西藏拉萨河流域巴嘎雪湿地水化学特征

西藏拉萨河流域巴嘎雪湿地水化学特征
布多;李明礼;许祖银;黄道君;旦增;吴坚扎西
【摘要】以西藏拉萨河流域主要天然湿地之一的巴嘎雪湿地作为研究对象,对该湿地水体的 pH 值、水温、溶解氧(DO)、色度、浊度和15种金属元素的含量进行了分析检测.结果表明,巴嘎雪湿地水的pH、DO平均值分别为7.68、7.01mg/L；湿地水中15种金属元素含量均较低,汞、锡两种金属元素未能检出,其他13种金属元素的含量顺序为：Fe>Cr>V>Ni>Mn>As>Sb>Mo> Pb>Zn>Cu >Co>Cd,并均达到了国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅰ类水质标准.通过比较湿地进水和出水水质的发现,巴嘎雪湿地对色度、浊度和部分金属元素的去除效果显著.对色度、浊度的去除率分别达到了51.73%、94.8%,对不同金属元素的去除效果不同,Cu、Pb、Zn、Mo、As、V 的去除率分别为64.2%、36.9%、40.7%,28.2%、31.9%、67%.%Bagaxuewetland 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 fromBagaxue wetland in the present study. The pH and DO value of water samples collected fromBagaxuewetland 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 of colority and turbidity reached 51.73%、94.8%, respectively. Moreover, the removal rates of individual metal elements were different, the removal rates ofV, Cu, Zn, Pb, As, and Mo were 67%, 64.2%, 40.7%, 36.9%, 31.9% and 28.2%, respectively.
【期刊名称】《中国环境科学》
【年(卷),期】2016(036)003
【总页数】5页(P793-797)
【关键词】拉萨河流域;巴嘎雪湿地;水化学特征;重金属;去除率
【作者】布多;李明礼;许祖银;黄道君;旦增;吴坚扎西
【作者单位】西藏大学环境科学研究所，西藏拉萨 850000; 复旦大学环境科学与工程系，上海 200043;西藏自治区地勘局中心实验室，西藏拉萨 850000;西藏自治区地勘局中心实验室，西藏拉萨 850000;西藏大学环境科学研究所，西藏拉萨850000;西藏大学环境科学研究所，西藏拉萨 850000;西藏大学环境科学研究所，西藏拉萨 850000
【正文语种】中文
【中图分类】X131.2
* 责任作者, 副教授,****************
湿地是自然界最富生物多样性的生态景观,与森林、海洋并称为全球三大生态系统,也是价值最高的生态系统.湿地具有巨大的环境调节功能和生态、社会、经济效益[1-2],在调节气候、涵养水源、抵御洪水、蓄洪防旱、净化环境、保护生物多样性
和维持生态平衡等方面都发挥着不可替代的作用,被誉为“地球之肾”[3-5].西藏高原地区是我国重要的湿地分布区,湿地总面积达600多万hm2,主要是天然湿地,约占全区土地面积的4.9%[6-7].高原地区湿地作为高海拔地区生物多样性最丰富和对全球气候变化最敏感的生态系统,具有重要的生态屏障功能和全球气候变化标志性作用[8].西藏地区人口稀少,经济发展水平相对滞后,绝大部分天然湿地尚未受到工业污染影响或者受污染程度极低,大多仍保持着自然原生的生态状况[9-10].但是,随着全球气候变化和区域工农业的快速发展以及其他湿地资源不合理开发利用,将会导致生态原本脆弱的西藏高原地区天然湿地功能、效益的退化和面积的锐减[11-16].西藏高原地区湿地生态系统的结构和功能相对简单,自身的调节机制不够健全,恢复能力差,一旦被破坏,将难以恢复甚至无法恢复[17].然而,到目前为止,包括巴嘎雪湿地在内的西藏地区天然湿地水化学特征的研究尚未见到报道.
本文选择巴嘎雪湿地作为研究对象,利用现代仪器分析技术对巴嘎雪湿地水中的pH 值、水温、溶解氧(DO)、色度、浊度和15种金属元素的含量进行了分析检测. 1.1 研究区域概况
巴嘎雪湿地是拉萨河流域仅次于拉鲁湿地的重要天然湿地,位于西藏自治区首府--拉萨市东北方向30多km的达孜县塔杰乡, 29°41′58.42″N～29°42′58.42″N,东经91°25′34.55″E～91°25′58.20″E,湿地东邻318国道,西依拉萨河,北靠农田,湿地面积大约为40万m2.巴嘎雪湿地属于温凉半干旱高原气候,年平均气温7.5℃,年均降雨量为450mm左右,日照时间长,无霜期短,植被覆盖度高达95%以上,是国家一级重点保护动物黑颈鹤等众多高原候鸟的越冬栖息地[18].
1.2 实验仪器设备和试剂
Optima 5300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)(美国珀金-埃尔默有限公司生产).AFS830型原子荧光光谱仪(AFS)(北京吉天仪器有限公司生
产).Agilent7500ce 型电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS(美国安捷伦公司生
产).pHS-C型便携式酸度计.SH2300型综合水质分析仪(韩国修马斯公司生产).HI930275型溶解氧测定仪(意大利哈纳公司生产).
标准试剂:从国家标准物质研制中心购置.
1.3 样品的采集
于2011年4月8日对巴嘎雪湿地进行了实地调查研究和样品采集.选择确定了进水口、出水口和湿地中心具有代表性的9个采样点,具体地理位置如图1所示.每个采样点均采用聚乙烯烧杯直接在水面下10cm左右平行采集3份200mL湿地水样,将水样即时装入事先已经洗净并注入2mL优级纯硝酸的聚乙烯样品瓶中,盖紧盖子.放入装有冰袋的便携式冷藏柜中,带回实验室待测.同时详细记录天气、气温、周边其他活动等情况.
1.4 样品处理与分析检测方法
根据《水和废水监测分析方法》(GB/T 8538-2008)推荐[19],将PHS-C型便携式酸度计(分辨率:0.01pH)探头插入水面下0.2m左右直接测定、读取湿地水的pH 值;将HI930275型溶解氧测定仪探头插入水面下0.2m左右先后测定、读取溪水的水温、溶解氧(DO)值;将5mL水样装入事先用超纯水洗净的SH2300型综合水质分析仪测试瓶中,盖紧盖子,分别读取水样的色度和浊度值.
将冷藏的水样品当天送至西藏自治区地质矿产勘察与开发局中心实验室,在4℃条件下冷藏,并在72h内利用AFS830型原子荧光光谱仪(AFS)检测砷含量;利用Optima 5300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和agilent7500ce 型电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS测定其他元素的含量.
2.1 湿地常规水质指标分析
表1为巴嘎雪湿地各采样点水样的温度、pH值、DO、色度、浊度等常规水质指标的分布情况,由表1可知,巴嘎雪湿地各采样点水体温度变化范围为13.81～22.31℃,水温变化主要随气温升高而升高;9个采样点pH值变化不明显,pH值范围
为7.18～8.26,平均值为7.79,与巴桑等[18]对巴嘎雪湿地水质调查研究的结果(7.44～8.81)相当,但是略高于布多等对拉萨河流域甲玛湿地的监测数据(均值为7.40)[20].除进水口D5采样点DO平均值为4.09mg/L之外,其余点位DO平均值在5.96～10.13mg/L之间,平均值为6.78mg/L,湿地内采样点溶解氧明显高于进出水口,但仍然明显低于甲玛湿地的监测数据(均值为8.07mg/L).
如图2所示,从进水口(D5和D6)到出水口(D4和D8),水样色度、浊度的数值变化比较明显.但是,入水口D5和D6之间的有一个小的支流汇入,该支流的上游有一个小的村庄和一块大面积的农田,村民生活污水未经处理直接排放到该支流中,同时该片区农田施肥、施药过程中形成一定规模的面源污染,使得采样点D6的色度、浊度均比采样点D5高很多.巴嘎雪湿地水中金属元素含量相对较低,湿地进水中的色度主要来源为居民生活和生产过程中产生的未经处理的有机废水(腐殖质为主).湿地植物根系由于大量微生物生长形成生物膜,污水流经湿地时,污水中可溶性有机物则通过生物膜的吸咐、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除[21-22],从而降低水体的色度,湿地水经过3km左右的湿地后,水的色度由135.46度降至65.39度,色度的去除率高达51.73%.
巴嘎雪湿地进水中的浊度主要来源于湿地上游居民生活和生产过程中产生的未经处理的废水中带入的悬浮颗粒物质,颗粒物质进入湿地后,一部分由于水流速度下降以自然沉降的方式从水中去除,还有一部分被湿地植物芦苇、香蒲、灯心草等水生植物阻截、吸附并沉积在基质中而被清除[23-24].因此,巴嘎雪湿地水经过3km左右的湿地自然处理后,其浊度由55.79度降至2.89度,浊度的去除率高达94.8%,与周仲魁等[25]报道的浊度去除率(99%)接近,远远高于李云鹏等[26]报道的松嫩平原湖泡湿地对悬浮物61.2%的去除率.
2.2 湿地水体金属元素含量情况分析
研究发现巴嘎雪湿地水中金属元素含量普遍较低,其中Cu、Pb、Zn、Cd、Fe、
Mn、V、Co、Mo、As、Sb、Ti等12种金属元素含量(表2)达到了国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅰ类水质标准要求[27],Cr元素含量符合GB3838-2002 II类水质标准要求,与张芸等[28]报道的三江平原湿地水质相比,Ca、Mg两种元素含量较高,而Cu、Fe、Mn、Zn等4种元素的含量明显较低.拉萨河流域由于
历史和自然条件等各种因素的原因,工业发展水平较低,因生产原因而导致的金属元
素含量提高的可能性很小,水中金属元素水平可能与拉萨河流域属于冈底斯—念青
唐古拉山脉成矿带的地质结构有关.数据显示,金属Cd、Cr、Fe、Sb和Ti的浓度在湿地水流沿程上没有显著变化.
水中金属元素的固定和去除的物理化学机理包括氧化沉淀、金属微粒的沉淀、阳离子交换吸附、与有机物的复合和硫的还原等.金属元素在微生物的作用下氧化后沉
淀被认为是湿地最重要的去除金属元素的机理之一.植物通过过滤、吸附、离子交
换作用以及根际诱导的化学变化等途径在去除金属方面同样起着重要作用.巴嘎雪
湿地水落差较小、流速缓慢,一部分金属元素以自然沉淀方式不断沉降到底泥中而
从水中被去除;同时巴嘎雪湿地中芦苇、香蒲、灯心草等湿地植物茂盛,一部分金属
元素被湿地植物吸附、吸收而从水中被去除.由图3所示,溪水经过湿地后,水中部分金属元素的含量发生了不同程度的变化.其中如锌、铅、铜等重金属元素的去除效
果最明显,以D6代表进水口水样、以D9代表出水口水样,计算得到Cu、Pb、Zn、Mo、As、V的去除率分别为64.2%、36.9%、40.7%, 28.2%、31.9%、67%,对
金属元素的去除效果与Khan等[29]和Cheng等[30]在人工湿地研究中的去除效
果存在一定的差异.在湿地中心采样点D2、采样点D3和采样点D6的水样中某些金属元素含量比进水中的含量稍高,这可能是由于在采样期间,多人在该采样点附近
钓鱼和捞鱼,将水生植物、底泥搅动起来,使得本来已经被吸附在湿地植物外表上和
沉积在底泥中的金属元素被重新释放,进入到水中,从而增加湿地水中金属元素的含量.
3.1 西藏巴嘎雪湿地水中的金属含量相对较低,与地表水背景值相当,符合国家《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅰ类水标准,水中各种重金属含量序列为:Fe ＞Cr＞V＞Ni＞Mn＞As＞Sb＞Mo＞Pb＞Zn＞Cu ＞Co＞Cd.各金属元素含量明显低于三江平原湿地等人类活动较多的地区,并且在组成上也存在较大的差异. 3.2 西藏巴嘎雪湿地对水中的色度、浊度和金属元素具有不同程度的去除作用,对色度、浊度的去除率分别达到了51.73%、9
4.8%,对不同金属元素的去除效果不同,Cu、Pb、Zn、Mo、As、V的去除率分别为64.2%、36.9%、40.7%,28.2%、31.9%、67%.说明西藏巴嘎雪湿地生态功能比较完善,净化能力比较好,但是,该湿地周边居民未经处理生活污水的直排、农田面源污染多少影响到湿地水环境质量,应该进一步改善周边居民的生活污水处理设施,强化农药、化肥的管理,以加强湿地水环境保护.
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