西藏拉薩河流域巴嘎雪濕地水化學特征

布　多,李明禮,許祖銀,黃道君,旦　增,吳堅扎西*(.西藏大學環境科學研究所,西藏 拉薩 850000；.西藏自治區地勘局中心實驗室,西藏 拉薩 850000；3.復旦大學環境科學與工程系,上海 00043)

?

西藏拉薩河流域巴嘎雪濕地水化學特征

布多1,3,李明禮2,許祖銀2,黃道君1,旦增1,吳堅扎西1*(1.西藏大學環境科學研究所,西藏 拉薩 850000；2.西藏自治區地勘局中心實驗室,西藏 拉薩 850000；3.復旦大學環境科學與工程系,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象,對該濕地水體的pH值、水溫、溶解氧(DO)、色度、濁度和15種金屬元素的含量進行了分析檢測.結果表明,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為:Fe＞Cr＞V＞Ni＞Mn＞As＞Sb＞Mo＞ Pb＞Zn＞Cu ＞Co＞Cd,并均達到了國家《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅰ類水質標準.通過比較濕地進水和出水水質的發現,巴嘎雪濕地對色度、濁度和部分金屬元素的去除效果顯著.對色度、濁度的去除率分別達到了51.73%、94.8%,對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%.

關鍵詞：拉薩河流域；巴嘎雪濕地；水化學特征；重金屬；去除率

* 責任作者, 副教授, 875023111@qq.com

濕地是自然界最富生物多樣性的生態景觀,與森林、海洋并稱為全球三大生態系統,也是價值最高的生態系統.濕地具有巨大的環境調節功能和生態、社會、經濟效益[1-2],在調節氣候、涵養水源、抵御洪水、蓄洪防旱、凈化環境、保護生物多樣性和維持生態平衡等方面都發揮著不可替代的作用,被譽為“地球之腎”[3-5].西藏高原地區是我國重要的濕地分布區,濕地總面積達600多萬hm2,主要是天然濕地,約占全區土地面積的4.9%[6-7].高原地區濕地作為高海拔地區生物多樣性最豐富和對全球氣候變化最敏感的生態系統,具有重要的生態屏障功能和全球氣候變化標志性作用[8].西藏地區人口稀少,經濟發展水平相對滯后,絕大部分天然濕地尚未受到工業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狀況[9-10].但是,隨著全球氣候變化和區域工農業的快速發展以及其他濕地資源不合理開發利用,將會導致生態原本脆弱的西藏高原地區天然濕地功能、效益的退化和面積的銳減[11-16].西藏高原地區濕地生態系統的結構和功能相對簡單,自身的調節機制不夠健全,恢復能力差,一旦被破壞,將難以恢復甚至無法恢復[17].然而,到目前為止,包括巴嘎雪濕地在內的西藏地區天然濕地水化學特征的研究尚未見到報道.

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

1　材料與方法

1.1研究區域概況

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,位于西藏自治區首府--拉薩市東北方向30多km的達孜縣塔杰鄉, 29°41′58.42″N～29°42′58.42″N,東經91°25′34.55″E～91°25′58.20″E,濕地東鄰318國道,西依拉薩河,北靠農田,濕地面積大約為40萬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,日照時間長,無霜期短,植被覆蓋度高達95%以上,是國家一級重點保護動物黑頸鶴等眾多高原候鳥的越冬棲息地[18].

1.2實驗儀器設備和試劑

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

標準試劑:從國家標準物質研制中心購置.

1.3樣品的采集

于2011年4月8日對巴嘎雪濕地進行了實地調查研究和樣品采集.選擇確定了進水口、出水口和濕地中心具有代表性的9個采樣點,具體地理位置如圖1所示.每個采樣點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,將水樣即時裝入事先已經洗凈并注入2mL優級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,帶回實驗室待測.同時詳細記錄天氣、氣溫、周邊其他活動等情況.

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

1.4樣品處理與分析檢測方法

根據《水和廢水監測分析方法》(GB/T 8538-2008)推薦[19],將PHS-C型便攜式酸度計(分辨率:0.01pH)探頭插入水面下0.2m左右直接測定、讀取濕地水的pH值;將HI930275型溶解氧測定儀探頭插入水面下0.2m左右先后測定、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型綜合水質分析儀測試瓶中,蓋緊蓋子,分別讀取水樣的色度和濁度值.

將冷藏的水樣品當天送至西藏自治區地質礦產勘察與開發局中心實驗室,在4℃條件下冷藏,并在72h內利用AFS830型原子熒光光譜儀(AFS)檢測砷含量;利用Optima 5300DV型電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)和agilent7500ce 型電感耦合等離子體質譜儀ICP-MS測定其他元素的含量.

2　結果與討論

2.1濕地常規水質指標分析

表1　濕地常規水質指標分布Table 1　Conventional water quality indexes of water samples from Bagaxue Wetland

表1為巴嘎雪濕地各采樣點水樣的溫度、pH值、DO、色度、濁度等常規水質指標的分布情況,由表1可知,巴嘎雪濕地各采樣點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個采樣點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]對巴嘎雪濕地水質調查研究的結果(7.44～8.81)相當,但是略高于布多等對拉薩河流域甲瑪濕地的監測數據(均值為7.40)[20].除進水口D5采樣點DO平均值為4.09mg/L之外,其余點位DO平均值在5.96～10.13mg/L之間,平均值為6.78mg/L,濕地內采樣點溶解氧明顯高于進出水口,但仍然明顯低于甲瑪濕地的監測數據(均值為8.07mg/L).

如圖2所示,從進水口(D5和D6)到出水口(D4和D8),水樣色度、濁度的數值變化比較明顯.但是,入水口D5和D6之間的有一個小的支流匯入,該支流的上游有一個小的村莊和一塊大面積的農田,村民生活污水未經處理直接排放到該支流中,同時該片區農田施肥、施藥過程中形成一定規模的面源污染,使得采樣點D6的色度、濁度均比采樣點D5高很多.巴嘎雪濕地水中金屬元素含量相對較低,濕地進水中的色度主要來源為居民生活和生產過程中產生的未經處理的有機廢水(腐殖質為主).濕地植物根系由于大量微生物生長形成生物膜,污水流經濕地時,污水中可溶性有機物則通過生物膜的吸咐、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除[21-22],從而降低水體的色度,濕地水經過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51.73%.

圖2　濕地對進水色度和濁度的影響Fig.2　Removal rates of the colority and turbidity between influent and effluent

巴嘎雪濕地進水中的濁度主要來源于濕地上游居民生活和生產過程中產生的未經處理的廢水中帶入的懸浮顆粒物質,顆粒物質進入濕地后,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、吸附并沉積在基質中而被清除[23-24].因此,巴嘎雪濕地水經過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94.8%,與周仲魁等[25]報道的濁度去除率(99%)接近,遠遠高于李云鵬等[26]報道的松嫩平原湖泡濕地對懸浮物61.2%的去除率.

2.2濕地水體金屬元素含量情況分析

研究發現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)達到了國家《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅰ類水質標準要求[27],Cr元素含量符合GB3838-2002 II類水質標準要求,與張蕓等[28]報道的三江平原濕地水質相比,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,工業發展水平較低,因生產原因而導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屬于岡底斯—念青唐古拉山脈成礦帶的地質結構有關.數據顯示,金屬Cd、Cr、Fe、Sb和Ti的濃度在濕地水流沿程上沒有顯著變化.

表2　濕地各采樣點金屬含量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機理包括氧化沉淀、金屬微粒的沉淀、陽離子交換吸附、與有機物的復合和硫的還原等.金屬元素在微生物的作用下氧化后沉淀被認為是濕地最重要的去除金屬元素的機理之一.植物通過過濾、吸附、離子交換作用以及根際誘導的化學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,溪水經過濕地后,水中部分金屬元素的含量發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代表進水口水樣、以D9代表出水口水樣,計算得到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D2、采樣點D3和采樣點D6的水樣中某些金屬元素含量比進水中的含量稍高,這可能是由于在采樣期間,多人在該采樣點附近釣魚和撈魚,將水生植物、底泥攪動起來,使得本來已經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,進入到水中,從而增加濕地水中金屬元素的含量.

3　結論

3.1西藏巴嘎雪濕地水中的金屬含量相對較低,與地表水背景值相當,符合國家《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅰ類水標準,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較多的地區,并且在組成上也存在較大的差異.

3.2西藏巴嘎雪濕地對水中的色度、濁度和金屬元素具有不同程度的去除作用,對色度、濁度的去除率分別達到了51.73%、94.8%,對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%.說明西藏巴嘎雪濕地生態功能比較完善,凈化能力比較好,但是,該濕地周邊居民未經處理生活污水的直排、農田面源污染多少影響到濕地水環境質量,應該進一步改善周邊居民的生活污水處理設施,強化農藥、化肥的管理,以加強濕地水環境保護.

參考文獻：

[1] Costanza R, d’Arge R, De Groot R, et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital [J]. Nature, 1997,387:253—260.

[2] 郎振華,姜淑坤,田志富.濕地凈化水質作用分析與保護 [J]. 吉林水利, 2002,232(2):15-17.

[3] 王思元,牛萌.濕地系統的生態功能與濕地的生態恢復 [J].山西農業科學, 2009,37(7):55-57.

[4] 張永澤,王垣.自然濕地生態恢復研究綜述 [J]. 生態學報, 2001,21(2):309-314.

[5] 牟曉杰,孫志高,劉興土.黃河口典型潮灘濕地土壤凈氮礦化與硝化作用 [J]. 中國環境科學, 2015,35(5):1466-1473.

[6] 劉務林.西藏高原濕地及保護發展戰略研究 [J]. 西藏科技, 2004,138(10):37-39.

[7] 王春連,張鐿鋰,王兆鋒,等.拉薩河流域濕地系統景觀格局多尺度分析 [J]. 資源科學, 2010,32(9):1634-1642.

[8] Zhang Yili, Wang Chunlian, Wang Zhaofeng, et al. Distribution of alpine wetland in Lhasa river basin, china [J]. Journal of Geographical sciences, 2010,20(3):375-388.

[9] 張天華,陳利頂,普布丹巴,等.西藏拉薩拉魯濕地生態系統服務功能價值估算 [J]. 生態學報, 2005,25(12):3176-3180.

[10] 《濕地科學與管理》編輯部.西藏8個濕地列入全國濕地保護工程 [J]. 濕地科學與管理, 2007,3(2):20.

[11] Nicholls R J, Hoozemans F M J, Marchand M. Increasing flood risk and wetland losses due to global sea level rise [J]. Global Environmental Change, 1999,9:S69-S87.

[12] 劉桃菊,陳美球.鄱陽湖區濕地生態功能衰退分析及其恢復對策探討 [J]. 生態學雜志, 2001,20(3):74-77.

[13] 張明祥,嚴承高,王建春,等.中國濕地資源的退化及其原因分析[J]. 林業資源管理, 2001,3:23-26.

[14] 張峰.山西濕地生態環境退化特征及恢復對策 [J]. 水土保持學報, 2004,18(1):151-154.

[15] 郭潔,李國平.若爾蓋氣候變化及其對濕地退化的影響 [J].高原氣象, 2007,26(2):422-428.

[16] 賀桂芹,楊改河,馮永忠,等.西藏高原濕地生態系統結構及功能分析 [J]. 干旱地區農業研究, 2007,25(3):185-189.

[17] 格桑頓珠.西藏拉薩市拉魯濕地自然保護區環境資源調查報告[J]. 西藏科技, 2008,6:26-28.

[18] 巴桑,普布,馬正學,等.西藏巴嘎雪濕地春季藻類群落特征研究 [J]. 西藏大學學報(自然科學版), 2010,25(2):1-16.

[19] 國家環保總局編.《水和廢水監測分析方法》(第四版) [M]. 北京:中國環境科學出版社出版, 2002.

[20] 布多,李明禮,德吉,等.拉薩河流域甲瑪濕地水質凈化功能研究 [J]. 資源科學, 2010,32(9):1650-1656.

[21] 王志豐,朱洪清.淺談人工濕地在蘇南農村水環境生態治理中的應用 [J]. 江蘇水利, 2006,5:37-38.

[22] 盛貽林,王方園.有機污染物生物降解的機制研究進展 [J]. 生物學雜志, 2002,19(5):9-11.

[23] 程天行,陳季華,鄭向勇,等.人工濕地去污機理的研究進展 [J].現代農業科技, 2008,21:290-292.

[24] 成水平,夏宜睜.香蒲、燈心草人工濕地的研究 [J]. 湖泊科學, 1998,10(1):62-66.

[25] 周仲魁,陳澤堂,孫占學.人工濕地在治理礦山廢水中的應用 [J].鈾礦冶, 2008,27(4):202-206.

[26] 李云鵬,李怡庭,劉景哲,等.松嫩平原湖泡濕地水化學特征及凈化水質作用研究 [J]. 東北水利水電, 2001,19(11):39-56.

[27] 國家環境保護總局,國家質量監督檢驗檢疫總局.《地表水環境質量標準》(GB3838-2002) [S]. 北京:中國環境科學出版社出版,2002年6月.

[28] 張蕓,呂憲國,楊青.三江平原典型濕地的水化學性質研究[J]. 水土保持學報, 2005,19(1):184-187.

[29] Khan Sardar, Ahmad Irshad, Shah M Tahir, et al. Use of constructed wetland for the removal of heavy metals from industrial wastewater [J]. Journal of Environmental Management, 2009,9:3451—3457.

[30] Cheng Shuiping, Grosse Wolfgang, Karrenbrock Friedhelm, et al. Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals [J]. Ecological Engineering, 2002,18: 317—325.

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

作者簡介：布多(1972-),男,西藏林芝人,西藏大學理學院副教授,復旦大學環境科學與工程系博士研究生,主要研究方向為環境化學與環境監測.

基金項目：國家自然科學基金項目(20767005,21267021);973計劃前期研究專項課題(2014CB460612);西藏自治區自然科學基金項目(Z2012A02G02/00);環境化學與生態毒理學國家重點實驗室開放基金課題(KF2012-8)

收稿日期：2015-06-29

中圖分類號：X131.2

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)03-0793-05