大气中的粉尘载荷与全球大气环流的变化高度相关，研究粉尘的释放、传输、沉降过程有助于理解全球尺度的气候事件^［1］。沙尘暴是中国干旱-半干旱区的典型天气现象，过去几十年针对沙尘暴的发生频次^［2］、时空特征^［3-5］、传输机制^［6-7］、降尘特征^［8］、起沙量^［9］等均进行了广泛且深入的研究。中国的沙尘暴主要发生在冬春季，青藏高原、河西走廊、内蒙古等地区为沙尘暴的高发区域^［10］，西风环流的增强为沙尘暴的传输创造了有利的气象条件^［11-12］，大风对地面的风蚀是影响沙尘产生和传输范围的重要因素^［13］。干旱区退化湖泊及盐碱滩等地区的地表富含大量水溶性盐且土质疏松，因而粉尘中的盐含量较高，其扩散不仅会扩大表土盐渍化的范围，还可能影响气候及环境^［14］。近几十年来在自然气候和人为活动的共同影响下，干旱区的湖泊出现程度不一的退化现象，湖底大面积裸露，为高含盐粉尘提供了丰富的物源，其中的有害物质经远距离搬运，会对生态环境及人类健康造成负面影响^［15-17］。因此，探明退化湖盆的含盐降尘的物理化学性质，不仅有利于开展粉尘的时空分布特征、运输过程、起尘量模拟等宏观研究，还在一定程度上能够促进对其起尘机制和物源的探索，最终对揭示干旱区的景观变化机理和生态环境建设等具有重要意义。

青藏高原北部的柴达木盆地被认为是黄土的重要物源地^［18］，春季沙尘暴频发^［19］，年沙尘日数平均为0.5~11.7 d^［20］。盆地内分布有众多盐沼、盐湖、荒漠，由于气候及人为因素，大量湖泊干涸。地下水埋深小，矿化度高，地下水蒸发携带的盐在干涸湖床聚集形成盐，最终形成大面积盐碱滩^［21］。耿鋆等^{［14，17］}认为柴达木盆地中的雅丹和干盐滩为盐尘暴提供了物源基础，而沙漠和盐化草原贡献较弱，同时区域构造、盐湖演化、气候水文等会影响表土的含盐特征和分布规律。张西营等^［21］强调柴达木盆地及其周围矿产资源的开发使得该区域盐尘暴中的污染物质极为复杂，不仅污染本地生态环境，还会随着强冷空气向东迁移影响更远地区。

河西走廊作为沙尘的主要传输路径，一直受到学术界的广泛关注。研究表明，冷空气的东移南下伴随地面冷锋过境是强沙尘暴出现的主要原因^［22］，大气环流的年际变化和突变与该区沙尘暴的活跃性相关^［23］。每年的3—4月河西走廊沙尘暴和强沙尘暴天气发生最多^［24］，沙尘暴发生前的感热通量非常高，西风低空急流对沙尘暴的产生和维持具有重要作用^［25］。青土湖作为石羊河流域的尾闾湖，其退化和干涸导致表土中大量含盐物质加入到沙尘暴中被风携带至远方，对周围绿洲的农业、工业造成危害，而小于10 μm的粉尘甚至可以进入高空被搬运几千千米，对东部地区的沙尘天气特别是浮尘天气产生重要影响。

因此，为了深入了解退化湖盆含盐降尘的物理化学特性，本研究以柴达木盆地的涩北和都兰站点，河西走廊东部青土湖、红沙岗和南湖站点为监测点，对各站点表土及降尘进行了系统采样和分析，以期为含盐尘暴的物源及传输机制研究提供科学依据。

本研究在青藏高原北部的柴达木盆地选取了涩北、都兰两个站点作为监测点，站点间地域广阔，属典型的高原大陆性干旱气候，年降水量100~400 mm，时空分布不均，年际变化大，蒸发强烈，整体干燥度大。年均风速2.3~3.0 m·s^-1，大风日数多，主要在冬春季，此时降水少，气候干燥，导致扬沙、浮尘和沙尘暴等天气灾害频发^［26-30］。河西走廊东部地处青藏高原北坡，与腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠相邻，降水稀少，属典型的大陆性干旱气候，大风、沙尘暴是威胁当地生产和生活的主要灾害性天气^［31］。本研究在河西走廊东部选取青土湖及周边共5个站点（青土湖北、青土湖南、青土湖东、南湖和红沙岗）作为监测点（图1）。青土湖是位于石羊河尾闾的一个季节性湖盆，湖面最大时面积约400 km²，但历史以来，随着气候变化和上游用水增多，湖面逐渐萎缩，直至1959年前后完全干涸^［32］。近年来，青土湖连续补给生态用水，又形成了一定面积的湖面。南湖和红沙岗是位于青土湖西和西南的两个干涸的湖盆，湖岸暴露的大量松散盐质沉积随风而起，对区域生态、建筑、通信线路和居民健康形成巨大威胁。

于2021年4月在研究区7个站点（涩北、都兰、红沙岗、南湖、青土湖北、青土湖南和青土湖东）架设梯度式降尘塔（图2）进行长期连续收集。青土湖3个站点位于腾格里沙漠西北缘，站点之间相距9~13 km，3个站点地表情况存在显著差异。青土湖北站点多分布白刺灌丛沙包，高度多分布在1~3 m内，丘间地地表以沙粒为主，并伴有大量盐壳和贝壳出现。青土湖东站点为3个站点中最接近腾格里沙漠腹地的位置，该点周围分布有大量沙丘和灌丛植被，地表同样有大量盐壳存在。上述两个站点的选取位置基本一致，降尘塔均架设在丘间地，地表类型为丘间地-盐壳。相较于前两个站点，青土湖南站点的位置更接近绿洲，因此植被生长状况良好，但由于湖盆退化后地表有大量盐分析出，因此该站点的地表类型为盐化草地。红沙岗和南湖站点为典型的盐碱地，其中红沙岗地表有少量植被生长，南湖几乎没有植被存在，两个站点地表均有大量盐分析出，地表类型为干盐碱滩。柴达木盆地的两个站点涩北和都兰为不同的地表类型，涩北站点的降尘塔位于盐壳集中分布的区域，而都兰站点的降尘塔则位于沙丘表面，且沙丘表面植被生长状况良好。降尘收集点四周地形相对平坦，以减小地形起伏对样品收集的影响。为增加垂直降尘通量收集效率，每个观测点有 4个降尘缸（直径0.15 m、高0.3 m的圆柱形容器）分别位于东南西北并置于降尘塔顶部（高度约为2.3 m）。在2022年12月对降尘样品进行了收集，同时在降尘塔附近0.25 m²范围内采集地表0~10 cm的表土样品100 g，用于与降尘样品进行对比分析，将降尘和表土样品带回实验室进行分析测试。

在实验室中先对采集的表土和降尘样品进行前处理以便测定其盐分含量，前处理步骤为：①用台秤准确称取过2 mm筛的风干土样50.0 g，放入干燥的500 mL锥形瓶中。用量筒准确加入无二氧化碳的纯水250 mL，加塞，震荡3 min；②按土壤悬浊液是否易滤清的情况，选用对应方法过滤，以获得清亮的浸出液，滤液用干燥锥形瓶承接。全部滤完后，将滤液充分摇匀，塞好，供测定用。至此前处理过程完成。然后使用1∶5土水比溶液-质量法测定表土和降尘样品中的全盐含量，并分别使用原子吸收分光光度计法、硝酸银化学滴定法、硫酸钡比浊法和硫酸化学滴定法测定水溶性离子含量（阳离子：K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；阴离子：Cl^-、SO42-、CO32-、HCO3-）。

在实验室用矿物解离分析仪（Mineral Liberation Analyser，MLA）对样品进行分析。使用仪器为自动矿物分析仪MLA650（包括扫描电子显微镜FEI Quanta650、双探头电制冷能谱仪Bruker Quantax 200、工艺矿物参数自动分析软件系统）。测试基本原理是通过电镜软件、能谱分析技术与MLA软件的结合，实现自动样品位移，背散射电子图像颗粒化处理区分不同物相，自动采集不同物相的能谱数据，利用能谱产生的Ｘ射线准确鉴定矿物，建立样品矿物标准库、计算机自动拟合计算后获取矿物学参数。本研究中仅测定了样品的形貌特征和化学元素组成。

表土中的全盐含量19.1~166.61 g·kg^-1，各站点间存在明显差异（图3）。涩北站点全盐含量最高，青土湖南站点最低。表土全盐含量从大到小依次为盐壳、丘间地-盐壳、干盐碱滩、半固定沙丘、盐化草地。其中，盐壳以及丘间地-盐壳的水溶性盐总含量超过10%，明显高于其他的地表类型，盐化草地的水溶性盐总含量最低，仅为19.1 g·kg^-1，与半固定沙丘相差不大。降尘的全盐含量2.7~51.7 g·kg^-1，远低于表土中的全盐含量。降尘中，涩北全盐含量仍为最高，其次为都兰，两者含量均在10 g·kg^-1以上，青土湖各站点及南湖和红沙岗的全盐含量相对较低（10 g·kg^-1以下），降尘中全盐含量从大到小依次为盐壳、半固定沙丘、干盐碱滩（南湖）、丘间地-盐壳（青土湖东）、盐化草地、干盐碱滩（红沙岗），丘间地-盐壳（青土湖北）。值得注意的是，降尘的水溶性盐含量特征与表土含盐量不同，未能随地表类型呈现一致的变化规律。

所有采样点中表土及降尘的水溶性离子的平均含量0~29.02 g·kg^-1（表1）。在表土及降尘的水溶性盐成分中，Cl^-、Na⁺和SO42-是主要的水溶性离子，占全部水溶性离子（阳离子：K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；阴离子：Cl^-、SO42-、CO32-、HCO3-）的93.86%，而CO32-几乎为0。表土及降尘的水溶性离子差异较大，其中表土中的Cl^-、Na⁺和SO42- 3种离子含量是降尘中对应含量的4.4~9.4倍，另外5种离子含量无显著差异。图4反映了各站点表土及降尘的各水溶性离子的含量特征。在所有表土中，K⁺在丘间地-盐壳（青土湖东、青土湖北）和盐壳（涩北）中的含量明显高于干盐碱滩，半固定沙丘中的含量最低。HCO3-在盐壳和半固定沙丘中的含量高于其余地表类型，但在丘间地-盐壳的两个站点中则表现出了较大差异性，青土湖东站点的含量显著低于青土湖北站点。Mg²⁺、Ca²⁺、Cl^-在盐壳（涩北）中含量最高，Na⁺在丘间地-盐壳中含量最高，而半固定沙丘和盐化草地的水溶性离子含量均远低于其他地表类型。然而，降尘中的水溶性离子含量则表现出与表土截然不同的现象。首先盐壳（涩北）中的各水溶性离子含量均为各地表类型之最；其次，半固定沙丘中的K⁺，HCO3-、Cl^-和SO42-仅次于盐壳，高于其他类型；最后，干盐碱滩、丘间地-盐壳和盐化草地的各水溶性离子含量没有明显差异。

扫描电镜图像可以展示颗粒物的微观形貌特征，为了获取最佳信息，在实验时可以选择不同的放大倍率来满足不同的研究需求。本次实验分别采用了500 x（图5F、5H）、600 x（图5G）、1 000 x（图5A、5C、5D、5E）、4 000 x（图5B）的放大倍率，最大放大倍率的识别底线可达几微米，因此可以清晰地观察到降尘单颗粒的表面形貌特征。如图5所示，所有站点收集的降尘颗粒均表现为不规则的多面体，除青土湖北的PM₁₀样品外，均以大颗粒与小颗粒组合的形式出现。都兰（图5A）和青土湖的几个降尘样品（图5C、5D、5E）的微观形貌特征较为相似，降尘颗粒中既有近椭圆形、磨圆度稍好的颗粒，也不乏部分颗粒形状不规则，边缘尖锐，表面凹凸不平，应当是运输过程中撞击所导致。大多数颗粒表面被少量的白色絮状物（可能为盐类结晶后在颗粒表面形成的盐涂层）包裹。此外，还可以观察到有较多的不规则碎屑（可能为不溶性盐或是小矿物颗粒）。在青土湖北站点收集的PM₁₀样品（图5B）较其他样品颗粒更小，以大量不规则的片状颗粒为主，颗粒颜色较其他降尘样品更明亮。南湖所收集的干盐碱滩的降尘样品（图5G）中，表面包裹白色絮状物的细小的不规则片状颗粒比红沙岗（图5F）更多。而涩北的降尘样品（图5H）表面更为尖锐，包裹的白色絮状物更多，颜色也更为明亮。由于本研究收集的样品有限，未能对颗粒进行矿物分析，因此暂不能确定其中的矿物类型以及颗粒表面白色絮状物的具体成分及类型。

不同地点降尘和青土湖北PM₁₀所有元素中O元素相对含量最高，平均占比41.97 %，其次为Si、Na和Al，分别为14.42 %、10.25 %和7.26 %（图6）。Si、Al、Fe主要存在于矿物颗粒中，含量的变化往往受物质来源及风力分选作用的影响^［29］。本研究使用Duncan多重范围检验（Duncan Multiple-range Test）在95%（P<0.05）的置信水平上对各样本的化学元素进行差异显著性分析。青土湖北、青土湖东和红沙岗降尘中Al的相对含量明显低于其余地区（P<0.05，图6D）。都兰降尘中Si的含量明显高于除涩北降尘以外的样品（P<0.05，图6E），青土湖北PM₁₀和红沙岗降尘中Si的含量明显低于除青土湖北和青土湖东以外的地区的降尘（P<0.05）。不同区域降尘以及PM₁₀之间Fe的相对含量没有显著差异（图6I）。

青土湖北降尘、青土湖北PM₁₀以及红沙岗降尘中S的相对含量显著高于其余样品（P<0.05，图6F）。Cl的相对含量在红沙岗降尘中最高（P<0.05，图6K），青土湖、南湖和涩北降尘中Cl的相对含量较高，但差异不显著。青土湖北降尘以及青土湖北PM₁₀中K的相对含量明显低于青土湖南和青土湖东（P<0.05，图6G）。Ca的相对含量在青土湖北PM₁₀中最高（P<0.05，图6H）。红沙岗降尘中Na的相对含量最高（P<0.05），青藏高原东北缘降尘和青土湖北PM₁₀中Na的相对含量明显低于青土湖北和青土湖东降尘（P<0.05，图6B）。Mg的相对含量在青土湖北PM₁₀中最高（图6C），其次为青土湖地区的降尘。

由图3可知，表土中的水溶性盐含量与地表类型有关，耿鋆等^［17］的研究结果也表明，柴达木盆地的表土中的水溶性盐含量遵从盐壳>雅丹>盐化草原>戈壁滩>沙漠的规律，与本研究的结果基本相符。已有的研究结果表明在干旱区的干涸湖底中，结晶盐壳的水溶性盐含量最高^［33］，察尔汗盐湖中的龟裂状盐壳中石盐含量甚至大于90%，即使平坦状的松散盐壳中的石盐含量也可以达到30%左右^［34］，新疆艾比湖干涸湖底的结晶盐壳0~2 cm深度内含盐量可大于50%，柴达木盆地盐壳含盐量最高32%，最低为20%^［17］，而本研究中的盐壳（涩北）含盐量（166.61 g·kg^-1）略低于前人的研究结果。在本研究中除了典型的干涸湖底盐壳外，还对丘间地的盐壳进行了采样分析，结果表明，丘间地-盐壳的含盐量为100~124.3 g·kg^-1，较柴达木盐碱滩盐壳（涩北）的含盐量低25%~40%，但丘间地-盐壳仍然比没有盐壳的干盐碱滩和盐化草地的含盐量高。刘秀强等^［35］的研究结果显示，青土湖不同土壤类型和植被覆盖情况下的表土（0~20 cm）含盐量存在差异，有稀疏盐生植物生长的壤土表土含盐量最高，约为3.8%，其次为有梭梭树生长的表层为砂土、底层为壤土的类型，含盐量为2.9%左右，与本研究中的干盐碱滩和盐化草地含盐量大致相当。

研究区降尘的含盐量在地表类型上表现为：盐壳（涩北）>半固定沙丘（都兰）>干盐碱滩（南湖）>丘间地-盐壳（青土湖东）>盐化草地>干盐碱滩（红沙岗）>丘间地-盐壳（青土湖北），对比表土的含盐量，我们发现降尘与表土的含盐量在地表类型上存在不一致的变化规律。已有研究表明，不同下垫面所释放的粉尘中可溶性盐的贡献程度不同，且粉尘的影响范围也存在差异^［36］，因此不同地表类型的表土和降尘中的盐分含量分布特征可能存在差异。在柴达木盆地的两个降尘收集站点由于处在大面积的退化盐湖分布区域，较青土湖及其周围站点而言，其盐分供应更为丰富，因此涩北和都兰站点的降尘中盐分含量远高于青土湖及其周围区域。青土湖及其周围5个站点中，由于下垫面不同地表粗糙度存在差异，因此地表的起尘机制和规律可能不同，这也就导致了不同下垫面的降尘中盐分含量与其表土中的盐分含量特征不同。此外，由图4也可知，除涩北和都兰两个站点的表土和降尘水溶性离子特征和变化趋势基本一致外，其余站点降尘中的水溶性离子含量和分布存在显著差异，这说明各站点的降尘物源除就地起尘外，很可能存在远源传输，尤其是青土湖及其周边区域，这也是导致表土和降尘中盐分含量特征存在差异的一个原因。

研究表明，在柴达木盆地中的各种表土中，高含盐的表土，即雅丹和干盐滩，很可能是盆地内释放含盐粉尘的重要源区^［17］。尽管有些研究表明，干结的盐壳因为固结的表面而有效降低了其表面遭受风蚀的概率^［37］，但也有一些研究发现，盐壳受到物理磨蚀以后仍然会持续释放粉尘^［16］。本研究通过对盐壳（涩北）所收集的表土和降尘进行的化学组分分析表明：涩北的降尘和表土化学组分特征一致，降尘颗粒物理形貌特征表现为形状尖锐，磨圆度较差。因此从上述证据来看，涩北的降尘应当来自于退化湖盆中盐壳的就地起尘（近源传输）。而柴达木的另一个采样点为半固定沙丘（都兰），其降尘元素中O、Si、Al和Fe的含量较其他站点更高，表明其矿物颗粒含量应当更高，同时该站点的表土和降尘中的水溶性盐离子变化趋势一致，颗粒磨圆度较涩北稍好，表明该地降尘的物源同样为近源传输。

相较而言，青土湖及其周围干旱湖泊的物源要复杂得多。青土湖东和青土湖北站点位于腾格里沙漠中，作为尾闾湖的荒漠区，表层为沙子和盐壳的混合类型，即前文所称丘间地-盐壳。青土湖南站点位于青土湖绿洲边缘，地表类型为盐化草地，而红沙岗和南湖分别位于青土湖的上风向和下风向，地表为干盐碱滩，土质非常疏松。上述表土和降尘的水溶性盐离子均表现出一定差异性，颗粒形状部分近椭圆形，磨圆度稍好，也有部分颗粒边缘尖锐，表明该区域的降尘并非单一物源。

柴达木盆地和青土湖及周边几个退化湖盆表土和降尘的含盐量和水溶性离子含量存在差异。表土中水溶性盐含量19.1~166.61 g·kg^-1，降尘的水溶性盐总含量2.7~51.7 g·kg^-1，后者远低于前者的水溶性盐总含量。表土水溶性盐总含量为盐壳>丘间地-盐壳>干盐碱滩>半固定沙丘>盐化草地，降尘的水溶性盐总含量为盐壳>半固定沙丘>干盐碱滩（南湖）>丘间地-盐壳（青土湖东）>盐化草地>干盐碱滩（红沙岗）>丘间地-盐壳（青土湖北）。

柴达木盆地和青土湖及周边几个退化湖盆收集的降尘颗粒多为不规则多面体，磨圆度普遍较差，表面包裹白色物质，可能为盐类结晶后在颗粒表面形成的盐涂层。PM₁₀样品多以不规则片状颗粒为主，且颜色更为明亮。O、Si、Na、Al为降尘的主要元素，化学组成以Cl^-、Na⁺和SO42-为主，CO32-几乎为0。

柴达木盆地干旱退化湖盆区（涩北、都兰）和青土湖及其周边干旱退化湖盆（红沙岗、南湖）的潜在物源不同。涩北和都兰的降尘物源主要是就地起尘（近源传输），而青土湖及其周边干旱退化湖盆除就地起尘外，腾格里沙漠（远源传输）还可能提供了部分物源。