[发明专利]基于多同位素联合示踪的流域氮磷污染物解析方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于多同位素联合示踪的流域氮磷污染物解析方法与系统。所述方法包括：联合环境放射性核素示踪与单体化合物稳定性碳同位素示踪辨析流域内表层和次表层及不同土地利用类型的土壤对泥沙沉积物的贡献，并利用氮氧、磷氧同位素示踪辨析水体氮磷污染物来源。本发明通过多同位素联合示踪的方法可实现对流域氮磷污染物中水沙两相的准确来源识别和污染程度定量解析。

技术领域

本发明涉及流域面源污染治理的技术领域。

背景技术

流域面源污染主要是指流域内农田化肥、农药有机物和土壤颗粒随地表径流进入河湖水体，以及生活垃圾、工农业废水等随意排放到附近的水体，进入水体之后的污染物形态发生改变，大量的渗透到土壤和空气中，远远地超出环境的自净能力，极易导致水资源富营养化加剧、土地生产潜力降低等现象，其会最终造成流域生态环境污染。

近年来，我国农业的快速发展和高产值大量依赖于农药化肥，过量化肥、农药的施用严重影响了生态环境安全，同时，城市生活污水和工业废水的排放也造成了我国大部分地区地表水污染，出现河流、湖泊水体富营养化的现象。尽管流域面源污染问题越来越受到人们的关注，但是随着人口密度增大和经济逐步发展，部分地区的水生态环境问题依然难以解决，如大量氮磷污染物在地表径流作用下进入水体，导致地表水中氮磷污染物浓度持续呈上升趋势，特别是在降雨事件发生后，流域不同土地利用类型土壤发生地表径流，土壤侵蚀产生的泥沙随径流转移至水体，形成悬浮泥沙沉积物，泥沙沉积物中的氮磷污染物和水体可溶性的氮磷污染物也进入水体，造成流域水体污染；由生活污水、农业活动和工业废水等的直接排放也加剧了流域水体污染。

在进行流域面源污染治理时，污染源区溯源是面源污染控制的重要组成部分，每个污染源区的输出污染物对整个流域污染负荷具有不同比例的贡献，为解决流域水环境污染问题，首先要明确流域污染物的来源，以准确识别出流域面源污染物的关键源区，提高面源污染控制效果。

传统的流域面源污染来源和负荷估算主要是采用汇水区断面监测和经验公式，建立农业面源污染的评价模型，并对不同区域进行污染负荷的估算和分析的技术手段，或采用其他泥沙指纹技术(如地球化学元素、磁性等)和水体稳定性同位素技术。然而这些模型未考虑不同土地利用对流域水体和泥沙的面源污染贡献，其他泥沙指纹技术也只能区分流域泥沙的不同母质或岩石类型来源，不能区分不同土地利用类型或植被类型的泥沙贡献，结合水体稳定性同位素技术也难于定量解析流域不同土地利用类侵蚀产沙对水体面源污染的贡献，对于复杂流域的面源污染问题，也均不能简单快速识别污染来源。

如，现有专利文献CN113158385A提供了一种农业面源污染关键源区识别方法及系统，其包括：利用InVEST模型的产水量子模型，根据水文网络拓扑关系，确定流域产水量；根据所述流域产水量，确定所述目标区域内各流域的潜在氮磷径流浓度；结合所述目标区域内各流域的潜在氮磷径流浓度和氮磷入河负荷，确定所述目标区域内的面源污染关键源区。其将氮磷入河负荷和潜在氮磷径流浓度相结合，以实现关键源区的识别。

但该方法具有以下缺陷：只能识别流域中子流域的农业面源污染关键源区，无法确定不同土地利用类型对流域面源污染的贡献；未明确水体氮磷污染物浓度中的氮磷形态，也未考虑泥沙中的污染物；其模型估算的流域径流量预测值或模拟值未与实测值进行验证，无法直接反应流域水体实际状况。

或如，现有专利文献CN111912947A提供了一种确定流域农业面源污染负荷的监测方法及系统，其包括：确定流域农业面源污染监测断面；根据所述流域农业面源污染监测断面，确定流域污染物输出总量；划分流域农业面源污染监测时期；根据划分后的流域农业面源污染监测时期，确定流域污染物基础输出量和村庄污染物输出增量；根据所述流域污染物输出总量、所述流域污染物基础输出量和所述村庄污染物输出增量，确定流域农业面源污染物输出量。该方法能评估农业面源污染负荷。