[發明專利]基于CSSI溯源與實時監測的流域入河泥沙來源負荷辨識方法

在審

• 申請號: 202210062425.X
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114460271A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 李勇;黃智剛;王旭
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01V15/00;G01N30/06;G01N30/88
• 代理公司: 南寧市科典知識產權代理事務所(普通合伙) 45135
• 代理人: 謝正星

本發明屬于農業面源污染技術領域，具體涉及一種基于CSSI溯源與實時監測的流域入河泥沙來源負荷辨識方法，包括以下步驟：S1.流域入河泥沙土地利用來源的CSSI溯源示蹤；S2.流域入河泥沙負荷的實時監測；S3.聯合應用CSSI泥沙溯源與實時監測技術，確定流域不同土地利用類型侵蝕土壤的入河泥沙負荷。本發明能簡單、全面、準確地定量解析入河泥沙來源負荷，為水生態治理提供科學依據，可有效防控輸入河湖庫的泥沙負荷。

技術領域

本發明屬于農業面源污染技術領域，具體涉及基于CSSI溯源與實時監測的流域入河泥沙來源負荷辨識方法。

背景技術

降雨徑流引起的土壤侵蝕是表層土壤及養分流失的主要驅動因子，導致土壤退化，威脅農業可持續發展，同時引起大量的泥沙及相關養分等進入河湖水體，造成水體和生態環境惡化。準確辨識泥沙的來源以及核算泥沙的入河負荷是有效防控泥沙入河入湖的前提。

目前，特定單體化合物穩定性同位素技術(compound-specific stable isotope，CSSI)可以確定不同土地利用類型入河泥沙的貢獻百分比,其原理利用不同植物產生相同的脂肪酸作為生物標志物標記土壤，通過分析不同植物的脂肪酸穩定性同位素(δ¹³C)值辨識流域出口輸出不同來源的泥沙貢獻比例(Gibbs,2008)，但不能計算泥沙的入河負荷；散落的環境放射性核素(fallout radionuclides，FRN)技術利用¹³⁷Cs、²¹⁰Pbex和⁷Be具有不同半衰期(30年、22年和53天)，確定不同土地利用類型的土壤侵蝕速率(Li et al.,2010)但不能辨識泥沙的來源；流域實時監測技術是一種通過監測降雨條件下流域出口徑流和泥沙輸出量來反映流域內部泥沙輸出實時情況的經典方法(Li et al.,2020)，但只能量化泥沙的入河負荷，不能辨識泥沙的來源。

目前，定量解析入河泥沙來源負荷的專利有FRN-CSSI聯合溯源示蹤解析法(于寒青等，2020)，該技術原理是利用FRN示蹤技術定量評價不同土地利用類型土壤侵蝕產沙速率，利用CSSI技術辨識不同土地利用來源的入河泥沙貢獻百分比,聯合應用FRN-CSSI，定量解析流域泥沙的土地利用來源及其輸入水系的負荷通量。但這一方法在技術原理、采樣時間、方法以及入河負荷的計算等方面存在如下問題：

(1)技術原理存在的問題：FRN包括¹³⁷Cs、²¹⁰Pb和⁷Be，分別用于測定過去50年、100年和數月的平均土壤侵蝕速率。CSSI測定是次降雨事件不同土地利用類型侵蝕泥沙入河的貢獻百分比，所以，¹³⁷Cs和²¹⁰Pb測定的長時間平均土壤侵蝕速率與CSSI確定的次降雨事件下的入河泥沙來源在時間上不匹配。盡管⁷Be可以測定次降雨事件侵蝕速率，但只局限于面蝕，不包括溝蝕過程。因此，于寒青等(2020)提出的聯合應用FRN與CSSI技術辨識流域不同土地利用類型對河湖泥沙的貢獻通量缺乏理論基礎。

(2)CSSI采樣存在的問題:采樣時間不明確；采樣土壤不一定發生侵蝕；流域出口低洼處采集的沉積泥沙樣品不會進入河湖水體。

(3)入河負荷存在的問題：入河負荷應該包括集水區所有的泥沙來源，但FRN估算的侵蝕只局限于面蝕和細溝間侵蝕，不包括溝蝕。

因此，FRN技術與CSSI示蹤技術得到的不同土地利用類型泥沙來源貢獻百分比聯用，確定入河泥沙來源負荷是不正確的。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種基于CSSI溯源與實時監測的流域入河泥沙來源負荷辨識方法，能簡單、全面、準確地定量解析入河泥沙來源負荷，為水生態治理提供科學依據。

本發明的技術方案為：

基于CSSI溯源與實時監測的流域入河泥沙來源負荷辨識方法，包括以下步驟：