阿拉爾市綠洲—塔克拉瑪干沙漠過渡帶大氣降塵變化特征研究

楊晨 郭騰 馬濤

摘要 2015年3—8月采用野外定位監測對塔克拉瑪干沙漠北部4種不同下墊面大氣降塵研究結果表明：大氣降塵量為沙漠邊緣地帶>綠洲荒漠交錯地帶>農田防護林>城市綠地；6月最大，月降塵量分別為656.35、311.37、267.84、258.24 g/m2。結合氣象數據可以說明沙塵暴的發生總天數與大氣降塵、揚塵成正相關關系，但降水對大氣降塵具有抑制作用，下墊面狀況對大氣降塵量具有明顯的影響。

關鍵詞 大氣降塵；防風固沙；綠洲；塔克拉瑪干沙漠；新疆阿拉爾

中圖分類號 X831 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）09-0217-02

Abstract Using field monitoring of the Taklimakan desert in northern four different underlying surface during March to August in 2015. Results showed that the amount of atmospheric dust for desert marginal zones >oasis-desert interlaced zone> farmland protection forest>urban green space，up to 6 months，the monthly amount of dust were 656.35 g/m2，311.37 g/m2，267.84 g/m2 and 258.24 g/m2 respectively. The total number of days of atmospheric dust fall and blowing sand and dust storms occur is a positive correlation. Precipitation has inhibitory effect to the atmospheric dust. Underlying surface conditions of the amount of atmospheric dust has obvious effect.

Key words atmospheric dust fall；wind sheltering and sand fixation；oasis；Taklimakan Desert；Alear Xinjiang

大氣降塵是在大氣重力作用下自然降落于地面粒徑大多在10 μm以上的顆粒物[1]。大氣降塵量是指從大氣中自然降落在單位面積上的顆粒物重量。大氣降塵量是進行大氣污染監測作為空氣質量評價的選擇參數[1-3]。很多研究表明，對區域大氣降塵量的監測有利于對環境進行管理，具有重大的研究意義和研究價值[4-7]。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域位于塔克拉瑪干沙漠北緣與阿拉爾市綠洲過渡帶，東經80°30′～81°58′，北緯40°22′～40°57′。多年平均氣溫10.8 ℃，無霜期180～224 d，年均降水量為40.1～98.8 mm，年均蒸發量1 876.6～2 558.9 mm，屬典型的暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候。沙塵暴平均發生日數13 d，多發生在4—6月，占全年發生頻率的67%。浮塵平均每年發生55 d，多在3—5月，占全年發生頻率的50%。阿拉爾市綠洲與塔克拉瑪干沙漠植被種類較少，主要組成以楊柳科、菊科等為主，其中最有代表性的植物是蘆葦（Phragmites communis）、胡楊（Populus euphratica）、檉柳（Tamarix spp.）、羅布麻（Poacynum hendersonii）等，構成了喬木、灌木和草本植物群落。

1.2 研究方法

1.2.1 采樣點布設。根據阿拉爾市綠洲與塔克拉瑪干沙漠北緣不同的下墊面類型，選擇了城市綠地、農田防護林、綠洲荒漠交錯地帶、沙漠邊緣地帶4個下墊面作為大氣降塵采樣點。

1.2.2 樣品的采集。收集大氣降塵樣品時，應當盡量模擬大氣顆粒物在地球重力場的作用下沉降的情形[8-9]。集塵缸內壁光滑，內壁直徑15 cm、高30 cm的PVC材質作為集塵缸來收集大氣降塵，集塵方式為干集塵方式，按月收集各監測樣地的降塵，同一個取樣點設置3個集塵缸。同時，記錄不同下墊面的空氣溫度和濕度。

1.2.3 樣品的處理。將不同采樣點的集塵缸內所收集降塵樣品對應編號，帶回實驗室后去除樣品中的樹葉、蟲子、鳥糞等其他雜物后用電子天平（1/1 000精度）進行稱量并計算大氣降塵量。降塵量計算公式：

M=W/πR2

式中，M為降塵量（g/m2），W為集塵缸內接收的降塵凈重（g），R為集塵缸缸口半徑（cm）。

2 結果與分析

2.1 不同下墊面大氣降塵量年內分布規律

由表1可以看出，城市綠地、農田防護林、綠洲荒漠交錯地帶、沙漠邊緣地帶4種不同的下墊面1.5 m高度年內降塵量的分布特征總體表現為3—8月之間降塵量為沙漠邊緣地帶>綠洲荒漠交錯地帶>農田防護林>城市綠地，各下墊面年內降塵量6月時達到年內最大值，分別為258.24、267.84、311.37、656.35 g/m2，較3月各下墊面降塵量分別增加了1.88、1.93、2.32、2.08倍。6月以后降塵量逐漸減低，3—8月各下墊面累計降塵量為1 147.02、1 193.74、1 298.27、2 857.15 g/m2，沙漠邊緣地帶降塵量是綠洲荒漠交錯地帶、農田防護林和城市綠地的2.20、2.39、2.49倍。引起這一現象是因為含沙氣流由沙漠區吹向人工綠洲時，綠洲荒漠交錯地帶植被的阻礙和抵擋作用，風速逐漸減弱，部分較大粒徑的沙塵發生沉降導致增幅迅速。

2.2 不同下墊面空氣溫度和濕度變化

由表2可以看出，3—5月空氣溫度沙漠邊緣地帶>綠洲荒漠交錯地帶>農田防護林>城市綠地，城市綠地和農田防護林空氣溫度均相對較低，為典型的冷島效應[10-14]。但6—7月農田防護林處空氣溫度有所降低，主要是因為7月植被、林帶、農作物生長最旺期及大面積農業灌溉時間，植被可以吸收和反射一部分太陽輻射，所以隨著地表植被覆蓋度增加，地表溫度將會降低；同時由于植物蒸騰作用可以消耗熱量，所以植被覆蓋度增加也會使氣溫降低。3—8月城市綠地、農田防護林、綠洲荒漠交錯地帶較沙漠邊緣地帶降低空氣溫度6.08、4.83、1.52 ℃。

各下墊面空氣濕度逐漸增加，7月達到最大，城市綠地、農田防護林、綠洲荒漠交錯地帶和沙漠邊緣地帶4種下墊面空氣濕度為30%、23%、18%和13%，城市綠地比農田防護林、綠洲荒漠交錯地帶和沙漠邊緣地帶空氣濕度分別增加30.44%、66.67%和130.77%。引起這一原因城市綠地及農作物灌溉改善和增加了下墊面地表土壤水分條件，而綠洲荒漠交錯地帶和沙漠邊緣地帶土壤表面含水率較低，空氣干燥，空氣濕度降低[15-17]。

3 結論與討論

3.1 結論

阿拉爾市綠洲區與塔克拉瑪干沙漠過渡帶之間大氣降塵量為沙漠邊緣地帶>綠洲荒漠交錯地帶>農田防護林>城市綠地，3—8月各下墊面累計月降塵量為2 857.15、1 298.27、1 193.74、1 147.02 g/m2。下墊面空氣溫度為沙漠邊緣地帶>綠洲荒漠交錯地帶>農田防護林>城市綠地，而空氣濕度為沙漠邊緣地帶<綠洲荒漠交錯地帶<農田防護林<城市綠地。

沙塵暴發生的總天數與大氣降塵與揚沙成正相關關系，降水對大氣降塵具有抑制作用，下墊面狀況對大氣降塵量具有明顯的改善作用，為了減少降塵量，可以通過地表植被的防風固沙、減少就地起塵和增加綠地面積來實現。

3.2 討論

從以前的研究結果可以得出，大氣降塵量與浮塵、揚沙和沙塵暴天氣的持續時間和強度都有關系，此外，植被的覆蓋情況與人類生存活動有著密切的關系。本文從氣象條件和下墊面狀況2個方面進行分析。

3.2.1 大氣降塵量與氣象條件的關系。塔克拉瑪干沙漠北緣降塵量的這種時間變化特征可以結合表1和表3來解釋，4月的揚塵和沙塵暴發生天數以及大風持續時間都明顯較高?？梢钥闯龃箫L持續時間、揚沙和沙塵暴發生天數與降塵量有很大的關系。

3.2.2 下墊面狀況對大氣降塵的影響。研究區4種不同下墊面的大氣降塵量有著極顯著的差異，降塵量年內平均值從小到大依次為城市綠地>農田防護林>綠洲荒漠交錯地帶>沙漠邊緣地帶?？偨Y原因，下墊面的植被對大氣降塵有抑制作用。眾所周知，植被可以防風固沙功能。地表通過被植被覆蓋，植物根系在土壤中起到了抓牢的作用，使得土壤不容易松散，此外，植物的上部結構可以防風，大量的植被可以降低風速，起到了防風的作用，防止風對地表土壤的風化、侵蝕作用，進而減少起塵量。這正是綠洲防護林帶樣地和農田樣地的降塵量較外圍沙丘樣地的降塵量低的原因。

3.2.3 人工活動及生態系統對大氣的降塵的影響。阿拉爾地區的植被覆蓋面積在20世紀80年代以后一直持續減少，其中一部分的原因來自于人類的活動。一方面，為了擴大人工綠洲的面積，大量引用河流水，使得綠洲外部土壤缺水嚴重，導致植被稀少，表面的土壤容易松散，遇到有風的天氣就容易產生浮塵。另一方面，人類活動中，水資源利用不合理，使得地下水位不斷上升，土壤鹽漬化。在綠洲-荒漠交錯帶，經過開荒后的土壤，由于管理等方面的不合理，使土壤肥力嚴重下降，發生鹽堿化。此外，由于原有的植被已經受到破壞，很難再有新的植被重新生長，從而成為新的風沙源。因此，這些植被面積的減少主要是土地開發、耕地面積增加造成的，進行天然植被的生態恢復刻不容緩。

4 參考文獻

[1] 劉佳，管清玉，張君弟.大氣降塵研究方法綜述[J].蘭州大學學報（自然科學版），2010，46（專輯）：85-89.

[2] 王贊紅.大氣降塵監測研究[J].干旱區資源與環境，2003，17（1）：54-59.

[3] 賈曉鵬，石曉萌，王海兵.降塵過程指示的沙塵循環過程[J].中國沙漠，2012，32（3）：600-603.

[4] 李晉昌，董志寶.大氣降塵研究進展及展望[J].干旱區資源與環境，2010，24（2）：102-107.

[5] 何清，趙景峰.塔里木盆地浮塵時空分布及對環境影響的研究[J].中國沙漠，1997，17（2）：119-126.

[6] 桂烈勇.克拉瑪依市區大氣降塵污染研究[J].油氣田環境保護，2001，15（1）：15-18.

[7] 高君亮，辛智鳴，劉芳，等.烏蘭布和沙漠東北部大氣降塵特征及影響因素分析[J].干旱區資源與環境，2014，28（8）：145-151.

[8] 關欣，李巧云，文倩，等.南疆西部降塵對土壤性質的影響[J].土壤，2000，32（4）：178-182.

[9] 汪季.烏蘭布和沙漠東部植被抑制沙塵機理的研究[D].北京：北京林業大學，2004.

[10] 關欣，李巧云，文倩，等.和田降塵與浮塵的、揚沙、沙塵暴的關系的研究[J].環境科學的研究，2000，13（6）：1-4.

[11] 劉新春，鐘玉婷，王敏仲，等.塔里木盆地大氣降塵變化特征及影響因素分析[J].中國沙漠，2010，30（4）：954-960.

[12] 李晉昌，董治寶，王訓明.中國北方東部地區春季降塵量及其環境意義[J].中國沙漠，2008，28（2）：195-201.

[13] 宋陽，劉連有，嚴平，等.中國北方5種下墊面對沙塵暴的影響研究[J].水土保持學報，2005，19（6）：15-18.

[14] 蘇從先，胡隱樵，張永豐，等.河西地區綠洲的小氣候特征和“冷島效應”[J].大氣科學，1987，11（4）：390-396.

[15] 邢文娟，雷加強，王海峰，等.荒漠-綠洲過渡帶風況及輸沙勢分析：以策勒縣為例[J].干旱區研究，2008，25（6）：894-898.

[16] 劉樹華，辛國君.沙漠人工植被和流動沙丘的小氣候特征觀測研究[J].干旱區地理，1994，17（1）：16-23.

[17] 肖洪浪，張繼賢，李金貴.騰格里沙漠東南緣降塵粒度特征和沉積速率[J].中國沙漠，1997，17（2）：127-132.