藏东南地区米堆冰川表碛与退缩区重金属分布特征与风险

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2025.052

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (7): 753 -765. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.052

研究论文上一篇

藏东南地区米堆冰川表碛与退缩区重金属分布特征与风险

雷蒙蒙¹^,²(

), 郑倩倩³, 胡义¹, 毛雯靖¹^,², 殷永胜¹^,², 刘巧¹, 关卓¹, 鲁旭阳¹, 刘琛¹(

)

^1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都 610041
^2.中国科学院大学，北京 100049
^3.西藏自治区生态环境科学研究院，西藏拉萨 850000

收稿日期:2025-05-08 修回日期:2025-06-12 出版日期:2025-07-10
通讯作者: 刘琛 E-mail:leimengmeng@imde.ac.cn;chen1017@imde.ac.cn
基金资助:
四川省科技计划项目(2024NSFSC0839);西藏自治区财政项目(54000024T000001419692)

Distribution Characteristics and Risk of Heavy Metals in Debris and Retreat Area of Midui Glacier in Southeastern Xizang

Mengmeng LEI¹^,²(), Qianqian ZHENG³, Yi HU¹, Wenjing MAO¹^,², Yongsheng YIN¹^,², Qiao LIU¹, Zhuo GUAN¹, Xuyang LU¹, Chen LIU¹()

^1.Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China
^2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
^3.Xizang Autonomous Region Academy of Ecological and Environmental Sciences, Lhasa 850000, China

Received:2025-05-08 Revised:2025-06-12 Online:2025-07-10 Published:2025-09-15
Contact: Chen LIU E-mail:leimengmeng@imde.ac.cn;chen1017@imde.ac.cn
About author:LEI Mengmeng, research areas include environmental behavior of emerging contaminants. E-mail: leimengmeng@imde.ac.cn
Supported by:
the Sichuan Science and Technology Program(2024NSFSC0839);The Xizang Autonomous Region Finance Project(54000024T000001419692)

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青藏高原冰川加速退缩导致冰川累积的重金属释放并发生迁移，对冰川下游生态系统与人类健康产生潜在风险，但目前针对冰川退缩区环境介质中重金属的赋存特征和生态风险的研究较为缺乏。选取藏东南海洋型冰川米堆冰川为对象，研究冰川表碛与退缩区土壤及冰川融水环境中典型重金属的分布特征与风险。结果表明，冰川表碛与退缩区土壤中重金属总含量为144.8~520.2 mg/kg，以Zn、As和Cr为主且空间变化较大，Cd和Hg含量较低。冰川从末端表碛覆盖的裸地开始，形成以沙棘和杨树为先锋树种，最终向林芝云杉和大果圆柏顶级树种过渡的演替序列。重金属含量随土壤发育、植被演替及退缩区内人类活动增加呈逐渐增加趋势，且在退缩区第三阶段重金属含量最高，多数重金属含量在不同阶段存在显著差异，与土壤pH值和碳氮磷等环境因子显著相关。冰湖至下游河流中的重金属总浓度范围为3.76~33.70 μg/L，以Zn和As为主，均远低于我国I类水限值，其中冰川观景台附近的冰前湖（光谢错）末端出口处及冰湖下游流经村庄段的重金属浓度相对较高，这与冰川区内人类活动密切相关。冰川表碛与退缩区土壤的重金属整体处于中等潜在生态风险水平，Cd和As为构成风险的主要重金属，冰湖及其下游水环境则无风险。研究结果可为进一步探究青藏高原冰川生态系统变化下重金属生物地球化学及其生态影响提供经典案例和基础数据。

关键词: 米堆冰川, 冰川表碛, 退缩区, 重金属, 冰川融水

The accelerated retreat of glaciers on the Tibetan Plateau has led to the mobilization and downstream transport of accumulated heavy metals, posing a potential risk to downstream ecosystems and human health. However, current research on the distribution and ecological risk of heavy metals in glacier retreat areas remains limited. This study targeted the monsoon temperate Midui Glacier in southeastern Xizang China and investigated the distribution and ecological risk of typical heavy metals in its debris and soils in the retreat and water environments. The results showed that soil heavy metal content range from 144.8 to 520.0 mg/kg, which was dominated by Zn, As, and Cr, with relatively large spatial variation. The Cd and Hg concentrations were low. Soil heavy metal levels progressively increased from the debris to different stages of the retreat area, driven by soil development, vegetation succession, and intensified human activities, with the highest content observed in the third retreat stage. Most heavy metals (except Cu, Pb, and Hg) exhibited significant differences among the retreat stages but were significantly correlated with soil pH and nutrients. In glacial meltwater, the concentrations of heavy metals from proglacial lakes to downstream rivers vary between 3.76 and 33.37 μg/L, and remain well below Class I water quality standards. Notably, elevated levels were detected near the outlet of the proglacial lake (Guangxie Cuo) from the Midui Glacier viewpoint, and downstream, passing through the village, reflecting the strong influence of anthropogenic activities. The ecological risk assessment revealed that heavy metals pose a moderate potential ecological risk in soils, which are dominated by Cd and As, whereas there is no risk in the water environment. These findings offer critical baseline data and a valuable case study for understanding heavy metal biogeochemistry under glacier ecosystem changes on the Tibetan Plateau.

Key words: Midui glacier, Glacial debris, Retreat area, Heavy metals, Glacial meltwater

中图分类号:

P343.6

图1 米堆冰川表碛与退缩区土壤及冰川融水样点分布
图中白色和黑色数字分别为水体和土壤样点编号；水样点1~7分别为：冰湖1、冰湖2、冰湖3、冰湖4、冰湖下游、下游支流和村庄下游；退缩区3个演替阶段的植被依次为：先锋植物、落叶阔叶和针阔混交。

Fig. 1 Distribution of sampling points for soil and water collection in the glacier debris and retreat area of Midui Glacier
The white and black numbers in the figure represent the water and soil sampling site numbers， respectively； Water sampling sites 1~7 correspond to： glacial lake 1， glacial lake 2， glacial lake 3， glacial lake 4， downstream of glacial lakes， tributary stream and downstream of village section； The three stages of vegetation succession of the retreat area are： pioneer species， deciduous broadleaf forest， and mixed coniferous-broadleaf forest.

表1 土壤重金属污染风险等级标准

Table 1 Grading standards for soil heavy metal contamination assessment methods

地累积指数法			综合潜在生态风险指数法
I_geo	分级	污染程度	E_j	风险等级	单因子污染程度	RI	综合生态风险程度
<0	0	无污染	<40	1	轻微	<150	轻微
0~1	1	轻污染	40~80	2	中等	150~300	中等
1~2	2	中污染	80~160	3	强	300~600	强
2~3	3	中—重污染	160~320	4	很强	600~1 200	很强
3~5	4	重污染	>320	5	极强	>1 200	极强
>5	5	重—极重污染	—	—	—	—	—

表1 土壤重金属污染风险等级标准

Table 1 Grading standards for soil heavy metal contamination assessment methods

地累积指数法			综合潜在生态风险指数法
I_geo	分级	污染程度	E_j	风险等级	单因子污染程度	RI	综合生态风险程度
<0	0	无污染	<40	1	轻微	<150	轻微
0~1	1	轻污染	40~80	2	中等	150~300	中等
1~2	2	中污染	80~160	3	强	300~600	强
2~3	3	中—重污染	160~320	4	很强	600~1 200	很强
3~5	4	重污染	>320	5	极强	>1 200	极强
>5	5	重—极重污染	—	—	—	—	—

图2 冰川表碛与退缩区不同阶段土壤的基本化学性质

Fig. 2 Soil chemical properties at different stages in the glacier debris and retreat area

图3 冰湖及下游河流冰川融水的基本化学性质

Fig. 3 Chemical properties of the glacial lake and its downstream river water

图4 冰川表碛与退缩区水土环境中重金属含量范围

Fig. 4 Heavy metal concentration ranges in water and soil environment of the glacier debris and retreat areas

图5 冰川表碛与退缩区不同阶段土壤及冰川融水中重金属分布特征

Fig. 5 Distribution of heavy metals in soil and water environment of the glacier debris and different stages of retreat area

表2 本研究与文献中青藏高原冰川环境中重金属最高含量/浓度值

Table 2 Maximum concentration values of heavy metals in this study and other reported glacier environment

环境介质	冰川名称	Cr	Ni	Cu	Zn	As	Cd	Pb	Hg
土壤/ （mg/kg）	海螺沟冰川	173.00^［14］	33.60^［14］	23.80^［14］	—	94.00^［14］	0.43^［14］	26.30^［14］	—
	玉珠峰冰川	57.80^［14］	25.70^［14］	109.00^［14］	—	175.00^［14］	1.13^［14］	18.00^［14］	—
	七一冰川	74.60^［14］	35.60^［14］	44.10^［14］	—	69.80^［14］	0.29^［14］	24.20^［14］	—
	卡若拉冰川	119.90^［16］	—	73.17^［16］	255.00^［16］	—	1.79^［16］	91.95^［16］	—
	南部某冰川	97.60^［14］	33.40^［14］	29.30^［14］	—	82.40^［14］	0.17^［14］	53.30^［14］	—
	西部某冰川	141.00^［14］	60.50^［14］	91.80^［14］	—	89.60^［14］	0.51^［14］	39.90^［14］	—
	本文	128.00	95.00	70.00	150.00	130.00	0.57	64.00	0.13
水体/ （μg/L）	老虎沟冰川	17.40^［17］	3.49^［11］	2.31^［11］	2.86^［17］	0.75^［29］	0.06^［11］	1.43^［17］	—
	海螺沟冰川	5.67^［14］	1.57^［14］	1.50^［14］	8.79^［5］	2.29^［14］	0.02^［14］	0.05^［5］	—
	七一冰川	4.10^［29］	2.60^［14］	1.41^［14］	8.79^［29］	0.51^［14］	0.01^［14］	0.13^［14］	—
	玉珠峰冰川	11.20^［29］	1.78^［29］	4.06^［29］	4.44^［29］	12.50^［14］	0.04^［29］	0.37^［29］	—
	绒布冰川	1.92^［14］	3.34^［14］	1.77^［14］	—	0.57^［14］	0.03^［14］	0.02^［14］	—
	庙尔沟冰川	28.00^［29］	4.71^［29］	1.64^［29］	0.16^［29］	3.16^［29］	0.02^［29］	0.01^［29］	—
	冷龙岭冰川	22.00^［5］	3.29^［5］	1.03^［5］	16.40^［5］	1.91^［5］	0.04^［5］	0.27^［5］	—
	达古冰川	4.10^［5］	1.88^［14］	1.00^［14］	5.71^［5］	0.96^［14］	0.07^［14］	0.12^［5］	—
	玉龙雪山冰川	28.00^［5］	4.71^［5］	1.64^［5］	2.70^［5］	9.18^［5］	0.02^［5］	0.37^［5］	—
	唐古拉冰川	0.36^［11］	1.08^［11］	1.25^［11］	145.00^［11］	—	0.05^［11］	0.22^［11］	—
	科其喀尔冰川	1.08^［14］	0.82^［14］	1.07^［14］	—	0.95^［14］	0.03^［14］	0.03^［14］	—
	白水1号冰川	5.67^［14］	1.57^［14］	1.50^［14］	—	0.96^［14］	0.07^［14］	0.06^［14］	—
	本文	0.75	1.46	1.89	11.40	16.80	—	3.56	—

表2 本研究与文献中青藏高原冰川环境中重金属最高含量/浓度值

Table 2 Maximum concentration values of heavy metals in this study and other reported glacier environment

环境介质	冰川名称	Cr	Ni	Cu	Zn	As	Cd	Pb	Hg
土壤/ （mg/kg）	海螺沟冰川	173.00^［14］	33.60^［14］	23.80^［14］	—	94.00^［14］	0.43^［14］	26.30^［14］	—
	玉珠峰冰川	57.80^［14］	25.70^［14］	109.00^［14］	—	175.00^［14］	1.13^［14］	18.00^［14］	—
	七一冰川	74.60^［14］	35.60^［14］	44.10^［14］	—	69.80^［14］	0.29^［14］	24.20^［14］	—
	卡若拉冰川	119.90^［16］	—	73.17^［16］	255.00^［16］	—	1.79^［16］	91.95^［16］	—
	南部某冰川	97.60^［14］	33.40^［14］	29.30^［14］	—	82.40^［14］	0.17^［14］	53.30^［14］	—
	西部某冰川	141.00^［14］	60.50^［14］	91.80^［14］	—	89.60^［14］	0.51^［14］	39.90^［14］	—
	本文	128.00	95.00	70.00	150.00	130.00	0.57	64.00	0.13
水体/ （μg/L）	老虎沟冰川	17.40^［17］	3.49^［11］	2.31^［11］	2.86^［17］	0.75^［29］	0.06^［11］	1.43^［17］	—
	海螺沟冰川	5.67^［14］	1.57^［14］	1.50^［14］	8.79^［5］	2.29^［14］	0.02^［14］	0.05^［5］	—
	七一冰川	4.10^［29］	2.60^［14］	1.41^［14］	8.79^［29］	0.51^［14］	0.01^［14］	0.13^［14］	—
	玉珠峰冰川	11.20^［29］	1.78^［29］	4.06^［29］	4.44^［29］	12.50^［14］	0.04^［29］	0.37^［29］	—
	绒布冰川	1.92^［14］	3.34^［14］	1.77^［14］	—	0.57^［14］	0.03^［14］	0.02^［14］	—
	庙尔沟冰川	28.00^［29］	4.71^［29］	1.64^［29］	0.16^［29］	3.16^［29］	0.02^［29］	0.01^［29］	—
	冷龙岭冰川	22.00^［5］	3.29^［5］	1.03^［5］	16.40^［5］	1.91^［5］	0.04^［5］	0.27^［5］	—
	达古冰川	4.10^［5］	1.88^［14］	1.00^［14］	5.71^［5］	0.96^［14］	0.07^［14］	0.12^［5］	—
	玉龙雪山冰川	28.00^［5］	4.71^［5］	1.64^［5］	2.70^［5］	9.18^［5］	0.02^［5］	0.37^［5］	—
	唐古拉冰川	0.36^［11］	1.08^［11］	1.25^［11］	145.00^［11］	—	0.05^［11］	0.22^［11］	—
	科其喀尔冰川	1.08^［14］	0.82^［14］	1.07^［14］	—	0.95^［14］	0.03^［14］	0.03^［14］	—
	白水1号冰川	5.67^［14］	1.57^［14］	1.50^［14］	—	0.96^［14］	0.07^［14］	0.06^［14］	—
	本文	0.75	1.46	1.89	11.40	16.80	—	3.56	—

图6 米堆冰川水土环境中重金属与环境因子相关性分析

Fig. 6 Correlation analysis of heavy metal content and chemical properties in the glacial water and soil environment of Midui Glacier

图7 米堆冰川重金属污染风险评估

Fig. 7 Risk assessment of heavy metal pollution in the Midui Glacier

表3 米堆冰川水土环境质量与风险评价分级标准

Table 3 Comprehensive evaluation of water-soil environmental quality and risk in the Midui Glacier zone

表碛/土壤	RI	风险等级	水体	WQI	风险等级
冰川表碛	184.84	中等风险	冰湖	0.020	无风险
第一阶段	265.41	中等风险	冰湖下游	0.009	无风险
第二阶段	183.29	中等风险	下游支流	0.003	无风险
第三阶段	249.57	中等风险	村庄下游	0.013	无风险

表3 米堆冰川水土环境质量与风险评价分级标准

Table 3 Comprehensive evaluation of water-soil environmental quality and risk in the Midui Glacier zone

表碛/土壤	RI	风险等级	水体	WQI	风险等级
冰川表碛	184.84	中等风险	冰湖	0.020	无风险
第一阶段	265.41	中等风险	冰湖下游	0.009	无风险
第二阶段	183.29	中等风险	下游支流	0.003	无风险
第三阶段	249.57	中等风险	村庄下游	0.013	无风险

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