内蒙古湖区盐碱尘暴的化学特征及其毒理效应研究

In many arid and semiarid lands, saline lakes, playas, and similar landforms are disturbed as a result of human activity. Diversion and/or consumptive use of surface or groundwaters has created the effect of a climate change in numerous drainage basins, resulting in the desiccation of lakes and reactivation of eolian processes at many locations. Playas are natural sites for extensive eolian activity because of the deposition of clastic and chemical sediments in basins by surface water (via fluvial transport) and groundwater (via efflorescence). Severe salt-dust storms caused by the wind erosion of such landforms have become very harmful natural phenomena. Using the playa of Chagannuoer Lake, a large mineral aerosol source in Inner Mongolia, as the study site, the aeolian transport and deposition rates of dust were examined along a more than 100km long transect with 20-30 sampling sites located at different distances from the saline playa. Through sample analysis, the chemical composition and particle size distribution of the saline dust will be investigated. The study also examines the toxicological effects of salt-dust rising from the playa on the growth and physiological health of plants through a leaf dustfall test.This study will to provide scientific support for saline dust storm disaster prevention and ecological restoration for the central and western regions of Inner Mongolia, and provide a scientific basis for the formulation of the inland Lakes ecological safety regulation and management.

以内蒙古浑善达克沙地中的查干诺尔湖干涸湖盆及其下风向临近地区为研究区，以系统动力学、景观地球化学和环境地学基本理论为指导，运用野外集尘装置采样分析和人工叶片降尘试验毒理分析相结合的方法，研究盐碱粉尘从查干诺尔湖干涸湖底源区至下风区约100公里范围内的沉积动态和沉积格局；分析盐碱粉尘沉积通量的年内变化特征及其与水文气象条件等扰动因子的关系；查明盐碱粉尘的沉积通量及其理化组成随扩散距离的变化规律；深入探究盐碱尘暴的化学组成及粒度分布特征；分析盐尘颗粒物及其毒性化学成分对植物叶片、组织的损害机理，获取植被健康与盐碱粉尘的剂量-效应关系，评估盐碱粉尘的生态风险。本项研究将为内蒙古中西部地区盐碱尘暴灾害防治和生态恢复与建设提供科学支撑，为内陆湖区生态安全调控与管理乃至区域社会经济可持续发展模式的制定提供科学依据。

全球气候变化和人类活动影响下，我国蒙新湖区湖泊湿地不断萎缩甚至消失，湖区生态环境恶化。干涸湖床成为积盐中心，作为源输出细粒盐碱物质引发盐碱尘暴。研究蒙新湖区近几十年典型大湖的环境演变过程、盐碱尘暴的化学组成及其毒理作用对干旱区改善环境质量具有重要意义。运用3S技术研究了内蒙古湖区典型大湖近几十年湖面面积、湖区植被覆盖度及荒漠化演变过程，评估了湖区风力侵蚀的危险性；运用风洞实验研究了干涸湖底沉积物PM2.5和PM10的释放潜能及其影响因子；运用玻璃球野外降尘采样法和实验分析法查明了乌梁素海湖区盐碱粉尘的沉积通量、沉积动态及其化学组成；运用人工叶片降尘试验研究了盐尘颗粒物对植物叶片的损害机理。主要研究结论如下：1989-2013 年内蒙古湖区主要大湖湖泊面积均呈萎缩态势；其中以呼伦湖、泊江海、和居延海萎缩最明显，查干诺尔湖间歇性萎缩。随着湖泊水域面积的减小，湖区植被退化，盐碱地和沙地面积增加，成为风力侵蚀的高风险区。干涸湖床沉积物能在6m/s的较低风速下释放携带盐碱等化学物质的PM2.5，PM2.5的释放浓度为48-93 µg/m3。PM10浓度随风速的变化呈指数增加，当风速达到18m/s时，干涸湖床PM10的释放量最高可达930µg/m3。干湖床细颗粒物的释放浓度主要受沉积物含水率影响，受粒度组成和盐分含量影响相对较小。乌梁素海湖区大气降尘的年平均沉积通量约为：670.4 g/m2。降尘通量最高的部位位于湖区的东部，降尘通量最低的部位位于湖区西部，湖区南部和北部年降尘通量相差不大。乌梁素海湖区大气降尘的沉积格局整体表现为湖东部显著高于湖西部，南北相差不大。大气降尘的化学组成中阴离子主要是 SO42-和 Cl-，部分降尘监测点检测出少量的 HCO3-。阳离子主要是 Ca2+和 Na+，Mg2+和 K+含量低。春季多以氯化物盐类为主，其他季节多以硫酸盐为主。降尘中重金属元素 Pb 的含量是 Cr 的 2-3 倍，湖西部降尘中重金属的含量明显高于湖东部，湖北部与南部相差不大。盐碱粉尘可以增加植物叶片内部丙二醛含量，降低植物叶片中CAT 的活性，增强叶片中POD 和SOD的活性。本研究对干旱区湖泊自然与人为景观变化及其对全球变化的响应提供有价值的参考资料。