重庆是典型的山地城市，其城区内河流河道坡度较大、回水时间短、水流速度快，因此河水对岩体和土壤的风化和冲刷作用较为明显，使得大量的金属离子溶入水体；且重庆作为工业城市，工业排放也是水体金属离子的一大重要来源；同时由于嘉陵江主城段位于人口密集区，因此生活排放的金属离子也不容忽视[123]。金属离子一方面是碳酸酐酶、硝酸还原酶、碱性磷酸酶等的辅基，能够通过影响酶的活性进而影响藻类对营养元素的吸收利用，因此对藻类的生长及藻华的形成有着直接的作用[124-126]；另一方面，金属离子在环境中难以降解，随着食物链逐步富集，对人体有着潜在的危害[127]。基于以上背景，有必要对嘉陵江主城段主要金属离子含量进行监测和分析。在本书中，主要选取和研究了锌、镁、铁三种金属离子含量及变化规律。
嘉陵江及长江锌（Zn）含量及其变化规律如图2.13（a）所示，嘉陵江及长江全年Zn2+浓度变化范围分别为0.022～0.081 mg/L和0.010～0.038 mg/L，平均值分别为（0.043±0.016）mg/L和（0.019±0.007）mg/L。对嘉陵江和长江水体Zn2+浓度进行独立样本Kruskal-Wallis检验（n＝15，P<0.05），发现嘉陵江水体Zn2+含量显著高于长江Zn2+含量，如图2.13（b）所示。Zn2+是碳酸酐酶和碱性磷酸酶的辅基，其作为酶活性中心的组成部分，对碳酸酐酶和碱性磷酸酶的催化活性有着重要影响[124，126]。嘉陵江主城段水体Zn2+的来源主要有底泥释放、城市外源污染，其中大多数Zn2+来源于汇入河流的雨水和污水，同时消落带底泥中也累积了大量的重金属物质，其释放的Zn2+也不容忽视[123]。在不同时期，水体中Zn2+含量受到不同因素的影响，呈现出不同的特点。蓄水期锌离子浓度较为平稳，平均浓度为（0.035 9±0.008）mg/L；消落期Zn2+含量大幅上升，并在2014年3月19日出现最高值0.081 mg/L，而后迅速回落，此现象应为2014年3月中旬的大规模降雨所致，雨水及上涨河水对消落带底泥的淋溶和冲刷使得主城段水体Zn2+浓度迅速上升；然而在汛期由于水位迅速下降，使得消落带底泥裸露，水体对消落带底泥的冲刷作用减轻，进一步导致析出金属离子减少，同时河水流量的增加对水体Zn2+含量也起到了稀释作用，使得汛期期间Zn2+浓度较低，平均值为（0.033 1±0.009）mg/L，在2014年8月15日取得最低值0.022 mg/L。此外，嘉陵江不同点位的Zn2+浓度呈现出小幅差异（无显著性差异），磁器口、朝天门Zn2+浓度相对于化龙桥、大溪沟点位处Zn2+浓度更高，这是由于人为活动及城市污染对水体的影响所致［见图2.13（b）］。
图2.13 不同采样点锌离子浓度变化情况（a）及对比情况（b）
嘉陵江及长江镁（Mg）含量及其变化规律如图2.14（a）所示，嘉陵江及长江全年Mg2+浓度变化范围分别为15.44～19.30 mg/L和13.55～16.92 mg/L，平均值分别为（17.54±1.20）mg/L和（15.61±1.09）mg/L。对嘉陵江和长江Mg2+浓度进行ANOVA检验（n＝15，P<0.05），发现嘉陵江水体Mg2+含量显著高于长江Mg2+含量，如图2.14（b）所示。Mg2+含量是水体硬度的重要指标之一，同时也是碱性磷酸酶的辅基之一，对其活性有重要影响[128]。嘉陵江水体Mg2+含量高于长江的主要原因是：嘉陵江流域内岩性偏软，同时嘉陵江属于雨水补给型河流，相对于雨水和高山融水混合型的长江，有更多的雨水携带Mg2+等矿物质进入水体[129，130]。从不同时期来看，在蓄水期期间Mg2+的含量较高，平均值为（17.41±1.07）mg/L；消落期期间由于雨水的影响，嘉陵江Mg2+浓度进一步升高，在2014年3月19日取得最大值19.30 mg/L，平均值为（18.34±0.72）mg/L；汛期期间河水对消落带底泥的冲刷作用减少，加上流量增大带来的稀释作用，Mg2+浓度为全年最低，平均值为（16.50±1.06）mg/L，在2014年8月15日有最低值15.44 mg/L。从不同点位对比来看，嘉陵江Mg2+浓度自上游至下游呈缓慢下降趋势，应与主城段流速缓慢及水体内部的生物化学反应相关。
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图2.14 不同采样点镁离子浓度变化情况（a）及对比情况（b）
嘉陵江及长江铁（Fe）含量及其变化规律如图2.15（a）所示，嘉陵江及长江全年Fe3+浓度变化范围分别为0.21～0.53 mg/L和0.21～0.87 mg/L，平均值分别为（0.36±0.09）mg/L和（0.51±0.20）mg/L。对嘉陵江和长江Fe3+浓度进行ANOVA检验（n＝15，P<0.05），发现嘉陵江水体Fe3+含量要显著低于长江Fe3+含量，如图2.15（b）所示。Fe3+为硝酸还原酶的辅基，对硝酸还原酶活性的表达十分重要[125]。河水水体中的Fe3+主要来源于河水对岩体的冲刷，而淋溶作用带来的Fe3+相对较少，由于长江水流量大、流速急的特点，使得大量的泥沙及Fe3+汇入水体，致使长江水体Fe3+含量显著高于嘉陵江[129，130]。具体从不同时期来看，Fe3+含量变化趋势与上述两种金属离子相似。蓄水期期间Fe3+含量较为稳定，平均为（0.33±0.07）mg/L；消落期Fe3+含量受到降雨的影响出现一定增长，平均值为（0.43±0.07）mg/L，并在2014年3月19日出现最大值0.53 mg/L；汛期期间流量增大带来的稀释作用要大于降雨带来的冲刷作用影响，因此水体Fe3+含量出现一定下降，平均值为（0.30±0.06）mg/L，并在2014年10月10日有最小值0.21 mg/L。此外从不同点位的对比情况来看，嘉陵江水体Fe3+含量从磁器口至朝天门整体呈下降趋势，应与沉降作用及水体内部生化反应相关［见图2.15（b）］。
图2.15 不同采样点铁离子浓度变化情况（a）及对比情况（b）
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