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拉鲁湿地水中主要金属元素分布分析评价

拉鲁湿地水中主要金属元素分布分析评价(环保

            白永飞,  黄伟,  罗笑娟,  刘路,  吴坚扎西,  布多*

                    (西藏大学理学院,西藏拉萨850000

摘要:拉鲁湿地位于西藏拉萨市西北角,海拔3 650 m,是世界上海拔最高的城市湿地之一。该文将拉萨市拉鲁湿地作为研究对象,设置了17个采样点采集了17份水环境样品,利用ICP-OESICP-MSAFS等仪器对水环境样品中的M nVBeTiNiAsSeTiCu

P bMoC dCoCrFeZnB a17种金属元素进行了分析检测。结果发现:拉鲁湿地不同区域水环境中pH值、电导率和金属元素含量存在较大的差异,pH值范围为6.759.43,电导率范围为0.22129.49μS/LpH值和电导率相关性不明显。水环境金属元素中Fe元素平均含量最高,高达129.49μg/L,水环境中C d元素平均含量最低,仅为0.011μg/L。除Cr元素达到Ⅱ类水标准及个别采样点外,其他金属元素总体含量都达到了I类水标准要求。上游区域水环境中金属元素含量明显高于下游区域,其中水环境中Cu元素含量差别最为显著,在东片区水环境中Cu元素平均含量为1.94μg/L。在西片区水环境中Cu元素平均含量为0.46 μg/L,拉鲁湿地对水环境中的大部分金属元素具有较大的去除作用,对水环境中C d元素的去除率高达88.2%,说明湿地仍处于良好的健康状态。

关键词:拉鲁湿地;水环境;金属元素;分析评价

中图分类号:X824  doi:10.3969/j.issn1003-6504.2016.06.032    文章编号:1003-6504(2016)06-0174-05

  重金属是具有潜在危害的重要污染物之一。重金属污染物的威胁在于它不能被微生物分解。自20世纪70年代以来,重金属的污染与防治工作备受关注。目前,重金属污染物已经被众多国家列为优先污染物。我国列入环境优先污染物黑名单的有AsBeC dCrCuP bHg \NiTi。重金属是构成地壳的重要天然组分之一,在自然界分布非常广泛,在自然环境的各部分均存在着本底的含量,在正常的天然水中重金属含量均很低,汞的含量介于0.0010.01 mg/L之间,铬含量小于0.001 mg/L,在河流和淡水湖中铜的含量平均为0.02 mg/L,钴为0.004 3 mg/L,镍为0.001 mg/L

    湿地是地球表层上由水、土和水生植物或湿生植物(可伴生其他水生生物)相互作用构成,其内部过程长期为水所控制,具有较高的生产力和较大活性的自然综合体。所以,关于湿地植物对金属离子的吸收和积累能力的研究及其应用受到全世界的广泛关注。

    拉鲁湿地是世界上海拔最高的城市湿地之一,位于拉萨市区西北角,与湿地相关的河流主要有拉萨河、流沙河,相关的渠系主要包括从拉萨河引水的北干渠、中干渠。拉鲁湿地对增加拉萨城市空气的湿度、含氧量以及净化环境具有不可替代的作用。拉鲁湿地先后被确立为西藏自治区级自然保护区、国家级自然保护区。据史料和图片资料记载拉鲁湿地动植物种类繁多,湿地植物对水环境中化学物质具有一定的去除作用。有关拉鲁湿地的科学研究比较少,且主要集中在生物多样性方面的研究,到目前为止尚未见到全面研究金属元素等水环境化学特征方面的报道。由于西藏人口稀少,经济开发时间较晚,迄今为止,绝大部分湿地区域受现代工业污染极少,湿地及湿地生物基本上仍保持着自然原生的生态状况。

    通过对拉鲁湿地水环境中不同金属元素含量、分布及来源的分析研究,可以了解和掌握拉鲁湿地水环境化学特征、自然湿地的环境净化功能、健康状态以及潜在的生态环境安全隐患。为更好地保护被誉为“拉萨之肺”、“拉萨之肾”的拉鲁湿地具有深远意义。

1拉鲁湿地概况和实验方法

1.1采样点的布设和采样方法

    拉鲁湿地位于西藏拉萨市西北角,被鲁定公路分为东区和西区2个片区,根据拉鲁湿地的地势和水文特点,设置了17个采样点,具体采样点的分布情况如图1所示。其中L01位于拉鲁湿地最西端的出水口(过马路涵洞以后的接水口),L02位于西南端的出水口.L03L11位于靠近鲁定公路东、西两侧,L08位于东北角的一个小进水口。

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1.2分析检测方法

1.2.1 pH值、电导率的分析检测方法

    对于易于受到环境因素变化pH值、电导率等水环境参数,利用便携式仪器在实地现场进行了测定,保留了样品最原始的数据,每次测定均平行测定3次,减小了数据误差。

1.2.2金属元素的分析检测方法

    现场利用聚四氟乙烯酯烧杯深入到水面下1020cm采集水样,然后第一时间转移到聚四氟乙烯酯采样瓶中,并加入高纯硝酸几滴调节pH值小于2,将装有水样的采样瓶转入冷冻箱中冷冻保存,送往西藏自治区地质矿产勘局中心实验室进行实验室分析检测。检测依据为《水和废水监测分析方法》(第四版),GB/T8538-2008,检测方法为ICP-OESICP-MSAFS,检测环境:温度20℃,湿度40%。其中FeB aV3种元素利用ICP-OES测定,HgAs 2种易挥发元素利用AFS测定,其余金属元素利用ICP-MS测定。

2结果和分析

2.1 pH值、电导率

    由图2显示拉鲁湿地17个采样点水环境pH值范围为6.579.43,平均值为7.7,其中L06L07L08L094个采样点的pH值高于9.0,这4个采样点水环境的碱度明显高于拉萨河流域河水的碱度(8.2~8.7),由于这4个采样点靠近居民区,可能是受到周边居民直接排放的含碱性污染物较多的生活污水等人类活动影响。其余采样点的pH值低于拉萨河流域河水的总体pH值,由于这些采样点处于拉鲁湿地中心位置或者深水区植物分布密集的区域,这些区域牛、马等家畜动物活动频繁,可能是这些动物排泄物导致该区域水环境酸度增强。

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 由图3显示拉鲁湿地17个采样点水环境电导率范围为0.22197.70μS/L,平均值为150.59μS/L,(其中L07采样点水环境中电导率检测值为零)。西区进水口的电导率为192.8μS/L,出水口的电导率为110.6 μS/L,西区对电导率的降低了43%。西区湿地潜水植物、挺水植物等生长茂盛,湿地植物的吸附性吸附了大量的离子,从而去除了水环境中的阴阳离子。而东区裸露地相对较多,湿地植被生长情况较差,离子被植被吸附的机会较少,进出水口水环境中离子含量变化不大,电导率变化不明显。

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    利用SPSS 17.0pH值和电导率数据进行了相关性分析,发现Pearson系数为负且绝对值接近1,说明2个变量负相关,Sig.(双尾)是显著性检验,判断样本与我们对总体所做的假设之间的差异是纯属机会变异,还是由我们所做的假设与总体真实情况之间不一致所引起的,p0.05p0.01表示有统计学显著差异或有非常显著统计学差异,借助相关性分析得出,pH值和电导率Pearson系数为-0.428,很显然pH值和电导率的相关性不显著。

2.2  CuP bMoC dCoCrFeZnB a9种金属元素

2.2.1各个采样点不同金属元素对比分析

    利用ICP-OESICP-MSAFS等仪器对拉鲁湿地17个采样点水环境样品中的M nVBeTiNiAsSeT l CuP bMoC dCoCrFeZnB a17主要金属元素的含量进行了分析检测。其中M nVBeTiNiAsSeT l8种金属元素含量低于检测下限,未能检测到,CuP bMo含量分布情况见图4C dCo含量分布情况见图5CrFe含量分布情况见图6ZnB a含量分布情况见图7

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    由图4可以看出拉鲁湿地水环境中Cu元素含量范围为0.132.21μg/L,平均值为1.16μg/L;水环境中P b元素含量范围为0.846.13μg/L,平均值为3.23μg/L;水环境中Mo元素含量范围为0.732.59μg/L,平均值为0.91g/L。拉鲁湿地水环境中CuP bMo3种元素元素平均含量通过与地表水环境质量标准限值(见表1)进行比较,水环境中CuP bMo元素的含量总体上达到了国家《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)I类水标准要求。其中L16采样点水环境中CuP b 2种元素含量较低,低于检测下限,未能检测到;L17采样点水环境中Cu元素含量低于检测下限,未能检测到。从图4看出L04水环境中Cu元素的含量较高,该采样点靠近周围居民生活区,可能是含有铜材质的废旧电器随居民生活垃圾丢弃造成的。由图4可以看出L03L11P b元素含量明显偏高,L03L11两个采样点,靠近公路,离鲁定公路距离不到30 m,受汽车尾气污染影响较大,导致该采样点附近水环境中P b元素含量偏高;而L17采样点远离公路,且周围芦苇分布密集,因为植物对金属有部分的富集作用,所以该点水环境中P b元素含量相对较低。

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    由图5可以看出水环境中C d元素含量范围在0.0010.025 Vg/L,平均值为0.011μg/LCo元素含量范围在0.050.33μg/L,平均值为0.12μg/L。水环境中C dCo2种元素平均含量通过与地表水环境质量标准限值(见表1)进行比较,得出拉鲁湿地水环境中C dCo2种元素平均含量总体上达到了国家《地表水环境质量标准》( GB  3838-2002)I类水标准要求。

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    由图6可以看出水环境中Fe元素含量范围为0.002350.00μg/L,平均值为129.49μg/L;水环境中Cr元素含量范围为0.6725.5μg/L,平均值为13.30μg/L。拉鲁湿地水环境中CrFe2种金属元素平均含量通过与地表水环境质量标准限值(表1)进行比较,得出拉鲁湿地水环境中Fe元素平均含量总体上达到了国家《地表水环境质量标准》( GB  3838-2002)

I类水标准要求。Fe元素在L2L3L6 3个采样点水环境中的含量超标,最高超标倍数达到0.16倍,L2L3两个采样点在东片区出水闸门及铁丝护栏附近,加之该区域随意丢弃铁质易拉罐等垃圾较多,这些因素可能造成了该2个采样点水环境中铁元素的污染;Cr元素的含量达到国家《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅱ类水标准,但是因为拉鲁湿地属于国家级自然保护区,水环境中所有金属元素含量都必须达到I类水标准要求,因此,拉鲁湿地水环境中Cr元素平均含量超出I类水标准限值要求0.13倍,最高超标倍数达到1.55倍。

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    由图7可以看出水环境中B a元素含量范围为0.0418.00μg/L,平均值为9.55μg/L;水环境中Zn元素含量范围为2.6493.00μg/L,平均值为10.83μg/L。拉鲁湿地水环境中ZnB a2种金属元素平均含量通过与地表水环境质量标准限值(表1)进行比较,得出拉鲁湿地水环境中B aZn2种元素平均含量总体上达到了国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)I类水标准要求。Zn元素在L13含量高达93μg/L,此采样点上数据超出了I类水标准要求,超标倍数达到0.86。该采样点区域属于20m2左右的死水潭,该区域水基本处于静止状态,可能在蒸发过程中使水环境中Zn元素不断富集,导致该区域水环境中Zn元素含量增高。

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2.2.2整体分析

    由图47可以看出,2个出水口中,所有金属元素在L01处均≥L02,在理论情况下湿地水环境中的金属含量会离进水口越远越少,但实际却与理论有所差别。可能是因为L01采样点在湿地水通过马路涵洞以后的接水口,加之L01靠近洗车场,离污染源较近,受

到了马路上来回车辆排放的污染物以及周边生活生产活动的影响。L06CuCoB aFeB a的含量明显偏高,可能是因为采样点L06靠近新建湿地分区的挡水土坝,水在流动过程中不断冲击、洗刷挡水土坝坡面,使得被土坝中的部分金属元素被溶解、淋洗或者冲刷携带进水环境中,导致该采样点区域水环境中部分金属元素的含量显著增高。

    拉鲁湿地中水的主体流向为自东向西,从东、西2个区域水环境中17种金属元素含量的对比发现,东区采样点的水环境中金属元素含量明显高于西区水环境中的金属元素含量,说明湿地植物对湿地水环境中的大部分金属元素具有明显的去除作用。拉萨市拉鲁湿地具有良好的水环境净化作用,依然处于良好的健康状态,通过与拉萨河流域的甲玛湿地相比,水环境中金属元素含量明显偏低,说明拉鲁湿地保护较好。

3结论

    (1)拉鲁湿地水环境整体呈现碱性,水环境中不同金属元素在含量上存在一定的差异,其中M nNiVAsH gSeTiT l8种金属元素未能检测到。其它金属元素含量从高到低的排序为:Fe>Cr>Zn>B a>P b>Cu>Mo>Co>C d

    (2)拉鲁湿地不同区域或者采样点水环境中金属元素分布上存在一定的差异,靠近居民生活区域的部分金属含量远高于远离居民区的区域。

    (3)进水口L10与出水口L02比较,CuP bZnC dCo的含量均有明显降低,去除率分别为62%49%20%88.2%36.3%,与拉萨河流域的甲玛湿地相比存在一定的差异,可能和植物的分布及人类活动影响有明显关系,说明拉萨市拉鲁湿地具有良好的水环境净化作用,依然处于良好的健康状态。

    (4)拉鲁湿地水环境中CuP bMoC dCoCrFeZnB a9种金属元素平均含量通过与地表水环境质量标准限值进行比较,得出除Cr元素的含量达到国家《地表水环境质量标准》( GB  3838-2002)Ⅱ类水标准外,拉鲁湿地水环境中CuP bMoC dCoFeB aZn8种元素平均含量总体上都达到了国家《地表水环境质量标准》( GB  3838-2002)I类水标准要求,说明拉鲁湿地整体水质状况较好。

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