專利名稱：一種利用稀土元素示蹤農(nóng)業(yè)面源磷素流失的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域，特別涉及一種利用稀土元素示蹤農(nóng)業(yè)面源磷素流失的方法。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)面源污染問題日益突出，已成為水體富營養(yǎng)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(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素。磷是反應(yīng)性溶質(zhì)，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(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)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(fēng)險。為研究農(nóng)業(yè)面源磷從源到匯遷移過程中的關(guān)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(biāo)記法、137Cs和21°Pb示蹤法研究土壤磷淋失機理的報道。迄今具有環(huán)境友好性的農(nóng)業(yè)小流域多來源磷素示蹤方法未見報道。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(xué)性狀相近，使之在自然界中常以共生方式參與地球化學(xué)過程；二是不同稀土元素間的化學(xué)性質(zhì)存在微小差異，導(dǎo)致相互之間會產(chǎn)生有規(guī)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(zhì)來源回溯領(lǐng)域具有良好的示蹤功能。由于稀土元素在水體中含量低、滯留時間短，主要以顆粒態(tài)搬運沉積，以及在風(fēng)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(zhuǎn)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(jié)合、易于測定且費用低、背景值低、不影響沉積過程、不易被植物吸收、對環(huán)境友好、具有多來源示蹤能力。利用稀土元素示蹤農(nóng)業(yè)面源磷素流失是一種有應(yīng)用前景的 新方法，可以對復(fù)雜地形、多種磷素來源農(nóng)業(yè)小流域的磷素遷移轉(zhuǎn)化途徑進行快速準(zhǔn)確的辨識；同時，此種方法適用尺度可大可小，為農(nóng)業(yè)面源磷污染的高風(fēng)險區(qū)識別和源阻斷提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測定精準(zhǔn)度高、測定快捷、設(shè)備簡單、環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)面源磷素流失示蹤方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)測試各個分區(qū)域中不同種稀土元素的背景含量，測試降雨后測試區(qū)域每種稀土元素的流失總量，聯(lián)立方程，解得各個分區(qū)域的元素流失系數(shù)，從而計算得到每個分區(qū)域中磷素的流失速率和流失量，反溯磷素在復(fù)雜流域隨徑流流失的高風(fēng)險區(qū)。本發(fā)明具體按以下步驟進行I)、根據(jù)地形、地貌特征，將測試區(qū)域按磷素流失難易程度劃分為η個分區(qū)域，
In ^ 17,相應(yīng)預(yù)選η種稀土元素；
2)、測定η個分區(qū)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)、降雨過程中采集測試區(qū)域出口的徑流樣品U，并測定徑流總量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后，同水樣一起采用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(qū)域的元素流失系數(shù)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(qū)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(qū)域出口測得的流失總量，單位為mg ;W為降雨前各個分區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)域的元素流失系數(shù)，R1-Rn分別表示第1-η塊分區(qū)域的元素流失系數(shù)；

聯(lián)立上述η個方程，解得Rp R2、R3、……Rn，即為各個分區(qū)域的元素流失系數(shù)；6)、根據(jù)各個分區(qū)域的元素流失系數(shù)R，計算每個分區(qū)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(qū)域的磷素流失量，單位為mg ；W為降雨前各個分區(qū)域中磷素的背景含量，W1P、W2P、W3p……Wnp分別表示第1-η塊分區(qū)域中磷素的背景含量，單位為mg。本發(fā)明利用稀土元素和磷素在降雨徑流過程中表現(xiàn)出的相似特征，將稀土元素的多源物質(zhì)示蹤應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源磷素流失的溯源，有效辨識復(fù)雜地形流域磷素流失的高風(fēng)險區(qū)。該方法操作簡單，快速有效、準(zhǔn)確、成本低，靈敏度高，對環(huán)境友好，在面源污染治理和管控方面具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為實施例1測試區(qū)域劃分為6個分區(qū)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(qū)域按地形、地貌劃分為6個分區(qū)域，記作Dl、D2、"·06，如圖1所示，每個分區(qū)域長6m，寬2m;相應(yīng)預(yù)選6種稀土兀素 La、Ce、Nd、Sm、Dy、Yb ；2、測定6個分區(qū)域中磷素和6種稀土元素的背景含量W，結(jié)果見表I;表I各元素在各區(qū)域土壤中含量(mg)
權(quán)利要求
1.一種利用稀土元素示蹤農(nóng)業(yè)面源磷素流失的方法，其特征在于，其具體操作包括以下步驟 1)、根據(jù)地形、地貌特征，將測試區(qū)域按磷素流失難易程度劃分為η個分區(qū)域，I n ^ 17,相應(yīng)預(yù)選η種稀土元素； 2)、測定η個分區(qū)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)、降雨過程中采集測試區(qū)域出口的徑流樣品U，并測定徑流總量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后，同水樣一起采用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(qū)域的元素流失系數(shù)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(qū)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(qū)域出口測得的流失總量，單位為mg ;胃為降雨前各個分區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)域的元素流失系數(shù)，R1-Rn分別表示第1-η塊分區(qū)域的元素流失系數(shù)； 聯(lián)立上述η個方程，解得Rp R2、R3、……Rn，即為各個分區(qū)域的元素流失系數(shù)； 6)、根據(jù)各個分區(qū)域的元素流失系數(shù)R，計算每個分區(qū)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(qū)域的磷素流失量，單位為mg ；ff為降雨前各個分區(qū)域中磷素的背景含量，Wip, W2P、W3p……Wnp分別表示第1-η塊分區(qū)域中磷素的背景含量，單位為mg。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域的一種利用稀土元素示蹤農(nóng)業(yè)面源磷素流失的方法。該方法首先測試各個分區(qū)域中不同種稀土元素的背景含量，然后測試降雨后測試區(qū)域每種稀土元素的流失總量，聯(lián)立方程，解得各個分區(qū)域的元素流失系數(shù)，從而計算得到每個分區(qū)域中磷素的流失率和流失量。本發(fā)明利用稀土元素和磷素在降雨徑流過程中表現(xiàn)出的相似特征，將稀土元素的多源物質(zhì)示蹤應(yīng)用到農(nóng)業(yè)面源磷素流失的溯源，有效辨識復(fù)雜地形流域磷素流失的高風(fēng)險區(qū)。該方法操作簡單，快速有效、準(zhǔn)確、成本低，靈敏度高，對環(huán)境友好，在面源污染治理和管控方面具有廣泛的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者王凌青, 梁濤 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所