李若晨， 申保收， 武小波， 楊方社， 郭忠明

（1.陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710127； 2.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院/地表系統(tǒng)與災(zāi)害研究院，陜西西安 710127； 3.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州 730000）

0 引言

痕量元素主要來(lái)源包括自然貢獻(xiàn)和人為活動(dòng)，近年來(lái)隨著人類活動(dòng)的增加，自然界中痕量元素濃度水平逐年上升，這種現(xiàn)象引起人們的廣泛關(guān)注［1-2］。大量痕量元素的排放會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重影響，如Pb、Cu、Cd 等金屬元素具有不可降解性，隨著生物累積效應(yīng)，在生物體內(nèi)累積至一定濃度時(shí)具有毒性［3-5］。痕量元素長(zhǎng)期超標(biāo)排放不僅會(huì)污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境，還能通過(guò)大氣環(huán)流傳輸，最終以干濕沉降形式沉積到極地、高山的冰川表層雪中而對(duì)該地區(qū)產(chǎn)生污染［6-7］。由于大氣中痕量元素的輸入來(lái)源、傳輸途徑和停留時(shí)間不同，導(dǎo)致不同區(qū)域的雪冰中元素組成和濃度水平可能存在較大差異［8］。因此，高原和極地等自然環(huán)境較為純凈地區(qū)的雪冰中所含有的痕量元素可作為一種指示劑，反映氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響［9-11］。此外，高海拔地區(qū)的冰雪可以儲(chǔ)存大氣污染信息。早在2000年前后，就有很多學(xué)者對(duì)高原與極地地區(qū)冰川中的痕量元素進(jìn)行了相關(guān)研究［12-16］。最初，人們只研究了局部地區(qū)雪冰記錄的Pb、Zn、Cd等元素所反映的大氣污染問(wèn)題，后來(lái)更多的痕量元素被研究［17-18］，研究范圍也逐漸由局部區(qū)域向更大范圍擴(kuò)展［19］。

由于青藏高原海拔高，位置偏遠(yuǎn)，野外取樣工作難度大，因此痕量元素相關(guān)研究相對(duì)其他區(qū)域較少。目前，已有研究對(duì)青藏高原地區(qū)的唐古拉山小冬克瑪?shù)妆ǎ?，18，20-21］、希夏邦馬峰達(dá)索普冰川［12，22］、七一冰川［17，20］、東昆侖山煤礦冰川［18，20，23］、老虎溝冰川［6］、南部槍勇冰川［24］、玉龍雪山等［25-26］雪冰中痕量元素進(jìn)行了報(bào)道。通過(guò)大氣傳輸模型和地球化學(xué)手段發(fā)現(xiàn)，來(lái)自鄰近地區(qū)（如南亞和中亞）的人為污染物對(duì)高原環(huán)境產(chǎn)生了深刻的影響［27-28］。然而，以往的研究大多局限在青藏高原的局部區(qū)域，對(duì)該地區(qū)痕量元素總體的時(shí)空分布特征和來(lái)源分析研究較少。

本研究選取了青藏高原東北、中部、東南、南部地區(qū)共計(jì)7 條冰川，從2019 年7 月底至9 月中旬采集冰川表層雪樣，對(duì)常量元素Al、Fe 與痕量元素As、Ba、Co、Cr、Cu、Li、Mn、Mo、Pb、Sr、Tl、Zn、Cd 共15種元素的濃度進(jìn)行了檢測(cè)。為了明確這7條冰川痕量元素的空間分布差異，通過(guò)對(duì)比不同冰川痕量元素的平均濃度和標(biāo)準(zhǔn)偏差，得出基本的痕量元素空間分布趨勢(shì)并以此作出假設(shè)：（1）東北部冰川：崗什卡雪峰≥七一冰川≥八一冰川；（2）中部冰川：煤礦冰川≥玉珠峰冰川；（3）南部冰川：玉龍雪山白水河1號(hào)冰川≥古仁河口冰川；（4）研究區(qū)冰川總體：中部≥東北部≥南部，使用非參數(shù)Jonckheere-Terpstra 檢驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)，確定空間分布的差異性，并結(jié)合后向軌跡進(jìn)行來(lái)源分析。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

青藏高原地處北緯26°～39°之間，平均海拔4 500 m 以上，受西風(fēng)帶以及東亞季風(fēng)、南亞季風(fēng)等大氣環(huán)流影響［29］。夏季濕潤(rùn)，降水可占全年的60%以上，冬季干旱，降水不足10%［30］。青藏高原夏季降水由東北向西南遞減，年平均氣溫由東南向西北遞減［31-33］。研究區(qū)東北部的幾條冰川，包括七一冰川（Qiyi Glacier，QY）、八一冰川（Bayi Glacier，BY）和崗什卡雪峰（Gangshka Snow Peak，GSK）位于祁連山脈的中東部，具有典型的大陸性氣候，夏季同時(shí)受西風(fēng)帶、高原季風(fēng)和東亞季風(fēng)的影響，東部偏南風(fēng)，西部偏北風(fēng)［34-35］。中部的昆侖山脈，氣候高寒，主要受西風(fēng)帶影響，向南則西風(fēng)帶影響漸弱，南部念青唐古拉山脈和東南部玉龍雪山在季風(fēng)期受到印度季風(fēng)和南亞季風(fēng)的影響強(qiáng)烈，大氣環(huán)流帶來(lái)大量南亞地區(qū)的氣團(tuán)輸入［26，34-35］。研究區(qū)包括青藏高原東北部祁連山脈的七一冰川、八一冰川和崗什卡雪峰，中部東昆侖山煤礦冰川（Meikuang Glacier，MK）、玉珠峰冰川（Yuzhufeng Glacier，YZF），南部念青唐古拉山古仁河口冰川（Gurenkekou Glacier，GRHK）以及位于東南部玉龍雪山白水河1 號(hào)冰川（Yulong Snow Mountain，YL），共計(jì)7 條冰川（表1，圖1）。

圖1 研究區(qū)域及采樣點(diǎn)Fig.1 The location of the study area and sampling sites of the mountain glaciers in the Qinghai-Tibet Plateau The seven mountain glaciers include Qiyi Glacier （QY），Bayi Glacier （BY） and Gangshka Snow Peak （GSK） in the northeastern region；Meikuang Glacier （MK） and Yuzhufeng Glacier （YZF） in the central region （please note the inserted figure for the specific glacier in the upper and right corner）；and Gurenhekou Glacier （GRHK） in the southern region and Baishuihe Glacier No.1 of Yulong Snow Mountain （YL） in the southeastern region.The gray part is no data area in the DEM base map

1.2 樣品的采集與檢測(cè)

2019 年7 月底至9 月中旬，研究人員身穿潔凈工作服佩戴雙層聚乙烯（PE）手套完成對(duì)青藏高原東北、中部、東南部、南部共計(jì)7 條冰川積累區(qū)表層0～5 cm 深度雪樣的采集，共計(jì)采集樣品54 個(gè)，采樣點(diǎn)詳細(xì)信息見(jiàn)表1。使用超清潔的廣口低密度聚乙烯瓶（LDPE）沿冰川不同海拔高度采集冰川表層（0～5 cm）雪樣。其中，所有與樣品接觸的材料均完成了Liu 等［36］所描述的清潔過(guò)程。所得樣品在凍結(jié)狀態(tài)下被運(yùn)送至西北大學(xué)陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力實(shí)驗(yàn)室保存在-18 ℃的冷庫(kù)內(nèi)，直至樣品進(jìn)行前處理時(shí)方可取出。所有樣品均在室溫下融化，然后向樣品中加入超純HNO3使最終濃度為1%（V/V），以起到酸化樣品的效果，酸化時(shí)間為31 天［37］。酸化后再經(jīng)過(guò)過(guò)濾，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）對(duì)常量元素Al、Fe 與痕量元素As、Ba、Co、Cr、Cu、Li、Mn、Mo、Pb、Sr、Tl、Zn、Cd 共15 種元素的濃度進(jìn)行檢測(cè)。

表1 采樣點(diǎn)信息Table 1 Information of sampling sites

測(cè)樣前通過(guò)測(cè)試經(jīng)過(guò)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)河水參考物質(zhì)SLRS-5（National Research Council Canada，Ottawa，Canada）來(lái)評(píng)估測(cè)試方法的準(zhǔn)確性和精密性，以酸化空白溶液中痕量元素信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍對(duì)應(yīng)的濃度值作為檢出限，檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。SLRS-5的測(cè)量結(jié)果中，除Li、Tl元素?zé)o參考數(shù)據(jù)，F(xiàn)e元素測(cè)量值略高于參考值，Mo 元素略低于參考值外，其余元素測(cè)量值與參考值之間具有較好的一致性，且各元素測(cè)量結(jié)果精度較好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%。

表2 各元素檢出限及SLRS-5測(cè)量值與參考值Table 2 Element detection limit，standard value and measured value of SLRS-5

1.3 統(tǒng)計(jì)分析及計(jì)算

通過(guò)對(duì)青藏高原7條冰川痕量元素濃度平均值（標(biāo)準(zhǔn)偏差）的比較，確定研究區(qū)痕量元素空間分布的總體趨勢(shì)。由于本研究數(shù)據(jù)并不呈現(xiàn)正態(tài)分布，適宜采用非參數(shù)檢驗(yàn)來(lái)評(píng)估驗(yàn)證研究區(qū)痕量元素分布趨勢(shì)。其中，Jonckheere-Terpstra 檢驗(yàn)在多個(gè)獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)中能反映多個(gè)獨(dú)立樣本是否具有持續(xù)上升或下降的趨勢(shì)，因此更適用于本研究的實(shí)際情況。通過(guò)Jonckheere-Terpstra 非參數(shù)檢驗(yàn)對(duì)根據(jù)冰川平均濃度分布趨勢(shì)做出的假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)趨勢(shì)是雙尾的，顯著性水平α為0.05。如果檢驗(yàn)結(jié)果雙尾漸進(jìn)顯著性P＞0.05 則假設(shè)不成立，組間無(wú)顯著性差異；如果P＜0.05，則假設(shè)成立，痕量元素分布存在空間差異性。因此，通過(guò)Jonckheere-Terpstra 非參數(shù)檢驗(yàn)可以確定研究區(qū)不同冰川各元素空間分布的差異性。

通過(guò)富集因子（Enrichment factors，EF）可以得出某種元素相對(duì)于地殼的富集程度從而判斷該元素的主要來(lái)源是人為源還是自然源。本研究以Li等［38］研究得到的青藏高原表層土壤中的元素組成作為參考物質(zhì)，以地殼元素Al 作為參考元素，計(jì)算不同元素的EF值，進(jìn)而比較各冰川不同元素的平均EF值，計(jì)算公式如下：

式中：X為目標(biāo)分析元素；（CX/CAl）sample指樣品中的X元素與Al 元素的濃度比值；（CX/CAl）soil指參考物質(zhì)即青藏高原顆粒＜20 μm 表層土壤組分中X元素與Al 元素的濃度比值。EF大小代表污染程度及污染源的不同，一般認(rèn)為當(dāng)EF＜10 時(shí)，元素的來(lái)源主要為陸源粉塵或其他非粉塵的自然源；當(dāng)EF＞10 時(shí)，表示元素中度富集；EF＞100 表示元素高度富集；后兩種情況均表明研究區(qū)受不同程度人類活動(dòng)影響［39-40］。

為了確定研究區(qū)痕量元素的潛在源區(qū)，我們使用HYSPLIT（Hybrid single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory）模型，結(jié)合全球氣象再分析資料（Reanalysis Data），對(duì)采樣當(dāng)日前一個(gè)月到達(dá)采樣點(diǎn)上方500 m 處的氣流的72 h 后向軌跡進(jìn)行了模擬，每隔6 h 計(jì)算一次，每天計(jì)算4 個(gè)時(shí)間（02：00、8：00、14：00、20：00，北京時(shí)間），并對(duì)模擬出的所有軌跡進(jìn)行了聚類，從而獲得研究區(qū)痕量元素的潛在來(lái)源。

2 結(jié)果與討論

2.1 研究區(qū)冰川積雪中的痕量元素濃度

圖2顯示了7條冰川15種元素的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。對(duì)比7 條冰川中痕量元素的平均濃度發(fā)現(xiàn)，不同元素之間濃度相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，其中Al、Fe 和Mn 元素濃度在各個(gè)冰川雪樣中均相對(duì)較高，而Mo和Tl相對(duì)較低。7條冰川痕量元素的平均濃度呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)性。通過(guò)對(duì)比不同冰川痕量元素的平均濃度和標(biāo)準(zhǔn)偏差（圖2），得到7條冰川痕量元素的空間分布的基本趨勢(shì)并據(jù)此作出假設(shè)，采用Jonckheere-Terpstra 非參數(shù)檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證分析，最終明確7條冰川痕量元素的空間分布特點(diǎn)（表3）。

表3 研究區(qū)7條冰川表層雪中痕量元素的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Table 3 Statistical data of trace elements both in the surface snow and snow pit samples of the five studied glaciers

圖2 7條冰川雪樣中痕量元素的濃度（與標(biāo)準(zhǔn)偏差）分布Fig.2 Trace element concentrations and standard deviations in seven glaciers

Jonckheere-Terpstra 非參數(shù)檢驗(yàn)的結(jié)果表明，青藏高原東北部地區(qū)3條冰川痕量元素的濃度水平整體呈現(xiàn)崗什卡雪峰≥七一冰川≥八一冰川（J-T＜0；P＜0.05，Ba、Mo 和Sr 除外）。中部地區(qū)的煤礦冰川和玉珠峰冰川中痕量元素濃度水平整體上無(wú)顯著差異（P＞0.05），除Mn、Mo 和Sr 元素呈現(xiàn)出煤礦冰川≥玉珠峰冰川（J-T＜0；P＜0.05）的空間分布。青藏高原南部地區(qū)冰川中As、Pb、Sr、Tl、Zn 和Cd 元素的濃度水平均呈現(xiàn)出玉龍雪山白水河1 號(hào)冰川≥古仁河口冰川（J-T＜0；P＜0.05）的空間分布，其他元素?zé)o顯著差異（P＞0.05）?？傮w而言，青藏高原山地冰川中的痕量元素濃度水平分布除Pb 外，均表現(xiàn)為中部≥東北部≥南部（J-T＜0；P＜0.05）。

2.2 與其他研究區(qū)的痕量元素濃度比較

研究區(qū)7條冰川與青藏高原其他冰川及周邊地區(qū)典型痕量元素（As、Cu、Pb、Zn、Cd）濃度進(jìn)行對(duì)比（表4），發(fā)現(xiàn)所有冰川中As 的濃度分布較為均勻，處于同一個(gè)量級(jí)。例如，煤礦冰川和玉珠峰冰川與青藏高原中部求勉雷克冰川的As、Cu、Pb 濃度水平相當(dāng)，在青藏高原地區(qū)元素濃度較高，而同樣處于青藏高原中部地區(qū)的小冬克瑪?shù)妆ê哿吭貪舛葏s較低，這可能因?yàn)樵摫悠吩诜羌撅L(fēng)期采集且地理位置遠(yuǎn)離亞洲粉塵源［18］。北部的七一冰川、八一冰川和崗什卡雪峰的Cu、Pb、Zn 濃度高于北部的老虎溝12號(hào)冰川和天山廟爾溝冰川，這可能與天山廟爾溝冰川和老虎溝12號(hào)遠(yuǎn)離人類聚集區(qū)，周邊沒(méi)有明顯的污染源有關(guān)。古仁河口冰川與玉龍雪山白水河1 號(hào)冰川與同處于南部的德木拉冰川、仁龍巴冰川、東嘎冰川、槍勇冰川和珠穆拉瑪峰北坡的痕量元素濃度基本處于同一水平，除了玉龍雪山的Pb、Zn、Cd 濃度水平明顯高于南部其他冰川，這可能與其緊鄰城市的人類活動(dòng)影響有著一定的聯(lián)系。

表4 與其他研究區(qū)關(guān)于As、Cu、Pb、Zn、Cd平均濃度的比較Table 4 Comparison the averaged concentrations of As，Cu，Mo，Pb，and Sb in this study with data reported for other regions

將青藏高原冰川分為3 個(gè)區(qū)域進(jìn)行比較：中部（包括煤礦冰川、玉珠峰冰川、求勉雷克冰川和小冬克瑪?shù)妆ǎ?，北部（包括七一冰川、八一冰川、崗什卡雪峰、老虎?2 號(hào)冰川以及廟爾溝冰川），南部（包括古仁河口冰川、玉龍雪山、德木拉冰川、仁龍巴冰川、東嘎冰川、槍勇冰川以及珠穆拉瑪峰北坡）。因?yàn)楸〝?shù)量并不是很大，研究仍采用Jonckheere-Terspstra 檢驗(yàn)以評(píng)估這3 類數(shù)據(jù)之間的趨勢(shì)。Jonckheere-Terspstra 檢驗(yàn)結(jié)果為，As（J-T=-4.354，P＜0.001），Cu（J-T=-5.852，P＜0.001），Pb（J-T=-3.248，P=0.001），Zn（J-T=-3.521，P＜0.001），Cd（J-T=-3.886，P＜0.001），說(shuō)明這5 種典型元素在青藏高原地區(qū)冰川雪冰中的濃度從中部到北部和南部呈遞減趨勢(shì)，這與本研究痕量元素濃度空間分布趨勢(shì)基本一致。

2.3 痕量元素富集特征

冰川積雪中的痕量元素主要是由自然或人為源的相應(yīng)元素經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離大氣傳輸，最終通過(guò)干濕沉降進(jìn)入冰川。痕量元素的自然源主要包括粉塵、火山噴發(fā)、森林大火等［43］，人為源則主要包括工業(yè)排放、煤炭開(kāi)采、化石燃料燃燒等，通過(guò)富集因子的大小可以大致判斷出某元素相對(duì)于地殼的富集程度，從而推斷其主要來(lái)源。研究區(qū)7 條冰川中不同痕量元素EF值的計(jì)算結(jié)果如圖3 所示?？傮w而言，7 條冰川的Co、Cr、Cu、Tl、Fe、Li、Mn、Mo、Sr 元素的EF值均小于10，表明這些元素均未發(fā)生明顯富集，其來(lái)源以自然源輸入為主。祁連山脈的3 條冰川的Pb 和Cd 元素的EF值均大于10，七一冰川和八一冰川中Zn 元素EF值顯示大于10，說(shuō)明在兩條冰川中Pb、Cd、Zn 這3 種元素均以人為輸入為主。此外，八一冰川中大多數(shù)元素的富集因子均高于七一冰川，說(shuō)明八一冰川受人類活動(dòng)影響更大。七一冰川和八一冰川Pb、Zn、Cd 元素顯著富集可能與鏡鐵山礦區(qū)、周圍城市以及省道國(guó)道的人類活動(dòng)影響有關(guān)。

圖3 7條冰川中痕量元素的富集因子和標(biāo)準(zhǔn)偏差Fig.3 The EF values with standard deviations of trace elements of seven glaciers

中部煤礦冰川和玉珠峰冰川的痕量元素濃度雖然都較高，但EF值卻在7 條冰川中總體偏低，說(shuō)明中部地區(qū)冰川受人為排放影響較小。中部冰川只有Cd 元素的富集因子遠(yuǎn)大于10，表明Cd 元素顯著富集，以人為源的輸入貢獻(xiàn)為主；Pb 元素的EF分別為10.2 和9.7，說(shuō)明有輕微富集；此外，玉珠峰冰川Zn 元素富集因子EF的平均值為16.7，呈現(xiàn)顯著富集，而煤礦冰川Zn元素并未富集。南部念青唐古拉山脈的古仁河口冰川的痕量元素平均濃度和EF值都相對(duì)較低，但Zn 元素的EF高達(dá)50，Zn 的顯著富集可能與有色金屬礦的開(kāi)采與冶煉活動(dòng)有關(guān)；古仁河口冰川表層雪樣品中Pb 和Cd 元素的EF值在10 上下，有一定程度的人為源貢獻(xiàn)。玉龍雪山白水河1 號(hào)冰川中除Pb、Zn 和Cd 之外，其他元素濃度均相對(duì)較低，然而EF值在研究區(qū)的7條冰川中總體偏高，尤其是Pb、Zn、Cd 的EF值均高于50，較高的富集程度可能與該冰川靠近麗江等人類聚集區(qū)，受局地人為活動(dòng)的影響較大有關(guān)。此外，白水河1 號(hào)冰川As 元素的EF值約為10，呈輕度富集，這可能與玉龍雪山地區(qū)周邊地區(qū)的人為輸入有一定的關(guān)系［44］。

地殼元素的EF值與Al 濃度的變化無(wú)關(guān)，而人為源元素則隨著Al 濃度的增加而減少［40］。圖4 呈現(xiàn)了EF值與Al 的關(guān)系。結(jié)果顯示，F(xiàn)e 和Mn 等地殼元素的EF值相對(duì)于Al元素濃度的變化呈現(xiàn)離散分布，線性擬合結(jié)果顯示正相關(guān)。此外，Co 和Li 元素也具有類似特點(diǎn)，說(shuō)明主要為自然粉塵貢獻(xiàn)，與上文結(jié)論一致。而Pb、Zn、Cd 元素的EF值與Al 負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步印證了人為源輸入對(duì)于其貢獻(xiàn)占主導(dǎo)。

圖4 7條冰川元素富集因子與Al濃度變化關(guān)系曲線（r為線性相關(guān)系數(shù)，p為皮爾遜相關(guān)系數(shù)）Fig.4 The relationship between element enrichment factor and Al concentration in seven glaciers（r is linear correlation coefficient，p is Pearson correlation coefficient）

根據(jù)EF數(shù)據(jù)綜合分析得知，青藏高原地區(qū)受人類活動(dòng)影響較大的元素主要包括Pb、Zn 和Cd。一般而言，大氣中大部分痕量元素的主要來(lái)源相對(duì)固定。其中，Zn 和Cd 主要來(lái)自有色金屬冶煉、礦區(qū)開(kāi)采等工業(yè)排放和日常交通排放［45］。2000 年含鉛汽油禁用后，燃煤和金屬冶煉成為大氣Pb元素的主要來(lái)源。大氣中的污染物通過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸和干濕沉降沉積到青藏高原冰川表雪中，在青藏高原的不同區(qū)域有著不同程度的富集。

2.4 痕量元素的潛在源區(qū)及空間差異分析

為了明確痕量元素的潛在源區(qū)，我們對(duì)研究區(qū)7 條冰川的72 h 后向軌跡進(jìn)行了模擬聚類（圖5）。結(jié)果表明，不同冰川的氣團(tuán)來(lái)源和傳輸路徑存在顯著差異。七一冰川和八一冰川位于祁連山中段，主要受西風(fēng)環(huán)流控制，夏季受東南季風(fēng)影響，七一冰川北部緊鄰嘉峪關(guān)、酒泉等城市，受到新疆準(zhǔn)格爾盆地、哈順戈壁、內(nèi)蒙古巴吉林沙漠以及烏蘭布和沙漠等的粉塵輸入影響；八一冰川則主要受到周邊公路交通、東北臨近地區(qū)，包括張掖市以及內(nèi)蒙古東南部地區(qū)的影響，同時(shí)來(lái)自西北方向新疆地區(qū)的粉塵輸入也有一定的貢獻(xiàn)［圖5（a）、5（b）］。2.1 和2.3 小節(jié)顯示七一冰川和八一冰川雖地理位置臨近，痕量元素濃度和EF值均有顯著差異。痕量元素濃度水平的差異可能與七一冰川和八一冰川局地環(huán)流模式的差異性有關(guān)。七一冰川位于祁連山北坡，處于迎風(fēng)坡面，西風(fēng)環(huán)流和東南季風(fēng)所帶來(lái)的氣團(tuán)相對(duì)于地處祁連山中段南坡且位于西風(fēng)帶下風(fēng)向的八一冰川更易沉積，因此呈現(xiàn)出七一冰川痕量元素濃度大于八一冰川。此外，后向軌跡顯示，來(lái)自東北、西北部方向的大量氣團(tuán)大都形成于沙漠、戈壁等地區(qū)，說(shuō)明七一冰川較高的元素含量主要由自然源貢獻(xiàn)的，這也可能是七一冰川雪冰中痕量元素的人為源貢獻(xiàn)率相對(duì)八一冰川更低的重要原因。崗什卡雪峰位于祁連山脈最東南端，主要受東亞季風(fēng)影響，同時(shí)受西風(fēng)帶作用［圖5（c）］，其輸入氣團(tuán)大多來(lái)自東北部的騰格里沙漠、河西走廊地區(qū)以及西部塔克拉瑪干沙漠和柴達(dá)木盆地，總體痕量元素濃度較高；且其距離227國(guó)道、煤礦區(qū)以及河西走廊部分城市較近，車輛道路磨損、燃料的使用、礦物開(kāi)采以及人類日?；顒?dòng)都可能是Pb、Cd 元素的潛在來(lái)源。

圖5 7條典型山地冰川72 h后向軌跡圖Fig.5 The cluster analyses of 72 hours backward air trajectories in seven glaciers

煤礦冰川和玉珠峰冰川位于東昆侖山，由于地理位置臨近，其所受氣團(tuán)影響相似，主要受西風(fēng)環(huán)流繞行北支氣流控制，受季風(fēng)影響較?。蹐D5（d）、5（e）］。中部冰川痕量元素濃度雖然最高，但是地殼富集因子（除了Cd）較低，說(shuō)明此處以自然源輸入為主，又因地處內(nèi)陸，故以粉塵輸入為主。結(jié)合后向軌跡推斷粉塵源可能來(lái)自北部柴達(dá)木盆地、新疆庫(kù)木塔格沙漠、哈順戈壁以及西部塔里木盆地的塔克拉瑪干沙漠。此外，位于煤礦冰川和玉珠峰冰川西部臨近的煤礦可能是Cd的重要潛在輸入源［46］，而附近的青藏鐵路、公路的交通運(yùn)輸排放可能是Pb元素輕微富集的主要原因［47］；緊鄰玉珠峰冰川的109 國(guó)道的交通運(yùn)輸排放可能是玉珠峰冰川Zn 元素富集的主要原因。而煤礦冰川相比玉珠峰冰川地理位置偏西，因此受到來(lái)自西部庫(kù)木塔沙漠的粉塵輸入和煤礦開(kāi)采的人為源影響更大，造成煤礦冰川的總體痕量元素濃度水平與EF值均略大于玉珠峰冰川。

南部的古仁河口冰川主要受印度季風(fēng)影響，輸入氣團(tuán)來(lái)自西南和東南方向［圖5（f）］。此冰川表層雪樣的痕量元素濃度最低，但是Pb、Cd 尤其是Zn元素的富集程度較高，說(shuō)明其具有顯著人為來(lái)源。此冰川地處青藏高原南部，臨近拉薩市，其周邊存在有色金屬冶煉活動(dòng)，這可能是Zn 和Cd 元素的重要來(lái)源；同時(shí)古仁河口冰川緊鄰青藏鐵路，青藏鐵路帶來(lái)的交通源污染可能是導(dǎo)致Pb 元素輕度富集的潛在原因［47］。此外，印度、尼泊爾、不丹等南亞國(guó)家由于化石和生物質(zhì)燃料的大量使用，已成為世界上最大的人為大氣污染排放源之一，可通過(guò)大氣傳輸對(duì)青藏高原南部地區(qū)產(chǎn)生較大影響［6，48-49］。東南部的玉龍雪山白水河1號(hào)冰川與其他冰川相比，Pb、Zn 和Cd 元素的濃度水平以及富集因子都相對(duì)較高，表明其受人類活動(dòng)影響較大。該地區(qū)季風(fēng)期主要受西南季風(fēng)、東南季風(fēng)影響，緬甸等南亞國(guó)家的氣團(tuán)輸入是造成人為源元素濃度增加的主要原因［圖5（g）］。此外，白水河1 號(hào)冰川臨近麗江等人口密集區(qū)，而且周圍遍布公路、鐵路，人為污染以及交通運(yùn)輸也是該地區(qū)痕量元素的潛在人為來(lái)源［26，44］。

青藏高原冰川中痕量元素的總體分布趨勢(shì)為中部冰川最高，北部次之，南部最低。結(jié)合后向軌跡分析發(fā)現(xiàn)，這種空間差異與中部地區(qū)受強(qiáng)烈西風(fēng)環(huán)流影響帶來(lái)的大量自然源沙塵輸入有關(guān)。夏季西風(fēng)的南支繞行氣流減弱，南亞季風(fēng)增強(qiáng)，高原的西風(fēng)環(huán)流北移，中北部地區(qū)受西風(fēng)環(huán)流帶來(lái)的大量來(lái)自西部的氣團(tuán)輸入影響增強(qiáng)［34］?？傮w而言，中部地區(qū)受西風(fēng)環(huán)流影響最大，北部次之，南部最弱，這與冰川中痕量元素的分布趨勢(shì)一致；東南部地區(qū)玉龍雪山地區(qū)受西風(fēng)帶影響較弱，但緊鄰麗江市等人口密集區(qū)域，受人類活動(dòng)影響相對(duì)古仁河口冰川較大，因此該地區(qū)冰川痕量元素濃度水平較低但富集因子較高；古仁河口冰川的痕量元素濃度水平在研究區(qū)的7 條冰川中最低，可能與其地處青藏高原南部，主要受印度季風(fēng)的影響，而西風(fēng)環(huán)流的影響微弱。

3 結(jié)論

（1）青藏高原范圍內(nèi)7 條冰川表層雪中Al、Fe、Mn 等粉塵源元素含量最高，其他元素含量較低。空間分布上，多數(shù)痕量元素在青藏高原中部煤礦冰川和玉珠峰冰川濃度最高，東北部3條冰川次之，東南部玉龍雪山白水河1 號(hào)冰川較低，南部古仁河口冰川最低，Jonckheere-Terpstra 非參數(shù)檢驗(yàn)的結(jié)果也證明了這一結(jié)論。

（2）15 種元素中，多數(shù)元素未顯示富集，僅Pb、Zn、Cd 元素富集較為嚴(yán)重，Pb、Zn、Cd 元素的EF值與Al 濃度呈現(xiàn)一定的反比趨勢(shì)也證明了這一點(diǎn)。青藏高原東北部祁連山脈的3 條冰川中，八一冰川的Pb、Zn、Cd 元素的富集因子顯著大于七一冰川和崗什卡雪峰，說(shuō)明存在明顯的人為來(lái)源；青藏高原中部昆侖山系的煤礦冰川、玉珠峰冰川元素濃度較高，富集因子卻明顯較低，說(shuō)明痕量元素的主要來(lái)源為自然源；東南部玉龍雪山白水河1 號(hào)冰川樣品中Pb、Zn、Cd 元素的EF值明顯較大，表明受人為活動(dòng)影響顯著；南部古仁河口冰川元素濃度與EF值都相對(duì)較低，而Pb、Zn、Cd元素有一定程度的富集。

（3）大氣后向軌跡結(jié)果顯示，七一和八一冰川都受西風(fēng)環(huán)流控制，痕量元素輸入源主要來(lái)自東北和新疆西北部等地，崗什卡雪峰主要受來(lái)自東北部騰格里沙漠以及河西走廊氣團(tuán)輸入的影響，元素來(lái)源以自然源輸入為主；中部煤礦和玉珠峰冰川氣團(tuán)來(lái)源復(fù)雜，痕量元素以青藏高原西部和北部的自然源粉塵輸入為主；古仁河口冰川和玉龍雪山主要受西南和東南氣團(tuán)輸入影響，其中古仁河口冰川距離拉薩市較近，除了可能受到局地人為活動(dòng)的影響之外，其周圍礦山開(kāi)采、交通源和南亞地區(qū)人為輸入也是痕量元素可能的潛在來(lái)源；玉龍雪山除了南亞地區(qū)輸入性影響之外，同時(shí)緊鄰麗江等人口密集區(qū)，受人類活動(dòng)影響大，導(dǎo)致Pb、Zn、Cd 等元素濃度水平和富集程度都較高。