杜特塞市(Dutse metropolis)周边露天垃圾场土壤微量元素(trace elements, TEs)污染水平与污染源分布——以尼日利亚吉加瓦州(Jigawa state)为例
《Journal of Trace Elements and Minerals》：Sources distribution and trace elements pollution levels of soils from open dumpsites around Dutse metropolis, Jigawa state, Nigeria
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背景：随意处置固体废物及缺乏高效废物管理系统导致发展中国家城镇及城郊地区微量元素(trace elements, TEs)污染加剧。TEs因具持久性与难降解性，可在土壤中累积并淋溶进入地下水，继而进入食物链，对人类健康与生态受体构成显著风险。因此，评估垃圾场周
背景：随意处置固体废物及缺乏高效废物管理系统导致发展中国家城镇及城郊地区微量元素(trace elements, TEs)污染加剧。TEs因具持久性与难降解性，可在土壤中累积并淋溶进入地下水，继而进入食物链，对人类健康与生态受体构成显著风险。因此，评估垃圾场周边市政废物关联的TEs对保障公共卫生与环境至关重要。目的：本研究旨在评估尼日利亚西北部吉加瓦州杜特塞市Gida Dubu-Yelwawa轴线垃圾场土壤中部分TEs（铅Pb、镉Cd、镍Ni、锰Mn、铬Cr）的污染水平与污染源分布。方法：于0–20 cm与20–50 cm深度采集26份土壤样品，采用原子吸收分光光度法(Atomic Absorption Spectrophotometry, AAS)测定重金属水平；运用污染因子(Contamination Factor, CF)、污染负荷指数(Pollution Load Index, PLI)、潜在生态风险因子(Ecological Risk Factor, ErF)及潜在生态风险指数(Ecological Risk Index, RI)评价污染程度，并采用皮尔逊相关分析与主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)进行污染源解析。结果：研究发现TEs浓度范围分别为Pb 11.5–111.1 mg kg?1、Cd 2.50–182.0 mg kg?1、Ni 14.5–105.2 mg kg?1、Mn 122.5–402.7 mg kg?1、Cr 73.4–279.0 mg kg?1，均高于对照点。污染指数(CF、PLI、ErF、RI)显示存在中度至显著污染及潜在生态风险，其中Cd为最关键污染物。皮尔逊相关与PCA表明Mn、Cr、Pb主要来自人为源（含电池、电子废弃物、化肥等的工业与农业源），Cd与Ni可能源自自然与人为复合源。地球化学解释显示Pb与Cd滞留于表层土壤，而Mn与Cr具较强垂直迁移性，存在长期地下水污染风险。结论：研究区垃圾场土壤受TEs污染，且垃圾场邻近居民区引发暴露担忧。需建立长期监测计划、实施可持续修复措施、开展公众宣教并依法监管危险废物处置，以保障公众与环境安全。
尼日利亚杜特塞市露天垃圾场土壤微量元素污染水平与污染源分布研究解读
本研究发表于《Journal of Trace Elements and Minerals》。研究背景方面，快速城市化与发展中国家（特别是尼日利亚）缺乏卫生填埋场及有效废物管理体系，导致露天垃圾场广泛分布于居民区附近。城市固体废物中含电池、电子废弃物(e-waste)、油漆材料及塑料等，可释放铅(Pb)、镉(Cd)、镍(Ni)、铬(Cr)、锰(Mn)等微量元素(trace elements, TEs)。TEs具持久性、非生物降解性，可在土壤累积并经淋溶进入地下水进而进入食物链，引致神经、肾脏、骨骼损伤及致癌风险。已有尼日利亚西南部与中南部TEs污染研究，但西北部吉加瓦州数据匮乏。为此，Olaleye Abdul Ademola等人对杜特塞市Gida Dubu-Yelwawa轴线垃圾场土壤开展首次基线调查，通过分层采样与多元统计分析评估TEs污染程度、识别来源并揭示垂向迁移特征，为监管与修复提供科学依据。
研究人员自杜特塞市Gida Dubu-Yelwawa区域13个垃圾点分两层（表层0–20 cm与亚表层20–50 cm）各采集13份土样共26份，另采对照土；经风干、研磨过2 mm筛后按US EPA Method 3050B用HNO3-H2O2-HCl消解，以AAS（PinAAcle 900H, PerkinElmer）测定Pb、Cd、Ni、Mn、Cr浓度；用世界页岩平均值作背景值计算地累积指数(Geo-accumulation Index, Igeo)、污染因子(Contamination Factor, CF)、污染负荷指数(Pollution Load Index, PLI=各CF几何平均数)、潜在生态风险因子(Ecological Risk Factor, ErF=Tri×CFi，毒性响应因子Tr为Pb=5, Cd=30, Ni=5, Cr=2, Mn=1)及潜在生态风险指数(RI=ΣErF)；数据经Shapiro–Wilk检验及对数转换正态化后做皮尔逊相关分析与单因素方差分析(one-way ANOVA)并Tukey HSD检验，用OriginPro 2015做主成分分析(Principal Component Analysis, PCA, varimax旋转，保留特征值＞1的主成分)，KMO=0.71且Bartlett's检验显著(p＜0.001)。
3.1. Trace element (TE) concentrations（微量元素浓度）
研究人员测得表层与亚表层TEs范围分别为Pb 11.5–111.1 / 17.4–70.9 mg kg?1、Cd 2.90–50.7 / 2.50–8.30 mg kg?1、Ni 14.5–105.2 mg kg?1（亚表层HSB4最高105.2）、Mn 122.5–349.7 / 149.7–402.7 mg kg?1、Cr 73.4–279.0 mg kg?1；除个别元素外，多数TEs均值显著高于对照(p＜0.05)。Pb与Cd表层富集高于亚表层，表明其滞留表层；Mn与Cr部分亚表层浓度更高，显示垂向迁移。各元素浓度大多高于尼日利亚其他地区已报道值，Cd远超WHO推荐关注水平。
3.2. Source distribution of trace elements（微量元素来源分布）
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3.2.1. Pearson correlation analysis（皮尔逊相关分析）：Mn–Cr呈显著正相关(r=0.622, p＜0.01)，Pb–Mn(r=0.314)与Pb–Cr(r=0.321)呈显著弱—中等正相关(p＜0.05)，Cd、Ni与其余元素相关性弱且不显著。Mn–Cr–Pb聚类指示共同人为源（混合城市固体废物如电池含Pb/Mn、电子废弃物含Pb/Mn/Cr、磷肥含Mn/Cr）；Cd与Ni可能受自然背景叠加其他人为源影响。
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3.2.2. Principal component analysis (PCA)（主成分分析）：提取3个主成分解释总方差78.5%。PC1（40.0%）载荷Mn(0.60)、Cr(0.58)及弱Pb(0.40)，代表垃圾混合固体废物的人为污染来源；PC2（21.8%）Ni强负载荷(?0.79)，PC3（16.7%）Cd正载荷(0.69)与Ni正载荷(0.57)，反映Cd与Ni受自然地球化学背景和部分人为源共同影响。PCA与相关系数结果吻合。
3.3. Evaluation of trace element contamination levels（微量元素污染程度评价）
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3.3.1. Geo-accumulation index（地累积指数Igeo）：以世界页岩背景值(Pb 20, Cd 0.3, Ni 68, Mn 850, Cr 90)计，Cd与Pb Igeo＞5（Class 6，极强污染），Ni与Cr Igeo0.1–1.0（Class 1，无污染至中度污染），Mn Igeo＜0（未污染，接近背景值）。
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3.3.2. Contamination factor (CF) and pollution load index (PLI)（污染因子与污染负荷指数）：Mn CF＜1（未达污染），Pb局部CF＞1（最大1.307，中度污染），Ni与Cr部分点位CF略＞1，Cd所有点位CF＞2（中度至很严重污染）。PLI在11个点＜1（无污染），其余1.004–1.62（轻度金属污染）。
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3.3.3. Ecological risk assessment（生态风险评估）：单一元素潜在生态风险因子(ErF)显示Pb、Ni、Mn、Cr ErF均＜20（低风险），Cd ErF达93.75–6825.0（很高风险）。潜在生态风险指数(RI)在部分点位＞600（很高生态风险），＞80%由Cd贡献。
3.4. Geochemical processes controlling TEs behavior and distribution in the dumpsite soils（控制垃圾场土壤TEs行为与分布的地球化学过程）
垂向分布显示Pb、Cd表聚性强，因与土壤有机质、铁锰氧化物、黏土矿物强结合及形成碳酸盐/氢氧化物沉淀；Mn、Cr在多处亚表层更高，具较大垂向迁移性，可通过可交换或碳酸盐结合态向下淋溶，Mn–Cr正相关佐证其共迁移可能源于同类废物（电池、皮革鞣制副产品）淋滤。
3.5. Environmental and public health implications of TEs contamination in the dumpsite soils（垃圾场土壤TEs污染的环境与公共健康意义）
露天垃圾场紧邻居民区，TEs尤其Cd具高生态风险；当地依赖地下水饮用，存在淋溶污染地下水隐患；周边农作物可吸收TEs经食物链传递；居民尤其儿童可经经口摄入、皮肤接触污染土壤及吸入垃圾焚烧颗粒物暴露，需干预。
讨论与结论（翻译结论部分）
本研究调查了尼日利亚吉加瓦州杜特塞市Gida Dubu-Yelwawa轴线垃圾场26个采样点土壤的污染水平与TEs（Pb、Cd、Ni、Mn、Cr）来源分布。结果显示所测TEs平均浓度均超过对照值，Cd为最关键污染物——CF远高于2.0，ErF介于93.75至6825.0，且总RI在逾80%采样点中占比超80%。来源分布表明Mn、Cr和Pb主要源自与混合城市固体废物相关的人为源（包括电池、电子废弃物、化肥及包装材料），而Cd和Ni则来自自然地球化学背景与人为源（如磷肥施用及家用化学品处置）的共同作用。此类无控垃圾场靠近居民区引发了对TEs暴露的担忧，凸显在该地区及类似地点建立长期监测计划、采取可持续修复方案、开展公众宣教及强化危险废物处置法规执行的必要性。
