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(jiān)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(nóng)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(shù)據(jù)可以說明沙塵暴的發(fā)生總天數(shù)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(jiān)測作為空氣質(zhì)量評價的選擇參數(shù)[1-3]。很多研究表明，對區(qū)域大氣降塵量的監(jiān)測有利于對環(huán)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(qū)概況

研究區(qū)域位于塔克拉瑪干沙漠北緣與阿拉爾市綠洲過渡帶，東經(jīng)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(fā)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(fā)生日數(shù)13 d，多發(fā)生在4—6月，占全年發(fā)生頻率的67%。浮塵平均每年發(fā)生55 d，多在3—5月，占全年發(fā)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(jù)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(nóng)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(nèi)壁光滑，內(nèi)壁直徑15 cm、高30 cm的PVC材質(zhì)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(jiān)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(nèi)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(nèi)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(nèi)分布規(guī)律

由表1可以看出，城市綠地、農(nóng)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(nèi)降塵量的分布特征總體表現(xiàn)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(nóng)田防護林>城市綠地，各下墊面年內(nèi)降塵量6月時達到年內(nèi)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(nóng)田防護林和城市綠地的2.20、2.39、2.49倍。引起這一現(xiàn)象是因為含沙氣流由沙漠區(qū)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(fā)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(nóng)田防護林>城市綠地，城市綠地和農(nóng)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(nóng)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(nóng)作物生長最旺期及大面積農(nóng)業(yè)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(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)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(qū)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(nóng)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(nóng)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(nóng)田防護林<城市綠地。

沙塵暴發(fā)生的總天數(shù)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(xiàn)。

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(xù)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(fā)生天數(shù)以及大風持續(xù)時間都明顯較高。可以看出大風持續(xù)時間、揚沙和沙塵暴發(fā)生天數(shù)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(qū)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(nèi)平均值從小到大依次為城市綠地>農(nóng)田防護林>綠洲荒漠交錯地帶>沙漠邊緣地帶。總結原因，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(nóng)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(tài)系統(tǒng)對大氣的降塵的影響。阿拉爾地區(qū)的植被覆蓋面積在20世紀80年代以后一直持續(xù)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(chǎn)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(jīng)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(fā)生鹽堿化。此外，由于原有的植被已經(jīng)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(fā)、耕地面積增加造成的，進行天然植被的生態(tài)恢復刻不容緩。

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