李春環(huán)，王攀，余海龍，李冰，黃菊瑩*

1. 西北土地退化與生態(tài)恢復國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 750021；2. 西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建教育部重點實驗室，寧夏 銀川 750021；3. 寧夏大學生態(tài)環(huán)境學院，寧夏 銀川 750021；4. 寧夏大學地理科學與規(guī)劃學院，寧夏 銀川 750021；5. 寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021

大氣沉降中K+、Ca2+、Na+、Mg2+等鹽基離子在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。這些離子一方面可以為植物生長提供必要的養(yǎng)分（葉片截獲或地下部分吸收），另一方面能夠?qū)Υ髿馑嵝猿两滴锲鸬街泻妥饔?，從而削弱酸沉降對土壤的酸化作用（Lei et al.，2011；Wang et al.，2012；廖柏寒等，2001）。早在上世紀80年代，歐美學者就開始對鹽基離子沉降開展了系統(tǒng)的觀測研究。相關(guān)結(jié)果表明，隨著大氣污染物限排措施的實施和社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，許多歐美發(fā)達國家 S、N、鹽基離子沉降均呈下降趨勢（Dana et al.，1987；Erik，1988）。在中國，隨著經(jīng)濟的快速增長和能源需求的日益增加，學者們在大氣沉降化學組成方面亦積累了豐富的研究成果，但相關(guān)研究多集中于S、N化合物等方面，針對鹽基離子的工作還略顯不足，尤其工業(yè)排放源周邊（朱劍興等，2019）。開展于中國西北荒漠煤礦區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，雖然燃煤電廠等企業(yè)已實現(xiàn)了超低排放，但其SO2和 NOx排放在全國總排放率的占比逐年增加，是區(qū)域空氣S、N的主要來源（Shen et al.，2016；薛文博等，2016；王金相，2018；伯鑫等，2019；梁曉雪，2019）。鑒于鹽基離子在中和酸沉降方面發(fā)揮的重要作用，探明西北荒漠煤礦區(qū)鹽基離子沉降狀況將有助于科學評估區(qū)域酸沉降風險。

大氣沉降的化學成分十分復雜，包括 SO42?、NO3?、Cl?、F?、H+、NH4+、K+、Ca+、Na+、Mg2+等。這些離子綜合作用影響著沉降酸度。其中，鹽基離子作為堿性物質(zhì)，是決定酸沉降量的重要因素（Lee et al.，1999；安俊嶺等，2000）。研究表明，近 20年來中國鹽基離子濕沉降量呈先下降后平穩(wěn)的趨勢，平均約 16.70 kg·hm?2·season?1（Zhang et al.，2020），與濕沉降中SO42?和NO3?之和相當，在調(diào)節(jié)降水酸度、維持土壤養(yǎng)分等方面發(fā)揮著重要作用。據(jù)估算，中國大氣沙塵中鹽基離子可以使降水pH平均上升2個單位（Wang et al.，2002）。此外，鹽基離子沉降是土壤鹽基離子的重要來源之一。在長期酸沉降的影響下，土壤中交換性鹽基離子逐漸被淋溶、消耗（Yu et al.，2020），土壤主要依賴于大氣沉降對鹽基離子進行補充（Zhang et al.，2020）。例如針對中國亞熱帶森林的研究發(fā)現(xiàn)，Ca2+沉降不斷補充著土壤Ca2+，使得兩者的含量大致相同（Larssen et al.，2011）。另外，大氣鹽基離子沉降至土壤后，與碳酸鹽等物質(zhì)共同作用使土壤pH顯著升高（Zhang et al.，2020）。堿性土壤廣泛分布于西北荒漠區(qū)。鹽基離子沉降能夠有效緩解土壤酸化已在酸性土壤中得到了驗證（Zhu et al.，2016），但在堿性土壤尚缺乏系統(tǒng)的分析，尤其是中、重度堿性土壤（pH>8.5）。

西北荒漠區(qū)位于國家生態(tài)安全格局“兩屏三帶”的北方防沙帶。國家規(guī)劃的14億噸級煤炭基地中的寧東能源化工基地（以下簡稱寧東基地）位于該區(qū)域，距黃河僅35 km，其快速發(fā)展對礦區(qū)周邊乃至黃河流域的生態(tài)環(huán)境造成壓力（趙廷寧等，2018）。與酸沉降相比，中國在鹽基離子沉降特征效應(yīng)方面的研究起步較晚，但也已逐步建立了全國監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（朱劍興等，2019）。然而，受網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測覆蓋范圍和研究手段的限制，監(jiān)測網(wǎng)中的監(jiān)測點雖然包含了工業(yè)污染源，但主要為混合污染源，缺乏對單一排放源的監(jiān)測；涉及了主要生態(tài)系統(tǒng)類型，但集中在遠離主要排放源的農(nóng)田和森林，缺乏對工業(yè)排放源周邊荒漠的監(jiān)測。那么，在中國西北荒漠煤礦區(qū)，鹽基離子沉降是否有助于中和大氣酸度，鹽基離子沉降是否會促進土壤鹽基離子積累、調(diào)節(jié)土壤pH等問題都值得深入探討。為此，本研究以寧東基地 3個燃煤電廠為采樣點，依據(jù)研究區(qū)降水稀少、風沙天氣頻發(fā)的氣候特點，采用手動采樣器結(jié)合替代面法收集了降水降塵混合沉降樣品，深入研究了2019年混合沉降中鹽基離子沉降特征和來源，初步分析了鹽基離子沉降效應(yīng)，以期為科學評估西北荒漠煤礦區(qū)酸沉降風險提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

寧東基地位于寧夏中東部，距離首府銀川約40 km，位于鄂爾多斯盆地西南緣（圖1），是中國能源化工“金三角”的核心區(qū)域?；乇编徝珵跛厣车?，南至寧南黃土丘陵，呈南北條帶狀分布，規(guī)劃范圍主要涉及靈武市（臨河鎮(zhèn)、寧東鎮(zhèn)、馬家灘鎮(zhèn)、白土崗鄉(xiāng)）、鹽池縣（惠安堡鎮(zhèn)、馮記溝鄉(xiāng)）、同心縣（韋州鎮(zhèn)、下馬關(guān)鎮(zhèn)）、紅寺堡區(qū)（太陽山鎮(zhèn)）的9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積約3483.7 km2（王金相，2018）。氣候類型為中溫帶干旱氣候，具有干燥、少雨、蒸發(fā)量大等特點。土壤類型主要為灰鈣土、風沙土及少量鹽堿土。天然植被稀少且分布不均勻，植物組成以豬毛蒿（Artemisia scoparia）、豬毛菜（Salsola collina）、蒺藜（Tribulus terrestris）、臭蒿（Artemisia hedinii）、狗尾草（Setaria viridis）、針茅（Stipa capillata）、白草（Pennisetum centrasiaticum）、甘草（Glycyrrhiza uralensis）、草木樨狀黃芪（Astragalus melilotoides）、披針葉黃華（Thermopsis schischkinii）、沙棗（Ziziphus jujube）等一年或多年生草本、旱生或超旱生灌木和半灌木為主。

圖1 研究區(qū)采樣點位置圖Figure 1 Location of the sampling points in the studied area

1.2 監(jiān)測點選擇和采樣點設(shè)置

以寧夏發(fā)電集團有限責任公司馬蓮臺電廠（機組規(guī)模為2×330 MW）、寧夏煤電有限公司鴛鴦湖電廠（機組規(guī)模為2×660+2×1100 MW）和寧夏靈武發(fā)電有限公司靈武電廠（機組規(guī)模為 2×600+2×1000 MW）等3個典型燃煤電廠為監(jiān)測點。為避免其他污染源及人為活動的干擾，將取樣點統(tǒng)一設(shè)在電廠圍墻外主風向偏北遠離其他企業(yè)、村莊、農(nóng)田、牧場和道路的扇形區(qū)域內(nèi)。相關(guān)研究表明，寧東基地燃煤電廠大氣污染物最大落地濃度在距廠界 1000—1300 m處（羅成科等，2018）；大氣硫化物濃度在空間上隨著距離的增大呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，并在距燃煤電廠約2000 m處達到最大值（李志雄等，2017）；土壤硫化物濃度在距燃煤電廠下風向約2000 m處達到最大值（佟海，2016）。因而，依據(jù) 3個電廠周邊實際情況，本研究分別以每個電廠煙囪為中心，沿所選方向2000 m范圍內(nèi)設(shè)3—5個取樣點。每個取樣點各設(shè)3個采樣點（間距>10 m）。采樣點均設(shè)置在地勢平坦、植被分布均勻、無高大樹木的地段。其中，馬蓮臺電廠共布設(shè)了 3個取樣點（100、300、500 m），計9個采樣點；鴛鴦湖電廠共布設(shè)了4個取樣點（100、300、500、1000 m），計12個采樣點；靈武電廠共布設(shè)了5個取樣點（100、300、500、1000、2000 m），計15個采樣點。3個電廠共布設(shè)了12個取樣點，總計36個采樣點。

1.3 降水降塵混合沉降樣品收集與分析

參照國家環(huán)境保護總局發(fā)布的《酸沉降監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 165—2004）和《環(huán)境空氣降塵標準》（GB/T 15265—1994），于2019年3—11月采用手動采樣器結(jié)合替代面法收集降水降塵混合沉降樣品。具體操作步驟參照項目組前期研究（王攀等，2020）。雖然替代面法僅能收集到直徑>2 μm的顆粒物沉降，但獲得的降塵化學組成對于評價大氣沉降狀況仍具有積極意義（邢建偉等，2017；吳玉鳳等，2019）。鑒于其成本低、操作簡便等特點，該方法在中國北方多沙塵地區(qū)的相關(guān)研究中有較多應(yīng)用。

實驗室內(nèi)，將每個采樣點每月采集到的混合沉降樣品按季節(jié)合并為一個樣品，以獲得春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）樣品；采用0.45 μm有機微孔濾膜抽濾后，根據(jù)離子色譜法原理（牟世芬，2000），利用美國 ThermoFisher公司生產(chǎn)的 ICS-900離子色譜儀進行鹽基離子的測定；pH和電導率分別采用梅特勒S220多參數(shù)測試儀和S230電導率儀測定；SO42?和NO3?的測定方法見項目組前期研究（王攀等，2020）。

1.4 土壤樣品收集與分析

于2019年7月下旬，在每個采樣點用內(nèi)徑為5 cm的土鉆隨機取三鉆0—20 cm表層土壤，混勻作為1個樣品裝入封口袋中，保存于保溫箱內(nèi)帶回實驗室進行土壤指標的測定。實驗室內(nèi)，封口袋中土樣過2 mm篩后于4 ℃下冷藏，盡可能在一周內(nèi)完成pH（梅特勒S220多參數(shù)測試儀）和電導率（S230電導率儀）的測定；Ca2+和Mg2+采用原子吸收法。在土壤浸出液中加入50 g·L?1的LaCl3，定容后分別在原子吸收分光光度計422.7 nm和285.2 nm波長處測定土壤浸出液的吸收值，運用標準曲線計算二者質(zhì)量分數(shù)；K+和Na+采用火焰光度法。在土壤浸出液中加入Al2(SO4)3溶液，在火焰光度計記錄檢流計讀數(shù)并計算二者質(zhì)量分數(shù)（鮑士旦，2000）。土壤各指標的變化特點見表1。

表1 研究區(qū)土壤性質(zhì)的變化Table 1 Variations of soil properties in the studied area

1.5 氣團后向軌跡模型

利用HYSPLIT-4對研究區(qū)2019年3月1日—11月31日24 h氣團后向軌跡進行了模擬，并利用TrajStat軟件中Euclidean Distance算法按季進行聚類得到不同類型輸送軌跡（Wang et al.，2009）。氣團后向軌跡資料使用美國國家環(huán)境預報中心和美國國家大氣研究中心提供的全球再分析資料以及全球資料同化系統(tǒng)氣象要素數(shù)據(jù)（ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1）。

1.6 降水降塵混合沉降輸入酸度和鹽基離子中和因子

大氣酸度是由酸前體物與中和離子的濃度綜合決定的。SO42?和 NO3?是最主要的酸前體物。已有研究將APi定義為輸入酸度，表示由SO42?和NO3?作用產(chǎn)生的大氣沉降最大酸度（汪少勇等，2019）。APi的計算公式為：

式中：

中和因子（Neutralization Factor，F(xiàn)N）是量化大氣沉降中堿性離子中和能力的重要參數(shù)，其計算公式為（Possanzini et al.，1988）：

式中：

Xi——大氣沉降中鹽基離子濃度（eq·L?1）；

1.7 統(tǒng)計方法

應(yīng)用Arc map 10.4進行研究區(qū)地理位置圖的繪制；Excel 2007計算各指標的變異系數(shù)（各指標標準差與其平均值的比值）；SPSS 13.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：Origin 2021進行圖形繪制，圖中數(shù)據(jù)為平均值+標準誤。表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。采用Pearson相關(guān)性分析分析混合沉降性質(zhì)和土壤性質(zhì)的關(guān)系；采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）比較電廠間和季節(jié)間各指標的差異。分析前，對各指標進行方差齊性檢驗。若方差為齊性，選用最小顯著性差異法（LSD），否則選用Tamhine’s T2法。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水降塵混合沉降中鹽基離子沉降特征

除pH外，研究區(qū)混合沉降中各指標變異系數(shù)總體較高（圖2）。整體上，K+、Ca2+、Na+和Mg2+季沉降量均存在較大變異，變化范圍分別為0.01—10.04、0.25—27.85、0.36—9.05、0.27—2.62 kg·hm?2·season?1；相比 pH（6.01—7.93），電導率存在較大變異，變化范圍為 5.13—285.00 μS·cm?1。

圖2 研究區(qū)混合沉降中鹽基離子季沉降量、pH和電導率的變化Figure 2 Variations of seasonal deposition of base cation, pH, and electrical conductivity in bulk deposition in the studied area

3個電廠間（圖2），馬蓮臺電廠K+季沉降量顯著低于靈武電廠（P<0.05），Ca2+季沉降量顯著高于靈武電廠（P<0.05），電導率顯著高于其他兩個電廠（P<0.05）。相比之下，Na+和Mg2+季沉降量在3個電廠間差異較小（P>0.05）。

3個季節(jié)間（圖3），鹽基離子季沉降量整體呈現(xiàn)出夏季多、春秋兩季少的特點，pH和電導率則無明顯的季節(jié)規(guī)律。馬蓮臺電廠夏季 Ca2+、Mg2+沉降量顯著高于春、秋兩季（P<0.05），秋季 pH顯著高于夏季（P<0.05）。鴛鴦湖電廠夏季 K+沉降量顯著高于春季（P<0.05），夏季Ca2+、Na+、Mg2+沉降量顯著高于春、秋兩季（P<0.05），夏、秋兩季pH顯著高于春季（P<0.05），秋季電導率顯著高于春季（P<0.05）。靈武電廠夏季 K+、Ca2+、Mg2+沉降量顯著高于春、秋兩季（P<0.05）。

圖3 研究區(qū)混合沉降中鹽基離子季沉降量、pH和電導率的季節(jié)差異Figure 3 Differences of seasonal deposition of base cation, pH, and electrical conductivity in the bulk deposition among the three seasons in the studied area

2.2 氣團后向軌跡聚類分析

研究區(qū)春季氣團來源主要為北偏西方向的內(nèi)蒙古阿拉善盟、正北方向的內(nèi)蒙古烏海市、正東方向的陜西榆林市、正南方向的甘肅慶陽市、西南方向的甘肅白銀市。其中，來自北偏西方向阿拉善盟的氣團占比最大（圖4A）。

圖4 研究區(qū)春（A）、夏（B）、秋季（C）氣團后向軌跡聚類結(jié)果Figure 4 Clustering results of backward trajectories of air masses in spring (A), summer (B), and autumn (C)in the studied area

研究區(qū)夏季氣團來源主要為東南方向的寧夏吳忠市、東南方向的甘肅省慶陽市、正西方向的內(nèi)蒙古阿拉善盟、東北方向的蒙古國東南部經(jīng)陰山山脈—庫布其沙漠—毛烏素沙地。其中，來自于東南方向吳忠市的氣團占比最大（圖4B）。

研究區(qū)秋季氣團來源主要為東南方向的甘肅慶陽市、東南方向的陜西寶雞市、東南方向的陜西延安市、東北方向的內(nèi)蒙古鄂爾多斯市、西北方向的內(nèi)蒙古阿拉善盟、西北方向的蒙古國西南部經(jīng)內(nèi)蒙古中央隔壁—巴丹吉林沙漠—騰格里沙漠。其中，來自東南方向慶陽市的氣團占比最大（圖4C）。

2.3 降水降塵混合沉降中鹽基離子沉降量與pH和電導率的關(guān)系

研究區(qū)混合沉降輸入酸度低于其平均pH，Ca2+和Na+中和因子較高，Mg2+、K+中和因子較低（表2）。具體而言，鴛鴦湖電廠混合沉降pH較低，其他兩個電廠混合沉降 pH較高；3個電廠混合沉降PAi相近，且均低于其平均pH；3個電廠混合沉降鹽基離子中和因子均表現(xiàn)為Ca2+最高、K+最低。

圖5中，研究區(qū)混合沉降中K+季沉降量與pH存在顯著負的線性關(guān)系（P<0.05）；Ca2+和Mg2+季沉降量均與電導率存在極顯著正的線性關(guān)系（P<0.01）。

圖5 研究區(qū)混合沉降中鹽基離子季沉降量與pH和電導率（EC）的關(guān)系Figure 5 Relationships of seasonal deposition of base cation with pH and electrical conductivity (EC)in bulk deposition in the studied area

表2 研究區(qū)混合沉降輸入酸度和中和因子Table 2 Input acidity and neutralization factors of bulk deposition in the studied area

2.4 降水降塵混合沉降性質(zhì)與土壤性質(zhì)的關(guān)系

如圖6所示，K+季沉降量與土壤K+質(zhì)量分數(shù)、Na+質(zhì)量分數(shù)、Mg2+質(zhì)量分數(shù)及電導率顯著正相關(guān)（P<0.05）；Ca2+季沉降量與土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)顯著正相關(guān)（P<0.05）；Mg2+季沉降量與土壤 Ca2+質(zhì)量分數(shù)顯著正相關(guān)（P<0.05）；混合沉降pH與土壤K+質(zhì)量分數(shù)顯著負相關(guān)（P<0.05），與土壤pH顯著正相關(guān)（P<0.05）；混合沉降電導率與土壤 Ca2+質(zhì)量分數(shù)顯著正相關(guān)（P<0.05）。

圖6 研究區(qū)混合沉降性質(zhì)與土壤性質(zhì)的相關(guān)性Figure 6 Correlations between bulk deposition properties and soil properties in the studied area

3 討論

3.1 降水降塵混合沉降中鹽基離子沉降特征

以往研究發(fā)現(xiàn)，在大氣鹽基離子沉降的自然源和人為源中，Ca2+質(zhì)量分數(shù)均高于其他鹽基離子（Zhang et al.，2012），從而使得 Ca2+主導著鹽基營養(yǎng)沉降通量（Du et al.，2018；Vet et al.，2018）。本研究中，3個電廠鹽基離子沉降量的高低順序均為 Ca2+(6.12±0.42) kg·hm?2·season?1>Na+(2.78±0.13) kg·hm?2·season?1>K+(2.12±0.22 kg·hm?2·season?1)>Mg2+(1.01±0.05) kg·hm?2·season?1，平均值與中國西北地區(qū)平均水平接近（Zhao et al.，2021），但低于中國34個森林生態(tài)系統(tǒng)的觀測值（Du et al.，2018）。一方面，本研究采用替代面法收集了降水降塵混合沉降。該方法僅能收集到直徑>2 μm的顆粒物干沉降，即本研究收集到的混合沉降為全部濕沉降與部分干沉降之和，可能低估了大氣鹽基離子總沉降量（邢建偉等，2017；吳玉鳳等，2019）。另一方面，針對中國森林生態(tài)系統(tǒng)的研究站點主要集中在東部和南部（Du et al.，2018）。這些區(qū)域高度的城市化和工業(yè)化增加了鹽基離子沉降的人為排放量（Zhang et al.，2015）。此外，近年來隨著中國西部生態(tài)環(huán)境建設(shè)（植被恢復、風速降低、土壤侵蝕減緩等）和大氣顆粒物排放措施實施，干旱半干旱區(qū)風塵源引起的鹽基離子沉降減少。例如，基于多層次歐拉模型的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國鹽基離子沉降在1985—2005年間增加了16%，而在2005—2015年間降低了33%（Zhao et al.，2021）。季節(jié)分配上，研究發(fā)現(xiàn)夏季高溫更有利于大氣中塵埃的懸浮（Kang et al.，2016）。由于本研究區(qū)夏季降水相較春、夏兩季多，懸浮于大氣中的鹽基離子更易隨著降水沉降至地表，固整體上呈現(xiàn)出夏季多、春季和秋季少的特點（圖3），與以往的研究結(jié)果一致（Du et al.，2018）。

3.2 降水降塵混合沉降中鹽基離子來源分析

據(jù)統(tǒng)計，70%以上的鹽基離子沉降來源于地表（Li et al.，2019）。近年來，在中國嚴格控制能源產(chǎn)業(yè)污染排放的背景下，各區(qū)域鹽基離子工業(yè)源污染大幅減少、自然源占據(jù)主導地位（Zhang et al.，2015）。本研究中，鴛鴦湖電廠和靈武電廠機組規(guī)模高于馬蓮臺電廠，二者 K+沉降量高于后者，但Ca2+沉降量低于后者、Na+和 Mg2+沉降量與后者差異不大（圖2），一定程度上表明研究區(qū)鹽基離子沉降的本地源可能為揚塵而非工業(yè)排放。此外，排放至大氣的污染物在大氣多尺度環(huán)流的作用下混合、擴散，造成污染物跨區(qū)域的遠距離輸送（邢建偉等，2017；梁曉雪，2019）。寧東基地地處西北地區(qū)東部，當?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)格局及自然環(huán)境決定了其大氣降塵來源復雜，不僅有源自本地的鈣質(zhì)土壤揚塵和工業(yè)降塵污染，還有源自周邊沙漠的沙塵。氣團后向軌跡聚類結(jié)果表明，研究區(qū)春季氣團的最主要來源為西北方向的阿拉善盟（圖4A）。這主要是因為寧東基地位于毛烏素沙地南緣，且附近還有騰格里和巴丹吉林沙漠，從西北風向上為其輸送了充足的沙塵。由于春季沙塵天氣頻繁，且沙塵中含有大量Ca2+（陳思宇等，2017），從而使Ca2+沉降量明顯高于其他鹽基離子（圖2）。研究區(qū)夏季和秋季氣團的最主要來源均為東南方向（圖4B和4C）。近距離上，該方向的吳忠市和慶陽市屬于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)地區(qū)。夏、秋兩季頻繁的農(nóng)業(yè)作業(yè)使得區(qū)域地表土層更易受到風力侵蝕，且秋季秸稈焚燒造成大量富含 K+等鹽基離子的氣溶膠排放（Zhang et al.，2019；唐喜斌，2014）。遠距離上，東部和南部發(fā)達城市較高的鹽基離子排放（Du et al.，2018），可能通過長距離輸送為寧東基地鹽基離子沉降提供了來源，但還需結(jié)合兩個季節(jié)的風向進行深入分析。

3.3 降水降塵混合沉降中鹽基離子沉降效應(yīng)分析

研究表明，鹽基離子能夠中和約76%的酸性沉降（Du et al.，2018）。本研究中，3個電廠混合沉降PAi值（5.26—5.33）均低于其平均pH值（7.09—7.24）（表2）。這說明降水降塵混合沉降的輸入酸度高，但其實際的酸度低，即鹽基離子在一定程度上中和了混合沉降酸度（汪少勇等，2019）。為進一步量化混合沉降中各鹽基離子中和作用的強度，本文利用公式（2）計算了 K+、Ca2+、Na+和Mg2+等4種離子的中和因子（NF）。結(jié)果顯示，3個電廠混合沉降中Ca2+（NF：1.63—2.51）和Na+（NF：1.56—1.93）的中和因子大于1，而K+（NF：0.22）和Mg2+（NF：0.51—0.61）的中和因子小于1。這說明 Ca2+和 Na+具有較強的中和能力（尤其Ca2+），K+和Mg2+的中和能力相對較弱（尤其K+），與以往研究結(jié)果類似（Wang et al.，2012；Du et al.，2018；安俊嶺等，2000；廖柏寒等，2001）。線性擬合結(jié)果顯示（圖5），K+季沉降量與混合沉降pH負相關(guān)，與以往研究結(jié)果相反（Wang et al.，2002），有待通過長期的試驗研究進行深入探討。此外，Ca2+、Mg2+季沉降量與混合沉降電導率極顯著正相關(guān)（P<0.01），表明研究區(qū)大氣中堿性鹽基離子與其電導率存在密切的聯(lián)系，與開展于祁連山東段的研究結(jié)果相似（賈文雄等，2016）。

在長期酸沉降的影響下，土壤中鹽基離子會逐漸被淋溶、耗損（Hynicka et al.，2016；Yu et al.，2020），此時土壤鹽基營養(yǎng)在一定程度上依賴于大氣鹽基離子輸入（Larssen et al.，2011；Zhang et al.，2020）。本研究中，K+季沉降量與土壤K+質(zhì)量分數(shù)、Ca2+季沉降量與土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)均呈正相關(guān)（圖6），證實酸沉降下荒漠煤礦區(qū)大氣鹽基離子是土壤鹽基營養(yǎng)的重要來源之一。K+季沉降量亦與土壤 Na+和Mg2+質(zhì)量分數(shù)正相關(guān)，這可能是由于 K+沉降量增加打破了原始土壤交換性和水溶性鹽基離子的動態(tài)平衡，從而提高了土壤交換性鹽基離子濃度（賈潤語，2019）。但也有研究表明土壤膠體中 K+與Mg2+等為互補離子，K+含量的增加降低了交換性Mg2+在鹽基離子總量中的占比（姜勇等，2005）。全國尺度的研究表明，大氣中鹽基離子隨降水進入土壤后，與碳酸鹽等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)使土壤pH升高（Zhang et al.，2020）。本研究中，4種鹽基離子沉降量均與土壤pH無相關(guān)性。受地理位置和氣候條件等因素影響，研究區(qū)土壤具有pH高（部分區(qū)域甚至超過 9.0）、碳酸鹽含量豐富的特點（寧夏農(nóng)業(yè)勘查設(shè)計院，1990）。因而，中重度堿性土壤環(huán)境使其pH較難受到大氣鹽基離子沉降的影響；混合沉降pH與土壤pH正相關(guān)、與土壤K+質(zhì)量分數(shù)負相關(guān)（圖6），證實酸沉降會降低土壤pH（Yu et al.，2020），從而有助于促進堿性土壤磷酸鹽溶解、提高K+等離子的移動性（姜勇等，2019）。

4 結(jié)論

本研究區(qū)降水降塵中鹽基離子沉降量與中國西北地區(qū)平均水平相當，但低于東部和南部等區(qū)域的測定值；夏季鹽基離子沉降量較高，主要來源為東南方向。春季和秋季沉降量較低，主要來源分別為西北和東南方向；鹽基離子中和了降水降塵輸入酸度，其中Ca2+占主導作用。降水降塵中K+和Ca2+沉降促進了土壤K+和Ca2+積累。此外，堿性土壤環(huán)境下，鹽基離子沉降較難改變土壤 pH，但降水降塵輸入有助于降低土壤pH、提高土壤K+移動性，有待通過長期定位觀測進行驗證。