[发明专利]一种利用稀土元素示踪农业面源磷素流失的方法

说明书

技术领域

本发明属于农业环境领域，特别涉及一种利用稀土元素示踪农业面源磷素流失的方法。

背景技术

农业面源污染问题日益突出，已成为水体富营养化的主要影响因素，也是湖库水体氮磷负荷的主要来源。磷是作物生长所需的大量元素之一，同时也是导致水体富营养化的关键因素。磷是反应性溶质，迅速被土壤矿物吸收固定或为微生物固持；土壤磷素流失的主要方式是土壤侵蚀和地表径流。近年来，随着集约化养殖业的不断发展、磷肥和有机肥的过量施用，造成土壤中磷素富集，增加了磷素的流失风险。为研究农业面源磷从源到汇迁移过程中的关键问题，示踪法是最有效手段之一。目前，研究土壤中磷流失的示踪方法主要是同位素示踪法，也有用石膏标记法、¹³⁷Cs和²¹⁰Pb示踪法研究土壤磷淋失机理的报道。迄今具有环境友好性的农业小流域多来源磷素示踪方法未见报道。

稀土元素是一组包括从La到Lu以及Sc、Y的17种元素，且具有两个明显特点：一是离子半径和化学性状相近，使之在自然界中常以共生方式参与地球化学过程；二是不同稀土元素间的化学性质存在微小差异，导致相互之间会产生有规律分异。这种单个重金属不具备的分异特性，使稀土元素在物质来源回溯领域具有良好的示踪功能。由于稀土元素在水体中含量低、滞留时间短，主要以颗粒态搬运沉积，以及在风化、搬运、沉积和成岩过程中组分变化较小，因而可作为一种重要的物源示踪剂，目前主要运用在矿物成因和转移、以及土壤侵蚀和沉积物溯源等方面。

稀土元素能与土壤颗粒物或团聚体紧密结合、易于测定且费用低、背景值低、不影响沉积过程、不易被植物吸收、对环境友好、具有多来源示踪能力。利用稀土元素示踪农业面源磷素流失是一种有应用前景的新方法，可以对复杂地形、多种磷素来源农业小流域的磷素迁移转化途径进行快速准确的辨识；同时，此种方法适用尺度可大可小，为农业面源磷污染的高风险区识别和源阻断提供准确的科学依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定精准度高、测定快捷、设备简单、环境友好型的农业面源磷素流失示踪方法。

本发明的目的通过以下技术方案加以实现：测试各个分区域中不同种稀土元素的背景含量，测试降雨后测试区域每种稀土元素的流失总量，联立方程，解得各个分区域的元素流失系数，从而计算得到每个分区域中磷素的流失速率和流失量，反溯磷素在复杂流域随径流流失的高风险区。

本发明具体按以下步骤进行：

1）、根据地形、地貌特征，将测试区域按磷素流失难易程度划分为n个分区域，1≤n≤17，相应预选n种稀土元素；

2）、测定n个分区域中磷素和n种稀土元素的每种稀土元素的背景含量W；

3）、降雨过程中采集测试区域出口的径流样品U，并测定径流总量S，用0.45μm滤膜过滤径流样品，分出水样及颗粒物样品；

4）、用HNO₃、HF和HClO₄混合酸将颗粒物样品消解后，同水样一起采用ICP-MS测定n种稀土元素的每种稀土元素的含量M，所述的混合酸中HNO₃、HF和HClO₄的体积比为3:6:1，混合酸的加入量为200ml/g颗粒物样品；每种稀土元素的流失总量T=（M*S）/U；其中，T为每种稀土元素的流失总量，单位为mg，M为每种稀土元素在径流样品中的含量，单位为mg，U为径流样品量，单位为g，S为径流总量，单位为g；

5）、计算每个分区域的元素流失系数：

T₁=W₁₁R₁+W₁₂R₂+W₁₃R₃+……+W_1nR_n

T₂=W₂₁R₁+W₂₂R₂+W₂₃R₃+……+W_2nR_n

T₃=W₃₁R₁+W₃₂R₂+W₃₃R₃+……+W_3nR_n

……