一种基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法与流程

1.本发明属于磷酸盐溯源技术领域，具体涉及一种基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法。


背景技术：

2.磷是一种重要的生源要素，是水生生物最基础的营养物质，也是引起水体富营养化的限制性因子。地质富磷流域水体中总磷含量较高且来源复杂。水体中的磷分为自然来源和人为来源。自然来源主要有岩石、土壤含磷矿物的侵蚀溶解作用、淋溶、细菌的同化和异化作用等自然引入，一般只占水体中总磷的很小比例；矿产开发、农业种植和生活污水等点面源磷排放为人为来源，对流域水环境影响直接且明显。水体中磷形态丰富，按照赋存方式可分为可溶性与颗粒态磷。但是，在水生生态系统中，磷主要以可溶性磷酸盐的形式迁移转化，由于磷只有一种稳定同位素，不能直接作为示踪剂开展磷源识别与溯源工作，而应用磷酸盐氧同位素技术则能够很好的揭示无机磷在水生生态系统中的迁移转化。因此，有必要解决该技术问题。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法。本发明通过水体中磷酸盐氧同位素值与水化学特征值的变化，可有效识别地质富磷流域水体中磷酸盐来源识别并计算各端元的贡献比例。
4.本发明所提供的技术方案如下:
5.一种基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法，包括以下步骤：
6.1)确定磷酸盐来源的三个端元；
7.2)获取各端元水体中的磷酸盐中的稳定氧同位素δ
18op
的含量，以及各端元水体中的水化学特征物质含量；
8.3)测量被溯源水体中的溯源数据，其包括磷酸盐中的稳定氧同位素δ
18op
的含量，以及步骤2)所选定的全部水化学特征物质含量；
9.4)基于bayesian算法与质量守恒的端元混合模型识别并计算出被溯源水体中稳定氧同位素δ
18op
和各水化学特征物质含量的来源，以及各来源的贡献比例。
10.上述技术方案基于水中磷酸盐氧同位素(δ
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)、水中化学特征物质含量作为指标，结合同位素景观图谱等现有方式获取数据，再可通过bayesian判别法以及端元混合模型进行磷酸盐的溯源。
11.具体的，步骤1)中，三个端元分别为：生活污水、磷矿排水和农业排水。
12.相比较二端元溯源，上述技术方案可以显著的提升溯源的精确度。
13.具体的，生活污水中的水化学特征物质为氯离子、溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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、或δ
13
c中的任意一种或多种。
14.具体的，农业排水中的水化学特征物质为氯离子、溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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、或δ
13
c中的任意一种或多种。
15.具体的：磷矿排水包括岩盐矿，水化学特征物质为溴离子、稳定同位素δ2h、δ
18ow
、或δ
13
c中的任意一种或多种；磷矿排水不包括岩盐矿，水化学特征物质为氯离子、溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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、或δ
13
c中的任意一种或多种。
16.上述各技术方案中，氯离子、溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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ow、或δ
13
c中的任意一种或多种可以作为辅助示踪剂，可解决磷同位素不能直接作为示踪剂开展磷源识别与溯源工作的问题。同时，各示踪剂又为各端元水体的水化学特征物质。
17.具体的，步骤2)中，可采用现有的测定或分析方式获得各同位素及水化学特征物质的含量，例如，通过同位素景观图谱获得同位素含量。
18.具体的，各端元水体选自各端元处的地表水、地下水或大气降水中的任意一种或多种。
19.被测水体中磷酸盐氧同位素的含量以及各水化学特征物质的含量均可以采用现有的分析方法获得，例如：采用紫外分光光度计获取水体中磷酸盐含量，根据各水体中磷酸盐含量以及测试仪器的检出限值计算所需取水量，按1％的比例，先后向样品中加入0.5mol/l mgcl2与1mol/l naoh。充分搅拌后静置，在1小时内反复搅拌静置3次后，再静置6小时以上，除去上清液，将沉淀转移至聚碳酸酯离心管中，3500r/min离心5-10min，弃去上清液，获取磷酸根-氢氧化镁共沉淀，后送入实验室进一步转化并提纯为磷酸银，进行磷酸盐氧同位素的测试分析；然后，根据获取的磷酸盐氧同位素数据、水化学特征与条件分析初步识别不同磷源的磷酸盐氧同位素特征。
附图说明
20.图1是本发明所提供的溯源方法的三端元混合模型图。
具体实施方式
21.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
22.实施例
23.基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法，具体包括以下步骤：
24.1)选取生活污水、磷矿排水和农业排水三个端元；
25.2)获得各端元中水体中的磷酸盐中的稳定氧同位素δ
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的含量，以及各端元的水化学特征物质含量：生活污水中各水化学特征物质含量分别为氯含量、水的δ
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含量；磷矿排水中各水化学特征物质含量分别为氯含量、水的δ
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含量；农业排水中各水化学特征物质含量分别为氯含量、水的δ
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含量，具体如表1所示；
26.3)选取多个具体的被溯源水体样品，测出其中稳定氧同位素δ
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、氯含量和水δ
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含量，具体如表2所示；
27.4)利用r语言中的siar包基于bayesian算法与质量守恒的端元混合模型识别并计算出水体中磷酸盐来源与贡献比例，具体结果如表3所示。
28.表1
[0029][0030]
表2
[0031][0032][0033]
表3
[0034][0035]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定磷酸盐来源的三个端元；2)获取各端元水体中的磷酸盐中的稳定氧同位素δ
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o
p
的含量，以及各端元水体中的水化学特征物质含量；3)测量被溯源水体中的溯源数据，其包括磷酸盐中的稳定氧同位素δ
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o
p
的含量，以及步骤2)所选定的全部水化学特征物质含量；4)基于bayesian算法与质量守恒的端元混合模型识别并计算出被溯源水体中稳定氧同位素δ
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o
p
和各水化学特征物质含量的来源，以及各来源的贡献比例。2.根据权利要求1所述的基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法，其特征在于：步骤1)中，三个端元分别为：生活污水、磷矿排水和农业排水。3.根据权利要求2所述的基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法，其特征在于：生活污水中的水化学特征物质为氯离子、溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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o
w
、或δ
13
c中的任意一种或多种；农业排水中的水化学特征物质为氯离子、溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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o
w
、或δ
13
c中的任意一种或多种。4.根据权利要求2所述的基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法，其特征在于：磷矿排水包括岩盐矿，水化学特征物质为溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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o
w
、或δ
13
c中的任意一种或多种；磷矿排水不包括岩盐矿，水化学特征物质为氯离子、溴离子、稳定同位素δ2h、δ
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o
w
、或δ
13
c中的任意一种或多种。5.根据权利要求1至4任一所述的基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法，其特征在于：各端元水体选自各端元处的地表水、地下水或大气降水中的任意一种或多种。

技术总结
本发明属于磷酸盐溯源技术领域，具体涉及一种基于磷酸盐氧同位素与水化学特征的水中磷酸盐溯源方法。该方法包括以下步骤：1)确定磷酸盐来源的三个端元；2)获取各端元水体中的磷酸盐中的稳定氧同位素δ


技术研发人员：刘亚磊 史婷婷 王晨昇 周丹坤 黄琨 黄行凯 李梦茹 章昱 闫举生
受保护的技术使用者：中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心)
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2022/5/17