沉积物粒度作为表征沉积物物理性质的核心参数，较易获取，空间异质性显著^［1-3］。通过系统性测量与参数解析，可有效地揭示沉积动力学过程及其环境响应机制^［4-6］，长期以来为风沙地貌学和沉积学研究提供了重要的理论支撑^［7-9］。巴丹吉林沙漠为中国第二大流动沙漠^［8］，其复杂的地貌特征为研究风沙沉积过程提供了理想场所。近年来，该区域研究主要聚焦于单一地貌单元沉积特征。对于东南部高大沙山区，邵天杰等^［9］与Shao等^［10］通过粒度参数解析揭示了高大沙山存在风速梯度效应，在分选系数的研究中发现跃移与悬移组分具有动态平衡特征；在沙漠边缘过渡带，刘铮瑶等^［11］结合粒度参数与微形态学分析，证实巴丹吉林沙漠边缘沉积物特征受风力分选、地形阻隔和局地物源的三重控制；对于外围戈壁系统，Shen等^［12］通过戈壁样带研究揭示了戈壁粗化层对风沙活动的负反馈机制，而王丽琴等^［13］则建立了戈壁沉积物垂向分异的定量指标体系，识别出冲积扇-湖滨过渡带存在明显的沉积动力转换界面。值得注意的是，灌丛沙堆与干湖沉积研究也取得新进展，Yang等^［14］通过粒度参数计算，定量揭示了巴丹吉林沙漠沙丘系统内白刺灌丛沙堆的生物地貌互馈机制，并发现白刺灌丛沙堆捕获沙量约占沙丘体积的20%；于海云等^［15］通过对沉积物粒度特征及其风蚀过程研究，发现干湖粒度概率曲线显示双峰态（湖盆）向单峰态（灌丛沙丘）过渡，分选系数和偏度揭示出沉积物未经历长期风化和远距离搬运的近源沉积特征。尽管已有研究深入揭示了单一地貌单元的沉积特性，但对跨地貌系统的粒度演化关联性缺乏研究。这种多地貌单元沉积响应的割裂认知，不仅制约着区域风沙系统整体模型的构建，更难以满足气候变化背景下风沙地貌协同演化预测的迫切需求。

基于此，本研究以巴丹吉林沙漠及其外围地貌为研究对象，通过系统采集地表沉积物，结合粒度参数统计及概率累积曲线解析，对不同地貌地表沉积物粒度分异与沉积环境开展协同对比研究，试图突破单一地貌视角的局限性，从区域系统视角阐明不同地貌沉积物粒度演化规律和沉积动力机制，旨在为该区域风沙灾害分区防控提供科学依据。

巴丹吉林沙漠位于内蒙古自治区阿拉善高原和甘肃省境内（图1），面积为4.9×10⁴ km²，是中国第二大流动沙漠^［16］。复合型沙丘链是巴丹吉林沙漠的主体部分，高度150~350 m。巴丹吉林沙漠周边地区地貌单元有冲洪积砾质戈壁平原区、干河床、河湖相细土平原、沙漠边缘灌丛沙堆区，另外在沙漠东南部至雅布赖山和祁连山一带形成沙漠边缘的高大山地区^［17］。气候为大陆性气候，冬季寒冷。区域西南部多年平均降水量为120 mm，西北部逐渐减少至40 mm，80%的降水集中在6—8月。不同景观类型的潜在蒸发量差异显著，在湖面仅为100 mm，而在沙面则增至1 000 mm。年平均气温为-10 ℃，月平均气温最大差值可达35 ℃。受蒙古-西伯利亚高压产生的西北冬季风控制，西北部年大风日数50~100 d，东南部年大风日数15~30 d。沙漠风沙输送主要发生在冬、春季。优势植被类型包括蒿属（Artemisia）等灌木。

本文将沙漠腹地地貌划分为新月形沙丘及沙丘链（沙丘平面具有新月形形态或许多密集的新月形沙丘相互连接而成一条链索状沙丘、高度低于150 m）、复合型沙丘链（是一种巨型的横向沙丘形态，沙丘高大、在沙丘的迎风坡上层层叠置着次生沙丘，形成了“双层”构造，高度150~350 m）和复合型巨大沙丘链（高度超过350 m的复合型沙丘链）^{［8，18-21］}。外围地貌中干河床、干湖及灌丛沙堆由于面积相对较小，类型不再细化；戈壁面积分布广，基于参考沉积岩命名的一般原则、样品所属区域^［22］，以100 g沉积物中不同粒径砾石比例为标准，将戈壁划分为粗砾质戈壁、中砾质戈壁、细砾质戈壁以及极细砾质戈壁（表1）。

2023年8月对巴丹吉林沙漠及外围调查路线上的各地貌0~2 cm表层沉积物进行采样。沙漠外围地表按照5~10 km样点间隔采样，分布于沙漠与其他地貌过渡区域的灌丛沙堆均在白刺灌丛沙堆顶采样，其他地貌选择平坦无植被地表采集表层沉积物样品（图1）。样品数量共计104组，其中，干河床11组、粗砾质戈壁14组、中砾质戈壁17组、细砾质戈壁10组、极细砾质戈壁13组、灌丛沙堆17组、干湖22组。沙漠腹地按照10~20 km间隔，在沙丘顶、迎风坡与背风坡进行梯度采样，依据沙丘坡面长短情况，自沙丘顶，在每个坡面至少布设沙丘顶、坡中以及坡底等不少于3个采样点，累计采集0~2 cm表层样品314组。其中，新月形沙丘及沙丘链167组，复合型沙丘链109组，复合型巨大沙丘链38组。本研究合计采集样品418组。

样品经过自然风干后，2023年12月在内蒙古自治区风沙物理与防沙治沙工程重点实验室进行粒度测定。粒度测定方法为筛分法（粒径≥2 mm）+激光粒度测定法（粒径<2 mm）相结合。取样质量100 g，粒径≥2 mm样品筛分为2~4、4~8、8~16、16~32 mm等4个粒径样品并称重，剩余粒径<2 mm样品称重后进行激光粒度仪测定。粒度测定后，将体积百分比数据转换为质量百分比数据，为方便制图与分析，对粒径值进行转换：

式中：D为颗粒直径，单位为Ф；d为颗粒直径，单位为mm。

粒级组成根据Folk等^［23］的方法划分，并计算所有样品平均粒径、分选系数、偏度和峰度等4个粒度参数^［24］：

式中：M_z为平均粒径；σ为分选系数；SK为偏态值；K_g为峰态值；Ф₅、Ф₁₆、Ф₂₅、Ф₅₀、Ф₇₅、Ф₈₄、Ф₉₅为粒径累积曲线中对应的颗粒直径，单位为Ф。

沉积物搬运方式包括蠕动、跃移和悬浮^［25］。概率累积曲线率突变处可读取悬移、跃移、蠕移组分的百分含量^［21］。本研究采用单因素方差分析（One-way ANOVA）进行显著性统计推断。

巴丹吉林沙漠及其外围地貌地表沉积物呈现出独特的粒度分布模式。粗砾质至极细砾质戈壁均呈三峰态分布模式（图2）。第一峰（10~6.33 Φ）对应细颗粒组分（黏粒至中粉粒），其含量自粗砾质戈壁（22.09%）向极细砾质戈壁（9.86%）呈递减趋势。第二峰（4.48~1 Φ）以细沙组分为主（峰值2.78 Φ），比例由粗砾质戈壁的21.14%逐渐过渡为极细砾质戈壁的43.13%。第三峰（-1~-5 Φ）为砾石组分，峰值粒径自粗砾质戈壁的-3.58 Φ变化为极细砾质戈壁的-1.58 Φ，同时砾石组分比例自36.29%递减为1.82%（表2）。

干河床表层沉积物呈三峰分布模式（峰位分别为8、2.78、-1.58 Φ），此结构中砾石（18.82%）与细沙（31.36%）共存；干湖表层沉积物的双峰结构（8、2.32 Φ）显示，细沙（35.05%）与中沙（26.20%）是主体组分，粉粒异常富集（14.58%）；灌丛沙堆呈单峰分布模式，主要组分为细沙（48.68%）。

沙漠腹地各地貌表层沉积物均呈单峰分布模式（图2）。新月形沙丘及沙丘链主峰位于中沙（1.86 Φ），粒径4~-1.58 Φ；复合型沙丘链主峰与新月形沙丘及沙丘链主峰位置相同（1.86 Φ），但粒径范围收缩至4~-1 Φ；复合型巨大沙丘链主峰略微得到细化（2.01 Φ），粒径范围收窄至4~0 Φ。在粒级组成方面（表2），中沙为沙丘沉积物主导组分（44.83%~48.72%），细沙次之（31.17%~42.51%），粗沙比例随新月形沙丘及沙丘链（15.35%）逐渐演化为形态更加复杂的复合型巨大沙链丘（4.21%）而呈降低趋势，粉粒与砾石近乎消失（<0.5%）。

巴丹吉林沙漠及其外围地表沉积物粒度参数差异明显（表3）。沙漠内外各地表沉积物平均粒径呈现系统分异的特征。沙漠外围的中砾质戈壁（1.37 Φ）、粗砾质戈壁（1.46 Φ）及干河床（1.79 Φ）粒径最大，极细砾质戈壁（2.73 Φ）、干湖（2.79 Φ）与细砾质戈壁（2.89 Φ）粒径偏小。沙漠腹地沿新月形沙丘及沙丘链、复合型沙丘链演变为复合型巨大沙丘链，粒径呈现逐渐细化趋势（1.65~1.97 Φ）。平均分选系数显示沙漠腹地沙丘分选性（0.56~0.62 Φ）显著优于外围地貌（0.70~3.88 Φ）。外围地貌中，各戈壁地表沉积物随粒径逐渐变小，分选性得到逐步改善；沙漠腹地沉积物分选性随沙丘形态规模增大而提升。通过平均偏度分析可知，沙漠内外地貌沉积物存在组分结构差异，外围地貌中干河床和各类戈壁等粗粒体系普遍负偏态（-0.43~-0.11），干湖、极细砾质戈壁等细粒沉积物呈正偏态（0.17~0.35），而灌丛沙堆（0.08）微弱正偏态。沙漠腹地沙丘表层沉积物偏度近对称（0.06~0.07）。平均峰度参数显示，戈壁系统内，自粗砾质戈壁（0.69）过渡为细砾质戈壁（2.82），峰度也从混杂堆积宽缓峰态演变为优势粒径高度集中的尖窄峰态。沙漠腹地沙丘峰度值域集中（0.97~0.98）且显著低于外围地表。另外，干湖（1.41）与极细砾质戈壁（1.36）相对细砾质戈壁与新月形沙丘及沙丘链呈过渡型峰态。

分选性-平均粒径关系显示，沙漠外围各地表沉积物分选性与平均粒径负相关，而沙漠腹地沙丘体系表层沉积物分选性与平均粒径呈现正相关（图3A）。根据偏度-分选关系可将沙漠内外沉积物区分为3类，第一类为分选差、粗偏的粗砾质戈壁、中砾质戈壁以及部分干河床沉积物，第二类为分选中等、近对称的细砾质戈壁、部分干河床以及零星新月形沙丘及沙丘链沉积物，第三类为分选好、细偏的极细砾质戈壁、干湖、灌丛沙堆、新月形沙丘及沙丘链、复合型沙丘链以及复合型巨大沙丘链（图3D）。峰度-偏度组合显示，干河床、粗砾质戈壁、中砾质戈壁以及细砾质戈壁呈宽峰粗偏特征，干湖呈窄峰细偏特征，灌丛沙堆及沙漠腹地各地貌呈中等峰态近对称组合特征（图3F）。

概率累积曲线作为一种重要方法，在沉积物的沉积环境分析中被广泛应用^［26-27］。据图4可知，巴丹吉林沙漠及其外围各地貌沉积环境差异明显：①干河床三段式曲线中跃移组分（68.25%）粒径跨度达4 Φ（含中沙、细沙以及极细沙），蠕移组分18.81%与悬移12.94%的比值为1.45（图4A），说明干河床处于洪水与风共同改造的、较为均衡的状态，因此，干河床沉积物来源于季节性洪水在河道中段至下游流动过程中形成的类似冲积-洪积沉积环境。②戈壁系统内各地貌沉积物概率累积曲线呈三段式分布特征（图4B、C、D、E），粗砾质戈壁沉积物概率累积曲线总体斜率低，自中砾质戈壁、细砾质戈壁过渡到极细砾质戈壁，概率累积曲线总体斜率呈升高趋势，跃移段分选性呈逐渐变好趋势，蠕移组分比例较粗砾质戈壁逐渐降低。另外，粗砾质戈壁含有悬移和蠕移组分比例高，中砾质至极细砾质戈壁的相应组分呈递减趋势。所以，戈壁沉积物形成于洪积-冲积沉积环境的同时，地表沉积物存在风力作用改造的特点。③灌丛沙堆分布于戈壁与沙漠环境之间，表现为双段式曲线（图4F），曲线平滑、分选性好，悬移组分约3.58%、部分地区略含细砾，与分选良好的跃移组分共存，说明其形成于植被阻滞作用下的风积环境。④干湖呈二段式曲线分布（悬移17.09%、跃移82.91%），且蠕移组分缺失（图4G），说明干湖沉积物形成于低水动力环境，后期经历过风力改造。⑤沙漠腹地沙丘表层沉积物曲线跃移组分段分选性好（图4H、I、J），可近似为单段直线，跃移组分为主体组分（>95.00%），缺失蠕移组分，显示出典型的风积地貌特征，但是，复合型巨大沙丘链跃移段粒径范围较新月形沙丘及沙丘链缩小了28.31%。

本研究中各戈壁地表沉积物的三峰态分布模式（黏粒-粉粒、细沙、砾石组分共存）表明其物源具有多期次、多过程的叠加特征。粗砾质戈壁中砾石（36.29%）与粉粒（22.09%）的共存，反映了山前洪积扇环境下高能洪水的快速堆积与后期风蚀细粒物质再富集的复合沉积作用。随着粗砾质戈壁向极细砾质戈壁过渡，砾石比例下降（36.29%→1.82%），而细沙比例显著升高（21.14%→43.13%），分选性从极差（3.88 Φ）改善至中等（1.04 Φ），表明风成改造强度沿冲积扇向下游逐渐增强，即戈壁表层细颗粒通过风力跃迁进入沙漠腹地，而残留砾石则成为地表抗蚀层。这一粒度演化序列与戈壁从山前高能洪积环境向沙漠边缘低能风蚀环境过渡的地貌发育过程高度一致，印证了Wang等^［28］与Hülle等^［29］关于戈壁形成受控于冲洪积作用与风化过程协同作用的观点。

沙漠腹地沙丘体系的单峰分布、粉粒与砾石近乎消失（<0.5%），以及分选性的显著提升（0.56~0.62 Φ），表明沙丘形态复杂化（新月形→复合型巨型沙丘链）与风力分选强化存在时空耦合。沙漠腹地沙丘的单峰分布及分选系数（0.56~0.62 Φ）的优越性，反映了纯风成环境下的高效分选过程。值得注意的是，复合型巨大沙丘链跃移段粒径跨度较新月形沙丘及沙丘链缩小28.31%，可能与其形态复杂性导致的局地风场重组有关，暗示沙丘高度的增加导致近地表风能梯度减弱，从而促使沙粒选择性沉降。这一发现与Shao等^［10］和钱广强等^［8］提出的风力分选主导高大沙山区沙丘发育以及吴正^［21］在风洞试验中发现复杂沙丘形态可通过改变气流路径增强沙粒的垂向分选，导致跃移组分粒径范围缩小的结果相符。

本文发现，研究区沉积环境的多样性源于风、水动力过程的时空分异。各戈壁地表与干河床的粗粒组分（砾石占比18.82%~36.29%）及负偏态分布（-0.43~-0.11）表明，以上地表类型的水动力作用强，季节性洪水搬运是其主要物源输入机制。干河床沉积物的三峰分布（砾石、细沙与粉粒共存）特征进一步印证了洪水与风力交替作用的环境特征，其跃移组分占比（68.25%）与蠕移/悬移比值（1.45）表明河道沉积物在季节性洪水搬运后，经历了风力二次分选，形成混合动力沉积序列。这一过程与Wang等^［30］提出的洪积-风蚀复合模型相吻合。干湖沉积物的双峰分布（细沙35.05%、粉粒14.58%）与正偏态（0.35）特征，反映了低水动力沉积背景下风蚀对细粒物质的再悬浮与选择性富集。粉粒异常富集（14.58%）可能源于湖相沉积物在干旱期的风力筛分，而细沙组分的增加则说明风成改造对原始湖积沉积物结构进行了重塑。该结果与于海云等^［15］对干湖盆风蚀特征的描述一致。沙漠内部沙丘的近对称偏态（0.06~-0.07）与均质化峰态（0.97~0.98），表明长期稳定的风力分选使沙粒具备了成熟风成砂的典型特征。这一结果与Wang等^［31］关于巴丹吉林沙漠高大沙山区风力分选对粗颗粒组分过滤作用的研究结果一致。

本文在极细砾质戈壁等与沙漠边缘存在过渡性的地貌沉积物粒度研究中发现表层砾石含量减少、流动沙丘增多的地区，表层沉积物分选较好，粒度分布由多峰型向大致单峰型转变，同时，这些过渡性地貌地表存在风-水交互作用。其中，灌丛沙堆的单峰细沙分布（48.68%）与微弱正偏态（0.08）表明，植被通过阻滞风沙流促使细粒物质富集，同时筛滤粗颗粒（砾石0.47%），这与潘凯佳等^［32］、高永等^［33］、王倩等^［34］在灌丛沙堆捕获戈壁沙尘物质能力的研究结果一致；极细砾质戈壁的过渡型峰态（1.36）与细偏特征（0.17）则表明，其沉积物经历了洪积粗颗粒残留与风力细粒输入的复合过程，并对区域物源传输具有重要调控作用，这与Wang等^［35］对巴丹吉林沙漠周边戈壁的研究结论一致。此外，干湖的粒度参数介于典型风成与水成沉积之间，进一步证实风水两相作用对地表沉积物的塑造，这一发现在于海云等^［15］ 的研究基础上拓展了界面过程的时空尺度认知。

本研究发现，巴丹吉林沙漠及其外围地表沉积物均存在风力改造的特征，且不同地貌风力改造程度存在一定差异。其原因主要包括以下几方面：①区域风场特征是此现象的合理解释。Zhang等^［36］基于巴丹吉林沙漠内部及周边7个气象站数据证实，研究区盛行西北向风系，其空间分异特征直接控制着巴丹吉林沙漠沙丘地貌的形成与分布格局。②风动力条件的空间异质性对地表物质分选具有决定性作用。Shen等^［12］对中国西北戈壁区地表沉积物粒度与风沙活动研究发现，二者存在显著的空间分异特征，且沿盛行风向表现出黏粒、粉粒与砾石同步减少的趋势，这种“双端元减少”现象揭示了风力分选的持续作用。③不同地貌风能环境的梯度变化较为显著。Hu等^［37］的观测表明，巴丹吉林沙漠内部属于低风能环境，而其外围戈壁区则处于高风能区域，且具备更高的起沙风频次。这种风动力梯度与Zhang等^［38］在河西走廊发现的沉积物混合机制相呼应，即在西北风持续作用下，湖相与冲积相沉积物发生充分掺混，形成了具有风成改造特征的表层沉积物。综合以上证据表明，近地表风场的时空分布特征及其动力过程，是塑造巴丹吉林沙漠及其外围地貌表层沉积物具有风成特征的主导控制因子。

巴丹吉林沙漠外围戈壁系统的三峰粒度分布（砾石、细沙、粉粒共存）反映了冲洪积-风蚀复合过程，细沙比例沿冲积扇向下游递增，分选性改善（3.88 Φ→1.04 Φ），表明风力改造强度梯度增强，残留砾石形成抗蚀层。沙漠腹地沙丘单峰分布及优越分选性（0.56~0.62 Φ）证实了纯风积环境的高效分选机制，复合型巨型沙丘链跃移组分粒径跨度缩小28.31%，揭示了沙丘形态复杂性通过局地风场重组抑制粗颗粒跃迁的动力学过程。沉积环境分异表现为戈壁-干河床的洪积-风蚀交互、干湖的低能水成-风蚀叠加，以及灌丛沙堆的植被阻滞风积特征。