《Journal of Applied Geophysics》：Environmental magnetic indicators of heavy-metal contamination in road-influenced urban soils
编辑推荐：
•磁化率 (χlf) 与重金属污染指数 (HPI) 显示出强烈的正相关关系。•回归分析验证了 χlf 作为累积重金属污染的可靠代理指标。•磁富集和重金属负荷主要局限于土壤上层 0–30 厘米。•铅 (Pb) 与磁化率表现出最强的耦合关系，表明人为控制占主导地位。•综合磁学、地
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磁化率 (χlf) 与重金属污染指数 (HPI) 显示出强烈的正相关关系。
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回归分析验证了 χlf 作为累积重金属污染的可靠代理指标。
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磁富集和重金属负荷主要局限于土壤上层 0–30 厘米。
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铅 (Pb) 与磁化率表现出最强的耦合关系，表明人为控制占主导地位。
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综合磁学、地球化学和岩土工程分析划定了水平和垂直污染边界。
引言
城市化和工业发展显著增加了对陆地环境的压力，导致城市土壤中污染物的广泛积累。因此，快速可靠的方法对于监测土壤质量、进行环境评估和可持续土地管理至关重要。传统的地球化学分析提供了准确的污染物测量，但对于大规模调查而言，往往劳动密集型、耗时且成本高。因此，环境磁学作为一种快速、无损且成本效益高的方法应运而生，用于评估人为污染，因为燃烧和交通相关活动产生的磁性矿物通常与潜在毒性元素相关 (Krishnamoorthi et al., 2026)。因此，将磁测量与地球化学分析相结合已成为环境评估污染日益重要的策略。重金属构成了土壤污染物的主要类别，能够破坏土壤微生物群落 (Lowe et al., 2019)，损害植物生长 (Romero-Ruiz et al., 2018)，并在动物和人类中引起毒理效应 (Ahmad and Mirza, 2018; Bahadur et al., 2022)，从而威胁陆地生态系统的完整性 (Hisham and Zainal Abidin, 2023; Morley et al., 2020)。土壤在维持生物多样性和调节生物地球化学循环方面发挥着关键作用 (Mejia et al., 2016)，这使得重金属的积累成为一个重大的环境和公共健康问题。欧洲环境署 (EEA)、联合国粮农组织 (FAO) 和世界卫生组织 (WHO) 等监管机构已制定了土壤和食品中重金属的阈值限值，以减轻这些风险 (Abdul Hamid et al., 2019; Das et al., 2023; Dominguez et al., 2021; Marghade et al., 2021)。
在城市环境中，土壤作为源自人为活动的重金属的主要汇，包括交通排放、工业过程和大气沉降 (Xiang-Yang and Z, 2011)。这些金属通常不易移动，倾向于在表层土层中积累，使得城市表层土壤成为环境质量和人类暴露风险的敏感指标 (Liu et al., 2022; Yang et al., 2023)。鉴于其与人类活动的直接相互作用，表层土壤代表了污染物通过摄入、吸入粉尘和食物链摄取转移的关键途径 (Odipe et al., 2019; Taylor et al., 2014; Zandybay et al., 2025)。快速的城市化和日益增加的交通密度加剧了重金属输入，特别是在排放来自刹车磨损、轮胎磨损和燃料燃烧的污染物集中的道路走廊沿线。镉 (Cd)、铅 (Pb)、铬 (Cr)、铜 (Cu) 和锌 (Zn) 等金属通常与这些来源相关，并被认为具有持久性、毒性和生物积累潜力 (Zandybay et al., 2025)。即使在低浓度下，这些金属也会对土壤质量和人类健康产生不利影响，导致神经、肾脏和心血管疾病。尽管在工业化地区进行了广泛的研究，但发展中国家快速成长的城市仍然代表性不足，且污染水平往往约束力差 (Richards et al., 2019a; Zandybay et al., 2025)。这凸显了对高效、空间广泛且成本效益高的监测方法的需求，能够识别污染热点并支持环境管理。道路走廊是城市污染的关键区域，因为来自车辆和人为来源的含金属颗粒物持续沉降 (Passaro et al., 2020; Tijani and Zayed, 2022)。
因此，人们对基于代理的技术进行快速污染评估的兴趣日益增加。环境磁学，特别是低频磁化率 (χlf)，由于其对与污染源相关的亚铁磁性颗粒的敏感性，已成为一种有前景的工具。然而，其有效性具有场地特异性，需要针对土壤属性和重金属浓度进行验证。本研究解决了在数据匮乏的快速增长城市中评估重金属污染的快速、空间分辨方法有限的问题。虽然传统的地球化学分析是准确的，但它们通常耗时、昂贵且空间有限，限制了它们在大规模环境监测和决策中的有用性。在此背景下，本研究评估了低频磁化率 (χlf) 作为尼日利亚尼日尔州 Minna 受道路影响的城市土壤重金属污染快速且成本效益高的代理指标的适用性。通过整合深度分辨的磁测量、岩土参数、直接重金属浓度和重金属污染指数 (HPI)，本研究提供了对污染的多维度评估。本工作的创新之处在于在数据有限的城市环境中结合使用磁化率和地球化学指数进行代理验证，整合基于剖面和大范围的采样以捕捉道路两侧的梯度和区域范围内的变异性，并将这种方法应用于一个研究不足且快速城市化的城市。这种方法能够识别污染热点，并提供一个可扩展的快速环境评估框架，支持基于证据的城市规划和污染管理。
研究区域的特点是快速扩张的城市景观，包括住宅区、商业区、交通走廊、市场和具有不同交通强度的机构区域 (Alabi, 2012; Minin et al., 2017)。主导土壤是发育在太古宙基底复合体岩石上的热带红土，主要由砂粘土至粘土质材料组成 (Amadi and Olasehinde, 2010)。大都市内的人为活动主要与强烈的车辆交通、汽车维修车间、加油站、商业市场、建筑活动和中小规模工业有关，这些都是颗粒排放和潜在毒性元素的重要来源。这些环境特征使该区域非常适合研究磁化率与重金属污染之间的关系。
章节摘要
研究区地质
研究区包括尼日利亚中北部的 Minna 大都市及其周边 (图 1a)，位于尼日利亚基底复合体之内，这是泛非活动带的一个组成部分 (Alabi, 2012; Khan et al., 2021; Omowumi, 2014)。区域地质框架显示，该地区位于主要岩性结构单元之间的过渡带，特别是基底复合体和 Bida 盆地，而研究区本身主要覆盖在结晶基底岩石之上。详细
链接地质 - 磁学 - 污染的概念模型描述
本研究的概念模型整合了地质背景、人为过程和磁响应，以解释城市土壤中磁化率的空间和垂直分布。研究区覆盖着相对均一的基底复合体岩性，提供了稳定且低变异性的岩源磁背景。在此背景下，城市道路网络作为磁增强颗粒物的主要来源，主要源自
划定研究区的人为污染物边界
渗透性、塑性指数 (PI)、磁化率 (χlf) 和重金属浓度的综合解释提供了多学科框架，用于划定研究区范围内的人为污染物边界。磁化率作为人为输入的间接指标 (César de Mello et al., 2020; Kumar et al., 2022)，而重金属分析提供了污染的直接地球化学证据 (Das et al., 2023; Fehér et al., 2025)。
结论
本研究证明 χlf 可以作为评估尼日利亚尼日尔州 Minna 受道路影响的城市土壤重金属污染的快速且操作高效的代理指标。χlf 的垂直分布显示随深度系统性地降低，变异性减小，表明磁增强主要局限于上层土壤土层 (0–30 厘米)。这种模式表明源自地表的人为输入占主导地位，叠加在
CRediT 作者贡献声明
Adamu John: 可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念化、写作 - 审查与编辑、写作 - 原稿。Nur Azwin Ismail: 可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、调查、资金获取、形式分析、数据整理、概念化、写作 - 审查与编辑、写作 - 原稿。Mbuotidem
未引用参考文献
Balaguru et al., 2003
竞争利益声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，可能会影响本论文报告的工作。
致谢
作者提前向编辑和审稿人表示特别的感谢，感谢他们宝贵的意见和建议，这显著提高了本论文的质量。作者希望感谢 马来西亚高等教育部 在基础研究拨款计划下提供的财政支持；拨款编号 203.PFIZIK.6711683，感谢 马来西亚理科大学 物理学院为我们提供了开展这项研究的平台，以及感谢 国家空间
Adamu John|Nur Azwin Ismail|Mbuotidem Dick|Rosli Saad|Cyril Gwazah Afuwai|Najeebullah Yahuza
