度。为了分析这些数据，研究人员采用了多种统计方法，包括Shapiro-Wilk检验用于判断数据是否符合正态分布，随后使用方差分析（ANOVA）和非参数Kruskal-Wallis检验来比较不同采样点之间的差异。对于多变量分析，研究人员还使用了置换多元方差分析（PERMANOVA）和主坐标分析（CAP）来评估非法垃圾堆放对土壤化学成分的综合影响。

### 研究结果与分析

研究结果显示，非法垃圾堆放点的土壤pH值显著高于控制点，且铜和铬的浓度也明显升高。这一现象可能与垃圾中有机物质的分解和重金属的释放有关。有机物质在分解过程中会产生酸性或碱性物质，从而改变土壤的酸碱平衡。而重金属如铜和铬则可能通过渗滤液的形式进入土壤，影响其化学性质。相比之下，其他土壤化学性质如钙、镁、磷、钾等并未表现出显著差异，这可能与这些元素在自然环境中较为稳定，或者非法垃圾堆放点与相邻区域的土壤成分相似有关。

此外，研究还发现，非法垃圾堆放点与相邻区域的土壤化学成分之间存在相似性，这可能是因为渗滤液在水平方向上的扩散。渗滤液中含有多种污染物，这些污染物可以通过土壤颗粒间的移动扩散到周围区域，从而影响更广泛的土壤质量。因此，即使非法垃圾堆放点本身受到污染，其周围土壤也可能受到影响，导致污染范围扩大。

### 重金属污染的机制与影响

铜和铬的浓度升高可能与垃圾中所含的多种材料有关。例如，铜可能来源于废旧电子产品、金属制品和某些工业废料，而铬则可能来自建筑废料、电池和塑料制品。这些材料在垃圾堆放过程中容易释放出有害物质，进入土壤并影响其化学性质。铜和铬在土壤中的积累可能对植物生长和生态系统功能产生负面影响。例如，铜会影响植物的根系发育和营养吸收，而铬则可能抑制土壤微生物的活性，进而影响土壤的有机质分解和养分循环。

土壤pH值的变化是另一个重要的发现。高pH值的土壤通常不利于重金属的移动性，这可能会减少某些重金属对环境的直接影响。然而，pH值的波动也可能导致重金属的释放，从而加剧污染问题。因此，维持稳定的土壤pH值对于防止重金属污染至关重要。

### 土壤化学性质的相互关系

研究还揭示了土壤化学性质之间的相互关系。例如，钾与磷之间存在显著的正相关，这可能与垃圾中有机和无机成分的相互作用有关。钙与锰、有机碳和总阳离子浓度也表现出正相关，这可能表明这些元素来源于相似的物质，如有机残留物和工业废料。pH值与有机碳和铜之间的正相关关系进一步支持了垃圾分解过程中有机物质的积累对土壤化学性质的影响。

另一方面，总阳离子与铬之间存在负相关，这可能意味着这些元素来源于不同的污染源。总阳离子主要来源于土壤中的矿物质和有机质，而铬则可能来源于垃圾中的工业材料。这种差异性表明，非法垃圾堆放对土壤化学性质的影响是复杂的，需要综合考虑多种因素。

### 研究结论与建议

本研究的主要结论是，非法垃圾堆放对土壤pH值、铜和铬浓度产生了显著影响，而其他土壤化学性质则未见明显变化。这一结果强调了非法垃圾处理对环境的潜在危害，尤其是在重金属污染方面。为了减少这种影响，研究建议加强垃圾管理措施，包括在源头进行垃圾分类、推广合法的垃圾处理设施以及加强对非法垃圾堆放点的监管。

此外，研究还指出，非法垃圾堆放点附近的土壤可能受到污染，因此需要关注这些区域的环境状况。对于那些缺乏垃圾收集服务的社区，建议建立专门的垃圾投放点，以鼓励居民将垃圾正确分类和处理。同时，政府和相关机构应加强对非法垃圾堆放点的清理和管理，防止污染物进一步扩散。

非法垃圾处理对土壤化学性质的影响不仅限于堆放点本身，还可能波及到周围的环境。因此，长期的监测和管理措施是必要的，以确保土壤质量和生态系统的可持续性。通过科学的垃圾管理，可以有效减少土壤污染，保护生态环境，并促进可持续发展。