西藏尼洋河流域表層沉積物重金屬污染特征分析

王 珍，侯 磊，羅懷秀，徐 瑾

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000；2.云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，云南 昆明 650051)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動對環(huán)境的影響日益廣泛和深刻。人類的生產(chǎn)生活活動將大量含有重金屬元素的物質(zhì)帶入原生環(huán)境中，造成重金屬元素在灰塵、土壤、湖泥等沉積物中的積累，并通過大氣、水體或食物鏈直接或間接地威脅著人類及其它生物的安全與健康[1-3]，近年來備受關(guān)注。研究環(huán)境中重金屬元素含量并對其進(jìn)行污染和危害評價，將對重金屬元素的污染防治具有重要的意義。

西藏尼洋河流域位于青藏高原的東南部，雅魯藏布江流域的中下游位置，是西藏重要的水源涵養(yǎng)功能區(qū)和生態(tài)調(diào)節(jié)功能區(qū)，也是流經(jīng)林芝市一條最大的河流，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響尼洋河流域及其周邊地區(qū)的自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[4]。河流的沉積物是重金屬元素污染中的源和匯，對流域重金屬元素含量的分析，對研究流域的重金屬元素污染有重要的指示作用。近年來，隨著公路鐵路的開通，尼洋河流域城鎮(zhèn)和旅游者數(shù)量逐年增加，城市的建設(shè)建筑活動、交通運輸?shù)壬鐣?jīng)濟(jì)活動日益頻繁，直接導(dǎo)致固體、液體等廢棄物排放量的增加，這些固、液廢棄物隨空氣、水流遷移到河流中，造成流域內(nèi)重金屬污染。本文以尼洋河流域為主要研究對象，在其表面采集沉積物樣品，測定Cd、Pb、Cr、Cu、Zn 5種重金屬元素的含量，并對這5種重金屬元素的污染狀況和生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價，以期為促進(jìn)尼洋河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源合理利用提供有利的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

尼洋河是中國青藏高原上的河流，發(fā)源于西藏自治區(qū)米拉山西側(cè)的錯木梁拉，由西向東流，在林芝縣的則們附近匯入雅魯藏布江，全長307.5km，流域面積達(dá)到1.75萬km2，水量豐富，僅次于帕隆藏布江。尼洋河也是西藏自治區(qū)工布地區(qū)的“母親河”，又稱“娘曲”，藏語意為“神女的眼淚”。尼洋河沿河兩岸植被完好，風(fēng)光旖旎，景色迷人，途徑景點眾多，尼洋河風(fēng)光帶野生鳥類數(shù)量較多，是西藏自治區(qū)著名的黑頸鶴越冬區(qū)。尼洋河流域的礦產(chǎn)資源非常豐富，主要分布在其中上游區(qū)域，礦石品類多數(shù)較豐富，以方鉛礦為主，伴生有黃銅礦、閃鋅礦等[5]。

2 材料與方法

2.1 沉積物樣品的采集

本文于2020年4—5月在尼洋河自流域上游至下游采用多點混合的方法采集流域表層的沉積物(采樣深度0～5cm)，采集好的樣品用自封袋密封并貼上標(biāo)簽后帶回實驗室，剔除其中較大顆粒物和樹枝等異物后在清潔干燥處自然風(fēng)干，然后將研磨過200目篩的風(fēng)干樣品用四分法混合成一個樣品，每個樣品的重量約為1kg左右，總共獲得8個樣品(見圖1)。采用酸濕法消化法制備重金屬元素的待測溶液，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定尼洋河流域表層沉積物中重金屬元素的含量。

圖1 各個河段實驗布點示意圖

2.2 重金屬分析評價

通過風(fēng)險評價法和來源分析法對尼洋河表層沉積物中的重金屬元素含量進(jìn)行分析評價。采用富集系數(shù)EF法分析沉積物中重金屬元素的主要來源[6-7]。用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價尼洋河流表層沉積物重金屬元素的生態(tài)風(fēng)險[8-9]，具體計算方法參見文獻(xiàn)[10]。RI的計算公式如下：

(1)

3 結(jié)果與討論

3.1 含量和分布

一般在進(jìn)行流域重金屬元素的污染和危害風(fēng)險評價時，主要選取研究區(qū)域所在地的土壤重金屬背景值作為參照體系來進(jìn)行比較研究，本論文在研究過程中選用西藏土壤的重金屬元素的背景值[11]。流域表層沉積物中重金屬元素含量能最為直觀地反映研究區(qū)的重金屬元素的污染水平，由對尼洋河流域表層沉積物中重金屬元素含量的最大值、最小值和平均值進(jìn)行的簡單統(tǒng)計，結(jié)果見表1。Cu的含量為8.1～37.3mg/kg，Zn的含量為41.8～131mg/kg，Pb的含量為20.2～45.9mg/kg，Cd的含量為0.12～0.61mg/kg，Cr的含量為23.6～49.6mg/kg，重金屬最高含量濃度均表現(xiàn)在5號采樣斷面及巴宜區(qū)市區(qū)內(nèi)。從尼洋河流域表層沉積物重金屬元素的平均值來看，其從大到小的順序為：Zn>Cr>Pb>Cu>Cd，可以看出，在測定的5種重金屬中，除了重金屬Cd的含量要高于西藏土壤背景值外，其它重金屬元素的含量均接近或低于西藏土壤重金屬元素的背景值，這就表明尼洋河流域表層沉積物樣品的重金屬元素的含量基本處于自然水平，尚未出現(xiàn)重金屬元素污染的情況。通過計算5種重金屬元素的變異系數(shù)可以看出，Cu、Zn、Pb、Cr和Cd的變異系數(shù)分別為56%、40.8%、31.9%、26.7%和65.7%，表示重金屬元素Cu、Zn、Pb、Cr和Cd的來源受外界的干擾影響較大(表1)。

表1 尼洋河表層沉積物重金屬元素含量 (mg/kg )

對不同采樣斷面的目標(biāo)重金屬元素進(jìn)行空間分布特征分析，尼洋河流域表層沉積物重金屬Cu、Zn、Pb、Cd和Cr含量隨海拔的變化總體呈現(xiàn)中上游高、下游低的趨勢，但是在下游5號點出現(xiàn)一個較大的突變值位于巴宜市區(qū)內(nèi)，在7號點出現(xiàn)一個較小的突變值位于苯日神山風(fēng)景區(qū)，一方面是因為這里人口量大活動密集，建筑活動較其它地方頻繁，車流量較其它地方大，使得含重金屬元素的物質(zhì)隨著水氣和固廢的遷移轉(zhuǎn)化途徑進(jìn)入到流域中從而富集在沉積物中；另一方面與流域內(nèi)頻繁且較大規(guī)模的道路施工對流域沉積物中重金屬元素的含量有明顯的擾動作用以及沿河區(qū)域部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的排污設(shè)施較簡單[12]等因素直接相關(guān)(圖2)。

圖2 重金屬含量空間變化規(guī)律

3.2 重金屬來源解析

重金屬元素的地球理化性質(zhì)決定了它們在空氣、水介質(zhì)中含量較在固體介質(zhì)中低，這是因為重金屬元素更容易在固體介質(zhì)中產(chǎn)生累積效應(yīng)。河流中的沉積物是環(huán)境物質(zhì)輸送的源和匯，匯集了來源于巖石、礦物質(zhì)等的自然風(fēng)化侵蝕以及人類的社會活動，大氣的沉降以及人為活動釋放的多種環(huán)境物質(zhì)，這些物質(zhì)通過多種途徑進(jìn)入河流，最后使得絕大部分重金屬元素轉(zhuǎn)移到沉積物中[13-15]。因此，通過研究尼洋河沉積物中重金屬元素污染程度的高低來反映尼洋河河水重金屬元素污染的情況。

EF可有效地辨析沉積物中重金屬元素的主要來源，當(dāng)重金屬元素的EF指數(shù)在 0.5～1.5時，說明重金屬元素主要為自然來源，當(dāng)重金屬元素的EF指數(shù)>1.5時，說明重金屬元素主要來源于人為源[7-8]。通過分析研究尼洋河流域表層沉積物中重金屬元素的EF值如圖3所示。從圖可以看出，重金屬Cd 的富集程度最高，EF均值為 3.34，且整個流域所有樣點均高于 1.5，表明 Cd 受人為來源影響明顯。重金屬Cu、Zn、Pb和Cr 的EF值較低，其均值分別為0.8、0.96、0.95和0.46，主要來源于自然源，但除重金屬Cr以外，5號采樣點即巴宜市區(qū)內(nèi)這一采樣斷面的EF值超過1.5，表明5號點位所在的沉積物已在不同程度上受到人類社會的影響。

圖3 尼洋河流域表層沉積物中重金屬元素的EF指數(shù)

3.3 重金屬生態(tài)風(fēng)險評價

表2 尼洋河流域表層沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

圖4 尼洋河流域表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)

4 結(jié)論

(1)尼洋河流域表層沉積物重金屬元素的平均含量為：Zn>Cr>Pb>Cu>Cd，5種重金屬元素除Cd高于背景值外，其它元素均接近或低于背景值，表明尼洋河沉積物樣品的重金屬含量大致處于自然水平，尚未出現(xiàn)明顯的重金屬污染現(xiàn)象。

(2)從尼洋河流域表層沉積物中重金屬元素的富集系數(shù)EF得出，Cd 的富集程度最高，表明 Cd 受人為影響明顯。Cu、Zn、 Pb和Cr 的富集系數(shù)EF值較低，以自然來源為主，但除Cr以外，5號采樣斷面的EF值超過1.5，表明巴宜市區(qū)內(nèi)的沉積物已受到不同程度的人為影響。

(3)計算尼洋河流域表層沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)RI值，顯示尼洋河流域沉積物中5種重金屬元素均屬于低生態(tài)風(fēng)險。