2021年3月15日前后，中国北方多地发生了近10年最强的沙尘天气。风云4号气象卫星监测显示，3月15日08:00，可视的沙尘区面积达到46.6万km²，北京、河北、甘肃等12个省区市受影响，部分地区能见度不足500 m。此次沙尘天气过程主要从蒙古国开始发展，于3月14日傍晚影响中国内蒙古，3月15日凌晨开始影响京津冀地区（图1）。受上游沙尘传输叠加大风扬沙作用影响，沙尘过境地区能见度大幅下降，PM₁₀污染物浓度明显上升。据气象部门解释，此轮大风沙天气主要受两方面因素影响：一是前期蒙古国以及中国北方气温明显偏高，降水较少，地表逐渐解冻，容易起沙；二是受较强的蒙古气旋影响，从新疆北部、甘肃中西部、内蒙古，甚至包括华北北部都先后出现了6—8级的阵风，部分地区9—10级，为这次沙尘天气提供了动力条件^［1］。

沙尘天气对环境和人类健康造成严重影响，查明沙尘来源对未来防沙治沙具有重要意义^［2-4］。“3·15”沙尘暴发生后，我们委托西宁、兰州、中卫、西安、北京、济南和临沂等7地的同行代为收集了降尘样品，测定了降尘的粒度以及天然放射性核素²³⁵U、²³²Th、²²⁶Ra和人工核素¹³⁷Cs的比活度，以期对判别此次沙尘暴的沙尘来源地区和土地类型有所裨益。

2021年3月18—21日沙尘暴期间，分别在西宁、中卫、西安、北京、济南和临沂6地的大楼楼顶收集降尘样品，楼高20—25 m，兰州样点降尘样品收集于汽车前盖（图1，表1）。沙尘样品用细毛刷刷取后，装入密封袋，寄送成都山地灾害与环境研究所测试。采集的样品是本次沙尘暴主沉降期内降尘的混合物，降尘收集点的高度和采样时间差异对结果影响不大。

降尘粒度分析用马尔文MasterSizer 2000激光粒度仪完成，测定前分别用10%双氧水和10%盐酸去除样品中的有机质和碳酸钙，然后加入0.5 mol·L^-1偏磷酸钠分散剂并用超声震荡2 min。粒度测量范围0.02—2 000 μm，重复测量误差小于2%。放射性核素²³⁵U、²³²Th、²²⁶Ra和¹³⁷Cs的比活度用n型高纯锗探头（LOAXHPGe）低能量、低本底γ能谱仪测定，测试时间80 000 s左右，测试误差为±5%（95%置信度）。

除中卫外其余6个点，降尘均以粉粒（0.002—0.05 mm）为主，含量81.74%—96.46%（表2），与黄土的粒度组成一致^［5］，这说明降尘是远距离风尘沉积或吹蚀起的附近黄土。北京降尘粒度略粗，中值粒径为0.023 mm，其余点中值粒径0.013—0.019 mm。中卫降尘粒度粗，中值粒径为0.235 mm，几乎不含黏粒，0.002—0.05 mm 的粉粒仅占8.33%，颗粒组成主要为细沙和中、粗沙（0.05—1 mm），占86.04%，还含少量>1 mm的极粗沙（5.61%）。中卫临近腾格里沙漠，降尘主要来自于大风作用下的就地起沙，沙尘传输距离短，分选性差，因此粒度粗。

中卫降尘¹³⁷Cs活度最低，为0.84 Bq·kg^-1；西安次之，为2.73 Bq·kg^-1；其余点¹³⁷Cs活度远高于西安和中卫，介于7.27—11.56 Bq·kg^-1（表3）。¹³⁷Cs是20世纪50—70年代大气层核试验产生的核尘埃，半衰期30.2 a，主要随降水沉降到地面，随即被表层土壤细颗粒强烈吸附，很难向下淋溶和被植物摄取，被广泛应用于侵蚀泥沙来源和沉积物断代研究^［6］。草地等未扰动土壤，¹³⁷Cs峰值浓度分布于土壤剖面表层或次表层，剖面上部核素浓度最高，向下呈指数递减；农耕地土壤剖面中，因耕作混合作用¹³⁷Cs基本均匀分布于耕层深度内^［7］（图2）。据胡云锋等^［8］研究，内蒙古太仆寺旗低覆盖草地表层0—2 cm土壤¹³⁷Cs比活度约25 Bq·kg^-1，中、高覆盖草地为50 Bq·kg^-1；齐永青等^［9］在蒙古高原北部草原区的研究发现，草地表层0—2 cm土壤¹³⁷Cs比活度变动于20—50 Bq·kg^-1，与侵蚀程度呈负相关。以上两地农耕地土壤的¹³⁷Cs都基本均匀分布于0—20 cm犁耕层内，比活度差别不大，为3—4 Bq·kg^-1。 据Su等^［10］在张北高原的研究，草地0—3 cm表层¹³⁷Cs比活度为21 Bq·kg^-1，农耕地犁耕层的¹³⁷Cs比活度为2.6 Bq·kg^-1。黄土高原草地和农耕地土壤的¹³⁷Cs深度分布形态与蒙古高原相似^［11］，但比活度低于后者，这是由于黄土高原纬度偏南，¹³⁷Cs本底值较低的缘故。

除中卫和西安外，其余5个点的沙尘¹³⁷Cs比活度远高于农耕地，低于植被覆盖度高的草地。因此沙尘的主要来源应不是农耕地，而是覆盖度低的侵蚀草地。西安沙尘的¹³⁷Cs比活度与农耕地相近，农耕地可能是沙尘的主要来源。中卫沙尘¹³⁷Cs比活度极低，这是由于腾格里沙漠表层土壤的¹³⁷Cs早已侵蚀殆尽的缘故。

7个取样点沙尘的天然放射性核素²³⁵U、²³²Th、²²⁶Ra比活度见表3。由于天然放射性核素富含于细粒物质，中卫沙尘粒度大，这些核素的含量远小于其他6个点。利用化学元素含量比值分析物质来源，往往可以排除粒度差异等因素的影响^［12］。7个点沙尘的²³⁵U/²²⁶Ra和²³²Th/²²⁶Ra相关关系见图3。除中卫外的其他6个点在图3中位置比较集中，表明其沙尘来源基本一致，与这些样点以粉粒为主的沙尘粒度组成特征相符，均属于远距离高空搬运沙尘。虽然西安样点沙尘¹³⁷Cs含量远低于其他5个点（表3），但黄土也是远距离高空搬运的沙尘沉积物，天然放射性核素含量特征相近，这也佐证了黄土高原的黄土沉积主要是远距离高空搬运的沙尘沉积。据全国土壤中天然放射性核素含量调查^［13］，来自沙地、沙漠的风沙土中²²⁶Ra、²³²Th含量分别为17.9±6.9 Bq·kg^-1和22.5±7.5 Bq·kg^-1，均低于其他类型土壤。本研究中，中卫沙尘的²²⁶Ra、²³²Th含量分别为25.63 Bq·kg^-1和25.37 Bq·kg^-1，与风沙土中²²⁶Ra、²³²Th含量相近，说明其来源于附近的腾格里沙漠。

除中卫外，西宁、兰州、西安、北京、济南和临沂6个点的降尘粒度以0.002—0.05 mm的粉粒为主，与黄土粒度一致。²³⁵U/²²⁶Ra和²³²Th/²²⁶Ra关系图中的点位相近，表明降尘是远距离搬运的风尘沉积或吹蚀起的附近黄土（过去的风尘沉积）。中卫沙尘粒度粗，天然放射性核素含量与沙地、沙漠等风沙土中天然放射性核素含量相近，表明沙尘来源于毗邻的腾格里沙漠。

除中卫和西安点外，其余5个点沙尘的¹³⁷Cs比活度远高于农耕地，低于植被覆盖度高的草地，沙尘的主要来源应不是农耕地，而是覆盖度低的侵蚀草地。西安沙尘的¹³⁷Cs比活度与农耕地相近，农耕地可能是沙尘的主要来源。中卫沙尘的¹³⁷Cs比活度极低，这是由于腾格里沙漠表层土壤的¹³⁷Cs早已侵蚀殆尽的缘故。