小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法技术方案

本发明专利技术涉及生态系统环保领域,尤其是小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其方法步骤为：(1)样地设置，(2)样品采集，(3)样品分析，(4)数据分析。本发明专利技术有益效果：通过生态系统能量转换、吸收、生物降解等得到转化、固定，进而得到净化，维护地方生态稳定，促进地方经济发展，继续开展重金属生态学过程研究。通过对集水区大气干、湿沉降的收集与取样，集水区不同土地利用类型不同层次的采集，分析集水区大气干、湿沉降重金属含量动态变化以及重金属年输入、输出量，比较集水区不同土地利用类型对重金属的截滤作用，揭示该集水区复合生态系统对重金属的储滤效应。

Method for heavy metal storage effect of small watershed complex ecosystem

The present invention relates to the field of environmental protection and ecological system, especially the method of heavy metal storage filter effect of small watershed ecosystem, the method comprises the following steps: (1) the sample set (2), (3) sample collection, sample analysis, data analysis (4). The present invention has the beneficial effects: the ecological system of energy conversion, absorption, biodegradation, and get into fixed, cleaning, maintenance of local ecological stability, promote local economic development, continue to carry out research on heavy metal ecological process. Through collecting and sampling of watershed atmospheric dry and wet deposition, different land use types at different levels of collection watershed, watershed analysis of atmospheric dry and wet deposition of heavy metals and heavy metals in the dynamic change of input and output, comparison of different watershed land use type filtering effect on the heavy metals, reveal effect of the compound ecological filter reservoir watershed the system of heavy metals.

【技术实现步骤摘要】
小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法
本专利技术涉及生态系统环保领域,尤其是小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法。
技术介绍
重金属污染物所造成污染的加剧，已成为人类所面临的重要环境问题之一。重金属污染物在环境中的含量、分布、存在形态、迁移转化、生物效应以及防治对策等方面都日益引起人们的关注。以某个生态系统为基础，研究重金属的生态学过程是近年来的研究热点之一。彻底了解一个系统由于外界环境中各种重金属的输入、内部迁移及转化和输出的生物地球化学过程的定性、定量变化规律，对于生态系统的承载力和持续健康发展是非常必要的。因此，本研究以长江上游低山丘陵区(五通桥区)中典型集水区为研究对象，通过对大气沉降的收集、取样，不同林分类型穿透水、树干径流和枯落物层的取样，不同土地利用类型不同土壤层次样品的采集以及区内水体的取样，集水区出口径流取样，分析了集水区大气干、湿沉降重金属含量动态变化以及重金属年输入、输出量，比较了集水区不同林分类型对重金属的截滤作用，初步计算出研究区重金属的储存量，揭示该集水区复合生态系统对重金属的储滤效应，不仅对区域生态环境的保护具有重要的现实意义，还能对深入开展四川省主要林农区面源污染控制和污染的生态修复试验示范研究提供科学依据和优化措施。近年来，随着重金属污染物的非生物降解性和污染持续性[1-3]所造成污染的加剧，已成为人类所面临的重要环境问题之一。众所周知，重金属能被动物和植物体吸收富集，再经由食物链传递进入人体，进而危害人类健康。所以，重金属污染物在环境中的含量、分布、存在形态、迁移转化、生物效应以及防治对策等方面已经成为人们关注的焦点[4,5]。就环境污染问题，国内外许多专家学者已经对大气、土壤、水体、植物中的重金属进行了多方面的研究。祁建华[6]和王章玮[7]等对重金属在大气颗粒物中的分布特征等进行了研究，发现重金属更容易分布在PM10颗粒物上。胡健[8]和李月梅[9]等的的研究发现，雨水中重金属含量明显高于地表水，降水中重金属含量季节变化明显，各种元素表现出冬春高，夏秋低的特点。Douay[10]和Bretze等[11]研究了土壤重金属的污染特征和空间分布特征；郑袁明等[12]研究发现北京市不同土地利用方式下的绿化土壤Pb的累积最明显，麦地Pb浓度最低，Pb的含量变化为：城区土壤>近郊区>远郊区；赵彦锋等[13]研究发现，郑州市土壤中Hg受土地利用方式影响明显；陈三雄和栾以玲[14,15]等研究了植物对土壤重金属的富集作用，Lepp[16]和Smith[17]研究了重金属对植物的毒理作用，方晰[18]和陈益泰等[19]的研究了重金属元素在植物体内转移能力。以某个生态系统为基础，研究重金属的生态学过程是近年来的研究热点之一[20.21]。彻底了解一个系统中各种重金属的输入、输出和在其内部的迁移转化的生物地球化学过程的定性、定量变化特征，对于整个生态系统的承载力以及持续的健康发展是非常必要的[23]。集水区(catchment)即为汇集水流的区域，其中山丘型集水区具有天然的分水岭，边界清楚，河流结构呈树枝状，产流和汇流以自然的流动为主，集水区一般只存在一个出口，流量和流向具有一定规律性[24]，这就使得以集水区为研究对象的重金属输入、输出量的统计更加方便，集水区成为复合生态系统重金属储滤效益研究的最佳区域。长江上游低山丘陵区地形地貌复杂，土地利用类型多样，植被结构破碎化，是典型的复合生态系统，存在重金属污染的风险，特别是As、Cd和Pb存在较高风险系数[17]。小型集水区复合生态系统是长江上游低山丘陵区一种重要的土地利用方式，开展集水区不同土地利用类型对重金属的储滤效应，研究复合生态系统重金属的分布特征和积累能力，分析其内在机理，以期为长江上游低山丘陵区重金属面源污染防治提供科学依据和优化措施。尽管在过去几十年中，有关重金属污染的问题受到了普遍的关注。国内外专家学者也对此开展了多方面的研究，但是，目前有关重金属在复合生态系统中的分布特征和迁移积累方面的研究还相当不足，主要表现在以下几个方面：我国对重金属的研究起步比较晚，对于重金属在农林复合生态系统的分布情况调查得较少，研究对象和范围有限，研究的区域多在大城市周边，已有的研究工作多集中于草本、农田作物、水库等，对特殊的类型和地带调查研究得不够，诸如林农复合集水区(五通桥区)；单一生态系统中重金属的积累和迁移研究较多，针对复合生态系统中重金属储滤效应的研究几乎为零，影响重金属在复合生态系统迁移、积累的主要因素是什么，它们之间存在什么关系，这些都还不确定。这主要是由于复合生态系统结构的复杂性，而且还受到重金属特性、大气沉降和土壤性质等多种因素的交互作用。因此，对于上述问题有必要提出小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，为维护地方生态稳定，促进地方经济发展。小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其方法步骤为：(1)样地设置，(2)样品采集，(3)样品分析，(4)数据分析；所述样地设置进一步的包括(1)在集水区无林空旷处设立固定取样点收集大气湿沉降，湿沉降采集器为自制的漏斗状聚乙烯塑料膜收集，下端开口处距地面20cm，并放置有塑料桶，塑料桶预先用稀硝酸浸泡72h以上，再用去离子水冲洗干净，以除去可能存在的金属离子，其中，大气干沉降收集点位于集水区内三家农户的屋顶，海拔高度为393m；(2)在集水区不同的土地利用类型中，选取坡度相近，地势较平坦的3块10m×10m的样地，对样地内所有乔木个体编号并采用每木检尺的方法进行调查，在每块样地内布设6个1m×1m小样方为草本样方，调查并记录植物的种类、个体数、高度及盖度；在每块样地内分别挖取土壤剖面，在剖面上按照0-10cm，10-40cm，>40cm三段用环刀分别取样，土壤样品用样品袋封存，带回实验室后测定土壤容重、土壤总孔隙度、最大持水量及pH；(3)在每个样地内布设3个开口面积为2m×0.20mPVC管道收集穿透水；按径级选择2-3株树作为目标树来测定树干茎流，每株用透明硬塑料片围绕紧贴树干做成漏斗形状，用沥青粘牢漏斗下端，再在漏斗下端接直径1.0cm聚乙烯塑料管，基部放置集水器以收集树干茎流，在样地内用挡板围成面积4m2(2m×2m)的地表径流纵向收集区，隔断内外地表径流，在收集区最底端设置集水器，降雨后次日收集地表径流水样。(4)在每块样地上段，中段，下段各选取1块小样地，将50cm×50cm的枯落物整体移开，挖深50cm的坑，放置集水器，集水器上设一大漏斗以完全收集枯透水，将枯落物移回原处，并用挡板隔离地表径流，于降雨次日收集枯透水样品。优选地，所述样品采集包括大气干湿沉降样品收集、水样采集、植物样品采集、土壤采集和枯落物采集。优选地，所述大气干湿沉降样品：收集用雨量筒测定每次降雨收集到的雨水体积，随后将1000mL左右雨水装入预先清洗过的密闭塑料瓶中，带回实验室测定pH值，如不能及时测定重金属，剩余样品放入4℃的冰柜中保存；收集大气干沉降采用集尘缸，集尘缸事先用蒸馏水多次冲洗，在次月的第一天收集上月降尘，将收集到的集尘缸中的全本文档来自技高网...

【技术保护点】
小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其特征在于：其方法步骤为：(1)样地设置，(2)样品采集，(3)样品分析，(4)数据分析；所述样地设置进一步的包括(1)在集水区无林空旷处设立固定取样点收集大气湿沉降，湿沉降采集器为自制的漏斗状聚乙烯塑料膜收集，下端开口处距地面20cm，并放置有塑料桶，塑料桶预先用稀硝酸浸泡72h以上，再用去离子水冲洗干净，以除去可能存在的金属离子，其中，大气干沉降收集点位于集水区内三家农户的屋顶，海拔高度为393m；(2)在集水区不同的土地利用类型中，选取坡度相近，地势较平坦的3块10m×10m的样地，对样地内所有乔木个体编号并采用每木检尺的方法进行调查，在每块样地内布设6个1m×1m小样方为草本样方，调查并记录植物的种类、个体数、高度及盖度；在每块样地内分别挖取土壤剖面，在剖面上按照0‑10cm，10‑40cm，>40cm三段用环刀分别取样，土壤样品用样品袋封存，带回实验室后测定土壤容重、土壤总孔隙度、最大持水量及pH；(3)在每个样地内布设3个开口面积为2m×0.20m PVC管道收集穿透水；按径级选择2‑3株树作为目标树来测定树干茎流，每株用透明硬塑料片围绕紧贴树干做成漏斗形状，用沥青粘牢漏斗下端，再在漏斗下端接直径1.0cm聚乙烯塑料管，基部放置集水器以收集树干茎流，在样地内用挡板围成面积4m...

【技术特征摘要】
1.小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其特征在于：其方法步骤为：(1)样地设置，(2)样品采集，(3)样品分析，(4)数据分析；所述样地设置进一步的包括(1)在集水区无林空旷处设立固定取样点收集大气湿沉降，湿沉降采集器为自制的漏斗状聚乙烯塑料膜收集，下端开口处距地面20cm，并放置有塑料桶，塑料桶预先用稀硝酸浸泡72h以上，再用去离子水冲洗干净，以除去可能存在的金属离子，其中，大气干沉降收集点位于集水区内三家农户的屋顶，海拔高度为393m；(2)在集水区不同的土地利用类型中，选取坡度相近，地势较平坦的3块10m×10m的样地，对样地内所有乔木个体编号并采用每木检尺的方法进行调查，在每块样地内布设6个1m×1m小样方为草本样方，调查并记录植物的种类、个体数、高度及盖度；在每块样地内分别挖取土壤剖面，在剖面上按照0-10cm，10-40cm，>40cm三段用环刀分别取样，土壤样品用样品袋封存，带回实验室后测定土壤容重、土壤总孔隙度、最大持水量及pH；(3)在每个样地内布设3个开口面积为2m×0.20mPVC管道收集穿透水；按径级选择2-3株树作为目标树来测定树干茎流，每株用透明硬塑料片围绕紧贴树干做成漏斗形状，用沥青粘牢漏斗下端，再在漏斗下端接直径1.0cm聚乙烯塑料管，基部放置集水器以收集树干茎流，在样地内用挡板围成面积4m2(2m×2m)的地表径流纵向收集区，隔断内外地表径流，在收集区最底端设置集水器，降雨后次日收集地表径流水样。(4)在每块样地上段，中段，下段各选取1块小样地，将50cm×50cm的枯落物整体移开，挖深50cm的坑，放置集水器，集水器上设一大漏斗以完全收集枯透水，将枯落物移回原处，并用挡板隔离地表径流，于降雨次日收集枯透水样品。2.根据权利要求1所述的小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其特征在于：所述样品采集包括大气干湿沉降样品收集、水样采集、植物样品采集、土壤采集和枯落物采集。3.根据权利要求2所述的小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其特征在于：所述大气干湿沉降样品：收集用雨量筒测定每次降雨收集到的雨水体积，随后将1000mL左右雨水装入预先清洗过的密闭塑料瓶中，带回实验室测定pH值，如不能及时测定重金属，剩余样品放入4℃的冰柜中保存；收集大气干沉降采用集尘缸，集尘缸事先用蒸馏水多次冲洗，在次月的第一天收集上月降尘，将收集到的集尘缸中的全部样品及其冲洗液混合装入预先清洗过的塑料瓶中，带回实验室浓缩定容至50ml标记备用。4.根据权利要求2所述的小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其特征在于：所述水样采集将收集的穿透水、树干径流水样测定体积后，选用干净的塑料瓶装1000mL带回实验室测定；在降雨次日收集枯透水和地表径流水样样品，收集的所有水样如不能及时测定，需放入4℃的冰柜中保存，出口径流每天收集一次，在每次下雨后，一个小时收集一次出口径流，直到雨停2h，将每月晴天采集的水样混合测重金属含量，下雨时的水样单独测定重金属含量。5.根据权利要求2所述的小型集水区复合生态系统对重金属储滤效应的方法，其特征在于：所述植物样品采集包括木本植物采集和草本植物采集，所述木本植物采集在集水区内对每种木本植物选3株平均木进行采样，根样品采集直径为5mm以下的根，树干样品在树木胸高处用生长锥采集，枝条和叶子分树冠上、中、下采集并混合，先用自来水将样品清洗干净，再用去离子水冲洗样品，然后将样品放入烘箱中105℃杀青30min，并于80℃烘干至恒重，用木棒磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，张丹桔，吴福忠，杨万勤，陈良华，高顺，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：四川,51