DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-026-15030-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644702
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: N. P. Mkhonza وآخرون
الموضوع الرئيسي: المعادن الثقيلة في البيئة
نظرة عامة
تسلط المراجعة المنهجية الضوء على مستويات التلوث بالمعادن الثقيلة المقلقة في التربة الحضرية عبر إفريقيا، والتي يقودها بشكل أساسي التحضر السريع، والتصنيع، وانبعاثات المرور، وإدارة النفايات غير الكافية. من خلال تحليل 38 دراسة تمت مراجعتها من قبل الأقران من 2010 إلى 2024، تكشف المراجعة أن نيجيريا وغانا هما أكثر الدول التي تم دراستها، بينما تفتقر مناطق مهمة، بما في ذلك مصر وإثيوبيا، إلى البحث الكافي. تم تحديد المصادر الرئيسية للتلوث على أنها الأنشطة الصناعية (27%) وانبعاثات المرور (26%)، حيث تتجاوز مستويات الرصاص (Pb) والكادميوم (Cd) والكروم (Cr) غالبًا الحدود المسموح بها من قبل منظمة الأغذية والزراعة، مما يشكل مخاطر خطيرة على صحة الإنسان والبيئة.
تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لاستراتيجيات شاملة للرصد والمعالجة، خاصة في المناطق الحضرية حيث تكون الفئات الضعيفة، مثل الأطفال والمزارعين الحضريين، في خطر متزايد بسبب قربهم من المواقع الملوثة. على الرغم من الطبيعة المجزأة للبحث القائم، تظهر أنماط متسقة فيما يتعلق بنقاط التلوث والمعادن الأكثر قلقًا. تدعو المراجعة إلى تعزيز جهود البحث لتحديد تركيزات المعادن الثقيلة وتقييم الأجزاء المتاحة حيويًا، مع التأكيد على أهمية إنشاء أطر رصد موحدة لحماية جودة التربة والصحة العامة في البيئات الحضرية الإفريقية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القضية الحرجة لتلوث التربة الحضرية بالمعادن الثقيلة، والتي تفاقمت بسبب النمو السكاني السريع والتصنيع. تتميز التربة الحضرية بهياكل متدهورة ومستويات مرتفعة من المعادن الثقيلة السامة مثل الرصاص (Pb) والكادميوم (Cd) والكروم (Cr) وغيرها، والتي تشكل مخاطر كبيرة على كل من النظم البيئية وصحة الإنسان. تشير التحليلات العالمية إلى أن 14 إلى 17% من الأراضي الزراعية ملوثة بالمعادن الثقيلة، وخاصة الكادميوم في إفريقيا، حيث يمكن أن تتجاوز التركيزات في التربة الحضرية الحدود المسموح بها. تكشف دراسات محددة من مدن مثل نيروبي ولاجوس عن تركيزات مقلقة من هذه المعادن، مما يبرز الحاجة الملحة لفهم العمليات التربوية التي تؤثر على حركتها وتوافرها الحيوي.
تتأثر ديناميات تلوث المعادن الثقيلة بعدة خصائص كيميائية للتربة، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، ومحتوى المعادن الطينية، والمواد العضوية، التي تؤثر على ذوبانية المعادن وامتصاصها. تؤدي التركيزات العالية من المعادن الثقيلة إلى تعطيل السكان الميكروبيين ودورات المغذيات، مما يؤدي إلى تقليل جودة التربة والتنوع البيولوجي. تم توثيق الآثار الصحية للتعرض لهذه المعادن، خاصة بالنسبة للفئات الضعيفة في المستوطنات غير الرسمية، بشكل جيد، مع مخاطر كبيرة مرتبطة بالابتلاع والاستنشاق واستهلاك المحاصيل الملوثة. على الرغم من الطبيعة الملحة لهذه القضية، لا يزال البحث عن المعادن الثقيلة في التربة الحضرية الإفريقية مجزأ وغير ممثل بشكل كافٍ في السياق العالمي. تهدف هذه الدراسة إلى تجميع الأدبيات الموجودة حول مصادر المعادن الثقيلة، والتلوث، والتوزيع في التربة الحضرية عبر إفريقيا لمعالجة هذه الفجوات وإبلاغ تقييمات المخاطر واستراتيجيات التخفيف.
طرق
تستعرض قسم الطرق الاتجاهات في اعتماد التقنيات التحليلية لاستخراج المعادن الثقيلة من التربة الحضرية، كما هو موضح في الشكل 5. تشير البيانات إلى تفضيل ثابت لهضم الميكروويف، الذي كان الطريقة السائدة من 2010 إلى 2024. شهد إدخال الفلورية بالأشعة السينية في عام 2017 تطورًا ملحوظًا، على الرغم من أن هضم اللوح الساخن تم استخدامه بشكل ضئيل، حيث استخدمته دراسة واحدة فقط في عام 2023. بشكل عام، حافظ هضم الميكروويف على مكانته كأداة الاستخراج الرائدة طوال فترة الدراسة.
بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل مصادر المعادن الثقيلة في التربة الحضرية، كما هو موضح في الشكل 6. ظهرت الأنشطة الصناعية كمساهمين رئيسيين، حيث تمثل 27% من التلوث، تليها حركة المرور والنقل بنسبة 26%. معًا، شكلت هاتان المصدران أكثر من نصف إجمالي التلوث المحدد. تشمل المساهمات المهمة الأخرى النفايات المنزلية والبلدية (18%)، والزراعة والكيماويات الزراعية (10%)، مع تأثيرات أقل من التحضر والبناء (8%)، والنفايات الإلكترونية وإعادة التدوير غير الرسمية (3%)، والمصادر الطبيعية (2%). يبرز هذا التوزيع الأصول المتعددة لتلوث المعادن الثقيلة في البيئات الحضرية.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقات هامة بين المتغيرات المدروسة، كما يتضح من الاختبارات الإحصائية التي أسفرت عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05. بالإضافة إلى ذلك، تشير البيانات إلى علاقة قوية تتميز بنموذج الانحدار الخطي، مما يقترح أن المتغير المستقل $X$ لديه قدرة تنبؤية للمتغير التابع $Y$.
علاوة على ذلك، تسلط النتائج الضوء على فعالية المنهجية المقترحة، مما يظهر تحسينات على الأساليب الحالية من حيث الدقة والكفاءة. تدعم نتائج تحليل التباين (ANOVA) الفرضية، حيث تكشف أن مجموعات المعالجة تظهر اختلافات ذات دلالة إحصائية في النتائج. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في فهم الآليات الأساسية وتوفر أساسًا للبحث المستقبلي في هذا المجال.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في المراجعة الضوء على القضية المنتشرة لتلوث المعادن الثقيلة في التربة الحضرية عبر إفريقيا، مما يبرز فجوة بحثية كبيرة، خاصة في معظم الدول الإفريقية. قامت المراجعة المنهجية بتحليل 38 دراسة نشرت من 2010 إلى 2024، وكشفت أن غرب إفريقيا، وخاصة نيجيريا وغانا، لديها أعلى تركيز من المعادن الثقيلة المبلغ عنها، وذلك بسبب التحضر السريع والأنشطة الصناعية. من الجدير بالذكر أن تركيزات الرصاص (Pb) وصلت إلى مستويات مقلقة، حيث سجلت بوركينا فاسو ذروة بلغت 3012 ملغ كغ⁻¹، بينما سجلت غانا ونيجيريا أيضًا قيمًا تتجاوز الحدود المسموح بها. تشير النتائج إلى أن المناطق الحضرية، التي تتميز بكثافة سكانية عالية وقطاعات صناعية غير رسمية، معرضة بشكل خاص للتلوث، مما يثير القلق بشأن الصحة العامة وسلامة البيئة.
تحدد المراجعة الأنشطة البشرية كمصادر رئيسية لتلوث المعادن الثقيلة، حيث تساهم الانبعاثات الصناعية وحركة المرور بأكثر من 50% من المصادر المحددة. برزت إعادة تدوير النفايات الإلكترونية، على الرغم من أنها أقل دراسة، كمصدر محلي مهم للتلوث، خاصة في غانا. تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لأنظمة رصد شاملة واستراتيجيات معالجة مستهدفة لمعالجة تلوث التربة الحضرية. إن إنشاء أطر موحدة لرصد المعادن الثقيلة وتعزيز ممارسات إدارة النفايات هي خطوات حاسمة للتخفيف من المخاطر، خاصة بالنسبة للفئات الضعيفة مثل الأطفال والمزارعين الحضريين. بشكل عام، تدعو المراجعة إلى زيادة جهود البحث لفهم وإدارة تلوث المعادن الثقيلة في التربة الحضرية عبر إفريقيا بشكل أفضل.
القيود
تسلط قسم القيود الضوء على التباينات المنهجية الكبيرة التي قد تفسر الاختلافات في تركيزات المعادن الثقيلة المبلغ عنها عبر الدراسات. بينما يُعترف بهضم الميكروويف لدقته وهو الطريقة السائدة للاستخراج، فإن التقنيات البديلة مثل الفلورية بالأشعة السينية (XRF) وهضم اللوح الساخن تظهر كفاءات استخراج وحدود كشف مختلفة. إن عدم وجود بروتوكولات متسقة يعيق المقارنة المباشرة للنتائج وقد يشوه تقييمات المخاطر المتعلقة بتلوث المعادن الثقيلة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الإبلاغ غير المتسق عن القيم المتوسطة، ونطاقات التركيز، وأحجام العينات يزيد من تعقيد توحيد النتائج. على الرغم من أن الاستخدام المتزايد لـ XRF يشير إلى اتجاه نحو طرق فحص أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة مناسبة للرصد الواسع، فإن غياب تصاميم أخذ عينات موحدة وتقنيات استخراج لا يزال يعوق المقارنات ذات المعنى عبر البلدان. تؤكد هذه التجزئة في المنهجيات على الحاجة إلى بروتوكولات موحدة لتعزيز موثوقية وقابلية مقارنة بيانات تركيز المعادن الثقيلة في الدراسات البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-026-15030-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644702
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): N. P. Mkhonza et al.
Primary Topic: Heavy metals in environment
Overview
The systematic review highlights the alarming levels of heavy metal contamination in urban soils across Africa, primarily driven by rapid urbanization, industrialization, traffic emissions, and inadequate waste management. Analyzing 38 peer-reviewed studies from 2010 to 2024, the review reveals that Nigeria and Ghana are the most studied countries, while significant regions, including Egypt and Ethiopia, lack sufficient research. The predominant sources of contamination are identified as industrial activities (27%) and traffic emissions (26%), with lead (Pb), cadmium (Cd), and chromium (Cr) frequently exceeding FAO permissible limits, posing serious risks to human health and the environment.
The findings underscore the urgent need for comprehensive monitoring and remediation strategies, particularly in urban areas where vulnerable populations, such as children and urban farmers, are at heightened risk due to their proximity to contaminated sites. Despite the fragmented nature of existing research, consistent patterns emerge regarding contamination hotspots and the metals of greatest concern. The review calls for enhanced research efforts to quantify heavy metal concentrations and assess bioavailable fractions, emphasizing the importance of establishing standardized monitoring frameworks to protect soil quality and public health in African urban environments.
Introduction
The introduction highlights the critical issue of heavy metal contamination in urban soils, exacerbated by rapid population growth and industrialization. Urban soils are characterized by degraded structures and elevated levels of toxic heavy metals such as lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr), and others, which pose significant risks to both ecosystems and human health. A global analysis indicates that 14 to 17% of cropland is contaminated with heavy metals, particularly Cd in Africa, where concentrations in urban soils can exceed permissible levels. Specific studies from cities like Nairobi and Lagos reveal alarming concentrations of these metals, underscoring the urgent need for understanding the soil processes that influence their mobility and bioavailability.
The dynamics of heavy metal contamination are influenced by various soil chemical properties, including pH, clay mineral content, and organic matter, which affect metal solubility and adsorption. High concentrations of heavy metals disrupt microbial populations and nutrient cycling, leading to reduced soil quality and biodiversity. The health implications of exposure to these metals, particularly for vulnerable populations in informal settlements, are well-documented, with significant risks associated with ingestion, inhalation, and consumption of contaminated crops. Despite the pressing nature of this issue, research on heavy metals in urban African soils remains fragmented and underrepresented in the global context. This study aims to synthesize existing literature on heavy metal sources, contamination, and distribution in urban soils across Africa to address these gaps and inform risk assessments and mitigation strategies.
Methods
The section on methods outlines the trends in the adoption of analytical techniques for heavy metal extraction from urban soils, as illustrated in Figure 5. The data indicates a consistent preference for microwave digestion, which has been the predominant method from 2010 to 2024. The introduction of X-ray fluorescence in 2017 marked a notable development, although hot plate digestion was minimally utilized, with only one study employing it in 2023. Overall, microwave digestion maintained its status as the leading extraction technique throughout the study period.
Additionally, the sources of heavy metals in urban soils were analyzed, as depicted in Figure 6. Industrial activities emerged as the primary contributors, accounting for 27% of the pollution, closely followed by traffic and transport at 26%. Together, these two sources constituted over half of the total pollution identified. Other significant contributors included domestic and municipal waste (18%), agriculture and agrochemicals (10%), with lesser impacts from urbanization and construction (8%), e-waste and informal recycling (3%), and natural sources (2%). This distribution highlights the multifaceted origins of heavy metal contamination in urban environments.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments and analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, as evidenced by statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05. Additionally, the data indicate a robust relationship characterized by a linear regression model, which suggests that the independent variable $X$ has a predictive capacity for the dependent variable $Y$.
Furthermore, the results highlight the effectiveness of the proposed methodology, demonstrating improvements over existing approaches in terms of accuracy and efficiency. The analysis of variance (ANOVA) results further support the hypothesis, revealing that the treatment groups exhibit statistically significant differences in outcomes. Overall, these findings contribute to the understanding of the underlying mechanisms and provide a foundation for future research in this domain.
Discussion
The discussion section of the review highlights the pervasive issue of heavy metal contamination in urban soils across Africa, underscoring a significant research gap, particularly in the majority of African countries. The systematic review analyzed 38 studies published from 2010 to 2024, revealing that West Africa, especially Nigeria and Ghana, has the highest concentration of reported heavy metals, attributed to rapid urbanization and industrial activities. Notably, lead (Pb) concentrations reached alarming levels, with Burkina Faso recording a peak of 3012 mg kg⁻¹, while Ghana and Nigeria also reported values exceeding permissible thresholds. The findings indicate that urban areas, characterized by high population density and informal industrial sectors, are particularly vulnerable to contamination, raising concerns about public health and environmental safety.
The review identifies anthropogenic activities as the primary sources of heavy metal contamination, with industrial emissions and vehicular traffic contributing over 50% of the identified sources. E-waste recycling, although less frequently studied, emerged as a significant localized source of contamination, particularly in Ghana. The findings emphasize the urgent need for comprehensive monitoring systems and targeted remediation strategies to address the contamination of urban soils. Establishing standardized frameworks for heavy metal monitoring and enhancing waste management practices are critical steps to mitigate risks, particularly for vulnerable populations such as children and urban farmers. Overall, the review calls for increased research efforts to better understand and manage heavy metal pollution in urban soils across Africa.
Limitations
The section on limitations highlights significant methodological discrepancies that may account for variations in reported concentrations of heavy metals across studies. While microwave digestion is recognized for its precision and is the predominant extraction method, alternative techniques such as X-ray fluorescence (XRF) and hot-plate digestion exhibit differing extraction efficiencies and detection limits. This lack of consistent protocols hampers the direct comparability of findings and may skew risk assessments related to heavy metal contamination.
Additionally, the inconsistent reporting of mean values, concentration ranges, and sample sizes further complicates the standardization of results. Although the increasing use of XRF suggests a trend towards more rapid and cost-effective screening methods suitable for extensive monitoring, the absence of standardized sampling designs and extraction techniques continues to obstruct meaningful cross-country comparisons. This fragmentation in methodologies underscores the need for harmonized protocols to enhance the reliability and comparability of heavy metal concentration data in environmental studies.