本發(fā)明涉及土壤金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和污染治理，具體是涉及rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法。

背景技術(shù)：

1、土壤動(dòng)物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要組成部分，在土壤發(fā)生、土壤團(tuán)聚、土壤肥力與養(yǎng)分循環(huán)、土壤呼吸、地上-地下互作、調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著重要作用。以往研究表明，土壤動(dòng)物群落與土壤物理結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分循環(huán)及微生物多樣性等聯(lián)系緊密，是土壤健康的良好指示物種。土壤動(dòng)物群落對(duì)外源化學(xué)物質(zhì)高度敏感，常被用做外源污染物對(duì)土壤健康影響的指示生物。

2、稀土元素rees通過受污染的水體和土壤，被水生和陸生植物等生產(chǎn)者吸收累積，并通過捕食關(guān)系及動(dòng)植物殘?bào)w分解等在食物鏈/網(wǎng)中傳遞。目前關(guān)于稀土元素rees在食物網(wǎng)中傳遞特征的研究主要集中于湖泊、河口、海洋等水生生態(tài)系統(tǒng)，而關(guān)于陸生生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)土壤動(dòng)物及相關(guān)食物網(wǎng)的研究較少。

3、土居動(dòng)物因其受體敏感性，常被用做外源污染物對(duì)土壤健康影響的指示生物。因此，為了土壤健康發(fā)展與農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，亟需開展稀土元素rees在土居動(dòng)物體內(nèi)的生物累積及其在相關(guān)食物網(wǎng)中的傳遞風(fēng)險(xiǎn)研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提供了rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法，包括以下步驟：

4、s1、樣品采集：采集礦區(qū)內(nèi)土壤樣品和植物樣品，并在所述土壤樣品中提取出大型土壤動(dòng)物樣品和中小型土壤動(dòng)物樣品；

5、s2、樣品檢測(cè)：測(cè)定步驟s1中所采集到的各個(gè)樣品中rees濃度值及碳氮穩(wěn)定同位素含量；

6、s3、數(shù)據(jù)分析：利用后太古宙澳大利亞頁(yè)巖中rees含量值對(duì)步驟s2中所測(cè)得的各個(gè)樣品中rees的濃度值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到各個(gè)樣品中的rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值，以采樣點(diǎn)為單位，對(duì)所述各個(gè)樣品中的rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行分餾特征判斷得到各樣品中的rees富集模式和典型rees元素異常值，基于步驟s2所測(cè)得的各個(gè)樣品的碳氮穩(wěn)定同位素含量，對(duì)礦區(qū)周邊土壤中各生物所處的營(yíng)養(yǎng)級(jí)tl進(jìn)行劃分；

7、s4、rees在食物網(wǎng)中的傳遞規(guī)律分析：建立動(dòng)植物樣品中rees濃度的對(duì)數(shù)值與該樣品所處的營(yíng)養(yǎng)級(jí)tl間的線性關(guān)系，評(píng)估rees在土壤食物網(wǎng)中的營(yíng)養(yǎng)放大因子tmfs，如下式所示：

8、log10[稀土元素]＝a+b×tl

9、tmfs＝10b

10、式中，log10[rees]為動(dòng)植物樣品中rees濃度的對(duì)數(shù)值，單位為mg/kg干重；a為動(dòng)植物樣品中rees濃度對(duì)數(shù)值與營(yíng)養(yǎng)級(jí)tl之間線性關(guān)系的截距；b為動(dòng)植物樣品中rees濃度對(duì)數(shù)值與營(yíng)養(yǎng)級(jí)tl之間線性關(guān)系的斜率；

11、進(jìn)一步對(duì)rees在土壤食物網(wǎng)中的營(yíng)養(yǎng)放大因子tmfs與其原子序數(shù)間的線性相關(guān)性進(jìn)行分析，得出稀土元素rees的營(yíng)養(yǎng)放大因子tmfs與其分餾特征間的正相關(guān)性；

12、根據(jù)rees由較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物向較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物傳遞時(shí)的營(yíng)養(yǎng)放大因子tmfs值判斷rees沿土壤食物網(wǎng)傳遞時(shí)的生物效應(yīng)，當(dāng)tmfs大于1，則表明rees沿土壤食物網(wǎng)傳遞時(shí)具有生物放大效應(yīng)，當(dāng)tmfs小于1，則表明rees沿土壤食物網(wǎng)傳遞時(shí)具有生物稀釋效應(yīng)。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s1包括：

14、s1-1、采樣點(diǎn)布設(shè)：在研究區(qū)域內(nèi)自河流上游至下游依次布設(shè)4～6個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)所述采樣點(diǎn)內(nèi)設(shè)置3～5個(gè)采樣亞區(qū)，每個(gè)所述采樣亞區(qū)內(nèi)設(shè)置4個(gè)小樣方；

15、s1-2、土壤樣品采集：在每個(gè)所述小樣方內(nèi)采集3～4個(gè)土壤小樣，將一個(gè)所述采樣亞區(qū)內(nèi)所有土壤小樣混合后作為該采樣亞區(qū)的土壤樣品；

16、s1-3、植物樣品采集：在每個(gè)所述小樣方內(nèi)采集3～4個(gè)植物小樣，將一個(gè)所述采樣亞區(qū)內(nèi)所有植物小樣低溫運(yùn)輸并經(jīng)過高溫殺青烘干并研磨混合后，作為該采樣亞區(qū)的植物樣品；

17、s1-4、大型土壤動(dòng)物樣品提?。簩⒚總€(gè)小樣方中的大型土壤動(dòng)物采用手撿法提取出，進(jìn)行清腸處理后低溫保存，所述大型土壤動(dòng)物鑒定到目水平；

18、s1-5、中小型土壤動(dòng)物樣品提?。簩⒚總€(gè)小樣方中的中小型土壤動(dòng)物通過干漏斗分離，保存于動(dòng)物保存液中低溫保存，所述中小型土壤動(dòng)物鑒定到目水平。

19、更進(jìn)一步地，所述步驟s1-1中，相鄰所述采樣點(diǎn)的間距為10～100km，每個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)相鄰采樣亞區(qū)的間距為40～80m，采樣亞區(qū)的尺寸為30m×30m，每個(gè)采樣亞區(qū)內(nèi)的所述小樣方分別位于采樣亞區(qū)的四條邊中點(diǎn)，小樣方的尺寸為50cm×50cm，所述步驟s1-2中，土壤小樣所用取土環(huán)刀直徑4cm，高度10cm，所述步驟s1-3中，植物小樣低溫運(yùn)輸時(shí)溫度為4℃，高溫殺青溫度為120℃，殺青時(shí)間為15min，烘干溫度為70℃，烘干至恒重。

20、更進(jìn)一步地，所述步驟s1-4中，所述大型土壤動(dòng)物包括半翅目、山蛩目、等足目、革翅目、單向蚓目、膜翅目、蜈蚣目、蜘蛛目、柄眼目等，所述步驟s1-5中，所述中小型土壤動(dòng)物包括蜱螨目、彈尾目等，步驟s1-4和s1-5中，低溫保存的溫度均為-80℃。

21、進(jìn)一步地，所述步驟s2包括：

22、s2-1、各個(gè)樣品中rees濃度測(cè)定：將土壤樣品、植物樣品、大型土壤動(dòng)物樣品、中小型土壤動(dòng)物樣品進(jìn)行消解并測(cè)定rees濃度；

23、s2-2、各個(gè)樣品中碳氮穩(wěn)定同位素含量測(cè)定：將土壤樣品、植物樣品、大型土壤動(dòng)物樣品、中小型土壤動(dòng)物樣品放入元素分析-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀中檢測(cè)各個(gè)樣品中碳、氮穩(wěn)定同位素的含量，選用vpdb和大氣氮?dú)夥謩e作為計(jì)算各個(gè)樣品中碳、氮穩(wěn)定同位素相對(duì)豐度的標(biāo)準(zhǔn)。

24、進(jìn)一步地，所述步驟s3包括：

25、s3-1、富集模式判斷：將土壤及動(dòng)植物中rees濃度的富集模式分為四種類型，分別是：

26、重稀土富集：mree/lree>1且hree/mree>1；

27、中稀土富集：mree/lree>1且hree/mree<1；

28、輕稀土富集：mree/lree<1且hree/mree<1；

29、中稀土虧損：mree/lree<1且hree/mree>1；

30、其中，lree為輕稀土la，pr和nd濃度標(biāo)準(zhǔn)值之和，mree為中稀土gd，tb和dy濃度標(biāo)準(zhǔn)值之和，hree為重稀土tm，yb和lu濃度標(biāo)準(zhǔn)值之和；

31、取一個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)各個(gè)土壤及動(dòng)植物樣品中rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)上述rees富集模式類型確定各個(gè)土壤及動(dòng)植物樣品中rees富集模式；

32、s3-2、典型rees異常值判斷：土壤及動(dòng)植物樣品中典型rees異常值根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算，所述典型rees包括ce、eu和gd，分別是：

33、ce異常值＝cen÷(0.5×lan+0.5×prn)

34、

35、gd異常值＝gdn÷(0.5×smn+0.5×dyn)

36、式中，cen為土壤及動(dòng)植物樣品中ce的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，lan為土壤及動(dòng)植物樣品中l(wèi)a的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，prn為土壤及動(dòng)植物樣品中pr的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，eun為土壤及動(dòng)植物樣品中eu的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，smn為土壤及動(dòng)植物樣品中sm的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，tbn為土壤及動(dòng)植物樣品中tb的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，gdn為土壤及動(dòng)植物樣品中g(shù)d的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，dyn為土壤及動(dòng)植物樣品中dy的濃度標(biāo)準(zhǔn)值；

37、取一個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)各個(gè)土壤及動(dòng)植物樣品中rees濃度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)上述公式計(jì)算各個(gè)土壤及動(dòng)植物樣品中典型rees的異常值，異常值大于1表明該元素在樣品中表現(xiàn)為正異常，異常值小于1表明該元素在樣品中表現(xiàn)為負(fù)異常，采用wilcoxon?test檢驗(yàn)一個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)各個(gè)土壤及動(dòng)植物樣品中典型rees異常值的顯著性，顯著性水平設(shè)置為p<0.05；

38、s3-3、營(yíng)養(yǎng)級(jí)tl劃分：取一個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)土壤及動(dòng)植物樣品的δ15n，假定植物作為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)且每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物富集3.40‰的δ15n，根據(jù)如下公式計(jì)算得到每個(gè)動(dòng)物所處的營(yíng)養(yǎng)級(jí)：

39、tlconsumer＝(δ15nconsumer-δ15nplant)÷3.4+1

40、其中，tlconsumer為土壤中動(dòng)物所處的營(yíng)養(yǎng)級(jí)；δ15nconsumer為土壤中動(dòng)物體內(nèi)的δ15n，單位為‰；δ15nplant為植物體內(nèi)的δ15n，單位為‰。

41、更進(jìn)一步地，所述步驟s3-3中，還包括對(duì)營(yíng)養(yǎng)級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)：取一個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)土壤及動(dòng)植物的δ13c的含量，按照由δ15n劃分的營(yíng)養(yǎng)級(jí)進(jìn)行匯總；

42、若兩相鄰的營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的δ13c含量相近，則保持原本的營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān)系，若不是，則通過檢測(cè)與鑒定兩相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的腸道dna序列，確定新的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系，如果前者腸道內(nèi)容物里的dna有來源于后者，那么前者捕食后者。

43、本發(fā)明的有益效果是：

44、(1)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法通過礦區(qū)周邊土壤生物現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研試驗(yàn)，基于生物分類水平鑒定和生物體內(nèi)碳、氮穩(wěn)定同位素的測(cè)定，能夠確定礦區(qū)周邊土壤生物的主要類群和土壤食物網(wǎng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，有助于補(bǔ)充完善土壤動(dòng)物多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)。

45、(2)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法通過對(duì)礦區(qū)周邊土壤和動(dòng)植物樣品中稀土元素濃度的測(cè)定，明確了稀土元素在礦區(qū)周邊土壤中的污染特征，探究了動(dòng)植物中稀土元素的生物累積特征，揭示了稀土元素在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中不同食物鏈的傳遞效應(yīng)，及其與稀元素原子序數(shù)間的關(guān)系，為準(zhǔn)確評(píng)估其土壤生態(tài)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)提供理論基礎(chǔ)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

46、(3)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法通過對(duì)分餾特征和異常值的判斷，明確了稀土元素從土壤到植物再到動(dòng)物遷移過程中元素組合的微小變化，揭示了土壤、植物、土壤動(dòng)物三者間的內(nèi)在聯(lián)系；由于輕稀土與重稀土的生物毒性存在差異，因此了解稀土在土壤食物網(wǎng)中的分餾特征和異常值，有助于為稀土的食物鏈傳遞機(jī)理及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供參考。

47、(4)本發(fā)明的rees在礦區(qū)周邊土壤食物網(wǎng)中富集與傳遞規(guī)律的確定方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)類型多、差異大且混合污染的不同土壤中污染物在土壤動(dòng)物及相關(guān)食物網(wǎng)中傳遞的有效評(píng)估和定量預(yù)測(cè)，以保護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)安全。