[發明專利]基于多同位素聯合示蹤的流域氮磷污染物解析方法與系統

有效

• 申請號: 202210058022.8
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114384224B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 于寒青;劉文祥;陳曉光;陸朝陽;王洪雨;薛婷婷
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18;G01N33/24
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 鄧永紅

本發明公開了一種基于多同位素聯合示蹤的流域氮磷污染物解析方法與系統。所述方法包括：聯合環境放射性核素示蹤與單體化合物穩定性碳同位素示蹤辨析流域內表層和次表層及不同土地利用類型的土壤對泥沙沉積物的貢獻，并利用氮氧、磷氧同位素示蹤辨析水體氮磷污染物來源。本發明通過多同位素聯合示蹤的方法可實現對流域氮磷污染物中水沙兩相的準確來源識別和污染程度定量解析。

技術領域

本發明涉及流域面源污染治理的技術領域。

背景技術

流域面源污染主要是指流域內農田化肥、農藥有機物和土壤顆粒隨地表徑流進入河湖水體，以及生活垃圾、工農業廢水等隨意排放到附近的水體，進入水體之后的污染物形態發生改變，大量的滲透到土壤和空氣中，遠遠地超出環境的自凈能力，極易導致水資源富營養化加劇、土地生產潛力降低等現象，其會最終造成流域生態環境污染。

近年來，我國農業的快速發展和高產值大量依賴于農藥化肥，過量化肥、農藥的施用嚴重影響了生態環境安全，同時，城市生活污水和工業廢水的排放也造成了我國大部分地區地表水污染，出現河流、湖泊水體富營養化的現象。盡管流域面源污染問題越來越受到人們的關注，但是隨著人口密度增大和經濟逐步發展，部分地區的水生態環境問題依然難以解決，如大量氮磷污染物在地表徑流作用下進入水體，導致地表水中氮磷污染物濃度持續呈上升趨勢，特別是在降雨事件發生后，流域不同土地利用類型土壤發生地表徑流，土壤侵蝕產生的泥沙隨徑流轉移至水體，形成懸浮泥沙沉積物，泥沙沉積物中的氮磷污染物和水體可溶性的氮磷污染物也進入水體，造成流域水體污染；由生活污水、農業活動和工業廢水等的直接排放也加劇了流域水體污染。

在進行流域面源污染治理時，污染源區溯源是面源污染控制的重要組成部分，每個污染源區的輸出污染物對整個流域污染負荷具有不同比例的貢獻，為解決流域水環境污染問題，首先要明確流域污染物的來源，以準確識別出流域面源污染物的關鍵源區，提高面源污染控制效果。

傳統的流域面源污染來源和負荷估算主要是采用匯水區斷面監測和經驗公式，建立農業面源污染的評價模型，并對不同區域進行污染負荷的估算和分析的技術手段，或采用其他泥沙指紋技術(如地球化學元素、磁性等)和水體穩定性同位素技術。然而這些模型未考慮不同土地利用對流域水體和泥沙的面源污染貢獻，其他泥沙指紋技術也只能區分流域泥沙的不同母質或巖石類型來源，不能區分不同土地利用類型或植被類型的泥沙貢獻，結合水體穩定性同位素技術也難于定量解析流域不同土地利用類侵蝕產沙對水體面源污染的貢獻，對于復雜流域的面源污染問題，也均不能簡單快速識別污染來源。

如，現有專利文獻CN113158385A提供了一種農業面源污染關鍵源區識別方法及系統，其包括：利用InVEST模型的產水量子模型，根據水文網絡拓撲關系，確定流域產水量；根據所述流域產水量，確定所述目標區域內各流域的潛在氮磷徑流濃度；結合所述目標區域內各流域的潛在氮磷徑流濃度和氮磷入河負荷，確定所述目標區域內的面源污染關鍵源區。其將氮磷入河負荷和潛在氮磷徑流濃度相結合，以實現關鍵源區的識別。

但該方法具有以下缺陷：只能識別流域中子流域的農業面源污染關鍵源區，無法確定不同土地利用類型對流域面源污染的貢獻；未明確水體氮磷污染物濃度中的氮磷形態，也未考慮泥沙中的污染物；其模型估算的流域徑流量預測值或模擬值未與實測值進行驗證，無法直接反應流域水體實際狀況。

或如，現有專利文獻CN111912947A提供了一種確定流域農業面源污染負荷的監測方法及系統，其包括：確定流域農業面源污染監測斷面；根據所述流域農業面源污染監測斷面，確定流域污染物輸出總量；劃分流域農業面源污染監測時期；根據劃分后的流域農業面源污染監測時期，確定流域污染物基礎輸出量和村莊污染物輸出增量；根據所述流域污染物輸出總量、所述流域污染物基礎輸出量和所述村莊污染物輸出增量，確定流域農業面源污染物輸出量。該方法能評估農業面源污染負荷。