格尔木市—格尔木河—达布逊湖潜在有毒元素(PTEs)物源甄别、污染及潜在生态风险评价

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:shen41941395
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近年来,随着格尔木工业化、城市化进程加速以及察尔汗盐湖资源开发规模不断扩大,人类活动所引起的环境及生态问题也日益引起关注。发源于昆仑山的格尔木河作为连接格尔木市和察尔汗盐湖之间的水文通道,一方面为格尔木市的工业、农业及生活用水等提供保障,为察尔汗盐湖提供了70%的淡水补给,另一方面沿途流经区域的工业生产、交通运输、居民生活及农业活动等反过来也直接影响格尔木河,成为人类活动引起的各种潜在有毒元素(PTEs,Potentially Toxic Elements)的主要迁移通道。因此,为了更加科学、客观地评价该区域的环境现状以及甄别PTEs的迁移富集规律,本研究选取了格尔木市-格尔木河-达布逊湖为研究区,对获取的格尔木市62个表层土壤样、格尔木河9个采样点的表层沉积物样以及格尔木河汇入达布逊湖的河口1个沉积物柱进行了PTEs浓度空间分布、物源识别、沉积速率、磁学特征等分析,并利用富集因子(Enrichment Factor,EF)、地累积指数(Geoaccumulation Index,Igeo)、修正过的污染程度(modified Contamination Degree,m Cd)、污染负荷指数(Pollution Load Index,PLI)、潜在生态风险指数(Potential Ecological Risk Index,RI)等方法进行了污染及潜在生态风险评价,主要得到如下认识。1)对比标准化方法和相对累积频率曲线法确定的环境地球化学基线,通过与各背景值以及背景点取样的平均浓度进行对比,发现相对累积频率曲线法确定的基线值作为研究区域的环境地球化学基线值更为适宜。2)利用多种污染评价指标对区域进行污染评价,PLIzone均指示区域污染程度为中等。格尔木城区EF指示土壤中元素Cr强烈富集,Cu、Pb、Sb、Sn显著富集,As、Cd、In、P、Zn中度富集,Co、Ni、Tl和V轻微富集;Igeo指示Cr污染严重,Sb污染重,Cu、Pb、Sn污染偏重,As、Cd、In、Zn污染中度,Co、Ni、P、Tl、V污染程度中等;m Cd及PLI分别指示低-中等、低-较高污染。格尔木河及达布逊湖EF指示河流表层沉积物Cd、Ni、P轻微富集,Pb和Sb富集程度为无-轻微,河口柱状沉积物元素富集程度均为无-轻微;Igeo指示河流表层沉积物Cd、Cr、P污染程度为无-轻度,河口柱状沉积物As和Cd的污染程度为无-轻度,其他元素没有污染;m Cd均指示污染程度为无-很低;PLI均指示污染程度为低-中等。3)潜在生态风险评价结果表明除元素As、Co、Ni、V以外,整体随着格尔木市-格尔木河-达布逊湖潜在生态风险值降低。格尔木河及达布逊湖沉积物均具有低的潜在生态风险。格尔木市土壤As、Cu和Pb为低-中等的潜在生态风险,Cd和Cr为低-较高的潜在生态风险;区域尺度上生态风险指标RI指示低-较高生态风险,绝大多数区域生态风险低,但仍存在三个生态风险集中区:高生态风险区位于物流园(Ⅰ区),影响元素主要为Cd、Cr、Pb、Cu,以Cd、Cr为主;中等生态风险集中区对应于格尔木火车站区域(Ⅱ区)以及工业园区域(Ⅲ区),影响元素主要为Cd。污染及生态风险主要来源于交通运输以及工业生产。4)对比格尔木河上、中、下游以及汇入格尔木河的人工湖及溪流的元素含量,除元素P外,格尔木河中游的元素浓度、污染程度及生态风险均相对较低,指示河道清淤的治理效果较好。农业种植区临近格尔木河,此区间元素P浓度的持续升高可能与施用肥料等农业活动有关。PLIzone指示区域污染程度为格尔木市>达布逊湖>格尔木河,达布逊湖沉积物柱的表层样品浓度相对深部较低,同样证实了格尔木河清淤对PTEs的治理很有成效。5)多元统计分析结果表明土壤中除Co、Ni、Tl、V为自然来源外,其他元素均认为主要为人类活动输入,格尔木河及达布逊湖的人为来源元素为Cd和P。与青藏高原其他区域表层土壤中PTEs元素分布对比,应尤为注意区域的高Cd值以及交通运输所带来的PTEs富集。达布逊湖入湖口与青海湖流域河口对比,达布逊湖同样更多地需要主要考虑元素Cd的输入。6)对达布逊湖柱状沉积物利用210Pb进行测年,通过CIC模型计算出察尔汗达布逊湖百年内沉积速率为0.041cm/a。7)根据磁性大小研究区域明显为格尔木市>格尔木河>达布逊湖,磁性物质主要为不完整反铁磁性矿物,晶粒大小格尔木市主要为假单畴,格尔木河表层沉积物主要为多畴,察尔汗柱状沉积物主要为假单畴-多畴。格尔木市χ及SIRM对城市土壤污染有一定的指示作用,但不能依赖单一指标来指示污染程度;格尔木河由于河道治理清淤,来自格尔木市的PTEs的富集影响主要考虑在出格尔木市的区段,磁学参数χ、χARM、SIRM、HIRM指示元素浓度的增加具有一定的可行性;达布逊柱状沉积物磁学参数对PTEs元素变化指示性不强。
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