張正偲,董治寶 (中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所,中國(guó)科學(xué)院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州730000)

降塵收集方法對(duì)沙塵理化性質(zhì)的影響及環(huán)境意義

張正偲*,董治寶 (中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所,中國(guó)科學(xué)院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州730000)

利用建立在騰格里沙漠東南緣的中國(guó)科學(xué)院風(fēng)沙觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)收集的降塵,分析了不同降塵收集方法收集的降塵粒度、化學(xué)元素含量、富集因子、硅鋁率和硅鋁鐵率,旨在優(yōu)化干旱區(qū)降塵收集方法、確定我國(guó)的沙塵源區(qū).降塵物質(zhì)的微量元素Ba的含量最大,可達(dá)255～474μg/g, Nd的含量為0.3～9.6μg/g;常量元素SiO2的含量最大,79.30%, MgO含量最小,0.98%.微量元素的富集因子值在0～3之間,但常量元素差異較大.結(jié)果表明,減速法和濕法收集的降塵從粒度分布、化學(xué)元素含量、富集因子、硅鋁率和硅鋁鐵率等方面均具有一致性.平均粒徑濕法最細(xì)(Φ值2.84),干法最粗(Φ值2.46).因此,減速法能夠作為代替濕法在干旱區(qū)進(jìn)行收集降塵的方法.同時(shí),由降塵的地球化學(xué)性質(zhì)可知,西北干旱區(qū)沙漠是我國(guó)的主要沙塵源區(qū)之一.

降塵；收集方法；理化性質(zhì)

降塵是指在重力作用下,降落在地表的大于10μm的塵埃物質(zhì).近年來(lái),對(duì)大氣降塵的研究比較多[1-8],內(nèi)容涉及降塵的理化性質(zhì),沉降速率,粒度分布,時(shí)空分布,影響因素以及降塵收集方法等.降塵收集方法是降塵研究的基礎(chǔ),不同降塵收集方法, 影響降塵的物質(zhì)組成、成分等.目前,國(guó)內(nèi)外降塵收集方法包括:玻璃圓柱體(高40cm×直徑20cm,高30cm×直徑15cm)、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查降塵缸、玻璃球降塵缸、倒置的飛碟降塵缸以及改進(jìn)型的倒置飛碟、正方形的降塵缸和碗狀降塵缸[6]等.已有研究表明,不同降塵收集方法所收集的降塵量、粒度組成、收集效率不同[6].降塵地球化學(xué)元素對(duì)沙塵形成、來(lái)源和沉積環(huán)境,土壤形成過(guò)程、化學(xué)成分等都有一定的指示意義.通過(guò)降塵物質(zhì)組成和地球化學(xué)元素分析,可以確定沙塵源區(qū)、搬運(yùn)途經(jīng)和沉積環(huán)境.目前,對(duì)沙漠和沙塵暴輸送的沙塵物質(zhì)地球化學(xué)元素進(jìn)行了大量研究[9-13],但是對(duì)降塵收集方法對(duì)地球化學(xué)元素的影響幾乎沒(méi)有報(bào)道.

沙塵是一種自然現(xiàn)象.沙塵研究包括 3個(gè)緊密聯(lián)系的過(guò)程,即沙塵物質(zhì)發(fā)生、輸送和沉降過(guò)程.目前,對(duì)沙塵發(fā)生、輸送和沉降過(guò)程進(jìn)行了大量研究[14-17],普遍認(rèn)為我國(guó)西北干旱區(qū)是沙塵的主要源區(qū),但是,到底哪種土地類型(沙漠、戈壁、農(nóng)田)才是沙塵的主要源區(qū),目前還沒(méi)有定論.大氣降塵的地球化學(xué)元素可用來(lái)甄別沙塵源區(qū),但由于降塵收集方法多樣,不同的降塵收集方法是否會(huì)影響沙塵物質(zhì)的化學(xué)成分,這需要進(jìn)行研究.濕法收集降塵主要用于有人值守的氣象站或觀測(cè)點(diǎn),而我國(guó)西北地區(qū)地域遼闊,沙漠、戈壁遍布,氣象站或觀測(cè)點(diǎn)比較稀疏,且有些地區(qū)交通不便,所以常規(guī)的濕法收集降塵不適用于這些地區(qū).本文利用建立在騰格里沙漠東南緣中國(guó)科學(xué)院風(fēng)沙科學(xué)觀測(cè)場(chǎng)的降塵資料,對(duì)西北地區(qū)大氣降塵的地球化學(xué)元素進(jìn)行研究,旨在說(shuō)明降塵收集方法對(duì)降塵物質(zhì)地球化學(xué)元素的影響,為優(yōu)化降塵收集方法,探討沙塵源區(qū)、沙塵輸送機(jī)理提供理論依據(jù).

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于在騰格里沙漠東南緣,實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地位于中衛(wèi)市西北 13km處(37°33′N,105°01′E)的中國(guó)科學(xué)院風(fēng)沙科學(xué)觀測(cè)場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱觀測(cè)場(chǎng)).該區(qū)是沙塵物質(zhì)的源區(qū),主要以格狀沙丘為主,沙丘高度 3～20m.沙丘表面的沙粒平均粒徑為0.22～0.26mm.根據(jù)研究區(qū) 2005～2008年實(shí)測(cè)氣象資料,該地區(qū)年平均風(fēng)速為 2.48～2.79m/s;風(fēng)向以西北風(fēng)為主,其次為東北風(fēng);年均相對(duì)濕度為36.51%～45.40%;年均溫度為11.21～12.65℃;年降水量為71.44～16.60mm.

1.2 研究方法

根據(jù)研究目的不同,降塵缸安裝高度不同[8],如研究降塵的時(shí)空分布時(shí),降塵缸一般安裝在1.5m左右高度.本文的研究目的在于對(duì)比不同降塵收集方法之間的關(guān)系,同時(shí)為了避免躍移沙粒進(jìn)入降塵缸,所以降塵缸安裝在2m高度.降塵缸為我國(guó)的國(guó)標(biāo)降塵缸(直徑15cm,高30cm的圓柱形平底玻璃容器).

本文實(shí)驗(yàn)的降塵收集方法包括干法、濕法、過(guò)濾網(wǎng)法、玻璃球法和減速法.干法即在降塵缸內(nèi)無(wú)任何介質(zhì);濕法即在降塵缸內(nèi)添加蒸餾水(春夏秋季)或酒精(冬季),添加的蒸餾水/酒精占整個(gè)降塵缸的 1/6,在降塵缸內(nèi)無(wú)蒸餾水/酒精時(shí)再添加至 1/6高度;過(guò)濾網(wǎng)法即在降塵缸內(nèi) 5cm高度安裝一個(gè)過(guò)濾網(wǎng),過(guò)濾網(wǎng)網(wǎng)孔直徑為5mm的正方形不銹鋼網(wǎng);玻璃球法即為在降塵缸內(nèi)布置20個(gè)玻璃球,玻璃球直徑為10mm;減速沿法為在降塵缸外圍安裝直徑為170mm的減速沿,減速沿與降塵缸之間有20mm的空隙,用于保證空氣流通,減速沿自降塵缸向外高度逐漸降低.整個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行 5種降塵收集方法,同時(shí)由于在西北地區(qū),降雨較少,空氣濕度較小,所以每次在稱重時(shí),并沒(méi)有對(duì)降塵進(jìn)行烘干,而是在降塵物質(zhì)為干的狀態(tài)時(shí)進(jìn)行稱重.

降塵缸布置在推平的流動(dòng)沙丘區(qū),地表平坦并覆蓋礫石,礫石直徑小于5cm.降塵缸間距2.5m,呈“品”字形布置(圖1).每種降塵收集方法分別進(jìn)行兩個(gè)重復(fù),一個(gè)降塵缸安裝在第一排,另一個(gè)安裝在第二排.降塵量為前后兩次重量之差,帶回觀測(cè)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行稱重,天平的精度為 0.01g.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為兩個(gè)降塵缸收集降塵量的平均值.

圖1 降塵缸布置及地表特征Fig.1 Plots of dust deposition gauges and land surface character

1.3 分析方法

本文降塵物質(zhì)是2012年1～4月收集.元素分析在中國(guó)科學(xué)院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,所用分析儀器為帕納科公司生產(chǎn)的順序式波長(zhǎng)色散型 X射線熒光光譜儀(型號(hào):Axios;產(chǎn)地:荷蘭).具體分析過(guò)程見(jiàn)張彩霞等[18]論文.測(cè)定元素包括Cl、P、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ga、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、Ce、Nd、Pb、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O和K2O.所分析樣品中除過(guò)濾網(wǎng)法和玻璃球法沒(méi)有測(cè)定Ce和Nd的數(shù)據(jù)外,其他收集方法的降塵均含有上述所有元素.

2 結(jié)果

2.1 降塵粒度特征

不同降塵收集方法影響收集的降塵物質(zhì)的粒度特征.由表1可見(jiàn),干法收集的降塵物質(zhì)的粒度最粗(Φ值越大,粒度越細(xì)),依次為過(guò)濾網(wǎng)法,玻璃球法,減速法和濕法.干法分選很好,過(guò)濾網(wǎng)法,玻璃球法和減速法屬于分選較好,而濕法屬于分選較差.干法、過(guò)濾網(wǎng)法和玻璃球法屬于近對(duì)稱;減速法屬于正偏,濕法屬于極正偏.峰度除濕法屬于很窄外,其余均屬于很寬.

表1 不同降塵收集方法收集的降塵粒度參數(shù)Table 1 Parameters of dust deposition from different collection methods

收集方法不同,降塵物質(zhì)在降塵缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式不同.對(duì)于濕法,沙塵在降落水面時(shí),隨即在重力作用下沉降在降塵缸的底部,所收集到的降塵為空氣中的幾乎所有沙塵物質(zhì),所以降塵物質(zhì)的平均粒徑最小.而對(duì)于其他收集方法,盡管采取了不同的措施,但還是不能完全避免塵埃的二次運(yùn)動(dòng).干法由于沒(méi)有采取任何降低降塵缸內(nèi)氣流速度的措施,所以氣流可能將降塵缸內(nèi)部分已經(jīng)沉積的細(xì)顆粒物質(zhì)帶出降塵缸,導(dǎo)致降塵缸內(nèi)細(xì)顆粒物質(zhì)減少,粒度較粗;減速法、過(guò)濾網(wǎng)和玻璃球采用了一定的減速措施,降低了降塵缸內(nèi)部的氣流速度,所以部分細(xì)顆粒物質(zhì)能夠沉積在降塵缸底部,收集的沉積物的粒徑要比干法的細(xì).

減速法主要是通過(guò)降低進(jìn)入降塵缸內(nèi)部氣流速度的方式來(lái)降低降塵缸內(nèi)部氣流,所以所收集的沉積物粒度最細(xì).過(guò)濾網(wǎng)法和玻璃球法是通過(guò)減小降塵缸內(nèi)部氣流速度的方式來(lái)降低降塵缸內(nèi)部氣流,但玻璃球間空隙能夠吸收降塵,防治沉降的降塵物質(zhì)被氣流帶出,所以沉積物的粒度要比過(guò)濾網(wǎng)法細(xì).由此可見(jiàn),在收集降塵時(shí),降低降塵缸外部氣流的速度要比降低內(nèi)部氣流對(duì)降塵收集效果更有效.

由此可見(jiàn),從收集的降塵粒度的角度考慮,濕法是最理想的降塵收集方法,除此之外,減速法也可作為一種較為理想的降塵收集方法.

2.2 降塵化學(xué)元素特征

圖2 不同降塵收集方法的地球化學(xué)元素值Fig.2 Rare earth element abundances (μg/g) and major element compositions (wt%) for different dust collection methods

由圖2a可以看出,不同降塵收集方法所收集的降塵微量元素含量既有相似,又有差異.Ba、Mn、Sr、P和Zr的含量大于100μg/g,其他元素的含量均小于100μg/g,其中Ba的含量最大,可達(dá)255～474μg/g,其次為Mn,可達(dá)261～327μg/g,Sr可達(dá) 141～449μg/g,P可達(dá) 206～272μg/g,Zr可達(dá)108～167μg/g.Nd和As的含量最少,As的含量為在4.2～7.6μg/g,Nd的含量為0.3～9.6μg/g.由圖2b可以看出,不同降塵收集方法所收集的降塵常量元素分布可分為兩種.過(guò)濾網(wǎng)法和干法具有相似的變化趨勢(shì);減速法、濕法和玻璃球法具有相似的變化趨勢(shì).濕法收集降塵的 SiO2的含量最大(79.30%),依次為 Al2O3(8.16%),Fe2O3(3.06%), Na2O(2.06%),K2O(2.04%),CaO(1.25%)和 MgO (0.98%).不同收集方法收集的降塵物質(zhì)中 SiO2, Al2O3,Fe2O3和K2O含量幾乎相同,但對(duì)于MgO, CaO和 Na2O的含量過(guò)濾網(wǎng)法和干法相似,而減速法、濕法和玻璃球法相似,同時(shí),過(guò)濾網(wǎng)法和干法的含量比減速法、濕法和玻璃球法大.

2.3 降塵元素富集因子

富集因子廣泛應(yīng)用于沙塵源區(qū)的判定[10].富集因子(EF),是指沉積物中的元素相對(duì)于地殼豐度的富集程度[10,15,19].其計(jì)算方法為:

式中:[X/Ref]樣品表示某一感興趣的元素與參考元素在樣品中的含量比,[X/Ref]地殼表示某一感興趣的元素與參考元素在地殼中的含量比.

由于元素Al或Fe在沉積過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定,而且大多數(shù)元素在沉積物的不同粒級(jí)中具有相近的富集規(guī)律,因此,元素與Al或Fe的比值可以消除沉積物化學(xué)成分的粒度效應(yīng).為此,在富集因子的計(jì)算中常采用元素/Al或Fe的比值.本文采用Al作為參考元素.元素的富集因子(EF)可以指示沉積物中元素的地殼或非地殼來(lái)源.一般認(rèn)為當(dāng)某元素的富集因子大于10時(shí)可判定該元素主要源于人為污染因素;當(dāng)某元素 EF值接近于 1或小于 1時(shí)可認(rèn)為主要源于自然地殼源,介于1～10時(shí)為兩種源的混合[10,19].

由圖3a可以看出,微量元素的富集因子值在0～3之間.假定濕法收集的降塵為標(biāo)準(zhǔn)降塵,根據(jù)富集因子,微量元素可以分為3類:(1)大于1,包括P、Mn、Ga、As、Rb、Y、Zr、Ba;(2)等于1,包括V、Cr、Co、Cu;(3)小于1,包括Cl、Ni、Sr、Nb、Ce、Nd、Pb.這說(shuō)明騰格里沙漠東南緣的沙塵物質(zhì)主要以自然地殼源和混合源為主.由圖3b可以看出,不同收集方法收集的降塵常量元素有明顯的差異.過(guò)濾網(wǎng)法和干法具有相似的變化趨勢(shì),而減速法、濕法和玻璃球法具有相似的變化趨勢(shì)(圖3b).SiO2、Al2O3、Fe2O3和K2O在不同收集方法時(shí)變化不明顯.過(guò)濾網(wǎng)法和干法的MgO、CaO和Na2O比較相似,而濕法、減速法和玻璃球法比較相似.假定濕法是標(biāo)準(zhǔn)的降塵收集方法,騰格里沙漠東南緣降塵常量元素富集因子除SiO2大于1外,其余均為1左右.已有研究表明,騰格里沙漠西北部、巴丹吉林沙漠以及河西走廊沙漠區(qū)的常量元素除SiO2大于1外,其余均小于1,同時(shí),沙漠和戈壁的常量元素存在差異[20].本文在騰格里沙漠東南緣收集降塵的常量元素分析結(jié)果與騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠基本一致,但與戈壁區(qū)存在差異.由此可見(jiàn),沙塵物質(zhì)主要來(lái)源于沙漠地區(qū).

圖3 不同降塵收集方法的富集因子Fig.3 Enrichment Factors for different dust deposition methods

2.4 硅鋁率和硅鋁鐵率分析

沙塵來(lái)源于某一地區(qū)地表土的風(fēng)力起塵.各類土壤的化學(xué)元素組分都有一定的特點(diǎn),相互之間有一定的差別,特定的土壤都有一定集中的分布區(qū)域.不同種類的地表土其元素的硅鋁率(SiO2/Al2O3)和硅鋁鐵率(SiO2/(Al2O3+ Fe2O3))是相對(duì)穩(wěn)定的,因此沉積物的硅鋁率和硅鋁鐵率可用于判別其沉積物源[21].鋁率、硅鋁鐵率反映Si的淋失和Fe、Al的富集,其值越小,風(fēng)化強(qiáng)度越大.

由圖 4可以看出,不同降塵收集方法收集的降塵硅鋁率存在明顯的差異,但硅鋁鐵率差異不明顯.減速法和濕法收集的降塵硅鋁率和硅鋁鐵率比較相近.玻璃球法收集的降塵硅鋁率和硅鋁鐵率均小于濕法.干法收集的降塵硅鋁率和硅鋁鐵率均大于濕法.過(guò)濾網(wǎng)法收集的降塵硅鋁率大于濕法,但硅鋁鐵率與濕法比較接近.研究表明,騰格里沙漠西北地區(qū)的硅鋁率為10左右,硅鋁鐵率為8左右[22].硅鋁率和硅鋁鐵率值大,一方面是其SiO2含量較高,使硅鋁率和硅鋁鐵率中分子變大,另一方面,其Al2O3含量較小,使硅鋁率和硅鋁鐵率中分母變小,因此其值偏高.

圖4 不同降塵收集方法的硅鋁率和硅鋁鐵率Fig.4 The Si/Al and Si/Al Fe rate for different dust collection methods

3 討論

3.1 收集方法對(duì)地球化學(xué)元素的影響

由圖5a可見(jiàn),減速法和玻璃球法與濕法的差值比較小.過(guò)濾網(wǎng)法和干法與濕法差值比較大.對(duì)減速法,除Mn、Zr和Ba元素與濕法的差值大于10外,其他微量元素與濕法的差值均小于 10.除減速法外,其他方法收集的微量元素Cl、P、Cr、Mn、Sr、Zr、Ba的含量與濕法差異較大.由圖5b可以看出,減速法和玻璃球法收集的常量元素與濕法差值很小,而過(guò)濾網(wǎng)法和干法收集的常量元素與濕法除Fe2O3外,其他元素差值較大.

圖5 不同降塵收集方法的地球化學(xué)成分差值Fig.5 The amount difference of the rare earth element abundances (μg/g) and major element compositions (wt%) between reduction velocity method, net method, glass ball method, dry method and wet methods

圖6 不同降塵收集方法關(guān)系Fig.6 The relationship between reduction velocity method, net method, glass ball method, dry method and wet methods

由圖6可以看出,減速法與濕法收集的化學(xué)元素相關(guān)性最好(R2=0.99),其次為玻璃球法(R2=0.96),干法(R2=0.69)和過(guò)濾網(wǎng)法(R2=0.55).

由圖7a可以看出,減速法和玻璃球法的富集因子,除As和Nb大于玻璃球法和干法外,其他均小于玻璃球法和干法.而對(duì)于常量元素的所有元素富集因子,減速法和玻璃球法與濕法幾乎相同;但過(guò)濾網(wǎng)法和玻璃球法收集的降塵 MgO、CaO和 Na2O的含量與濕法相差差異較大,其他常量元素與濕法幾乎相同(圖7b).

圖7 不同降塵收集方法元素差值Fig.7 The enrichment factor difference of the rare earth element abundances and major element compositions between reduction velocity method, net method, glass ball method, dry method and wet method

不同收集方法收集降塵物質(zhì)的硅鋁率和硅鋁鐵率亦不同.減速法收集的降塵的硅鋁率與濕法差別最小(0.02),其次為玻璃球法(-0.71)、干法(0.72)和過(guò)濾網(wǎng)法(0.81).而不同降塵收集方法收集的降塵硅鋁鐵率變化規(guī)律與硅鋁率有所不同,差異最小的是減速法(0.01),其次為過(guò)濾網(wǎng)法(-0.02),干法(0.28)和玻璃球法(-0.33).

綜上所述,由不同降塵收集方法所收集的降塵物質(zhì)粒度、化學(xué)元素含量、化學(xué)元素差值、以及不同收集方法之間的關(guān)系可以得出,濕法是最有效的降塵收集方法,其次為減速法、玻璃球法、干法和過(guò)濾網(wǎng)法.在西北干旱區(qū),減速法能夠代替濕法收集降塵.

3.2 降塵源區(qū)分析

降塵物質(zhì)在風(fēng)力作用下脫離地表后隨氣流輸送,然后在重力作用下沉降在地表.所以降塵物質(zhì)的理化性質(zhì)通常能夠反映降塵源區(qū).Honda等[23]研究表明,騰格里沙漠地表沉積物SiO2含量為 82%,Al2O3含量為 8.9%,Fe2O3含量為 2.2%, MgO含量為0.8%,CaO的含量為0.9,Na2O含量為2.1%,K2O含量為2.1%.濕法收集的降塵常量元素 SiO2發(fā)生虧損最多(-2.7%),其次為Al2O3(-0.76%),K2O 的虧損最小(-0.01%).而Fe2O3,CaO和MgO,Na2O發(fā)生富集,其中MgO富集最大(0.95%),其次為 Fe2O3(0.83%),CaO(0.79%)和 Na2O(0.06%).已有研究表明,黃土粉塵在源區(qū)已經(jīng)經(jīng)歷了去 Ca、Na階段的化學(xué)風(fēng)化過(guò)程[24],而導(dǎo)致降塵中Ca和Na的含量增加.不同收集方法獲得的地球化學(xué)元素的差異,可能是由于不同收集方法所收集的降塵粒度差異造成的,研究(1998,2004)發(fā)現(xiàn),地表沉積物粒徑控制沉積物的理化性質(zhì),細(xì)顆粒沉積物的方解石(Calcite)含量較高,而粗顆粒沉積物的石英(Quartz)含量較高,SiO2隨粒度減小而減少,但Fe2O3、MgO、CaO隨粒度減小而增加[23,25].濾網(wǎng)法和干法所收集的降塵MgO、CaO和Na2O的含量與減速法、濕法和玻璃球法有明顯的差異,由表1可知,濕法收集的降塵粒度最細(xì),依次為減速法、玻璃球法、過(guò)濾網(wǎng)法和干法.過(guò)濾網(wǎng)法和干法收集的降塵粒度較粗,這意味著降塵粒度越粗,MgO、CaO和Na2O的含量越大,但SiO2和Al2O3含量越少,這個(gè)結(jié)論與 Honda等人(1998)對(duì)地表沉積物地球化學(xué)性質(zhì)的分析既有相似又有不同,這可能是由于降塵的總體粒度要比地表沉積物粗.

4 結(jié)論

4.1 濕法收集的降塵粒度最細(xì),依次為減速法、玻璃球法、過(guò)濾網(wǎng)法和干法.

4.2 大氣降塵物質(zhì)中微量元素Ba、Mn、Sr、P和Zr的含量大于100μg/g,其他元素的含量均小于 100μg/g.常量元素 SiO2的含量最大(79.30%),依次為Al2O3(8.16%),Fe2O3(3.06%),Na2O(2.06%), K2O(2.04%),CaO(1.25%)和MgO(0.98%).

4.3 減速法、濕法和玻璃球法收集的降塵化學(xué)元素具有相似的變化趨勢(shì),而干法和過(guò)濾網(wǎng)法具有相似的變化趨勢(shì).

4.4 由降塵粒度、元素含量、富集因子、元素差值和富集因子差值等參數(shù)可以看出,減速法和濕法具有相似的降塵收集效果.因此,減速法能夠作為代替濕法在干旱地區(qū)進(jìn)行降塵收集的方法.

[1] Singer A, Ganor E, Dultz S, et al. Dust deposition over the Dead Sea [J]. Journal of Arid Environments, 2003,53:41-59.

[2] Offer Z Y, Goossens D. Thirteen years of aeolian dust dynamics in a desert region (Negev desert, Israel): analysis of horizontal and vertical dust flux, vertical dust distribution and dust grain size [J]. Journal of Arid Environments, 2004,57:117-140.

[3] Breuning-Madsena H, Awadzi T W. Harmattan dust deposition and particle size in Ghana [J]. Catena, 2005,63:23-38.

[4] Cattle S R, Mctainsh G H, Elias S. Aeolian dust deposition rates, particle-sizes and contributions to soils along a transect in semi-arid New South Wales, Australia [J]. Sedimentology, 2009,56:765-783.

[5] Liu D W, Abuduwaili J, Lei J Q, et al. Deposition Rate and Chemical Composition of the Aeolian Dust from a Bare Saline Playa, Ebinur Lake, Xinjiang, China [J]. Water, Air and Soil Pollution, 2011,218:175-184.

[6] 張正偲,董治寶.降塵收集方法對(duì)降塵效率的影響 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2013,34(2):499-508.

[7] 錢廣強(qiáng),董治寶.大氣降塵收集方法及相關(guān)問(wèn)題研究 [J]. 中國(guó)沙漠, 2004,24(6):779-782.

[8] 張正偲,董治寶,趙愛(ài)國(guó).騰格里沙漠東南部近地層沙塵水平通量和降塵量隨高度的變化特征 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2010,23(2): 165-169.

[9] 謝 靜,丁仲禮.中國(guó)東北部沙地重礦物組成及沙源分析 [J].中國(guó)科學(xué)(D輯), 2007,37(8):1065-1072.

[10] 謝遠(yuǎn)云,何 葵,周 嘉,等.哈爾濱沙塵暴的化學(xué)特征及其物質(zhì)源探討 [J]. 地理研究, 2006,25(2):255-261.

[11] 張小曳,張光宇,朱光華,等.中國(guó)源區(qū)粉塵的元素示蹤 [J]. 中國(guó)科學(xué)(D輯), 1996,26(5):423-430.

[12] 張虎才,李吉均,馬玉貞,等.騰格里沙漠南緣武威黃土沉積元素地球化學(xué)特征 [J]. 沉積學(xué)報(bào), 1997,1(4):152-158.

[13] 劉建慧,趙天良,韓永翔,等.全球沙塵氣溶膠源匯分布及其變化特征的模擬分析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2013,33(10):1741-1750.

[14] Zhang Z C, Dong Z B, Han L Y, et al. The trend of sand flux and the meteorology elements changes in the near-surface layer of Tengger desert in the spring of 2006 [J]. Chinese Science Bulletin, 2008,53(21):3346-3353.

[15] 莊國(guó)順,郭敬華,袁 蕙,等.2000年我國(guó)沙塵暴的組成、來(lái)源、粒徑分布及其對(duì)全球環(huán)境的影響 [J]. 科學(xué)通報(bào), 2001,46(3): 191-197.

[16] 黃麗坤,王廣智,王 琨.哈爾濱沙塵期大氣顆粒物物化性質(zhì)及傳輸途徑分析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2014, 34(8):1920-1926.

[17] 熊 潔,趙天良,韓永翔,等.1995～2004年?yáng)|亞沙塵氣溶膠的模擬源匯分布及垂直結(jié)構(gòu) [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2013,33(6):961-968.

[18] 張彩霞,孫 忠.基于X射線熒光光譜法測(cè)定少量樣品的主次元素 [J]. 中國(guó)沙漠, 2012,32(5):1263-1267.

[19] Pereiraa P A P, Lopes W A, Carvalho L S, et al. Atmospheric concentrations and dry deposition fluxes of particulate trace metals in Salvador, Bahia, Brazil [J]. Atmospheric Environment, 2007,41:7837-7850.

[20] 王立強(qiáng),王 親.河西走廊及其毗鄰地區(qū)地表物沉積元素特征[J]. 西北地質(zhì), 2013,46(2):69-80.

[21] 曹伯勛.地貌學(xué)及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué) [M]. 武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社, 1995.

[22] 任孝宗.民勤綠洲及其毗鄰沙漠流動(dòng)沙丘表面沉積物的元素分析 [D]. 蘭州:蘭州大學(xué), 2010.

[23] Honda M, Yabuke S, Shimizu H, Geochemical and isotopic studies of aeolian sediments in China [J]. Sedimentology, 2004,51: 211-230.

[24] 陳 駿,安芷生,劉連文.最近 2.5Ma以來(lái)黃土高原風(fēng)塵化學(xué)組成的變化與亞洲內(nèi)陸的化學(xué)風(fēng)化 [J]. 中國(guó)科學(xué)D輯, 2001,2: 136-145.

[25] Honda M, Shimizu H. Geochemical, mineralogical and sedimentological studies on the Taklimakan Desert sands [J]. Sedimentology, 1998,45:1125-1143.

致謝：本文樣品分析是由中國(guó)科學(xué)院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫忠老師和張彩霞老師處理,書(shū)寫(xiě)過(guò)程中得到山東農(nóng)業(yè)大學(xué)董智教授的指點(diǎn),在此特表謝意！

Effect of dust deposition collection method on dust physicochemical properties and its environmental significance.

ZHANG Zheng-cai*, DONG Zhi-bao (Key Laboratory of Desert and Desertification, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China). China Environmental Science, 2014,34(12)：3034～3040

Using dust material collected in the Shapotou Aeolian Experiment Site in the southeastern part of the Tengger Desert, the dust particle sizes, chemical element composition, chemical enrichment factor, and Si/Al and Si/Al Feratios were analyzed. The aims of the study was to provide optimizational dust collection methods and confirm the dust sources. The content of the Ba was largest and was about 255～474μg/g, Nd was smallest and was about 0.3～9.6μg/g; the content of the SiO2was largest and was about 79.30%, and MgO was smallest and was 0.98%. The enrichment factors was between 0 and 3. The results indicated that the reduction velocity method and wet method caused similar changes to all studied parameters. The mean grain size was finest (Φ was 2.84) for the wet method and coarsest (Φ was 2.46) for the dry method. The reduction velocity method could be used to substitute for wet dust collection method for dust collection in dry regions. Based on chemical characteristics of the dust material, desert regions in northwestern China were the main dust sources.

dust；dust collection method；chemical properties

X513

A

1000-6923(2014)12-3034-07

張正偲(1979-),男,甘肅靖遠(yuǎn)人,副研究員,博士,主要從事風(fēng)沙物理研究.發(fā)表論文50余篇.

2014-03-11

中國(guó)科學(xué)院“西部之光”項(xiàng)目;國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41101007);國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2011DFA11780)

? 責(zé)任作者, 副研究員, zhangzhsi@sina.com