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        西藏拉薩河流域巴嘎雪濕地水化學(xué)特征

        2016-04-20 01:29:48李明禮許祖銀黃道君吳堅(jiān)扎西西藏大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所西藏拉薩850000西藏自治區(qū)地勘局中心實(shí)驗(yàn)室西藏拉薩850000復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系上海00043
        中國(guó)環(huán)境科學(xué) 2016年3期
        關(guān)鍵詞:去除率重金屬

        布 多,李明禮,許祖銀,黃道君,旦 增,吳堅(jiān)扎西*(.西藏大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所,西藏 拉薩 850000;.西藏自治區(qū)地勘局中心實(shí)驗(yàn)室,西藏 拉薩 850000;3.復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,上海 00043)

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        西藏拉薩河流域巴嘎雪濕地水化學(xué)特征

        布多1,3,李明禮2,許祖銀2,黃道君1,旦增1,吳堅(jiān)扎西1*(1.西藏大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所,西藏 拉薩 850000;2.西藏自治區(qū)地勘局中心實(shí)驗(yàn)室,西藏 拉薩 850000;3.復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,上海 200043)

        摘要:以西藏拉薩河流域主要天然濕地之一的巴嘎雪濕地作為研究對(duì)象,對(duì)該濕地水體的pH值、水溫、溶解氧(DO)、色度、濁度和15種金屬元素的含量進(jìn)行了分析檢測(cè).結(jié)果表明,巴嘎雪濕地水的pH、DO平均值分別為7.68、7.01mg/L;濕地水中15種金屬元素含量均較低,汞、錫兩種金屬元素未能檢出,其他13種金屬元素的含量順序?yàn)?Fe>Cr>V>Ni>Mn>As>Sb>Mo> Pb>Zn>Cu >Co>Cd,并均達(dá)到了國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).通過(guò)比較濕地進(jìn)水和出水水質(zhì)的發(fā)現(xiàn),巴嘎雪濕地對(duì)色度、濁度和部分金屬元素的去除效果顯著.對(duì)色度、濁度的去除率分別達(dá)到了51.73%、94.8%,對(duì)不同金屬元素的去除效果不同,Cu、Pb、Zn、Mo、As、V的去除率分別為64.2%、36.9%、40.7%,28.2%、31.9%、67%.

        關(guān)鍵詞:拉薩河流域;巴嘎雪濕地;水化學(xué)特征;重金屬;去除率

        * 責(zé)任作者, 副教授, 875023111@qq.com

        濕地是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀,與森林、海洋并稱為全球三大生態(tài)系統(tǒng),也是價(jià)值最高的生態(tài)系統(tǒng).濕地具有巨大的環(huán)境調(diào)節(jié)功能和生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益[1-2],在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、抵御洪水、蓄洪防旱、凈化環(huán)境、保護(hù)生物多樣性和維持生態(tài)平衡等方面都發(fā)揮著不可替代的作用,被譽(yù)為“地球之腎”[3-5].西藏高原地區(qū)是我國(guó)重要的濕地分布區(qū),濕地總面積達(dá)600多萬(wàn)hm2,主要是天然濕地,約占全區(qū)土地面積的4.9%[6-7].高原地區(qū)濕地作為高海拔地區(qū)生物多樣性最豐富和對(duì)全球氣候變化最敏感的生態(tài)系統(tǒng),具有重要的生態(tài)屏障功能和全球氣候變化標(biāo)志性作用[8].西藏地區(qū)人口稀少,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)滯后,絕大部分天然濕地尚未受到工業(yè)污染影響或者受污染程度極低,大多仍保持著自然原生的生態(tài)狀況[9-10].但是,隨著全球氣候變化和區(qū)域工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及其他濕地資源不合理開(kāi)發(fā)利用,將會(huì)導(dǎo)致生態(tài)原本脆弱的西藏高原地區(qū)天然濕地功能、效益的退化和面積的銳減[11-16].西藏高原地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)簡(jiǎn)單,自身的調(diào)節(jié)機(jī)制不夠健全,恢復(fù)能力差,一旦被破壞,將難以恢復(fù)甚至無(wú)法恢復(fù)[17].然而,到目前為止,包括巴嘎雪濕地在內(nèi)的西藏地區(qū)天然濕地水化學(xué)特征的研究尚未見(jiàn)到報(bào)道.

        本文選擇巴嘎雪濕地作為研究對(duì)象,利用現(xiàn)代儀器分析技術(shù)對(duì)巴嘎雪濕地水中的pH值、水溫、溶解氧(DO)、色度、濁度和15種金屬元素的含量進(jìn)行了分析檢測(cè).

        1 材料與方法

        1.1研究區(qū)域概況

        巴嘎雪濕地是拉薩河流域僅次于拉魯濕地的重要天然濕地,位于西藏自治區(qū)首府--拉薩市東北方向30多km的達(dá)孜縣塔杰鄉(xiāng), 29°41′58.42″N~29°42′58.42″N,東經(jīng)91°25′34.55″E~91°25′58.20″E,濕地東鄰318國(guó)道,西依拉薩河,北靠農(nóng)田,濕地面積大約為40萬(wàn)m2.巴嘎雪濕地屬于溫涼半干旱高原氣候,年平均氣溫7.5℃,年均降雨量為450mm左右,日照時(shí)間長(zhǎng),無(wú)霜期短,植被覆蓋度高達(dá)95%以上,是國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物黑頸鶴等眾多高原候鳥(niǎo)的越冬棲息地[18].

        1.2實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和試劑

        Optima 5300DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)(美國(guó)珀金-埃爾默有限公司生產(chǎn)).AFS830型原子熒光光譜儀(AFS)(北京吉天儀器有限公司生產(chǎn)).Agilent7500ce 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS(美國(guó)安捷倫公司生產(chǎn)).pHS-C型便攜式酸度計(jì).SH2300型綜合水質(zhì)分析儀(韓國(guó)修馬斯公司生產(chǎn)).HI930275型溶解氧測(cè)定儀(意大利哈納公司生產(chǎn)).

        標(biāo)準(zhǔn)試劑:從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制中心購(gòu)置.

        1.3樣品的采集

        于2011年4月8日對(duì)巴嘎雪濕地進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查研究和樣品采集.選擇確定了進(jìn)水口、出水口和濕地中心具有代表性的9個(gè)采樣點(diǎn),具體地理位置如圖1所示.每個(gè)采樣點(diǎn)均采用聚乙烯燒杯直接在水面下10cm左右平行采集3份200mL濕地水樣,將水樣即時(shí)裝入事先已經(jīng)洗凈并注入2mL優(yōu)級(jí)純硝酸的聚乙烯樣品瓶中,蓋緊蓋子.放入裝有冰袋的便攜式冷藏柜中,帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè).同時(shí)詳細(xì)記錄天氣、氣溫、周邊其他活動(dòng)等情況.

        圖1 濕地各采樣點(diǎn)的具體地理位置分布情況Fig.1 Spatial distribution of sampling sites in Bagaxue wetland, LhasaD5、D6為進(jìn)水口,D4、D8、D9為出水口

        1.4樣品處理與分析檢測(cè)方法

        根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(GB/T 8538-2008)推薦[19],將PHS-C型便攜式酸度計(jì)(分辨率:0.01pH)探頭插入水面下0.2m左右直接測(cè)定、讀取濕地水的pH值;將HI930275型溶解氧測(cè)定儀探頭插入水面下0.2m左右先后測(cè)定、讀取溪水的水溫、溶解氧(DO)值;將5mL水樣裝入事先用超純水洗凈的SH2300型綜合水質(zhì)分析儀測(cè)試瓶中,蓋緊蓋子,分別讀取水樣的色度和濁度值.

        將冷藏的水樣品當(dāng)天送至西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘察與開(kāi)發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室,在4℃條件下冷藏,并在72h內(nèi)利用AFS830型原子熒光光譜儀(AFS)檢測(cè)砷含量;利用Optima 5300DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)和agilent7500ce 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS測(cè)定其他元素的含量.

        2 結(jié)果與討論

        2.1濕地常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)分析

        表1 濕地常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)分布Table 1 Conventional water quality indexes of water samples from Bagaxue Wetland

        表1為巴嘎雪濕地各采樣點(diǎn)水樣的溫度、pH值、DO、色度、濁度等常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)的分布情況,由表1可知,巴嘎雪濕地各采樣點(diǎn)水體溫度變化范圍為13.81~22.31℃,水溫變化主要隨氣溫升高而升高;9個(gè)采樣點(diǎn)pH值變化不明顯,pH值范圍為7.18~8.26,平均值為7.79,與巴桑等[18]對(duì)巴嘎雪濕地水質(zhì)調(diào)查研究的結(jié)果(7.44~8.81)相當(dāng),但是略高于布多等對(duì)拉薩河流域甲瑪濕地的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(均值為7.40)[20].除進(jìn)水口D5采樣點(diǎn)DO平均值為4.09mg/L之外,其余點(diǎn)位DO平均值在5.96~10.13mg/L之間,平均值為6.78mg/L,濕地內(nèi)采樣點(diǎn)溶解氧明顯高于進(jìn)出水口,但仍然明顯低于甲瑪濕地的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(均值為8.07mg/L).

        如圖2所示,從進(jìn)水口(D5和D6)到出水口(D4和D8),水樣色度、濁度的數(shù)值變化比較明顯.但是,入水口D5和D6之間的有一個(gè)小的支流匯入,該支流的上游有一個(gè)小的村莊和一塊大面積的農(nóng)田,村民生活污水未經(jīng)處理直接排放到該支流中,同時(shí)該片區(qū)農(nóng)田施肥、施藥過(guò)程中形成一定規(guī)模的面源污染,使得采樣點(diǎn)D6的色度、濁度均比采樣點(diǎn)D5高很多.巴嘎雪濕地水中金屬元素含量相對(duì)較低,濕地進(jìn)水中的色度主要來(lái)源為居民生活和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的未經(jīng)處理的有機(jī)廢水(腐殖質(zhì)為主).濕地植物根系由于大量微生物生長(zhǎng)形成生物膜,污水流經(jīng)濕地時(shí),污水中可溶性有機(jī)物則通過(guò)生物膜的吸咐、吸收及生物代謝降解過(guò)程而被分解去除[21-22],從而降低水體的色度,濕地水經(jīng)過(guò)3km左右的濕地后,水的色度由135.46度降至65.39度,色度的去除率高達(dá)51.73%.

        圖2 濕地對(duì)進(jìn)水色度和濁度的影響Fig.2 Removal rates of the colority and turbidity between influent and effluent

        巴嘎雪濕地進(jìn)水中的濁度主要來(lái)源于濕地上游居民生活和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的未經(jīng)處理的廢水中帶入的懸浮顆粒物質(zhì),顆粒物質(zhì)進(jìn)入濕地后,一部分由于水流速度下降以自然沉降的方式從水中去除,還有一部分被濕地植物蘆葦、香蒲、燈心草等水生植物阻截、吸附并沉積在基質(zhì)中而被清除[23-24].因此,巴嘎雪濕地水經(jīng)過(guò)3km左右的濕地自然處理后,其濁度由55.79度降至2.89度,濁度的去除率高達(dá)94.8%,與周仲魁等[25]報(bào)道的濁度去除率(99%)接近,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于李云鵬等[26]報(bào)道的松嫩平原湖泡濕地對(duì)懸浮物61.2%的去除率.

        2.2濕地水體金屬元素含量情況分析

        研究發(fā)現(xiàn)巴嘎雪濕地水中金屬元素含量普遍較低,其中Cu、Pb、Zn、Cd、Fe、Mn、V、Co、Mo、As、Sb、Ti等12種金屬元素含量(表2)達(dá)到了國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求[27],Cr元素含量符合GB3838-2002 II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求,與張蕓等[28]報(bào)道的三江平原濕地水質(zhì)相比,Ca、Mg兩種元素含量較高,而Cu、Fe、Mn、Zn等4種元素的含量明顯較低.拉薩河流域由于歷史和自然條件等各種因素的原因,工業(yè)發(fā)展水平較低,因生產(chǎn)原因而導(dǎo)致的金屬元素含量提高的可能性很小,水中金屬元素水平可能與拉薩河流域?qū)儆趯姿埂钋嗵乒爬矫}成礦帶的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān).數(shù)據(jù)顯示,金屬Cd、Cr、Fe、Sb和Ti的濃度在濕地水流沿程上沒(méi)有顯著變化.

        表2 濕地各采樣點(diǎn)金屬含量Table 2 Metal concentrations in water samples

        圖3 Cu、Pb、Zn、Mo、As、V在濕地的沿程變化Fig.3  Cu, Pb, Zn, Mo, As and V concentrations in water samples from different sampling sites右刻度為As、V濃度

        水中金屬元素的固定和去除的物理化學(xué)機(jī)理包括氧化沉淀、金屬微粒的沉淀、陽(yáng)離子交換吸附、與有機(jī)物的復(fù)合和硫的還原等.金屬元素在微生物的作用下氧化后沉淀被認(rèn)為是濕地最重要的去除金屬元素的機(jī)理之一.植物通過(guò)過(guò)濾、吸附、離子交換作用以及根際誘導(dǎo)的化學(xué)變化等途徑在去除金屬方面同樣起著重要作用.巴嘎雪濕地水落差較小、流速緩慢,一部分金屬元素以自然沉淀方式不斷沉降到底泥中而從水中被去除;同時(shí)巴嘎雪濕地中蘆葦、香蒲、燈心草等濕地植物茂盛,一部分金屬元素被濕地植物吸附、吸收而從水中被去除.由圖3所示,溪水經(jīng)過(guò)濕地后,水中部分金屬元素的含量發(fā)生了不同程度的變化.其中如鋅、鉛、銅等重金屬元素的去除效果最明顯,以D6代表進(jìn)水口水樣、以D9代表出水口水樣,計(jì)算得到Cu、Pb、Zn、Mo、As、V的去除率分別為64.2%、36.9%、40.7%, 28.2%、31.9%、67%,對(duì)金屬元素的去除效果與Khan等[29]和Cheng等[30]在人工濕地研究中的去除效果存在一定的差異.在濕地中心采樣點(diǎn)D2、采樣點(diǎn)D3和采樣點(diǎn)D6的水樣中某些金屬元素含量比進(jìn)水中的含量稍高,這可能是由于在采樣期間,多人在該采樣點(diǎn)附近釣魚(yú)和撈魚(yú),將水生植物、底泥攪動(dòng)起來(lái),使得本來(lái)已經(jīng)被吸附在濕地植物外表上和沉積在底泥中的金屬元素被重新釋放,進(jìn)入到水中,從而增加濕地水中金屬元素的含量.

        3 結(jié)論

        3.1西藏巴嘎雪濕地水中的金屬含量相對(duì)較低,與地表水背景值相當(dāng),符合國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn),水中各種重金屬含量序列為:Fe>Cr>V>Ni>Mn>As>Sb>Mo>Pb>Zn>Cu >Co>Cd.各金屬元素含量明顯低于三江平原濕地等人類活動(dòng)較多的地區(qū),并且在組成上也存在較大的差異.

        3.2西藏巴嘎雪濕地對(duì)水中的色度、濁度和金屬元素具有不同程度的去除作用,對(duì)色度、濁度的去除率分別達(dá)到了51.73%、94.8%,對(duì)不同金屬元素的去除效果不同,Cu、Pb、Zn、Mo、As、V的去除率分別為64.2%、36.9%、40.7%,28.2%、31.9%、67%.說(shuō)明西藏巴嘎雪濕地生態(tài)功能比較完善,凈化能力比較好,但是,該濕地周邊居民未經(jīng)處理生活污水的直排、農(nóng)田面源污染多少影響到濕地水環(huán)境質(zhì)量,應(yīng)該進(jìn)一步改善周邊居民的生活污水處理設(shè)施,強(qiáng)化農(nóng)藥、化肥的管理,以加強(qiáng)濕地水環(huán)境保護(hù).

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        Study on aquatic chemistry characteristics of Bagaxue wetland in Lhasa river basin, Tibet.


        BU Duo1,3, LI Ming-li2, XU Zu-yin2, HUANG Dao-jun1, DAN Zeng1, WU Jianzhaxi1*(1.Environmental Institute of Tibet University, Lhasa 850000, China;2.Tibetan Center Laboratory of Geologic Reconnaissance, Lhasa 850000, China;3.Department of Environmental Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200043, China). China Environmental Science, 2016,36(3):793~797

        Abstract:Bagaxue wetland is one of an important natural wetland in the Lhasa River basin. We investigated the colority, turbidity, pH, temperature, dissolved oxygen (DO), and 15metal elements in water samples from Bagaxue wetland in the present study. The pH and DO value of water samples collected from Bagaxue wetland were 7.68and 7.01mg / L, respectively. The concentrations of metals were relatively low, Hg and Sn were not detected in all samples. The concentrations of rest 13metal elements followed the order of Fe>Cr>V>Ni>Mn>As>Sb>Mo> Pb>Zn>Cu >Co>Cd. The concentrations of metals in all water samples were under the criterion suggested by GB 3838-2002(The quality I of environmental quality standards for surface water ). Compared with the influent of the water of wetland, the colority and turbidity were significantly decreased in effluent water of the wetland. The removal rates ofcolority and turbidity reached 51.73%、94.8%, respectively. Moreover, theremoval rates of individual metal elements were different, the removal rates of V, Cu, Zn, Pb, As, and Mo were 67%, 64.2%, 40.7%, 36.9%, 31.9% and 28.2%, respectively.

        Key words:Lhasa river basin;Bagaxue wetland;aquatic chemistry;heavy metal;removal rates

        作者簡(jiǎn)介:布多(1972-),男,西藏林芝人,西藏大學(xué)理學(xué)院副教授,復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系博士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境化學(xué)與環(huán)境監(jiān)測(cè).

        基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20767005,21267021);973計(jì)劃前期研究專項(xiàng)課題(2014CB460612);西藏自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Z2012A02G02/00);環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金課題(KF2012-8)

        收稿日期:2015-06-29

        中圖分類號(hào):X131.2

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1000-6923(2016)03-0793-05

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