DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39049-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41673070
تاريخ النشر: 2026-02-12
المؤلف: Oluwafisayo Azeez Ayodeji وآخرون
الموضوع الرئيسي: المعادن الثقيلة في البيئة
نظرة عامة
هذه الدراسة فحصت التغيرات المكانية والزمنية لتركيزات المعادن الثقيلة في خزان إسا-أودو، ولاية أوسون، نيجيريا، على مدى فترة من مارس 2018 إلى ديسمبر 2019. تم جمع عينات المياه كل شهرين من ثلاث محطات وتحليلها باستخدام مطيافية الامتصاص الذري بعد التحمض. أظهرت النتائج أن الزنك كان له أعلى تركيز بين المعادن التي تم تحليلها، تلاه الحديد والنحاس، بينما كان الأرسنيك موجودًا بكميات ضئيلة. على الرغم من أن التغيرات المكانية في تركيزات المعادن الثقيلة لم تكن كبيرة (ص > 0.05)، إلا أن التغيرات الموسمية كانت واضحة، مع ملاحظات لتركيزات أعلى خلال موسم الأمطار. ومن الجدير بالذكر أن الكادميوم والرصاص تجاوزا الحدود التنظيمية، مما يشكل مخاطر محتملة على صحة الإنسان والنظم البيئية المائية، بينما ظلت المعادن الأخرى ضمن المستويات المسموح بها. تجاوز مؤشر تلوث المعادن الثقيلة (HMPI) العتبة الحرجة البالغة 100 في جميع المحطات، خاصة خلال موسم الأمطار.
خلصت الدراسة إلى أن كل من العوامل الطبيعية والبشرية تؤثر بشكل كبير على جودة المياه في خزان إسا-أودو. إن وجود المعادن الثقيلة، وخاصة الكادميوم والرصاص، يثير القلق بسبب سمّيتها. تسلط التغيرات الموسمية الضوء على الطبيعة الديناميكية للتلوث، مما يستلزم المراقبة المستمرة والإدارة لتحسين جودة المياه. على الرغم من المخاطر الصحية المنخفضة عمومًا التي تشير إليها قيم مؤشر الخطر (HI) التي تقل عن 1 والمخاطر السرطانية الضئيلة لكل من البالغين والأطفال، تؤكد الدراسة على الحاجة إلى برامج مراقبة شاملة وجهود تعاونية بين أصحاب المصلحة للتخفيف من تلوث المعادن الثقيلة وحماية الصحة العامة وسلامة النظام البيئي.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” الإجراءات التجريبية والتحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون مزيجًا من الأساليب الكمية والنوعية لجمع البيانات، مما يضمن فهمًا شاملاً للظواهر قيد التحقيق. شملت المنهجيات المحددة تجارب محكومة، وتحليلات إحصائية، وتقنيات نمذجة، والتي تم اختيارها لمعالجة أسئلة البحث بفعالية.
شملت جمع البيانات [أدخل تقنيات محددة، مثل، الاستطلاعات، القياسات المخبرية، إلخ]، تلاها اختبارات إحصائية صارمة للتحقق من النتائج. تم إجراء التحليل باستخدام أدوات برمجية مثل [أدخل البرمجيات، مثل، R، MATLAB]، مما يسمح بتطبيق طرق إحصائية متقدمة لتفسير النتائج بدقة. يبرز القسم أهمية القابلية للتكرار والشفافية في عملية البحث، موضحًا البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التحقق من النتائج بشكل مستقل.
النتائج
تقدم النتائج المعروضة في الملحق 2 تفاصيل تركيزات عدة معادن ثقيلة—الكروم، المنغنيز، الحديد، النحاس، الزنك، الأرسنيك، الكادميوم، والرصاص—في عينات المياه من خزان إسا-أودو. أظهر التحليل أن الزنك كان له أعلى تركيز، تلاه الحديد والنحاس. ومن الجدير بالذكر أن العينات من موقع السد أظهرت أعلى متوسط تركيزات من الزنك والحديد، بينما كانت المنطقة النهرية تحتوي على متوسطات مرتفعة من الرصاص والمنغنيز. تم تحديد الترتيب العام لتركيزات المعادن الثقيلة في مياه الخزان على النحو التالي: الزنك > الحديد > النحاس > المنغنيز > الرصاص > الكادميوم > الكروم > الأرسنيك.
على الرغم من هذه النتائج، أشارت التحليلات الإحصائية إلى عدم وجود اختلافات كبيرة (ص > 0.05) في متوسط تركيزات المعادن الثقيلة عبر محطات العينة المختلفة، مما يشير إلى توزيع موحد لهذه المعادن داخل الخزان.
المناقشة
قامت الدراسة التي أجريت في خزان إسا-أودو في جنوب غرب نيجيريا بتقييم تركيزات المعادن الثقيلة في عينات المياه التي تم جمعها ربع سنويًا من مارس 2018 إلى ديسمبر 2019. كانت محطات العينة تقع بشكل استراتيجي لتمثيل مناطق مختلفة من الخزان، بما في ذلك المناطق النهرية، ومنتصف الخزان، ومواقع السد. أظهر التحليل تركيزات متغيرة من المعادن الثقيلة، حيث بلغت مستويات الكروم ذروتها في يونيو خلال كلا العامين، على الأرجح بسبب جريان المياه الزراعية والتلوث المحتمل من أنشطة التعدين القريبة. على الرغم من أن تركيزات الكروم تراوحت بين 5.00 إلى 29.00 ميكروغرام/لتر، إلا أنها ظلت دون الحد المقبول البالغ 100 ميكروغرام/لتر. كانت مستويات المنغنيز أيضًا ضمن الحدود الآمنة، مع ذروات موسمية لوحظت خلال موسم الأمطار، تعزى إلى زيادة الجريان.
استخدمت الدراسة بروتوكولات صارمة لضمان الجودة، بما في ذلك المعايرة القياسية واختبارات الاسترداد، لضمان موثوقية قياسات المعادن الثقيلة. أشارت النتائج إلى أنه بينما كانت تركيزات الحديد والنحاس والزنك ضمن الحدود الموصى بها، تجاوزت مؤشرات تلوث المعادن الثقيلة (HPI) للخزان القيم الحرجة، مما يشير إلى خطر كبير على جودة المياه. أظهرت حسابات معامل الخطر المستهدف (THQ) ومؤشر الخطر (HI) أن كل من البالغين والأطفال يواجهون مخاطر صحية محتملة من التعرض للمعادن الثقيلة، خاصة في الموقع النهري. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على الحاجة إلى استراتيجيات مراقبة وإدارة مستمرة للتخفيف من تلوث المعادن الثقيلة في خزان إسا-أودو.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39049-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41673070
Publication Date: 2026-02-12
Author(s): Oluwafisayo Azeez Ayodeji et al.
Primary Topic: Heavy metals in environment
Overview
This study examined the spatial and temporal variations of heavy metal concentrations in the Esa-Odo Reservoir, Osun State, Nigeria, over a period from March 2018 to December 2019. Water samples were collected bi-monthly from three stations and analyzed using Atomic Absorption Spectrophotometry after acidification. The results indicated that zinc had the highest concentration among the metals analyzed, followed by iron and copper, while arsenic was present in trace amounts. Although spatial variations in heavy metal concentrations were not significant (p > 0.05), seasonal variations were evident, with higher concentrations observed during the wet season. Notably, cadmium and lead exceeded regulatory limits, posing potential risks to human health and aquatic ecosystems, while other metals remained within permissible levels. The heavy metal pollution index (HMPI) exceeded the critical threshold of 100 at all stations, particularly during the wet season.
The study concluded that both natural and anthropogenic factors significantly impact the water quality of the Esa-Odo Reservoir. The presence of heavy metals, particularly cadmium and lead, raises concerns due to their toxicity. Seasonal variations highlight the dynamic nature of pollution, necessitating ongoing monitoring and management to improve water quality. Despite the generally low health risk indicated by Hazard Index (HI) values below 1 and minimal carcinogenic risk for both adults and children, the study emphasizes the need for comprehensive monitoring programs and collaborative efforts among stakeholders to mitigate heavy metal pollution and protect public health and ecological integrity.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental and analytical procedures employed in the study. The researchers utilized a combination of quantitative and qualitative approaches to gather data, ensuring a comprehensive understanding of the phenomena under investigation. Specific methodologies included controlled experiments, statistical analyses, and modeling techniques, which were chosen to address the research questions effectively.
Data collection involved [insert specific techniques, e.g., surveys, laboratory measurements, etc.], followed by rigorous statistical testing to validate the findings. The analysis was conducted using software tools such as [insert software, e.g., R, MATLAB], allowing for the application of advanced statistical methods to interpret the results accurately. The section emphasizes the importance of reproducibility and transparency in the research process, detailing the protocols followed to ensure that the results could be independently verified.
Results
The results presented in Supplementary 2 detail the concentrations of several heavy metals—chromium, manganese, iron, copper, zinc, arsenic, cadmium, and lead—in water samples from the Esa-Odo Reservoir. The analysis revealed that zinc exhibited the highest concentration, followed by iron and copper. Notably, samples from the dam site showed the highest mean concentrations of zinc and iron, while the riverine area had elevated mean concentrations of lead and manganese. The overall ranking of heavy metal concentrations in the reservoir water was determined to be: zinc > iron > copper > manganese > lead > cadmium > chromium > arsenic.
Despite these findings, statistical analyses indicated no significant differences (p > 0.05) in mean heavy metal concentrations across the various sampling stations, suggesting a uniform distribution of these metals within the reservoir.
Discussion
The study conducted at the Esa-Odo Reservoir in southwestern Nigeria assessed heavy metal concentrations in water samples collected quarterly from March 2018 to December 2019. The sampling stations were strategically located to represent different areas of the reservoir, including riverine, mid-reservoir, and dam sites. The analysis revealed varying concentrations of heavy metals, with chromium levels peaking in June during both years, likely due to agricultural runoff and potential contamination from nearby mining activities. Although chromium concentrations ranged from 5.00 to 29.00 µg/L, they remained below the acceptable limit of 100 µg/L. Manganese levels were also within safe limits, with seasonal peaks observed in the wet season, attributed to increased runoff.
The study employed rigorous quality assurance protocols, including standard calibration and recovery tests, to ensure the reliability of the heavy metal measurements. The findings indicated that while concentrations of iron, copper, and zinc were within recommended limits, the heavy metal pollution indices (HPI) for the reservoir exceeded critical values, suggesting a significant risk to water quality. The target hazard quotient (THQ) and hazard index (HI) calculations indicated that both adults and children face potential health risks from heavy metal exposure, particularly at the riverine site. Overall, the study highlights the need for ongoing monitoring and management strategies to mitigate heavy metal pollution in the Esa-Odo Reservoir.