西藏尼洋河流域表层沉积物重金属污染特征分析

2021-10-31罗怀秀

环境科学导刊 2021年5期

王珍，侯磊，罗怀秀，徐瑾

(1.西藏农牧学院，西藏林芝 860000；2.云南省林业调查规划院，云南昆明 650051)

0 引言

随着社会经济的发展，人类活动对环境的影响日益广泛和深刻。人类的生产生活活动将大量含有重金属元素的物质带入原生环境中，造成重金属元素在灰尘、土壤、湖泥等沉积物中的积累，并通过大气、水体或食物链直接或间接地威胁着人类及其它生物的安全与健康[1-3]，近年来备受关注。研究环境中重金属元素含量并对其进行污染和危害评价，将对重金属元素的污染防治具有重要的意义。

西藏尼洋河流域位于青藏高原的东南部，雅鲁藏布江流域的中下游位置，是西藏重要的水源涵养功能区和生态调节功能区，也是流经林芝市一条最大的河流，其生态环境质量的优劣直接影响尼洋河流域及其周边地区的自然环境和经济发展[4]。河流的沉积物是重金属元素污染中的源和汇，对流域重金属元素含量的分析，对研究流域的重金属元素污染有重要的指示作用。近年来，随着公路铁路的开通，尼洋河流域城镇和旅游者数量逐年增加，城市的建设建筑活动、交通运输等社会经济活动日益频繁，直接导致固体、液体等废弃物排放量的增加，这些固、液废弃物随空气、水流迁移到河流中，造成流域内重金属污染。本文以尼洋河流域为主要研究对象，在其表面采集沉积物样品，测定Cd、Pb、Cr、Cu、Zn 5种重金属元素的含量，并对这5种重金属元素的污染状况和生态风险进行评价，以期为促进尼洋河流域生态环境保护和资源合理利用提供有利的科学依据。

1 研究区概况

尼洋河是中国青藏高原上的河流，发源于西藏自治区米拉山西侧的错木梁拉，由西向东流，在林芝县的则们附近汇入雅鲁藏布江，全长307.5km，流域面积达到1.75万km2，水量丰富，仅次于帕隆藏布江。尼洋河也是西藏自治区工布地区的“母亲河”，又称“娘曲”，藏语意为“神女的眼泪”。尼洋河沿河两岸植被完好，风光旖旎，景色迷人，途径景点众多，尼洋河风光带野生鸟类数量较多，是西藏自治区著名的黑颈鹤越冬区。尼洋河流域的矿产资源非常丰富，主要分布在其中上游区域，矿石品类多数较丰富，以方铅矿为主，伴生有黄铜矿、闪锌矿等[5]。

2 材料与方法

2.1 沉积物样品的采集

本文于2020年4—5月在尼洋河自流域上游至下游采用多点混合的方法采集流域表层的沉积物(采样深度0～5cm)，采集好的样品用自封袋密封并贴上标签后带回实验室，剔除其中较大颗粒物和树枝等异物后在清洁干燥处自然风干，然后将研磨过200目筛的风干样品用四分法混合成一个样品，每个样品的重量约为1kg左右，总共获得8个样品(见图1)。采用酸湿法消化法制备重金属元素的待测溶液，用电感耦合等离子体质谱仪测定尼洋河流域表层沉积物中重金属元素的含量。

图1 各个河段实验布点示意图

2.2 重金属分析评价

通过风险评价法和来源分析法对尼洋河表层沉积物中的重金属元素含量进行分析评价。采用富集系数EF法分析沉积物中重金属元素的主要来源[6-7]。用潜在生态危害指数法评价尼洋河流表层沉积物重金属元素的生态风险[8-9]，具体计算方法参见文献[10]。RI的计算公式如下：

(1)

3 结果与讨论

3.1 含量和分布

一般在进行流域重金属元素的污染和危害风险评价时，主要选取研究区域所在地的土壤重金属背景值作为参照体系来进行比较研究，本论文在研究过程中选用西藏土壤的重金属元素的背景值[11]。流域表层沉积物中重金属元素含量能最为直观地反映研究区的重金属元素的污染水平，由对尼洋河流域表层沉积物中重金属元素含量的最大值、最小值和平均值进行的简单统计，结果见表1。Cu的含量为8.1～37.3mg/kg，Zn的含量为41.8～131mg/kg，Pb的含量为20.2～45.9mg/kg，Cd的含量为0.12～0.61mg/kg，Cr的含量为23.6～49.6mg/kg，重金属最高含量浓度均表现在5号采样断面及巴宜区市区内。从尼洋河流域表层沉积物重金属元素的平均值来看，其从大到小的顺序为：Zn>Cr>Pb>Cu>Cd，可以看出，在测定的5种重金属中，除了重金属Cd的含量要高于西藏土壤背景值外，其它重金属元素的含量均接近或低于西藏土壤重金属元素的背景值，这就表明尼洋河流域表层沉积物样品的重金属元素的含量基本处于自然水平，尚未出现重金属元素污染的情况。通过计算5种重金属元素的变异系数可以看出，Cu、Zn、Pb、Cr和Cd的变异系数分别为56%、40.8%、31.9%、26.7%和65.7%，表示重金属元素Cu、Zn、Pb、Cr和Cd的来源受外界的干扰影响较大(表1)。

表1 尼洋河表层沉积物重金属元素含量 (mg/kg )

对不同采样断面的目标重金属元素进行空间分布特征分析，尼洋河流域表层沉积物重金属Cu、Zn、Pb、Cd和Cr含量随海拔的变化总体呈现中上游高、下游低的趋势，但是在下游5号点出现一个较大的突变值位于巴宜市区内，在7号点出现一个较小的突变值位于苯日神山风景区，一方面是因为这里人口量大活动密集，建筑活动较其它地方频繁，车流量较其它地方大，使得含重金属元素的物质随着水气和固废的迁移转化途径进入到流域中从而富集在沉积物中；另一方面与流域内频繁且较大规模的道路施工对流域沉积物中重金属元素的含量有明显的扰动作用以及沿河区域部分乡镇的排污设施较简单[12]等因素直接相关(图2)。

图2 重金属含量空间变化规律

3.2 重金属来源解析

重金属元素的地球理化性质决定了它们在空气、水介质中含量较在固体介质中低，这是因为重金属元素更容易在固体介质中产生累积效应。河流中的沉积物是环境物质输送的源和汇，汇集了来源于岩石、矿物质等的自然风化侵蚀以及人类的社会活动，大气的沉降以及人为活动释放的多种环境物质，这些物质通过多种途径进入河流，最后使得绝大部分重金属元素转移到沉积物中[13-15]。因此，通过研究尼洋河沉积物中重金属元素污染程度的高低来反映尼洋河河水重金属元素污染的情况。

EF可有效地辨析沉积物中重金属元素的主要来源，当重金属元素的EF指数在 0.5～1.5时，说明重金属元素主要为自然来源，当重金属元素的EF指数>1.5时，说明重金属元素主要来源于人为源[7-8]。通过分析研究尼洋河流域表层沉积物中重金属元素的EF值如图3所示。从图可以看出，重金属Cd 的富集程度最高，EF均值为 3.34，且整个流域所有样点均高于 1.5，表明 Cd 受人为来源影响明显。重金属Cu、Zn、Pb和Cr 的EF值较低，其均值分别为0.8、0.96、0.95和0.46，主要来源于自然源，但除重金属Cr以外，5号采样点即巴宜市区内这一采样断面的EF值超过1.5，表明5号点位所在的沉积物已在不同程度上受到人类社会的影响。