一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法技术

本发明专利技术提供一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，基于自然界的镉由8种同位素组成，且每种镉同位素在自然界中的丰度都是恒定不变的原则，采用含有8种镉同位素的任何一种高纯度的镉同位素物质对待检测土壤进行标记，在标记后的待监测土壤上种植植物，以获取四个样本，测定出来标记镉同位素和用于标记物质中所不含镉同位素的量，可量化盆钵土壤镉的输入量和输入量，用于长期监测土壤镉外来镉污染的程度和镉输入与输出平衡和消长规律；利用标记土壤上种植作物的标记镉同位素的丰度变化还可比较准确地反映外源输入的镉对作物农产品镉污染的实际贡献大小，以监控待监测土壤中镉污染输入输出平衡关系以及外来镉污染对作物农产品镉污染的实际贡献率。

Method for monitoring farmland input and output balance of cadmium

The present invention provides a method for monitoring farmland cadmium input and output balance, the nature of the CD by 8 based on isotopic composition, and abundance of each kind of cadmium isotopes in nature are constant in principle, the CD contains 8 kinds of isotopes of any kind of high purity cadmium isotope to detect soil material mark, planting in the monitoring soil after the mark, in order to obtain four samples, determination of cadmium isotope marked and used for marking substance in the cadmium isotope amount can be input and input quantity in pots of soil cadmium, for long-term monitoring of soil cadmium and cadmium cadmium pollution degree of external input with the output balance and dynamics; the cadmium isotope abundance variation marker crops on soil markers can also accurately reflect the exogenous input of cadmium on cadmium pollution of crops of agricultural products. In order to monitor the balance of input and output of cadmium pollution in soil under monitoring and the actual contribution rate of cadmium pollution to crop agricultural products.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土壤环境监测
，更具体地，涉及一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法。
技术介绍
土壤重金属污染已成为影响农产品质量安全的严重环境问题，其中镉污染问题首当其冲，全国受污染面积达到1.33万hm2以上。以镉为代表的重金属污染治理已受到农业部、科技部乃至中共中央的高于重视，研究制定切实可行的镉污染治理方案刻不容缓。土壤镉污染治理的关键是控制和减少源头污染。目前镉污染的治理基础研究面临的最大困境是：虽然已基本了解土壤镉污染的各种来源，如土壤母质、污水灌溉、干湿沉降、化学品输入等，但难以区分每种镉污染对耕地镉污染的贡献大小，因此也无法制定出针对性很强的技术措施。因此探明土壤镉污染的来源、量化不同来源耕地镉污染的贡献大小是制定镉污染治理方案的基础前提和关键。目前，针对外来镉污染来源的调查研究主要是通过以下步骤和方法进行：土壤调查，确定某区域土壤受污染的程度→初步确定可能的主要污染源→围绕污染源进行布点取样→以土壤全镉含量及其变化作为污染指标→大致判断某地镉污染的成因，或判断某研究调查区域某种外来污染源的贡献大小。如王芸等在期刊“中国环境监测”2007年10月第23卷第5期第71-74页发表的论文所述，在监测污水灌溉对农田镉污染的影响研究时，就是采用的布点调查监测土壤全镉的方法。又如谢运河等在评价磷肥对稻田和其上种植的水稻镉污染进行评价时，也是采用监测试验小区水稻和土壤全镉含量的变化来说明磷肥对耕地镉污染的影响情况(作物研究，2014年第28卷第8期，第871-875页)。以上这些监测方法，虽然为全国耕地镉污染的来源及污染状况调查提供了大量的有参考价值的数据，但是存在如下缺陷和不足之处：(1)耕地土壤在有外来镉污染输入时，同时也有镉的输出，通过检测土壤或种植作物的全镉含量只能反映出土壤镉含量增加或减少的数值，不能反映出土壤镉含量的输入与输出的动态变化。(2)、用植物全镉含量作为土壤镉污染严重程度的指标存在一定的不足，如植物的镉含量容易受土壤理化性质等环境因素、植物种类和品种等因素的影响，不能准确反映土壤镉污染实际情况；(3)在监测某种单一污染源，如前述污水灌溉和磷肥等对耕地镉含量变化的影响时，无法排除其他因素对耕地镉输入或输出的影响，无法准确地监测和评价某种污染源对耕地镉污染的贡献大小。
技术实现思路
本专利技术提供一种可准确反映土壤镉污染实际情况、及土壤镉含量的输入与输出的动态变化过程的用于监测耕地镉输入输出平衡的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，其特征在于，其包括以下步骤:S1.用含镉同位素的物质对待监测耕地土壤进行标记，并获取初始对照土壤样品，所述物质中含有七种不同的镉同位素；S2.将标记后的土壤分装至培养钵中，并将其置于待监测耕地中，在一个监测周期内，留存第一茬作物的茎叶及监测周期内最后一茬作物，留存培养钵内残存物；S3.基于自然界中每一种镉同位素的丰度恒定的原则，以获取待监测土壤外源镉的净输入量和土壤中原有镉的输出量；并获取植物检测样品中来自自然镉与来自标记镉同位素的含量及其比值。在上述方案基础上优选，所述步骤S2包括将S1中得到的标记后的待监测耕地土壤定量分装至培养钵中，加水浸透土壤至少2个月。在上述方案基础上优选，所述物质中包含用于标记的第一镉同位素，且所述第一镉同位素在该物质中的丰度已知。在上述方案基础上优选，所述步骤S2包括将收获最后一茬作物后的培养钵置于室内，待培养钵内土壤中无水分外流时，取培养钵内全部残存物，以获取周期末土壤监测样品。在上述方案基础上优选，所述步骤S3包括以下步骤：基于初始对照土壤样品、初始对照植物样品、周期末监测植物样品、周期末土壤监测样品，分别获取上述四个样本中每个样本的总重量、每个样本中第一镉同位素的含量、和每个样本中第二镉同位素的含量，且所述第二镉同位素不包含在所述物质中的七种镉同位素的之中；其中，所述初始对照植物样品为所述第一茬作物的茎叶，所述周期末监测植物样品为监测周期内最后一茬作物。在上述方案基础上优选，所述步骤S3中待监测土壤外源镉的净输入量计算方法包括以下步骤：定义：初始对照土壤样品表示为CKS，初始对照植物样品表示为CKP，周期末土壤检测样品表示为MNS，周期末植物监测样品表示为MNP，i表示第二镉同位素的自然丰度；则，土壤外源镉的净输入量＝MNS自然镉的量-CKS自然镉的量；其中，MNS自然镉的量＝MNS中第二镉同位素含量÷i×MNS重量；CKS自然镉的量＝CKS中第二镉同位素含量÷i×CKS重量。在上述方案基础上优选，所述步骤S3中样品土壤中原有镉的输出量计算方法包括以下步骤：样品中第一镉同位素的总量＝总第一镉同位素的总量-自然镉中的第一镉同位素的总量；样品中自然镉的总量＝第二镉同位素的总量÷i；样品中自然镉中第一镉同位素的总量＝自然的中第二镉同位素的总量÷i×j；样品全镉量＝自然镉的总量+第一镉同位素的重量÷第一镉同位素在用于标记的物质中的百分含量；土壤原有镉的输出量＝(CKS中第一镉同位素的含量×CKS重量-MNS中第一镉同位素的含量×MNS的重量)×CKS中全镉的含量÷CKS中第一镉同位素的量；其中，j表示第一镉同位素的自然丰度。在上述方案基础上优选，所述步骤S3中计算植物样品中来自自然镉与来自标记第一镉同位素的比值方法为：植物样本中标记第一镉同位素的百分比＝样本中用于标记的第一镉同位素的含量÷样本中全部镉同位素的含量*100％。本申请提出一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，基于自然界的镉由8种同位素组成，分别是Cd-106、Cd-108、Cd-110、Cd-111、Cd-112、Cd-113、Cd-114、Cd-116，每种同位素的丰度(百分占比)是恒定不变的，分别依次为1.22％、0.88％、12.39％、12.75％、24.07％、12.26％、28.86％、7.58％，且每种镉同位素在土壤植物生态系统的行为是没有差别的特性。采用含有七种镉同位素的物质对待检测土壤进行标记，由于该物质中的其中一种用于标记镉同位素丰度远高于自然界中该镉同位素的丰度，从而使得标记过的土壤中标记镉同位素的丰度高于未标记土壤中自然镉的丰度数倍。土壤中加入标记同位素后，8种同位素的含量和比例与天然镉中的同位素含量和比例是不同的，且各种同位素的丰度和含量可利用“多接受等离子体质谱仪法(MC-ICP-MS)”的方法测定出来并作为初始对比参照。在经过多年的开放或半封闭式栽培过程中，外源镉的污染必将导致标记土壤以及栽培作物内标记同位素丰度的下降，而土壤镉的输出必将导致盆钵内来自标记同位素总量的减少。基于这个原理，同位素标记法可准确量化在一段时间内盆钵土壤镉的输入量和输入量；同时利用标记土壤上种植作物的标记镉同位素的丰度变化还可比较准确地反映外源输入的镉对作物农产品镉污染的实际贡献大小。并藉由上述的方法，以用于长期监测土壤镉外来镉污染的程度和镉输入与输出平衡和消长规律；同时监控待监测土壤中镉污染输入输出平衡关系以及外来镉污染对作物农产品镉污染的实际贡献率的指标体系。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术提供一种用于监测耕地镉输入输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，其特征在于，其包括以下步骤:S1.用含镉同位素的物质对待监测耕地土壤进行标记，并获取初始对照土壤样品，所述物质中含有七种不同的镉同位素；S2.将标记后的土壤分装至培养钵中，并将其置于待监测耕地中，在一个监测周期内，留存第一茬作物的茎叶及监测周期内最后一茬作物，留存培养钵内残存物；S3.基于自然界中每一种镉同位素的丰度恒定的原则，以获取待监测土壤外源镉的净输入量和土壤中原有镉的输出量；并获取植物检测样品中来自自然镉与来自标记镉同位素的含量及其比值。

【技术特征摘要】
1.一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，其特征在于，其包括以下步骤:S1.用含镉同位素的物质对待监测耕地土壤进行标记，并获取初始对照土壤样品，所述物质中含有七种不同的镉同位素；S2.将标记后的土壤分装至培养钵中，并将其置于待监测耕地中，在一个监测周期内，留存第一茬作物的茎叶及监测周期内最后一茬作物，留存培养钵内残存物；S3.基于自然界中每一种镉同位素的丰度恒定的原则，以获取待监测土壤外源镉的净输入量和土壤中原有镉的输出量；并获取植物检测样品中来自自然镉与来自标记镉同位素的含量及其比值。2.如权利要求1所述的一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，其特征在于，所述步骤S2包括将S1中得到的标记后的待监测耕地土壤定量分装至培养钵中，加水浸透土壤至少2个月。3.如权利要求1所述的一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，其特征在于，所述物质中包含用于标记的第一镉同位素，且所述第一镉同位素在该物质中的丰度已知。4.如权利要求3所述的一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，其特征在于，所述步骤S2包括将收获最后一茬作物后的培养钵置于室内，待培养钵内土壤中无水分外流时，取培养钵内全部残存物，以获取周期末土壤监测样品。5.如权利要求4所述的一种用于监测耕地镉输入输出平衡的方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：基于初始对照土壤样品、初始对照植物样品、周期末监测植物样品、周期末土壤监测样品，分别获取上述四个样本中每个样本的总重量、每个样本中第一镉同位素的含量、和每个样本中第二镉同位素的含量，且所述第二镉同位素不包含在所述物质中的七种镉同位素的之中；其中，所述初始对照植物样品为所述第一茬作...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟正，刘璐，杨斌，詹庆才，陈静萍，
申请(专利权)人：湖南省农业生物技术研究中心，
类型：发明
国别省市：湖南;43