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北疆积雪中溶解性砷和汞的空间分布特征及来源分析.docx
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北疆积雪中溶解性砷和汞的空间分布特征及来源分析.docx
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0 引言
积雪能够有效保存大气干、湿沉降的信息
[ 1-3]
,对所含物质进行研究可以
揭示污染物质的特征和来源
[ 4-6]
。大气环境中的重金属,随大气沉降,并在积
雪中累积,是大气沉降污染物的重要成分之一
[ 7]
。重金属主要来源于人类活
动 释 放 ( 如 能 源 燃 烧 、 交 通 运 输 等 ) 和 自 然 释 放 ( 如 火 山 活 动 、 风 沙 携 带
等),有害重金属元素经生物地球化学循环和食物链富集后,极易对生态环境
和人体健康产生危害,其中砷(As)和汞(Hg)的毒性作用更为明显
[ 8-10]
。
对积雪中砷和汞开展研究能够更直观地反映和评估环境污染的情况
[ 11-13]
,如
Gao 等
[ 14]
对中国中东部地区雪中砷元素分布及来源进行了分析,发现中东部
城市中砷主要来源于矿物燃料燃烧以及道路交通排放。关于积雪中汞的研究,
Fortner 等
[ 15 ]
发现泰勒 山谷冰川 表 层雪中 部 分汞来 源 于风沙 。 Gustaytis 等
[ 16]
对高硫化物尾矿地区积雪和融雪水中汞元素的含量特征及形态进行了研究,
发现积雪释放汞会对水生生态系统带来潜在风险。Wu 等
[ 17]
发现我国天津市
采暖季节雪样中砷和汞元素浓度的升高,主要受北方采暖期间煤炭燃烧的影响。
已有学者对新疆地区积雪中砷和汞元素开展过相关研究
[ 18-19]
,但关注对象主
要为部分城市区域,在北疆地区类似的研究仍较为少见。新疆远离海洋,深居
内陆,四周被高山环绕,北疆地区作为新疆生产力的高度集中区域,是我国三
大积雪分布中心之一
[ 20]
。而积雪是该地区人类日常生活及绿洲牧业的重要水
资源,积雪所含砷和汞污染物可能会对当地人类和生态环境带来潜在危害。因
此,针对北疆地区积雪中砷和汞污染物分布特征及来源进行研究十分必要。
本研究依托 2018 年 1 月在中国北疆地区布点获取的样品,定量分析积雪
中溶解性砷和汞含量并探讨其空间分布特征,以期初步评估当地环境污染的状
况。同时利用后向轨迹聚类分析法追溯北疆地区积雪中砷和汞污染物的来源,
这对于了解砷和汞污染物的地球化学循环具有重要意义,并为中国北疆区域污
染物评价和环境管理提供参考。
1 资料与方法
1.1 研 究 区 概 况
新疆地域辽阔且地形复杂,山脉与盆地相间排列,天山山脉横亘中部,将
新疆分为南北两半。本研究区域是天山以北的北疆地区(总面积 39 万 km
2
),
它由南向天山和北向阿尔泰山两大山脉组成,中间是准噶尔盆地。北疆地区属
于温带大陆性干旱半干旱气候(年均气温-4~9 ℃),全年降水量在 150~200
mm。由于冬季环流受到西伯利亚高原和南部山区的阻挡,使该地区具有较为
丰富的季节性融雪水源,超过一半的降水在寒冷季节以降雪的形式发生,积雪
期长达 120 天左右。北疆是我国重要的牧业资源区,积雪是该地区春季和初夏
主要的水源,积雪融水对当地的生态环境影响较大。
1.2 样 品 采 集 及 处理
根据中国气象数据网实况观测数据显示,2018 年 1 月 2—4 日和 11—16
日在中国北疆地区发生两次大范围降雪,本研究遵循远离大污染点源的基本原
则,在 1 月 22—31 日共选取 58 个采样点进行积雪样品采集(图 1)。整个采
样区涵盖了山地、盆地和丘陵等地形地貌,土地利用类型多样,包括耕地、牧
草地、居民用地等,以及未被利用的沙漠地区。雪样采集根据各采样点积雪深
度不同,由底层自下而上每隔 5 cm 采集一个积雪样品,并对采样点表层 2 cm
雪样进行采集。采样时戴 PVC 手套,并用积雪清洗,去除表面污雪,使用洁
净的采雪工具将积雪样品置于无菌采样袋(B00994WA, NASCO Whirl-Pak)
内,压实、封口并标记。样品一直保持冷冻状态运回实验室,于-18 ℃以下避
光保存。
图 1
图 1 研究区及采样点分布
注:部分采样点在图中重叠,其编号未予显示
Fig.1 Map showing the study area and spatial distribution of sampling sites
待积雪样品在常温下融化后,加入 0.5%盐酸溶液迅速固定,将各采样点
不同积雪深度样品按等体积取样,混合均匀,并标记编号 1~58 号。用洁净的
聚乙烯针筒和 0.22 μm 针筒式过滤器过滤去除不溶性杂质和颗粒物。利用原子
荧光光谱法(AFS),以 2%硼氢化钾-0.5%氢氧化钠溶液和 0.5%硼氢化钾-
0.2%氢氧化钠溶液作为还原剂分别与积雪样品中砷和汞元素发生氢化反应,
将处理后的积雪样品置于原子荧光光度计(北京科创海光 AFS 9700A)上,
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