利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法

权利要求书： 1.一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：根据研究内容选择观测区，采集并测试所选观测区各种稀土元素的背景值，选择示踪稀土元素和计算释放量，配制示踪土样并通过“条带法+断面法”布设，划线标记表层土壤位置，采集并测试研究周期后所选观测区稀土元素含量，计算和分析土壤地下漏失量；

具体包括以下步骤：

(1)根据研究内容，选择能够代表研究区土壤发生地表流失或地下漏失的多个典型观测区，考虑到岩土界面发生土壤流失或漏失的特殊性，所选观测区需包括部分岩石界面；

(2)采集观测区稀土元素背景值的土壤样品，即在观测区内，以20?50cm网格大小在网格中心位置以分层厚度为2cm分层采集土壤样品，以靠近岩石界面2cm内的土壤作为岩土界面土样，并以相同的分层厚度采集岩土界面土壤样品，上述土壤样品采集至8?20cm深度范围内；

(3)选择多种稀土元素开展试验，稀土元素施放浓度及释放量分别按下式计算：Ci＝BCi×a(式1)，

其中，i为第i种示踪稀土元素，i＝1，2，3，…，n；Ci为第i种示踪稀土元素施放浓度，mg/kg；BCi为第i种示踪稀土元素背景值，mg/kg；Mi为第i种示踪稀土元素氧化物释放量，g；Si为第i种示踪稀土元素所需土重，kg；a为浓度扩大系数，20～100；b为浓度校正系数，即稀土氧化物纯度，一般为0.9999；c为氧化物校正系数，稀土元素相对分子质量所占其氧化物相对分子质量的比例；

所述Si按下式计算：

2

其中，式中，WL为观测区样方面积大小，cm ；Hi为第i种示踪稀土元素布设深度，cm；R为3

布设深度土壤容重，g/cm；1000为单位转化系数；

(4)配制示踪土样，将计算得到释放量的稀土氧化物与土壤混合；示踪稀土氧化物与土壤的混合过程采用稀释法，逐步稀释逼近施放浓度；

(5)配置的示踪土样采用“条带法+断面法”布设，将配置的示踪土样分层填入观测区条坑中，并夯实到与原坡面相同容重，同时在岩?土界面处标记表层土位置；

(6)研究周期：次降雨或次月或次季或次年之后，土壤样品按步骤(2)进行，并测样品稀土元素含量，采集方式分以下两种情况：①以岩土界面标记处为基准点，准确按2cm分层厚度采集土壤样品，记录采集到的每层土壤样品的厚度；

②以岩土界面标记处为基准点，采用标准直尺测量土层下移位移大小，并以下移土层的表层处准确以2cm分层厚度采集土壤样品；

(7)土壤流失或漏失分析计算分以下两种情况：①计算基准点以下未采集到土壤样品的厚度，即为土壤流失/漏失厚度，由式3可计算土壤流失/漏失量；对比研究周期前后土壤稀土元素浓度与背景值浓度变化，若二者差异不大，则证明土壤以整体蠕移漏失为主，若二者存在较大差异，则视数据情况进行分析；

②计算直尺测得的土壤流失/漏失厚度均值，由式3可计算土壤流失/漏失量；对比研究周期前后土壤稀土元素浓度与背景值浓度变化，可判断土壤的蠕移漏失是否由岩?土界面处流失所致。

2.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(1)观测区大小视野外实际情况而定，选择0.5m×0.5m—2m×2m。

3.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(2)背景值土壤样品稀土元素背景值采用仪器中子活化分析INNA方法和电感耦合等离子体质谱仪ICP?MS测定；采集完背景值土壤样品后，另将该8?20cm深度范围内的土壤全部采回进行室内风干备用。

4.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(3)用于示踪土壤漏失的稀土元素，应具备与土壤能较好的结合，难溶于水且不易被植物所吸收以及对土壤环境无害，稀土示踪元素具有土壤背景值低、施加量少、易于探测的特点；可供选择的稀土元素有镝Dy、铕Eu、钐Sm、铈Ce、镧La、钕Nd，对应的稀土氧化物依次为Dy2O3、Eu2O3、Sm2O3、CeO2、La2O3、Nd2O3。

5.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(4)土壤为风干过筛土；所述步骤(4)逐步稀释逼近施放浓度操作过程为，先以少量粒径较小0.075mm的试验干土与所需重量稀土氧化物充分混合，稀释形成高浓土样，然后再加入所需土掭混，形成次高浓土样，最后加入能装满示踪深度的风干土充分混合。

6.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(5)“条带法+断面法”布设中的“条带法”为所选观测区有限宽度的带，其土壤流失或土壤漏失等于或接近研究区的土壤流失/漏失量，将稀土元素布设于此条带中；“断面法”为将稀土示踪元素和被示踪的土壤全部混合布设于断面上，不同的示踪元素布设于不同土层。

7.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(5)“条带法+断面法”布设原则如下：①尽量不破坏下层土壤结构，布设土层厚度应控制在一定范围；

②漏失前后差异要保证显著，布设土层要结合采样深度，可控制为2cm；

③表层应布设足够深度，以保证满足地表流失，这里取4cm；

④为了使4cm层内也能看出漏失，取样深度应足够小；同时，在漏失小的情况下都能检测出来，取样深度控制为2cm或以下；

⑤在保证准确度的情况下，注重经济、劳力、高效的原则。

8.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(5)岩土界面标记表土层位置采用油漆标记。

9.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(6)观测周期后土壤样品稀土元素含量采用仪器中子活化分析INNA方法和电感耦合等离子体质谱仪ICP?MS测定。

10.如权利要求1所述的一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，其特征在于：所述步骤(6)若需以不同时间点采集土壤样品，则应将网格数进行平分，岩土界面也按相同批次进行平分，每次采集平分后的土壤样品，采集后需回填周围土壤，保证不影响下次土壤流失/漏失过程。

说明书： 一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法技术领域[0001] 本发明属于土壤侵蚀与水土保持、环境科学领域，具体涉及一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法。

背景技术[0002] 长期岩溶作用致使喀斯特地貌出现多级多处与水、土、岩和生物联为一体的地表、地下双层结构，使该区的水循环过程和土壤侵蚀过程具有特殊性和复杂性，产生一系列特

殊的环境地质问题，如水土流失、石漠化、地面沉降和塌陷等。喀斯特地区水土流失是其生

态环境退化的重要因素，严重制约着该区农业可持续发展，充分揭示喀斯特地区坡地水土

流失发生、运移机制是控制石漠化发展的关键。

[0003] 尽管近年来喀斯特地区特殊的土壤流失类型研究备受关注，包括地表流失及地下漏失等，其中地表流失研究通过野外观测、室内模拟及同位素示踪等一系列的方法，其侵蚀

过程、机理及影响因素都相对系统；但由于喀斯特地下径流泥沙野外直接观测难度系数大，

且目前尚无切实可行的研究方法和手段，故基于喀斯特地区特殊的地下漏失机理研究较

少，目前仅处于定性描述和室内模拟探索阶段，且已有研究未能揭示其漏失机制。

[0004] 稀土元素近年来被证实是研究土壤侵蚀较理想的示踪元素。利用稳定性稀土元素示踪技术研究土壤侵蚀分布，基本原理是将示踪元素氧化物与土壤均匀混合后布设于研究

区不同地形部位，使其在整个降雨侵蚀过程中随径流泥沙迁移，通过采集侵蚀的泥沙样品，

采用中子活化分析等方法测定示踪元素含量，据此研究侵蚀泥沙来源及不同地形部位土壤

侵蚀差异特征，以此达到判别侵蚀泥沙来源及得出不同地形部位土壤流失量的目的。前述

方法主要适用于非喀斯特区并设有径流小区的坡面，而对于具有特殊侵蚀类型的喀斯特

区，地下漏失很难直接接收到漏失掉的水土，因此只能通过示踪载体在裂隙中的分布来反

应裂隙土壤漏失的过程。

发明内容[0005] 本发明目的在于提供一种测定精度高、操作简单、环境友好型的喀斯特地区土壤地下漏失的稀土元素示踪方法。

[0006] 本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，根据研究内容选择观测区，采集并测试所选观测区各种稀土元素的背景值，

选择示踪稀土元素和计算释放量，配制示踪土样并通过“条带法+断面法”布设，划线标记表

层土壤位置，采集并测试观测期后所选稀土元素含量，计算和分析土壤地下漏失量；

[0007] 具体包括以下步骤：[0008] (1)根据研究内容，选择能够代表研究区土壤发生地表流失或地下漏失的多个典型观测区，考虑到岩土界面发生土壤流失或漏失的特殊性，所选观测区需包括部分岩石界

面；

[0009] (2)采集观测区稀土元素背景值的土壤样品，即在观测区内，以20?50cm网格大小在网格中心位置以分层厚度为2cm分层采集土壤样品，以靠近岩石界面2cm内的土壤作为岩

土界面土样，并以相同的分层厚度采集岩土界面土壤样品，上述土壤样品采集至8?20cm深

度范围内；

[0010] (3)选择多种稀土元素开展试验，其施放浓度及释放量分别按下式计算：[0011] Ci＝BCi×a(式1)，[0012][0013] 其中，i为第i种示踪稀土元素，i＝1，2，3，…，n；Ci为第i种示踪稀土元素施放浓度，mg/kg；BCi为第i种示踪稀土元素背景值，mg/kg；Mi为第i种示踪稀土元素氧化物释放量，

g；Si为第i种示踪稀土元素所需土重，kg；a为浓度扩大系数，20～100；b为浓度校正系数，即

稀土氧化物纯度，一般为0.9999；c为氧化物校正系数，稀土元素相对分子质量所占其氧化

物相对分子质量的比例；

[0014] 所述Si按下式计算：[0015][0016] 其中，式中，WL为观测区样方面积大小，cm2；Hi为第i种示踪稀土元素布设深度，cm；3

R为布设深度土壤容重，g/cm；1000为单位转化系数；

[0017] (4)配制示踪土样，将计算得到释放量的稀土氧化物与土壤混合；示踪稀土氧化物与土壤的混合过程采用稀释法，逐步稀释逼近施放浓度；

[0018] (5)配置的示踪土样采用“条带法+断面法”布设，将配置的示踪土样分层填入观测区条坑中，并夯实到与原坡面相同容重，同时在岩?土界面处标记表层土位置；

[0019] (6)在研究周期：次降雨或月或季或年之后，土壤样品按步骤(2)进行，并测样品稀土元素含量，采集方式分以下两种情况：

[0020] ①以岩土界面标记处为基准点，准确按2cm分层厚度采集土壤样品，记录采集到的每层土壤样品的厚度；

[0021] ②以岩土界面标记处为基准点，采用标准直尺测量土层下移位移大小，并以该下移土层的表层处准确以2cm分层厚度采集土壤样品；

[0022] (7)土壤流失或漏失分析计算分以下两种情况：[0023] ①计算基准点以下未采集到土壤样品的厚度，即为土壤流失/漏失厚度，由式3可计算土壤流失/漏失量；对比研究周期后土壤稀土元素浓度与背景值浓度变化，若二者差异

不大，则证明土壤以整体蠕移漏失为主，若二者存在较大差异，则视数据情况进行分析；

[0024] ②计算直尺测得的土壤流失/漏失厚度均值，由式3可计算土壤流失/漏失量；对比研究周期后土壤稀土元素浓度与背景值浓度变化，可判断土壤的蠕移漏失是否由岩?土界

面处流失所致。

[0025] 所述步骤(1)观测区大小视野外实际情况而定，选择0.5m×0.5m—2m×2m。[0026] 所述步骤(2)背景值土壤样品稀土元素背景值采用仪器中子活化分析INNA方法和电感耦合等离子体质谱仪ICP?MS测定；采集完背景值土壤样品后，另将该8?20cm深度范围

内的土壤全部采回进行室内风干备用。

[0027] 所述步骤(3)用于示踪土壤漏失的稀土元素，应具备与土壤能较好的结合，难溶于水且不易被植物所吸收以及对土壤环境无害，稀土示踪元素具有土壤背景值低、施加量少、

易于探测的特点；可供选择的稀土元素有镝Dy、铕Eu、钐Sm、铈Ce、镧La、钕Nd，对应的稀土氧

化物依次为Dy2O3、Eu2O3、Sm2O3、CeO2、La2O3、Nd2O3。

[0028] 所述步骤(4)土壤为风干过筛土；所述步骤(4)逐步稀释逼近施放浓度操作过程为，先以少量粒径较小0.075mm的试验干土与所需重量稀土氧化物充分混合，稀释形成高浓

土样，然后再加入所需土掭混，形成次高浓土样，最后加入能装满示踪深度的风干土充分混

合。

[0029] 所述步骤(5)“条带法+断面法”布设中的“条带法”为所选观测区有限宽度的带，其土壤流失或土壤漏失等于或接近研究区的土壤流失/漏失量，将稀土元素布设于此条带中；

“断面法”为将稀土示踪元素和被示踪的土壤全部混合布设于断面上，不同的示踪元素布设

于不同土层。

[0030] 所述步骤(5)“条带法+断面法”布设原则如下：[0031] ①尽量不破坏下层土壤结构，布设土层厚度应控制在一定范围；[0032] ②漏失前后差异要保证显著，布设土层要结合采样深度，可控制为2cm；[0033] ③表层应布设足够深度，以保证满足地表流失，这里取4cm；[0034] ④为了使4cm层内也能看出漏失，取样深度应足够小；同时，在漏失小的情况下都能检测出来，取样深度控制为2cm或以下；

[0035] ⑤在保证准确度的情况下，注重经济、劳力、高效的原则。[0036] 所述步骤(5)岩土界面标记表土层位置采用油漆标记。[0037] 所述步骤(6)观测周期后土壤样品稀土元素含量采用仪器中子活化分析INNA方法和电感耦合等离子体质谱仪ICP?MS测定。

[0038] 所述步骤(6)若需以不同时间点采集土壤样品，则应将网格数进行平分，岩土界面也按相同批次进行平分，每次采集平分后的土壤样品，采集后需回填周围土壤，保证不影响

下次土壤流失/漏失过程。

[0039] 本发明可以定量界定喀斯特石漠化区土壤地表流失和地下漏失的贡献，在喀斯特地区具有普遍适用性，准确度高、操作简单。

附图说明[0040] 图1为本发明利用稀土示踪喀斯特区土壤地下漏失的流程图；[0041] 图2为本发明利用稀土示踪喀斯特区土壤地下漏失的稀土示踪元素的布设示意图；

[0042] 图3为本发明由稀土元素示踪法计算得出裂隙土壤流失/漏失位移图；[0043] 图4为本发明由稀土元素示踪法计算得出裂隙土层土壤漏失后较背景值变化的其中一REE浓度图；

[0044] 图5为本发明由稀土元素示踪法计算得出裂隙岩土界面土壤漏失后较其土层土壤变化的其中一REE浓度图。

具体实施方式[0045] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述。[0046] 一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，根据研究内容选择观测区，采集并测试所选观测区各种稀土元素的背景值，选择示踪稀土元素和计算释放量，配制示

踪土样并通过“条带法+断面法”布设，划线标记表层土壤位置，采集并测试观测期后所选稀

土元素含量，计算和分析土壤地下漏失量；

[0047] 具体包括以下步骤：[0048] (1)根据研究内容，选择能够代表研究区土壤发生地表流失或地下漏失的多个典型观测区，考虑到岩土界面发生土壤流失或漏失的特殊性，所选观测区需包括部分岩石界

面；

[0049] (2)采集观测区稀土元素背景值的土壤样品，即在观测区内，以20?50cm网格大小在网格中心位置以分层厚度为2cm分层采集土壤样品，以靠近岩石界面2cm内的土壤作为岩

土界面土样，并以相同的分层厚度采集岩土界面土壤样品，上述土壤样品采集至8?20cm深

度范围内；

[0050] (3)选择多种稀土元素开展试验，其施放浓度及释放量分别按下式计算：[0051] Ci＝BCi×a(式1)，[0052][0053] 其中，i为第i种示踪稀土元素，i＝1，2，3，…，n；Ci为第i种示踪稀土元素施放浓度，mg/kg；BCi为第i种示踪稀土元素背景值，mg/kg；Mi为第i种示踪稀土元素氧化物释放量，

g；Si为第i种示踪稀土元素所需土重，kg；a为浓度扩大系数，20～100；b为浓度校正系数，即

稀土氧化物纯度，一般为0.9999；c为氧化物校正系数，稀土元素相对分子质量所占其氧化

物相对分子质量的比例；

[0054] 所述Si按下式计算：[0055][0056] 其中，式中，WL为观测区样方面积大小，cm2；Hi为第i种示踪稀土元素布设深度，3

cm；R为布设深度土壤容重，g/cm；1000为单位转化系数；

[0057] (4)配制示踪土样，将计算得到释放量的稀土氧化物与土壤混合；示踪稀土氧化物与土壤的混合过程采用稀释法，逐步稀释逼近施放浓度；

[0058] (5)配置的示踪土样采用“条带法+断面法”布设，将配置的示踪土样分层填入观测区条坑中，并夯实到与原坡面相同容重，同时在岩?土界面处标记表层土位置；

[0059] (6)在研究周期：次降雨或月或季或年之后，土壤样品按步骤(2)进行，并测样品稀土元素含量，采集方式分以下两种情况：

[0060] ①以岩土界面标记处为基准点，准确按2cm分层厚度采集土壤样品，记录采集到的每层土壤样品的厚度；

[0061] ②以岩土界面标记处为基准点，采用标准直尺测量土层下移位移大小，并以该下移土层的表层处准确以2cm分层厚度采集土壤样品；

[0062] (7)土壤流失或漏失分析计算分以下两种情况：[0063] ①计算基准点以下未采集到土壤样品的厚度，即为土壤流失/漏失厚度，由式3可计算土壤流失/漏失量；对比研究周期后土壤稀土元素浓度与背景值浓度变化，若二者差异

不大，则证明土壤以整体蠕移漏失为主，若二者存在较大差异，则视数据情况进行分析；

[0064] ②计算直尺测得的土壤流失/漏失厚度均值，由式3可计算土壤流失/漏失量；对比研究周期后土壤稀土元素浓度与背景值浓度变化，可判断土壤的蠕移漏失是否由岩?土界

面处流失所致。

[0065] 所述步骤(1)观测区大小视野外实际情况而定，选择0.5m×0.5m—2m×2m。[0066] 所述步骤(2)背景值土壤样品稀土元素背景值采用仪器中子活化分析INNA方法和电感耦合等离子体质谱仪ICP?MS测定；采集完背景值土壤样品后，另将该8?20cm深度范围

内的土壤全部采回进行室内风干备用。

[0067] 所述步骤(3)用于示踪土壤漏失的稀土元素，应具备与土壤能较好的结合，难溶于水且不易被植物所吸收以及对土壤环境无害，稀土示踪元素具有土壤背景值低、施加量少、

易于探测的特点；可供选择的稀土元素有镝Dy、铕Eu、钐Sm、铈Ce、镧La、钕Nd，对应的稀土氧

化物依次为Dy2O3、Eu2O3、Sm2O3、CeO2、La2O3、Nd2O3。

[0068] 所述步骤(4)土壤为风干过筛土；所述步骤(4)逐步稀释逼近施放浓度操作过程为，先以少量粒径较小0.075mm的试验干土与所需重量稀土氧化物充分混合，稀释形成高浓

土样，然后再加入所需土掭混，形成次高浓土样，最后加入能装满示踪深度的风干土充分混

合。

[0069] 所述步骤(5)“条带法+断面法”布设中的“条带法”为所选观测区有限宽度的带，其土壤流失或土壤漏失等于或接近研究区的土壤流失/漏失量，将稀土元素布设于此条带中；

“断面法”为将稀土示踪元素和被示踪的土壤全部混合布设于断面上，不同的示踪元素布设

于不同土层。

[0070] 所述步骤(5)“条带法+断面法”布设原则如下：[0071] ①尽量不破坏下层土壤结构，布设土层厚度应控制在一定范围；[0072] ②漏失前后差异要保证显著，布设土层要结合采样深度，可控制为2cm；[0073] ③表层应布设足够深度，以保证满足地表流失，这里取4cm；[0074] ④为了使4cm层内也能看出漏失，取样深度应足够小；同时，在漏失小的情况下都能检测出来，取样深度控制为2cm或以下；

[0075] ⑤在保证准确度的情况下，注重经济、劳力、高效的原则。[0076] 所述步骤(5)岩土界面标记表土层位置采用油漆标记。[0077] 所述步骤(6)观测周期后土壤样品稀土元素含量采用仪器中子活化分析INNA方法和电感耦合等离子体质谱仪ICP?MS测定。

[0078] 所述步骤(6)若需以不同时间点采集土壤样品，则应将网格数进行平分，岩土界面也按相同批次进行平分，每次采集平分后的土壤样品，采集后需回填周围土壤，保证不影响

下次土壤流失/漏失过程。

[0079] 实施例：参见图1?4，一种利用稀土元素示踪喀斯特地区土壤漏失的方法，包括以下步骤：

[0080] (1)以本发明方法，在贵州省贵阳市花溪区青岩镇上坝村选取碳酸盐岩为白云岩的石漠化坡地，选择6个0.5m×0.5m观测区(即石槽或裂隙)，记录其基本情况如表1所示。

[0081] 表1观测点裂隙基本情况[0082] (2)以本发明方法，在所选观测区内，以33cm×33cm网格法以分层厚度为2cm土壤样品以及岩?土界面土壤样品，采集至16cm深。

[0083] (3)以本发明方法，采用ICP?MS测定背景值土样稀土元素含量，并确定用于示踪的稀土元素为Ce，La和Sm。

[0084] (4)以本发明方法，计算示踪稀土元素施放浓度及释放量，其中施放浓度扩大系数取20，各观测区施放浓度及释放量如表2：

[0085] 表2稀土示踪氧化物浓度及施放情况[0086][0087] 以观测区S1为例，其中裂隙实测宽度为25cm，长度50cm，不同稀土元素设计示踪深度：Ce为4cm，La为2cm，Sm为2cm，土壤

[0088][0089] 容重实测为1.2g/cm3，前述测得该观测区Ce元素背景值为6.20mm/kg。根据式1计算Ce施放浓度，即

[0090] CCe＝BCCe×a＝6.20mg/kg×20＝124.0mg/kg，[0091] 根据式3计算得到Ce布设层所需土重，即[0092] SCe＝WLHiR/1000＝25cm×cm×4cm×1.2g/cm3/1000＝6kg，[0093] 根据式2计算Ce氧化物释放量，其中所购买Ce氧化物纯度为99.99％，其氧化物校正系数为0.81，即

[0094] MCe＝CCe×SCe/1000bc＝124.0mg/kg×6kg/(1000×0.9999×0.81)＝0.92g[0095] (5)以本发明方法，先以少量粒径较小(0.075mm)的试验干土与所需重量稀土氧化物充分混合，稀释形成高浓土样，然后再加入所需土掭混，形成次高浓土样，最后加入能装

满示踪深度的风干土充分混合。

[0096] (6)以本发明方法，采用“条带法+断面法”，将配置的示踪土样填入断面条坑之中，夯实到与原坡面相同容重，同时在岩?土界面处标记表层土位置，本例以红色油漆进行标

记。

[0097] (7)在104.5mm、151.2mm、332.7mm降雨量后，采用标准直尺测量土层下移位移大小，并以该下移土层的表层处准确以2cm分层厚度采集剖面土壤样品及岩?土界面处土壤样

品，并带回室内风干，采用ICP?MS测定稀土含量。

[0098] (8)观测区土壤流失/漏失位移特征[0099] 各观测点在332.7mm降雨量下所发生的土壤蠕移位移大小依次为S1裂隙1.7cm，S2裂隙2.0cm，S3裂隙2.0cm，S4裂隙2.8cm，S5裂隙2.4cm，S6裂隙1.6cm。各观测点第一次观测

期间(雨量为104.5mm)所对应的土壤蠕移位移按观测点编号顺序大小依次为1.3、1.8、1.7、

2.5、2.0和1.0cm，其占整个观测期间蠕移位移比例依次为76.5％、90.0％、85.0％、89.3％、

83.3％和62.5％；第二次观测期间(雨量为46.7mm)所对应的土壤蠕移位移按观测点编号顺

序大小依次为0.2、0、0、0、0.2和0.4cm，其占整个观测期间蠕移位移比例依次为11.8％、0、

0、0、8.3％和25.0％；第三次观测期间(雨量为181.5mm)所对应的土壤蠕移位移按观测点编

号顺序大小依次为0.2、0.2、0.3、0.3、0.2和0.2cm，其占整个观测期间蠕移位移比例依次为

11.8％、10.0％、15.0％、10.7％、8.3％和12.5％。明显地，雨量为104.5mm所发生的土壤蠕

移位移在1.0～2.5cm之间，所占332.7mm雨量下的蠕移位移比例在62.5％以上，而较大雨量

181.5mm所发生的土壤蠕移仅在0.2～0.3cm之间，其所占332.7mm蠕移位移比例在15.0％以

下。如图3：

[0100] (9)观测区稀土元素含量变化特征[0101] S1在不同雨量水平(104.5mm，151.2mm和332.7mm)下Ce浓度在0～4cm土层含量均最高，这与Ce布设时趋势一致，表明该裂隙无土壤地表流失发生。与背景值相比，在104.5mm

雨量水平下，Ce浓度在0～4cm土层明显下降，在6～10cm土层也成微弱下降趋势，而在其他

土层，Ce浓度明显较背景值高，这说明表层0～4cm所布设的Ce元素随土粒漏失进入裂隙4cm

土层以下，包括4～6cm土层和10～16cm土层，而6～10cm土层Ce元素随土粒漏失进入10cm以

下土层。在151.2mm和332.7mm雨量水平下的土壤颗粒漏失明显，0～4cm土层Ce浓度均明显

低于背景值，而在4cm以下土层其Ce浓度均较背景值高，说明表层0～4cm土层的Ce元素随土

粒进入裂隙4～16cm土层，每2cm土层均有Ce元素的积累。对比不同雨量水平下的Ce浓度变

化可知，在0～2和2～4cm土层Ce浓度与背景值的差异随雨量增加呈减小趋势，说明裂隙表

层土壤颗粒有随降雨向裂隙下部土层下移的趋势，而在4～16cm土层Ce浓度与背景值差异

随雨量增加呈增加趋势，这证明4～16cm土层Ce积累是表层0～4cm土粒下漏所致。相似地，

从不同雨量及不同土层深度La浓度变化可知，4～6cm土层La浓度与背景值差异最大，这与

La布设时趋势一致，说明裂隙La布设符合预期目标，但对于第二次雨量151.2mm下2～4cm土

层除外(其La浓度明显高于背景值，这可能是由于裂隙土层蠕移变形而致)；不同雨量等级

下，0～2cm、4～10cm土层La浓度总体为负值，即其浓度低于背景值，说明这些土层的某些粒

级颗粒有向其下层运移的趋势，而在其他土层则相反，但总体与Ce相比，除La布设层外的其

他土层La浓度数值均较小，说明布设层4～6cm土层土粒下移并在下部土层(6～16cm)积累

的量少。从不同土层Sm浓度较背景值变化图亦可知，布设Sm层(6～8cm)的浓度与背景值差

异亦最大，符合预期设计，而在该布设层以下Sm浓度值均为正值，即高于背景值，说明由该

土层下移的携带Sm的土粒在其下部土层均有积累，其积累的量随雨量的增加总体呈增加趋

势，如图4。

[0102] 不同雨量水平(104.5mm，151.2mm和332.7mm)下岩?土界面处土壤Ce浓度较背景值明显存在差异。与背景值相比，不同降雨量下Ce浓度在布设层(0～4cm)明显下降，且下降程

度随雨量增加而减小，相反，在布设层以下各层土壤Ce浓度随降雨量增加而增加(除8～

10cm层以外)，说明由岩?土界面布设层携带Ce的土壤颗粒下移并积累在不同土层的含量随

降雨量增加而增加。在104.5mm降雨事件下裂隙岩?土界面4～8cm层以及332.7mm降雨事件

下8～10cm层土壤Ce浓度低于土壤背景值，原因主要包括两个方面，其一上层未携带Ce的土

粒下移至这些土层，其二是这些土层携带Ce的土粒下移至其他土层，但总体而言，S1裂隙

岩?土界面处Ce布设层下土壤Ce浓度总体增加且主要为布设层携带Ce土粒下移造成。不同

降雨量下La浓度在其布设层(4～6cm)明显低于背景值，由于仅布设层为REE高浓度(见试验

设计)，因此La布设层其浓度的降低主要是其携带La颗粒下移至岩?土界面其他深度层，且

La积累层主要为岩?土界面10～16cm。不同降雨量下Sm浓度在其布设层(6～8cm)亦低于背

景值，且在布设层以下的La浓度总体高于布设层以上的浓度，如图5。

[0103] 从Ce、La和Sm布设层次来看，Ce布设层(0～4cm)的Ce浓度明显下降且低于背景值，说明该层携带Ce的土粒有下移的可能；而该层La和Sm浓度较背景值的变化显示，104.5mm降

雨事件下二者浓度亦低于背景值，与Ce浓度变化相似，说明该降雨事件下该层土粒确实发

生了下移，而151.2和332.7mm降雨事件下La和Sm浓度则高于背景值，只能说明携带Ce土粒

并未携带La和Sm的土粒发生下移。La布设层(4～6cm)的La浓度明显下降亦低于背景值，而

该层Ce和Sm的浓度均显示为增加即高于背景值，二者差异明显，究其原因可能是该层某些

粒级颗粒随机的下移；可见，上述104.5mm降雨事件下Ce布设层发生下移的土粒，仅在Sm浓

度变化上显示为积累，在Ce和La浓度变化上未显示积累，这表明裂隙岩?土界面处下移的土

粒并非固定下移至下一层，还可能下移至更深的层次，这种变化与野外实际情况相同，在土

壤干燥收缩时岩?土界面处会出现细小裂缝，在遇降雨时上层某些土粒会随岩?土界面流下

移至更深层次。Sm布设层(6～8cm)Sm浓度亦低于背景值，而该层Ce浓度高于背景值(除

104.5mm降雨量外)、La浓度低于背景值，Ce和La变化趋势相反，加上Sm布设层之上的La层各

REE浓度变化亦存在差异，无法判断土粒下移情况，如图5。

[0104] 本发明利用稀土元素示踪喀斯特区土壤流失/漏失，以揭示该区土壤地下漏失的过程及机制，这将会对喀斯特地区土壤地下漏失及石漠化治理等研究起重要推动作用。

[0105] 在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步限制。