一種利用稀土元素示蹤農業面源磷素流失的方法
2023-10-04 18:35:39 1
專利名稱：一種利用稀土元素示蹤農業面源磷素流失的方法
技術領域：
本發明屬於農業環境領域，特別涉及一種利用稀土元素示蹤農業面源磷素流失的方法。
背景技術：
農業面源汙染問題日益突出，已成為水體富營養化的主要影響因素，也是湖庫水體氮磷負荷的主要來源。磷是作物生長所需的大量元素之一，同時也是導致水體富營養化的關鍵因素。磷是反應性溶質，迅速被土壤礦物吸收固定或為微生物固持；土壤磷素流失的主要方式是土壤侵蝕和地表徑流。近年來，隨著集約化養殖業的不斷發展、磷肥和有機肥的過量施用，造成土壤中磷素富集，增加了磷素的流失風險。為研究農業面源磷從源到匯遷移過程中的關鍵問題，示蹤法是最有效手段之一。目前，研究土壤中磷流失的示蹤方法主要是同位素示蹤法，也有用石膏標記法、137Cs和21°Pb示蹤法研究土壤磷淋失機理的報導。迄今具有環境友好性的農業小流域多來源磷素示蹤方法未見報導。稀土元素是一組包括從La到Lu以及Sc、Y的17種元素，且具有兩個明顯特點一是離子半徑和化學性狀相近，使之在自然界中常以共生方式參與地球化學過程；二是不同稀土元素間的化學性質存在微小差異，導致相互之間會產生有規律分異。這種單個重金屬不具備的分異特性，使稀土元素在物質來源回溯領域具有良好的示蹤功能。由於稀土元素在水體中含量低、滯留時間短，主要以顆粒態搬運沉積，以及在風化、搬運、沉積和成巖過程中組分變化較小，因而可作為一種重要的物源示蹤劑，目前主要運用在礦物成因和轉移、以及土壤侵蝕和沉積物溯源等方面。稀土元素能與土壤顆粒物或團聚體緊密結合、易於測定且費用低、背景值低、不影響沉積過程、不易被植物吸收、對環境友好、具有多來源示蹤能力。利用稀土元素示蹤農業面源磷素流失是一種有應用前景的 新方法，可以對複雜地形、多種磷素來源農業小流域的磷素遷移轉化途徑進行快速準確的辨識；同時，此種方法適用尺度可大可小，為農業面源磷汙染的高風險區識別和源阻斷提供準確的科學依據。
發明內容
本發明的目的是提供一種測定精準度高、測定快捷、設備簡單、環境友好型的農業面源磷素流失示蹤方法。本發明的目的通過以下技術方案加以實現測試各個分區域中不同種稀土元素的背景含量，測試降雨後測試區域每種稀土元素的流失總量，聯立方程，解得各個分區域的元素流失係數，從而計算得到每個分區域中磷素的流失速率和流失量，反溯磷素在複雜流域隨徑流流失的高風險區。本發明具體按以下步驟進行I)、根據地形、地貌特徵，將測試區域按磷素流失難易程度劃分為η個分區域，
In ^ 17,相應預選η種稀土元素；
2)、測定η個分區域中磷素和η種稀土元素的每種稀土元素的背景含量W ；3)、降雨過程中採集測試區域出口的徑流樣品U，並測定徑流總量S，用O. 45 μ m濾膜過濾徑流樣品，分出水樣及顆粒物樣品；4)、用ΗΝ03、HF和HClO4混合酸將顆粒物樣品消解後，同水樣一起採用ICP-MS測定η種稀土元素的每種稀土元素的含量M，所述的混合酸中ΗΝ03、HF和HClO4的體積比為3:6:1,混合酸的加入量為200ml/g顆粒物樣品；每種稀土元素的流失總量T= (M*S)/U ;其中，T為每種稀土元素的流失總量，單位為mg，M為每種稀土元素在徑流樣品中的含量，單位為mg, U為徑流樣品量,單位為g，S為徑流總量,單位為g ；5)、計算每個分區域的元素流失係數T1=ff11R1+ff12R2+ff13R3+……+WlnRnT2=W21R^ff22R2+W23R3+......+W2nRnT3=W31R^W32R2+W33R3+......+W3nRn......Tn=ffnlR1+ffn2R2+ffn3R3+……+WnnRn其中，T為稀土元素在測試區域出口測得的流失總量，T1-Tn分別表示第1-η種稀土元素在測試區域出口測得的流失總量，單位為mg ;W為降雨前各個分區域中η種稀土元素的每種稀土元素的背景含量，Wn、W12、W13……Wln分別表示第一塊分區域中第1-η種稀土元素的背景含量，W21 > W22> W23……W2n分別表示第二塊分區域中第1-η種稀土元素的背景含量，……，Wnl、Wn2、Wn3……Wnn分別表示第η塊分區域中第1-η種稀土元素的背景含量，單位為mg ；R為各個分區域的元素流失係數，R1-Rn分別表示第1-η塊分區域的元素流失係數；
聯立上述η個方程，解得Rp R2、R3、……Rn，即為各個分區域的元素流失係數；6)、根據各個分區域的元素流失係數R，計算每個分區域的磷素流失量P1=WipR1P2=W2pR2P3=W3pR3......Pn = WnpRn其中，P為磷素的流失量，P1-Pn分別表示第1-η塊分區域的磷素流失量，單位為mg ；W為降雨前各個分區域中磷素的背景含量，W1P、W2P、W3p……Wnp分別表示第1-η塊分區域中磷素的背景含量，單位為mg。本發明利用稀土元素和磷素在降雨徑流過程中表現出的相似特徵，將稀土元素的多源物質示蹤應用到農業面源磷素流失的溯源，有效辨識複雜地形流域磷素流失的高風險區。該方法操作簡單，快速有效、準確、成本低，靈敏度高，對環境友好，在面源汙染治理和管控方面具有廣泛的應用前景。
圖1為實施例1測試區域劃分為6個分區域的示意圖。
具體實施方式
實施例11、選擇一坡度為10°，坡長為12m、寬為6m的坡地，將選定區域按地形、地貌劃分為6個分區域，記作Dl、D2、"·06，如圖1所示，每個分區域長6m，寬2m;相應預選6種稀土兀素 La、Ce、Nd、Sm、Dy、Yb ；2、測定6個分區域中磷素和6種稀土元素的背景含量W，結果見表I;表I各元素在各區域土壤中含量(mg)
權利要求
1.一種利用稀土元素示蹤農業面源磷素流失的方法，其特徵在於，其具體操作包括以下步驟 1)、根據地形、地貌特徵，將測試區域按磷素流失難易程度劃分為η個分區域，I n ^ 17,相應預選η種稀土元素； 2)、測定η個分區域中磷素和η種稀土元素的每種稀土元素的背景含量W； 3)、降雨過程中採集測試區域出口的徑流樣品U，並測定徑流總量S，用O.45 μ m濾膜過濾徑流樣品，分出水樣及顆粒物樣品； 4)、用HN03、HF和HClO4混合酸將顆粒物樣品消解後，同水樣一起採用ICP-MS測定η種稀土元素的每種稀土元素的含量Μ，所述的混合酸中ΗΝ03、HF和HClO4的體積比為3:6:1，混合酸的加入量為200ml/g顆粒物樣品；每種稀土元素的流失總量T= (M*S)/U ;其中，T為每種稀土元素的流失總量，單位為mg，M為每種稀土元素在徑流樣品中的含量，單位為mg，U為徑流樣品量，單位為g，S為徑流總量，單位為g ； 5)、計算每個分區域的元素流失係數T1=W11RAW12VW13R3+……+WlnRnT2=W21R1+W22R2+ff23R3+……+W2nRnT3=W31R^W32RfW33R3+……+W3nRn T =WnlR1+ffn2R2+ffn3R3+……+WnnRn 其中，T為稀土元素在測試區域出口測得的流失總量，T1-Tn分別表示第1-η種稀土元素在測試區域出口測得的流失總量，單位為mg ;胃為降雨前各個分區域中η種稀土元素的每種稀土元素的背景含量，Wn、W12、W13……Wln分別表示第一塊分區域中第1-η種稀土元素的背景含量，W21、W22、W23……W2n分別表示第二塊分區域中第1-η種稀土元素的背景含量，……，Wm^Wn2,Wn3……Wnn分別表示第η塊分區域中第1-η種稀土元素的背景含量，單位為mg ；R為各個分區域的元素流失係數，R1-Rn分別表示第1-η塊分區域的元素流失係數； 聯立上述η個方程，解得Rp R2、R3、……Rn，即為各個分區域的元素流失係數； 6)、根據各個分區域的元素流失係數R，計算每個分區域的磷素流失量 P1=WipR1 P2 = W2pR2 P3=W3pR3 Pn = WnpRn 其中，P為磷素的流失量，P1-Pn分別表示第1-η塊分區域的磷素流失量，單位為mg ；ff為降雨前各個分區域中磷素的背景含量，Wip, W2P、W3p……Wnp分別表示第1-η塊分區域中磷素的背景含量，單位為mg。
全文摘要
本發明公開了屬於農業環境領域的一種利用稀土元素示蹤農業面源磷素流失的方法。該方法首先測試各個分區域中不同種稀土元素的背景含量，然後測試降雨後測試區域每種稀土元素的流失總量，聯立方程，解得各個分區域的元素流失係數，從而計算得到每個分區域中磷素的流失率和流失量。本發明利用稀土元素和磷素在降雨徑流過程中表現出的相似特徵，將稀土元素的多源物質示蹤應用到農業面源磷素流失的溯源，有效辨識複雜地形流域磷素流失的高風險區。該方法操作簡單，快速有效、準確、成本低，靈敏度高，對環境友好，在面源汙染治理和管控方面具有廣泛的應用前景。
文檔編號G01N27/62GK103063731SQ201210558688
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者王凌青, 梁濤 申請人:中國科學院地理科學與資源研究所