降尘收集方法对沙尘理化性质的影响及环境意义

　　降尘是指在重力作用下，降落在地表的大于10m的尘埃物质。近年来，对大气降尘的研究比较多，内容涉及降尘的理化性质，沉降速率，粒度分布，时空分布，影响因素以及降尘收集方法等。降尘收集方法是降尘研究的基础，不同降尘收集方法，影响降尘的物质组成、成分等。目前，国内外降尘收集方法包括：玻璃圆柱体（高40cm直径20cm，高30cm直径15cm）、美国地质调查降尘缸、玻璃球降尘缸、倒置的飞碟降尘缸以及改进型的倒置飞碟、正方形的降尘缸和碗状降尘缸等。已有研究表明，不同降尘收集方法所收集的降尘量、粒度组成、收集效率不同。降尘地球化学元素对沙尘形成、来源和沉积环境，土壤形成过程、化学成分等都有一定的指示意义。通过降尘物质组成和地球化学元素分析，可以确定沙尘源区、搬运途经和沉积环境。目前，对沙漠和沙尘暴输送的沙尘物质地球化学元素进行了大量研究，但是对降尘收集方法对地球化学元素的影响几乎没有报道。
　　1研究区域及方法
　　1。1研究区概况
　　研究区位于在腾格里沙漠东南缘，实验场地位于中卫市西北13km处（3733N，10501E）的中国科学院风沙科学观测场（以下简称观测场）。该区是沙尘物质的源区，主要以格状沙丘为主，沙丘高度320m。沙丘表面的沙粒平均粒径为0。220。26mm。根据研究区20052008年实测气象资料，该地区年平均风速为2。482。79ms；风向以西北风为主，其次为东北风；年均相对湿度为36。5145。40；年均温度为11。2112。65；年降水量为71。4416。60mm。
　　1。2研究方法
　　根据研究目的不同，降尘缸安装高度不同，如研究降尘的时空分布时，降尘缸一般安装在1。5m左右高度。本文的研究目的在于对比不同降尘收集方法之间的关系，同时为了避免跃移沙粒进入降尘缸，所以降尘缸安装在2m高度。降尘缸为我国的国标降尘缸（直径15cm，高30cm的圆柱形平底玻璃容器）。
　　本文实验的降尘收集方法包括干法、湿法、过滤网法、玻璃球法和减速法。干法即在降尘缸内无任何介质；湿法即在降尘缸内添加蒸馏水（春夏秋季）或酒精（冬季），添加的蒸馏水酒精占整个降尘缸的16，在降尘缸内无蒸馏水酒精时再添加至16高度；过滤网法即在降尘缸内5cm高度安装一个过滤网，过滤网网孔直径为5mm的正方形不锈钢网；玻璃球法即为在降尘缸内布置20个玻璃球，玻璃球直径为10mm；减速沿法为在降尘缸外围安装直径为170mm的减速沿，减速沿与降尘缸之间有20mm的空隙，用于保证空气流通，减速沿自降尘缸向外高度逐渐降低。整个实验同时进行5种降尘收集方法，同时由于在西北地区，降雨较少，空气湿度较小，所以每次在称重时，并没有对降尘进行烘干，而是在降尘物质为干的状态时进行称重。
　　1。3分析方法
　　本文降尘物质是2012年14月收集。元素分析在中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室完成，所用分析仪器为帕纳科公司生产的顺序式波长色散型X射线荧光光谱仪（型号：Axios；产地：荷兰）。具体分析过程见张彩霞等论文。
　　2结果
　　2。1降尘粒度特征
　　不同降尘收集方法影响收集的降尘物质的粒度特征。由表1可见，干法收集的降尘物质的粒度最粗（值越大，粒度越细），依次为过滤网法，玻璃球法，减速法和湿法。干法分选很好，过滤网法，玻璃球法和减速法属于分选较好，而湿法属于分选较差。干法、过滤网法和玻璃球法属于近对称；减速法属于正偏，湿法属于极正偏。峰度除湿法属于很窄外，其余均属于很宽。
　　2。2降尘化学元素特征
　　不同降尘收集方法所收集的降尘微量元素含量既有相似，又有差异。Ba、Mn、Sr、P和Zr的含量大于100gg，其他元素的含量均小于100gg，其中Ba的含量最大，可达255474gg，其次为Mn，可达261327gg，Sr可达141449gg，P可达206272gg，Zr可达108167gg。Nd和As的含量最少，As的含量为在4。27。6gg，Nd的含量为0。39。6gg。由图2b可以看出，不同降尘收集方法所收集的降尘常量元素分布可分为两种。
　　2。3降尘元素富集因子
　　由于元素Al或Fe在沉积过程中相对稳定，而且大多数元素在沉积物的不同粒级中具有相近的富集规律，因此，元素与Al或Fe的比值可以消除沉积物化学成分的粒度效应。为此，在富集因子的计算中常采用元素Al或Fe的比值。本文采用Al作为参考元素。元素的富集因子（EF）可以指示沉积物中元素的地壳或非地壳来源。一般认为当某元素的富集因子大于10时可判定该元素主要源于人为污染因素；当某元素EF值接近于1或小于1时可认为主要源于自然地壳源，介于110时为两种源的混合。
　　3讨论
　　3。1收集方法对地球化学元素的影响由图5a可见，减速法和玻璃球法与湿法的差值比较小。过滤网法和干法与湿法差值比较大。对减速法，除Mn、Zr和Ba元素与湿法的差值大于10外，其他微量元素与湿法的差值均小于10。除减速法外，其他方法收集的微量元素Cl、P、Cr、Mn、Sr、Zr、Ba的含量与湿法差异较大。由图5b可以看出，减速法和玻璃球法收集的常量元素与湿法差值很小，而过滤网法和干法收集的常量元素与湿法除Fe2O3外，其他元素差值较大。
　　3。2降尘源区分析
　　降尘物质在风力作用下脱离地表后随气流输送，然后在重力作用下沉降在地表。所以降尘物质的理化性质通常能够反映降尘源区。Honda等研究表明，腾格里沙漠地表沉积物SiO2含量为82，Al2O3含量为8。9，Fe2O3含量为2。2，MgO含量为0。8，CaO的含量为0。9，Na2O含量为2。1，K2O含量为2。1。
　　4结论
　　4。1湿法收集的降尘粒度最细，依次为减速法、玻璃球法、过滤网法和干法。
　　4。2大气降尘物质中微量元素Ba、Mn、Sr、P和Zr的含量大于100gg，其他元素的含量均小于100gg。常量元素SiO2的含量最大（79。30），依次为Al2O3（8。16），Fe2O3（3。06），Na2O（2。06），K2O（2。04），CaO（1。25）和MgO（0。98）。
　　4。3减速法、湿法和玻璃球法收集的降尘化学元素具有相似的变化趋势，而干法和过滤网法具有相似的变化趋势。
　　4。4由降尘粒度、元素含量、富集因子、元素差值和富集因子差值等参数可以看出，减速法和湿法具有相似的降尘收集效果。因此，减速法能够作为代替湿法在干旱地区进行降尘收集的方法。