本發(fā)明涉及土壤金屬生態(tài)風(fēng)險評估和污染治理，具體是涉及rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法。

背景技術(shù)：

1、土壤動物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要組成部分，在土壤發(fā)生、土壤團(tuán)聚、土壤肥力與養(yǎng)分循環(huán)、土壤呼吸、地上-地下互作、調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著重要作用。以往研究表明，土壤動物群落與土壤物理結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分循環(huán)及微生物多樣性等聯(lián)系緊密，是土壤健康的良好指示物種。土壤動物群落對外源化學(xué)物質(zhì)高度敏感，常被用做外源污染物對土壤健康影響的指示生物。

2、稀土元素rees通過受污染的水體和土壤，被水生和陸生植物等生產(chǎn)者吸收累積，并通過捕食關(guān)系及動植物殘體分解等在食物鏈/網(wǎng)中傳遞。目前關(guān)于稀土元素rees在食物網(wǎng)中傳遞特征的研究主要集中于湖泊、河口、海洋等水生生態(tài)系統(tǒng)，而關(guān)于陸生生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)土壤動物及相關(guān)食物網(wǎng)的研究較少。

3、土居動物因其受體敏感性，常被用做外源污染物對土壤健康影響的指示生物。因此，為了土壤健康發(fā)展與農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，亟需開展稀土元素rees在土居動物體內(nèi)的生物累積及其在相關(guān)食物網(wǎng)中的傳遞風(fēng)險研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述存在的問題，本發(fā)明提供了rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法，包括以下步驟：

4、s1、樣品采集：采集礦區(qū)內(nèi)土壤樣品和植物樣品，并在所述土壤樣品中提取出大型土壤動物樣品和中小型土壤動物樣品；

5、s2、樣品檢測：測定步驟s1中所采集到的各個樣品中rees濃度值及碳氮穩(wěn)定同位素含量；

6、s3、數(shù)據(jù)分析：利用后太古宙澳大利亞頁巖中rees含量值對步驟s2中所測得的各個樣品中rees的濃度值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到各個樣品中的rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值，以采樣點(diǎn)為單位，對所述各個樣品中的rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行分餾特征判斷得到各樣品中的rees富集模式和典型rees元素異常值，基于步驟s2所測得的各個樣品的碳氮穩(wěn)定同位素含量，對礦區(qū)周邊土壤中各生物所處的營養(yǎng)級tl進(jìn)行劃分；

7、s4、rees在食物網(wǎng)中的傳遞規(guī)律分析：建立動植物樣品中rees濃度的對數(shù)值與該樣品所處的營養(yǎng)級tl間的線性關(guān)系，評估rees在土壤食物網(wǎng)中的營養(yǎng)放大因子tmfs，如下式所示：

8、log10[稀土元素]＝a+b×tl

9、tmfs＝10b

10、式中，log10[rees]為動植物樣品中rees濃度的對數(shù)值，單位為mg/kg干重；a為動植物樣品中rees濃度對數(shù)值與營養(yǎng)級tl之間線性關(guān)系的截距；b為動植物樣品中rees濃度對數(shù)值與營養(yǎng)級tl之間線性關(guān)系的斜率；

11、進(jìn)一步對rees在土壤食物網(wǎng)中的營養(yǎng)放大因子tmfs與其原子序數(shù)間的線性相關(guān)性進(jìn)行分析，得出稀土元素rees的營養(yǎng)放大因子tmfs與其分餾特征間的正相關(guān)性；

12、根據(jù)rees由較低營養(yǎng)級生物向較高營養(yǎng)級生物傳遞時的營養(yǎng)放大因子tmfs值判斷rees沿土壤食物網(wǎng)傳遞時的生物效應(yīng)，當(dāng)tmfs大于1，則表明rees沿土壤食物網(wǎng)傳遞時具有生物放大效應(yīng)，當(dāng)tmfs小于1，則表明rees沿土壤食物網(wǎng)傳遞時具有生物稀釋效應(yīng)。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s1包括：

14、s1-1、采樣點(diǎn)布設(shè)：在研究區(qū)域內(nèi)自河流上游至下游依次布設(shè)4～6個采樣點(diǎn)，每個所述采樣點(diǎn)內(nèi)設(shè)置3～5個采樣亞區(qū)，每個所述采樣亞區(qū)內(nèi)設(shè)置4個小樣方；

15、s1-2、土壤樣品采集：在每個所述小樣方內(nèi)采集3～4個土壤小樣，將一個所述采樣亞區(qū)內(nèi)所有土壤小樣混合后作為該采樣亞區(qū)的土壤樣品；

16、s1-3、植物樣品采集：在每個所述小樣方內(nèi)采集3～4個植物小樣，將一個所述采樣亞區(qū)內(nèi)所有植物小樣低溫運(yùn)輸并經(jīng)過高溫殺青烘干并研磨混合后，作為該采樣亞區(qū)的植物樣品；

17、s1-4、大型土壤動物樣品提?。簩⒚總€小樣方中的大型土壤動物采用手撿法提取出，進(jìn)行清腸處理后低溫保存，所述大型土壤動物鑒定到目水平；

18、s1-5、中小型土壤動物樣品提?。簩⒚總€小樣方中的中小型土壤動物通過干漏斗分離，保存于動物保存液中低溫保存，所述中小型土壤動物鑒定到目水平。

19、更進(jìn)一步地，所述步驟s1-1中，相鄰所述采樣點(diǎn)的間距為10～100km，每個采樣點(diǎn)內(nèi)相鄰采樣亞區(qū)的間距為40～80m，采樣亞區(qū)的尺寸為30m×30m，每個采樣亞區(qū)內(nèi)的所述小樣方分別位于采樣亞區(qū)的四條邊中點(diǎn)，小樣方的尺寸為50cm×50cm，所述步驟s1-2中，土壤小樣所用取土環(huán)刀直徑4cm，高度10cm，所述步驟s1-3中，植物小樣低溫運(yùn)輸時溫度為4℃，高溫殺青溫度為120℃，殺青時間為15min，烘干溫度為70℃，烘干至恒重。

20、更進(jìn)一步地，所述步驟s1-4中，所述大型土壤動物包括半翅目、山蛩目、等足目、革翅目、單向蚓目、膜翅目、蜈蚣目、蜘蛛目、柄眼目等，所述步驟s1-5中，所述中小型土壤動物包括蜱螨目、彈尾目等，步驟s1-4和s1-5中，低溫保存的溫度均為-80℃。

21、進(jìn)一步地，所述步驟s2包括：

22、s2-1、各個樣品中rees濃度測定：將土壤樣品、植物樣品、大型土壤動物樣品、中小型土壤動物樣品進(jìn)行消解并測定rees濃度；

23、s2-2、各個樣品中碳氮穩(wěn)定同位素含量測定：將土壤樣品、植物樣品、大型土壤動物樣品、中小型土壤動物樣品放入元素分析-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀中檢測各個樣品中碳、氮穩(wěn)定同位素的含量，選用vpdb和大氣氮?dú)夥謩e作為計算各個樣品中碳、氮穩(wěn)定同位素相對豐度的標(biāo)準(zhǔn)。

24、進(jìn)一步地，所述步驟s3包括：

25、s3-1、富集模式判斷：將土壤及動植物中rees濃度的富集模式分為四種類型，分別是：

26、重稀土富集：mree/lree>1且hree/mree>1；

27、中稀土富集：mree/lree>1且hree/mree<1；

28、輕稀土富集：mree/lree<1且hree/mree<1；

29、中稀土虧損：mree/lree<1且hree/mree>1；

30、其中，lree為輕稀土la，pr和nd濃度標(biāo)準(zhǔn)值之和，mree為中稀土gd，tb和dy濃度標(biāo)準(zhǔn)值之和，hree為重稀土tm，yb和lu濃度標(biāo)準(zhǔn)值之和；

31、取一個采樣點(diǎn)內(nèi)各個土壤及動植物樣品中rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)上述rees富集模式類型確定各個土壤及動植物樣品中rees富集模式；

32、s3-2、典型rees異常值判斷：土壤及動植物樣品中典型rees異常值根據(jù)以下公式進(jìn)行計算，所述典型rees包括ce、eu和gd，分別是：

33、ce異常值＝cen÷(0.5×lan+0.5×prn)

34、

35、gd異常值＝gdn÷(0.5×smn+0.5×dyn)

36、式中，cen為土壤及動植物樣品中ce的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，lan為土壤及動植物樣品中l(wèi)a的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，prn為土壤及動植物樣品中pr的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，eun為土壤及動植物樣品中eu的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，smn為土壤及動植物樣品中sm的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，tbn為土壤及動植物樣品中tb的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，gdn為土壤及動植物樣品中g(shù)d的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，dyn為土壤及動植物樣品中dy的濃度標(biāo)準(zhǔn)值；

37、取一個采樣點(diǎn)內(nèi)各個土壤及動植物樣品中rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)上述公式計算各個土壤及動植物樣品中典型rees的異常值，異常值大于1表明該元素在樣品中表現(xiàn)為正異常，異常值小于1表明該元素在樣品中表現(xiàn)為負(fù)異常，采用wilcoxon?test檢驗一個采樣點(diǎn)內(nèi)各個土壤及動植物樣品中典型rees異常值的顯著性，顯著性水平設(shè)置為p<0.05；

38、s3-3、營養(yǎng)級tl劃分：取一個采樣點(diǎn)內(nèi)土壤及動植物樣品的δ15n，假定植物作為第一營養(yǎng)級且每一營養(yǎng)級生物富集3.40‰的δ15n，根據(jù)如下公式計算得到每個動物所處的營養(yǎng)級：

39、tlconsumer＝(δ15nconsumer-δ15nplant)÷3.4+1

40、其中，tlconsumer為土壤中動物所處的營養(yǎng)級；δ15nconsumer為土壤中動物體內(nèi)的δ15n，單位為‰；δ15nplant為植物體內(nèi)的δ15n，單位為‰。

41、更進(jìn)一步地，所述步驟s3-3中，還包括對營養(yǎng)級進(jìn)行檢驗：取一個采樣點(diǎn)內(nèi)土壤及動植物的δ13c的含量，按照由δ15n劃分的營養(yǎng)級進(jìn)行匯總；

42、若兩相鄰的營養(yǎng)級生物的δ13c含量相近，則保持原本的營養(yǎng)級關(guān)系，若不是，則通過檢測與鑒定兩相鄰營養(yǎng)級生物的腸道dna序列，確定新的營養(yǎng)關(guān)系，如果前者腸道內(nèi)容物里的dna有來源于后者，那么前者捕食后者。

43、本發(fā)明的有益效果是：

44、(1)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法通過礦區(qū)周邊土壤生物現(xiàn)場調(diào)研試驗，基于生物分類水平鑒定和生物體內(nèi)碳、氮穩(wěn)定同位素的測定，能夠確定礦區(qū)周邊土壤生物的主要類群和土壤食物網(wǎng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，有助于補(bǔ)充完善土壤動物多樣性數(shù)據(jù)庫。

45、(2)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法通過對礦區(qū)周邊土壤和動植物樣品中稀土元素濃度的測定，明確了稀土元素在礦區(qū)周邊土壤中的污染特征，探究了動植物中稀土元素的生物累積特征，揭示了稀土元素在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中不同食物鏈的傳遞效應(yīng)，及其與稀元素原子序數(shù)間的關(guān)系，為準(zhǔn)確評估其土壤生態(tài)和人體健康風(fēng)險提供理論基礎(chǔ)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

46、(3)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法通過對分餾特征和異常值的判斷，明確了稀土元素從土壤到植物再到動物遷移過程中元素組合的微小變化，揭示了土壤、植物、土壤動物三者間的內(nèi)在聯(lián)系；由于輕稀土與重稀土的生物毒性存在差異，因此了解稀土在土壤食物網(wǎng)中的分餾特征和異常值，有助于為稀土的食物鏈傳遞機(jī)理及環(huán)境風(fēng)險評價提供參考。

47、(4)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法實現(xiàn)了對類型多、差異大且混合污染的不同土壤中污染物在土壤動物及相關(guān)食物網(wǎng)中傳遞的有效評估和定量預(yù)測，以保護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)安全。