【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，属于环境监测。
技术介绍
1、土壤侵蚀是指在水力、风力、冻融或重力等外营力作用下，土壤及其母质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程[1]。首先，土壤侵蚀对农业系统的直接影响主要表现在坡面尺度上导致土壤质量下降和农作物产量的减少。土壤提供了植物生长所需的养分和水分。然而，土壤侵蚀会导致土壤中的有机质和养分流失，从而降低了土壤的肥力；此外，土壤侵蚀还会破坏土壤的结构，使土壤变得松散，不利于作物的根系生长和固定，从而导致农作物产量减少。其次，土壤侵蚀对农业系统的间接影响主要表现在流域尺度上对水体污染、河道淤积和生态环境的破坏。土壤侵蚀使得土壤中的农药、化肥等农业投入品随着地表径流进入水体，造成水资源的污染。这不仅对人类的健康构成威胁，也对水生生物造成了生态破坏。此外，土壤侵蚀导致的水土流失，会形成河道淤积和水库淤泥，降低蓄水能力，增加洪涝和干旱的风险。同时，土壤侵蚀还会破坏农业生态系统的平衡，减少土壤中的有机物质含量，影响土壤微生物的生存和繁殖，从而进一步加剧土壤侵蚀。因此，准确识别农业系统坡面和流域多尺度土壤侵蚀易发生的区域或点位(侵蚀热点)，对水土保持重点区域划分以及对应的水土保持措施的实施十分必要，也对农业水土管理者的决策具有重要的指导意义。
2、传统的评价土壤侵蚀及侵蚀热点识别的方法，如径流小区法、遥感监测等存在一些缺点。径流小区是对坡地水土流失规律和小流域水土流失规律进行定量研究的一种测验设施，常见的技术问题包括：径流小区规格不一，选址及布设代表性不
3、环境放射性核素(fallout radionuclides，frns)如137cs、210pbex和7be等，已越来越多地用作获取农业景观中不同时间尺度土壤侵蚀和沉积物空间再分配的定量信息的手段[4]，成为土壤侵蚀监测新的技术手段。frns通过干湿沉降输送到地表时会被表面土壤或小沉积物颗粒迅速固定，并且不与其发生任何化学反应，随后在景观内的再分配主要通过物理过程发生，是一种非常有效的土壤和沉积物再分配的示踪剂，可用于识别坡面乃至流域尺度的土壤侵蚀热点。frns方法不改变原地貌，也不需要固定的野外观测设施的条件，能对土壤侵蚀进行空间分布的定量表达，成本小，劳动强度低，分析和量化精度。单体化合物稳定性同位素(cssi)是利用土壤脂肪酸(fas)生物标志物的δ13c稳定同位素特征来进行基于土地利用的沉积物源解析的一种新方法[5]，可以用于流域尺度泥沙来源热点识别。cssi和frns联合示踪方法的新应用可以提供一个重要的新方法来量化沉积物来源和相关的总氮和总磷负荷。研究结果可以更好地区分来自表层土壤和深层土壤的沉积物，以及在流域尺度上从不同来源输出的沉积物中n和p污染物的来源和负荷的定量信息。并将使土地管理决策者能够评估和改进土地管理实践，以减少该地区水道的污染。
4、专利cn116804638a公开一种基于210pbex核素示踪技术定量评估流域土壤侵蚀的方法，能够快速评估不同利用类型土地侵蚀状况及不同坡位土壤养分流失规律，可以定量解析和区分流域土壤侵蚀情况，从而能够对污染区域有效地进行主控和改善。但是该方法存在以下技术问题：
5、(1)210pbex可提供长期时间尺度(100年)上的土壤再分配率的回顾性评估，但无法评估短时间尺度上的土壤侵蚀情况；
6、(2)此专利只针对坡面土地利用类型土壤侵蚀速率的评估，未能考虑到流域尺度。
7、专利cn117648793a公开了一种基于rusle模型的流域土壤侵蚀分析系统，涵盖了从数据获取、处理到分析评估的全过程，通过结合rusle模型，能够更加精确地计算和评估目标流域的土壤侵蚀强度级别和强度，且不仅关注土壤侵蚀的时空分布，还结合了多种影响因子进行细致的分析，使得评估更为全面。但是该方法存在以下技术问题：
8、(1)数据获取要求高，需要流域历年多源原始数据，数据处理工作量大，人力成本高；
9、(2)该技术的rusle模型包含多个水土流失因子，提取各个因子时均可能存在误差，导致分析结果误差较大，影响精度；
10、(3)该模型适用于流域土壤侵蚀分析，但对于坡面土壤侵蚀再分布的分析应用有很大不确定性，无法精准识别坡度尺度上的土壤侵蚀热点。
11、专利cn201740777u公开了一种坡面土壤侵蚀快速测定系统，获取数据多，效率高，试验周期大幅减少，数据处理速度快，分析精度较高，能迅速测量土壤侵蚀环境和因子特性的三维模型数据，实现高精度，实时，动态监测土壤的侵蚀过程。但是该方法存在以下技术问题：
12、(1)该技术需要配备的设备较多，在流域尺度布置仪器设备成本高，也存在困难，因此不适用于流域尺度；
13、该技术也不适用于农业系统坡面土壤侵蚀快速测定，由于农田地表有作物覆盖，三维激光扫描难以获取微地形变化数据，导致三维建模无法用于估算土壤侵蚀。
技术实现思路
1、本专利技术针对典型农业系统坡面-流域多尺度侵蚀热点辨识，利用环境放射性核素(frns)示踪技术和单体化合物稳定性同位素(cssi)泥沙指纹技术定量评价坡面空间土壤再分布和定量解析流域泥沙来源与负荷，识别典型农业系统多尺度侵蚀热点区。基于放射性核素(长半衰期137cs、210pbex，短半衰期7be)示踪原理，确定坡面短、中、长期土壤侵蚀再分布速率，明确典型农业系统坡面土壤侵蚀热点区。同时利用环境放射性核素(frns)与单体化合物稳定性碳同位素(cssi)联合示踪技术定量流域不同土地利用类型泥沙来源与负荷，辨识流域侵蚀泥沙来源热点，最终实现典型农业系统坡面-流域尺度侵蚀热点的精准识别。
2、本专利技术提供的典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，利用环境放射性核素(frns)与单体化合物稳定性碳同位素(cssi)联合示踪技术定量识别坡面及流域多尺度侵蚀热点，通过对不同尺度上样品的frns活度和cssi值分析，定量评价坡面空间土壤再分布速率和定量解析流域泥沙来源与负荷，进而识别典型农业系统多尺度的侵蚀热点。
3、具体包括以下步骤：
4、(1)典型农业系统的选择
5、在选择农业系统时需要从地区特点、土地利用类型及其典型性三个方面进行深入分析与评估。首先根据资料分析与现场调查，明确农业系统所在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，其特征在于：针对典型农业系统坡面-流域多尺度侵蚀热点辨识，利用环境放射性核素FRNs示踪技术和单体化合物稳定性同位素CSSI泥沙指纹技术定量评价坡面空间土壤再分布和定量解析流域泥沙来源与负荷，识别典型农业系统多尺度侵蚀热点区；
2.根据权利要求1所述的典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，其特征在于，步骤(2)多尺度样品采集中，如若源区土地利用类型发生重大变化，则重新采集样品建立源区指纹数据库。
4.根据权利要求2所述的典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，其特征在于，步骤(2)多尺度样品采集中，在用7Be进行热点识别时，基于次降雨事件或短期连续强降雨事件后进行样品采集。
【技术特征摘要】
1.典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，其特征在于：针对典型农业系统坡面-流域多尺度侵蚀热点辨识，利用环境放射性核素frns示踪技术和单体化合物稳定性同位素cssi泥沙指纹技术定量评价坡面空间土壤再分布和定量解析流域泥沙来源与负荷，识别典型农业系统多尺度侵蚀热点区；
2.根据权利要求1所述的典型农业系统多尺度土壤侵蚀热点识别的环境同位素方法，其特征在于，具体包括以下步骤：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：于寒青，刘文祥，陈晓焱，王洪雨，卢阳，王燕飞，曾新元，石劲松，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：
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