城市湿地对金属元素净化能力的季节效应

周会东，王烨彬，李永林，冯源强，苏思强

（西藏地勘局中心实验室，西藏 拉萨 850000）

位于西藏自治区拉萨市西北的拉鲁湿地是我国海拔最高，面积最大的天然城市湿地，呈现高寒湿地生态系统。湿地总体呈东北-西南带状分布，湿地的水流入口在东北方向，水流整体以东北-西南的方向穿过湿地系统，从西南方向排出水流。湿地通过一系列理化、生物途径能够对特定污染物进行截留［1-2］，对流经湿地的水流进行净化作用。

通过每月一次对拉鲁湿地进出水口水质分析研究，可以进一步了解拉鲁湿地受到外界污染的时间效应和拉鲁湿地整个湿地生态系统对一些元素的截留能力来探讨拉鲁湿地净化水质的季节效应和拉鲁湿地的健康状况。

1 实验方法

1.1 采样点的选择和采样方法

本次实验将拉鲁湿地作为一个整体的宏观生态系统，在采样点的选择上，只选择湿地主要的两个水流入口东北角L1、北角L2，以及两个主要的水流出口南角L3、西南角L4。水体流向总体为L1-L2-L3-L4，L1和L2的流量之和约等于L3和L4的流量之和。规定每个月第一个连续两天放晴后的第三天进行采样工作，规定采样点附近3m内不能有明显的影响整个生态系统的系统外污染物。

在采样点现场测量pH值和电导率过后，将聚四氟乙烯酯烧杯下放到水面下10～20cm采集水样，然后第一时间将水样转移到聚四氟乙烯酯采样瓶中，并用胶头滴管加入GR级硝酸调节pH值小于2。

1.2 样品的测试

将样品带到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。根据我国列入的环境优先污染物元素表［3］和其他一些常见的金属污染元素，本次实验最终选取了对水样中的As、Sb、Hg、Se、Fe、V、Ti、Tl、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Co、Be、Ni、Mn等元素进行测定。检测依据为 《水和废水监测分析方法》 （第四版），GB／T8538-2008，检测仪器为ICP-OES、ICP-MS、AFS，检测环境：温度20℃，湿度40%。拉鲁湿地中其中Fe、V等两种元素利用ICP-OES测定，Hg、As、Se、Sb等元素利用AFS测定，其余元素利用ICP-MS测定。

2 检测结果及分析讨论

2.1 pH值

图1表示出四个采样点每个月的pH值：采样点全年呈现碱性，入水口处pH值平均为8.01，比出水口的pH值7.68高，证明湿地生态系统对水质有明显的降低pH效果。而且同是出水口的L3和L4，因为从L4出去的流经更多的湿地区域，L4的pH值普遍比L3低。全年中pH走向呈现春冬低，夏秋高的走势。这证明夏秋期间外来污染物的增多，符合拉萨地区的人文情况。伴随着夏秋的污染物增多，pH增高，出水口的pH在夏秋期间伴随着入水口pH的增高而增高，湿地对水流pH值的降低能力达到了峰值。

图1 不同采样点不同月份水环境pH值走势图

2.2 元素含量分析讨论

利用AFS对水样中的As、Hg、Sb、Se进行了分析得出这四种元素在不同的采样点不同季节中含量都在检出限之下，不参与讨论。

利用IPC-OES对水样中的Fe、V进行检测发现，进出口不同季节V的含量在检出限之下，一年中Fe的含量走势如图2。其中两个入水口处Fe元素年平均含量为130.42μg／L，相比出水口处Fe元素年平均含量37.20μg／L高了很多，年平均去除率为71.4%，反映出湿地对Fe元素有很强的截留能力。拉鲁湿地主要植被为芦苇，芦苇作为国际上公认的水生植物优势品种［5-6］，芦苇对Fe的富集能力非常强，尤其在根部竟高达506万倍［7］。

图2 不同采样点不同月份水环境Fe含量走势图

利用IPC-MS对其余元素经行测量，其中Cd、Co、Ti、Tl、Be、Ni、Cr、Mn、Mo检测结果在检出限之下，不参与讨论。由图3看出，四个采样点不同月份水样中Cu元素的含量变化走势。走势图呈现出冬春低，夏秋高的情况。在春季L4出水口的Cu含量在检出限之下，在夏秋季节中，人类活动产生的影响远比冬春季节高，使得进入湿地的Cu元素增多。但是经过湿地对Cu元素的截留之后，相比入水口处Cu年平均含量6.68μg／L，出水口的年平均Cu含量2.30μg／L还是有很明显的降低，年平均去除率为65.53%以L4来看湿地对于Cu元素的净化能力还处于很健康的状态。

图3 不同采样点不同月份水环境Cu含量走势图 （mg／L）

由图4看出，四个采样点中不同月份水样中Pb元素含量的变化，图4中看出，Pb元素在冬春季节基本处于检出限之下。结合拉萨的风土人情可知，冬春季节中，车辆大幅度减少，来自汽车尾气造成的Pb污染达到最低；4月份开始，返拉人员大幅增加，拉萨车流量增多，湿地入口的Pb元素含量也逐渐增高；到达10月黄金周，Pb含量达到了一年顶峰，即便湿地生态系统中芦苇对Pb有一定的固定作用［6］，出水口的Pb含量也随着入水口的Pb含量有明显增加，湿地对于Pb元素的截留能力达到上限。入水口年平均Pb含量为0.290μg／L，出水口年平均Pb含量为0.163μg／L，湿地对Pb元素的年平均去除率为43.86%。

图4 不同采样点不同月份水环境Pb含量走势图

由图5可看出，四个采样点中不同月份水样中Zn元素含量的变化，在图5中，二三月份Zn含量均在检出限之下。而之后的月份中Zn含量逐渐增高。结合拉萨的进出人流情况，拉鲁湿地的Zn元素主要来自于外界的人类活动，全年中，进水口Zn含量平均为4.24mg／L，出水口全年平均Zn含量为1.69mg／L，去除率为60.1%。

图5 不同采样点不同月份水环境Zn含量走势图 （mg／L）

3 讨论

通过以上分析，拉鲁湿地在全年各个季节中都有着明显的净化作用，特别是在夏秋季节，整个湿地生态系统的净化能力达到了峰值。

通过本次12个月的测试数据显示，拉鲁湿地对Pb的截留作用在十月前后达到了能力的上限，这也和拉鲁湿地对Pb元素较低的去除率有一定关系。

湿地对其他元素的净化能力则还处于相对健康的状态，其中湿地生态系统依托大量芦苇植被的存在，使得湿地对Fe元素的净化能力最强，年平均去除率达到了71.4%