基于210Pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法

本发明属于农业面源污染，具体涉及基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法。

背景技术：

1、近年来，集约化农业大面积种植，在降雨径流因素的驱动下，土壤侵蚀严重发生，造成水土大量流失，土壤中的氮、磷等营养物质随着降雨径流进入河湖水体，使得湖泊、水库等富营养化加剧，生态环境严重恶化。定量评估土壤侵蚀是有效防控泥沙、氮、磷等污染物入河的前提。

2、放射性核素示踪法是利用天然或人工放射性核素来示踪土壤颗粒迁移变化过程的方法，该方法具有快速简便、精度高等优点，可以体现一个地区的土壤侵蚀状况。由于土壤中的137cs含量逐渐减少导致部分侵蚀严重地区难以测量。210pbex与137cs具有相似特性，可用来示踪长期的土壤侵蚀，而7be仅能示踪短期或季节性的土壤侵蚀事件。

3、210pbex是由238u衰变产生的一种天然放射性产物，半衰期为22.3年，源于222rn的衰变(mabit et al.,2014)。222rn是226ra的衰变产物，存在于土壤和岩石的226ra衰变产生222rn气体，一部分在土壤和岩石中直接衰变为210pb，一部分进入大气并衰变为210pb，又沉降到地表，被表层土壤吸附，这部分210pb称为“非载体来源”的210pb(即210pbex)(turekian et al.,1977)。与137cs具有相似性质，210pbex主要随降水沉降到土壤表层，被表层土壤颗粒强烈吸附，基本不受植物摄取以及淋溶流失，主要随土壤、泥沙颗粒移动而迁移。在同一地理区域内，210pbex的年沉积通量在长时间尺度上相对一致。相比之下，地形和当地气候会在小范围内影响210pbex的沉积通量(dorr et al.,1991；graustein et al.,1986)。

4、由于我国相关研究起步较晚，至今没有建立全面、准确、系统的农业面源污染数据库。鉴于上述背景技术和我国研究现状，寻找一种简单、快速、准确的定量评估流域土壤侵蚀的方法十分必要。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法。

2、本发明的技术方案为：

3、一种基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)采集210pbex环境放射性核素样品；

5、(2)测定210pbex环境放射性核素样品的比活度；

6、(3)根据步骤(2)的比活度建立210pbex含量对侵蚀速率变化的响应模型，计算出210pbex土壤侵蚀速率；

7、(4)根据步骤(3)的210pbex土壤侵蚀速率建立土壤有机碳、全氮、全磷单位面积流失速率的模型，计算土壤有机碳、全氮、全磷流失速率。

8、进一步地，所述步骤(1)包括：

9、选择多年未扰动的无侵蚀、堆积的平坦地作为参考点，采集不同坡面、坡位的210pbex土壤样品，每个采样点采集3个样品混合为一个样品，所有样品采集深度为表层0-15cm和深层15-30cm。

10、进一步地，所述步骤(2)包括：采集的样品经风干、剔除石块和草根、研磨、过筛、混合均匀后称取粒径小于2mm的土壤进行210pbex质量活度的测定，样品测试采用高纯锗伽马能谱仪测定，210pbex的比活度根据能量在46.5kev处谱峰面积算出，210pb与226ra的比活度之差即210pbex比活度，测定误差<8％。

11、进一步地，所述步骤(3)包括：

12、a.将步骤(2)测得的210pbex比活度(bq/kg)，根据式(ⅰ)换算成210pbex面积浓度(bq/m2)，表示单位面积内测定核素的bq数：

13、ppi＝ci×w/s       (ⅰ)

14、式(ⅰ)中：ppi为采样点210pbex面积浓度(bq/m2)；ci表示210pbex比活度(bq/kg)；w为相应采样点过筛后样品总重(kg)；s为采样器的横截面积(m2)；

15、b.采用式(ⅱ)的耕作土210pbex含量对侵蚀速率变化的响应模型，计算出土壤侵蚀速率发生变化时的年流失厚度；

16、

17、采用式(ⅲ)的非耕作土210pbex含量对侵蚀速率变化的响应模型，计算出土壤侵蚀速率发生变化时的年流失厚度；

18、

19、式(ⅱ)和式(ⅲ)中：λ为210pbex衰变系数(0.031a-1)；aref-pb为210pbex背景值(bq/m2)；apb为土壤样点210pbex面积浓度(bq/m2)；hpb为土壤侵蚀速率发生变化时的年流失厚度(cm/a)；h为犁耕层深度(cm)；

20、210pbex土壤侵蚀速率通过式(ⅳ)计算：

21、e＝d×hpb×100        (ⅳ)

22、式(ⅳ)中：e为210pbex土壤侵蚀速率(t/(hm2·a))；d为土壤容重(g/cm3)。

23、进一步地，所述步骤(4)包括：

24、采用式(ⅴ)的土壤有机碳、全氮、全磷单位面积流失速率的计算模型，计算土壤有机碳、全氮、全磷流失速率；

25、li＝nx×ei       (ⅴ)

26、式(ⅴ)中：li为第i种养分的流失速率(kg/(hm2·a))，nx为第x种养分在表层土壤的含量(kg)，ei为i样点210pbex土壤侵蚀速率(t/(hm2·a))。

27、本发明的有益效果为：

28、本发明采用210pbex核素示踪技术能够快速评估不同利用类型土地侵蚀状况及不同坡位土壤养分流失规律，可以定量解析和区分流域土壤侵蚀情况，从而能够对污染区域有效地进行主控和改善。

技术特征：

1.基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：

3.如权利要求1所述的基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：采集的样品经风干、剔除石块和草根、研磨、过筛、混合均匀后称取粒径小于2mm的土壤进行210pbex质量活度的测定，样品测试采用高纯锗伽马能谱仪测定，210pbex的比活度根据能量在46.5kev处谱峰面积算出，210pb与226ra的比活度之差即210pbex比活度，测定误差<8％。

4.如权利要求1所述的基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，其特征在于：所述步骤(3)包括：

5.如权利要求1所述的基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，其特征在于：所述步骤(4)包括：

技术总结
本发明属于农业面源污染技术领域，具体涉及一种基于210Pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，包括以下步骤：(1)采集<supgt;210</supgt;Pb<subgt;ex</subgt;环境放射性核素样品；(2)测定<supgt;210</supgt;Pb<subgt;ex</subgt;环境放射性核素样品的比活度；(3)根据步骤(2)的比活度建立<supgt;210</supgt;Pb<subgt;ex</subgt;含量对侵蚀速率变化的响应模型，计算<supgt;210</supgt;Pb<subgt;ex</subgt;土壤侵蚀速率；(4)根据步骤(3)的<supgt;210</supgt;Pb<subgt;ex</subgt;土壤侵蚀速率建立土壤有机碳、全氮、全磷单位面积流失速率的模型，计算土壤有机碳、全氮、全磷流失速率。本发明能够快速评估不同利用类型土地侵蚀状况及不同坡位土壤养分流失规律，可以定量解析和区分流域土壤侵蚀情况，从而能够对污染区域有效地进行主控和改善。

技术研发人员：黄智刚,王旭,李勇
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15