城市濕地對金屬元素凈化能力的季節(jié)效應(yīng)

周會東，王燁彬，李永林，馮源強，蘇思強

（西藏地勘局中心實驗室，西藏 拉薩 850000）

位于西藏自治區(qū)拉薩市西北的拉魯濕地是我國海拔最高，面積最大的天然城市濕地，呈現(xiàn)高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)。濕地總體呈東北-西南帶狀分布，濕地的水流入口在東北方向，水流整體以東北-西南的方向穿過濕地系統(tǒng)，從西南方向排出水流。濕地通過一系列理化、生物途徑能夠?qū)μ囟ㄎ廴疚镞M行截留［1-2］，對流經(jīng)濕地的水流進行凈化作用。

通過每月一次對拉魯濕地進出水口水質(zhì)分析研究，可以進一步了解拉魯濕地受到外界污染的時間效應(yīng)和拉魯濕地整個濕地生態(tài)系統(tǒng)對一些元素的截留能力來探討拉魯濕地凈化水質(zhì)的季節(jié)效應(yīng)和拉魯濕地的健康狀況。

1 實驗方法

1.1 采樣點的選擇和采樣方法

本次實驗將拉魯濕地作為一個整體的宏觀生態(tài)系統(tǒng)，在采樣點的選擇上，只選擇濕地主要的兩個水流入口東北角L1、北角L2，以及兩個主要的水流出口南角L3、西南角L4。水體流向總體為L1-L2-L3-L4，L1和L2的流量之和約等于L3和L4的流量之和。規(guī)定每個月第一個連續(xù)兩天放晴后的第三天進行采樣工作，規(guī)定采樣點附近3m內(nèi)不能有明顯的影響整個生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)外污染物。

在采樣點現(xiàn)場測量pH值和電導(dǎo)率過后，將聚四氟乙烯酯燒杯下放到水面下10～20cm采集水樣，然后第一時間將水樣轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯酯采樣瓶中，并用膠頭滴管加入GR級硝酸調(diào)節(jié)pH值小于2。

1.2 樣品的測試

將樣品帶到西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘局中心實驗室進行實驗室分析檢測。根據(jù)我國列入的環(huán)境優(yōu)先污染物元素表［3］和其他一些常見的金屬污染元素，本次實驗最終選取了對水樣中的As、Sb、Hg、Se、Fe、V、Ti、Tl、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Co、Be、Ni、Mn等元素進行測定。檢測依據(jù)為 《水和廢水監(jiān)測分析方法》 （第四版），GB／T8538-2008，檢測儀器為ICP-OES、ICP-MS、AFS，檢測環(huán)境：溫度20℃，濕度40%。拉魯濕地中其中Fe、V等兩種元素利用ICP-OES測定，Hg、As、Se、Sb等元素利用AFS測定，其余元素利用ICP-MS測定。

2 檢測結(jié)果及分析討論

2.1 pH值

圖1表示出四個采樣點每個月的pH值：采樣點全年呈現(xiàn)堿性，入水口處pH值平均為8.01，比出水口的pH值7.68高，證明濕地生態(tài)系統(tǒng)對水質(zhì)有明顯的降低pH效果。而且同是出水口的L3和L4，因為從L4出去的流經(jīng)更多的濕地區(qū)域，L4的pH值普遍比L3低。全年中pH走向呈現(xiàn)春冬低，夏秋高的走勢。這證明夏秋期間外來污染物的增多，符合拉薩地區(qū)的人文情況。伴隨著夏秋的污染物增多，pH增高，出水口的pH在夏秋期間伴隨著入水口pH的增高而增高，濕地對水流pH值的降低能力達到了峰值。

圖1 不同采樣點不同月份水環(huán)境pH值走勢圖

2.2 元素含量分析討論

利用AFS對水樣中的As、Hg、Sb、Se進行了分析得出這四種元素在不同的采樣點不同季節(jié)中含量都在檢出限之下，不參與討論。

利用IPC-OES對水樣中的Fe、V進行檢測發(fā)現(xiàn)，進出口不同季節(jié)V的含量在檢出限之下，一年中Fe的含量走勢如圖2。其中兩個入水口處Fe元素年平均含量為130.42μg／L，相比出水口處Fe元素年平均含量37.20μg／L高了很多，年平均去除率為71.4%，反映出濕地對Fe元素有很強的截留能力。拉魯濕地主要植被為蘆葦，蘆葦作為國際上公認的水生植物優(yōu)勢品種［5-6］，蘆葦對Fe的富集能力非常強，尤其在根部竟高達506萬倍［7］。

圖2 不同采樣點不同月份水環(huán)境Fe含量走勢圖

利用IPC-MS對其余元素經(jīng)行測量，其中Cd、Co、Ti、Tl、Be、Ni、Cr、Mn、Mo檢測結(jié)果在檢出限之下，不參與討論。由圖3看出，四個采樣點不同月份水樣中Cu元素的含量變化走勢。走勢圖呈現(xiàn)出冬春低，夏秋高的情況。在春季L4出水口的Cu含量在檢出限之下，在夏秋季節(jié)中，人類活動產(chǎn)生的影響遠比冬春季節(jié)高，使得進入濕地的Cu元素增多。但是經(jīng)過濕地對Cu元素的截留之后，相比入水口處Cu年平均含量6.68μg／L，出水口的年平均Cu含量2.30μg／L還是有很明顯的降低，年平均去除率為65.53%以L4來看濕地對于Cu元素的凈化能力還處于很健康的狀態(tài)。

圖3 不同采樣點不同月份水環(huán)境Cu含量走勢圖 （mg／L）

由圖4看出，四個采樣點中不同月份水樣中Pb元素含量的變化，圖4中看出，Pb元素在冬春季節(jié)基本處于檢出限之下。結(jié)合拉薩的風土人情可知，冬春季節(jié)中，車輛大幅度減少，來自汽車尾氣造成的Pb污染達到最低；4月份開始，返拉人員大幅增加，拉薩車流量增多，濕地入口的Pb元素含量也逐漸增高；到達10月黃金周，Pb含量達到了一年頂峰，即便濕地生態(tài)系統(tǒng)中蘆葦對Pb有一定的固定作用［6］，出水口的Pb含量也隨著入水口的Pb含量有明顯增加，濕地對于Pb元素的截留能力達到上限。入水口年平均Pb含量為0.290μg／L，出水口年平均Pb含量為0.163μg／L，濕地對Pb元素的年平均去除率為43.86%。

圖4 不同采樣點不同月份水環(huán)境Pb含量走勢圖

由圖5可看出，四個采樣點中不同月份水樣中Zn元素含量的變化，在圖5中，二三月份Zn含量均在檢出限之下。而之后的月份中Zn含量逐漸增高。結(jié)合拉薩的進出人流情況，拉魯濕地的Zn元素主要來自于外界的人類活動，全年中，進水口Zn含量平均為4.24mg／L，出水口全年平均Zn含量為1.69mg／L，去除率為60.1%。

圖5 不同采樣點不同月份水環(huán)境Zn含量走勢圖 （mg／L）

3 討論

通過以上分析，拉魯濕地在全年各個季節(jié)中都有著明顯的凈化作用，特別是在夏秋季節(jié)，整個濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈化能力達到了峰值。

通過本次12個月的測試數(shù)據(jù)顯示，拉魯濕地對Pb的截留作用在十月前后達到了能力的上限，這也和拉魯濕地對Pb元素較低的去除率有一定關(guān)系。

濕地對其他元素的凈化能力則還處于相對健康的狀態(tài)，其中濕地生態(tài)系統(tǒng)依托大量蘆葦植被的存在，使得濕地對Fe元素的凈化能力最強，年平均去除率達到了71.4%