全 文 ：林业科学研究　2005 ,18 (1) :66～69
Forest Research
　　文章编号 :100121498 (2005) 0120066204
强沙尘暴降尘对北京土壤的影响
张万儒 , 杨光滢
(中国林业科学研究院林业研究所 ,北京　100091)
摘要 :对 2002 年 3 月袭击北京的强沙尘暴降尘的物理、化学性质进行了研究 ,结果表明 :强沙尘暴降尘给北京土壤
带来了改善土壤物理性质的大量粉砂粒 ,也带来了可作为天然有效化学肥料的大量有效养分和交换性离子 ,丰富了
北京土壤的有机质、全 N、大量元素养分和微量元素养分 ,提高了北京土壤的潜在肥力 ;强沙尘暴还给北京土壤带来
了大量可溶性盐分和重金属微量元素污染物 ,影响了北京土壤环境的质量。
关键词 :北京土壤 ;沙尘暴 ;降尘 ;物理性质 ;化学性质
中图分类号 :P42515 + 5 　　　　　文献标识码 :A
收稿日期 : 2003208202
基金项目 : 中国林业科学研究院基金资助
作者简介 : 张万儒 (1926 —) ,男 ,浙江嵊州市人 ,研究员.
The Effects of Falling Dust of Strong Dust Storms on Beijing Soils
ZHANG Wan2ru , YANG Guang2ying
(Research Institute of Forestry ,CAF ,Beijing 　100091 ,China)
Abstract :The effects of physical properties and chemical properties of falling dust of dust storms on Beijing soils were studied and
discussed. The results indicated that :The positive effects on Beijing soils are they could increase the mass amounts of silts ,avail2
able nutrient ,exchangeable cation ,organic matter ,total nitrogen ,macroelement nutrients ,and microelement nutrients. And they
could promote the soil fertility of Beijing. The negative effects on Beijing soils are they could increase the mass amounts of soluble
salt and microelements heavy metal pollution. So it could influence the soil environment quality in Beijing.
Key words :Beijing soils ;dust storms ;falling dust ;physical properties ;chemical properties
20 世纪 60 年代 ,我国发生过 8 次特大沙尘暴 ,
70 年代发生过 13 次 ,80 年代发生过 14 次 ,而 90 年
代至今发生过 30 多次 ,并且波及的范围越来越广 ,
造成的损失越来越重 ;2002 年 3 月 19 日 1 :00 到 20
日 11 :00 ,我国遭受十年来最强烈的沙尘天气 ,强沙
尘暴席卷我国北方 140 万 km2 ,影响的地区包括甘
肃、内蒙古自治区、宁夏回族自治区、山西、陕西、河
北、北京和天津 ,影响的人口达 113 亿[1～4 ] 。对于沙
尘暴的成因、沙尘来源及路径和沙尘量都有研究 ,沙
尘暴的沙源有境外境内两大源区 ,境外源区主要有
蒙古国东南部戈壁荒漠区和哈萨克斯坦东部沙漠
区 ,境内源区主要有内蒙古东部的苏尼特盆地或浑
善达克沙地中西部、阿拉善盟中蒙边境地区 (巴丹吉
林沙漠) 、新疆南疆的塔克拉玛干沙漠和北疆的库尔
班通古特沙漠 ;在沙尘量上 ,2002 年 3 月 20 日至 22
日席卷北京的特大沙尘暴给北京市区带来了 3 万 t
的降尘 ,相当于北京人均分摊 3 kg 尘土[5 ,6 ] ,但对沙
尘暴降尘的物理、化学性质还未见报道 ,本研究拟对
北京土壤侵入体 ———沙尘暴降尘的物理、化学性质
作详细研究 ,以阐明沙尘暴降尘对北京土壤的影响。
1 　研究地点和方法
111 　样品采集地点
2002 年 3 月 23 日 (强沙尘暴后第 2 天) ,在中国
林业科学研究院内林研所东边操场采集了沙尘暴降
尘样品 ,该采集地点位于北京西山的大召山山麓地
带高位平原区 (39°48′N ,116°28′E) ,海拔 60 m ,属褐
土地带 ,其上分布有山地棕壤 (中山以上) ,其下分布
有潮褐土 (低位平原) 。北京属暖温带半湿润大陆性
季风气候 ,年平均气温 1116 ℃,年温差 3017 ℃ (山
区随海拔高度升高 100 m ,气温下降 016～017 ℃) ,
最冷月平均气温 - 417 ℃,年极端最低气温 - 2713
℃, ≥10 ℃积温 4 13914 ℃,平均无霜期 19813 d ,年
平均降水量 60912 mm ,年平均相对湿度 59 % ,降水
分配极不均匀 ,主要集中在 6 —9 月 ,其中又以 7 —8
月降水最多 ,占全年降水量的 65 %～70 % ,年蒸发量
大于降水量 ,约在 1 500 mm 以上。冬春降水最少 ,
春旱严重 ,沙尘暴往往发生在春季 ,从 20 世纪 60 年
代至今已发生过 60 多次 ,最近 1 次强沙尘暴发生在
2002 年 3 月 20 —22 日。
112 　测定方法
采用国家林业局发布的中华人民共和国林业行
业标准[7 ] ,测定沙尘暴降尘样品的物理化学性质。
测定单位为中国林业科学研究院森林土壤研究室和
中国林业科学研究院分析中心。
2 　结果与讨论
211 　强沙尘暴降尘的物理性质及其对北京土壤的
影响
强沙尘暴降尘的物理颗粒组成主要是 0105～
01002 mm 粉砂粒 ,占 81126 % , < 01002 mm 黏粒占
18134 % ,其它物理颗粒组成 :石砾 ( > 210 mm) 、极粗
砂 (210～110 mm) 、粗砂 (110～015 mm) 、中砂 (015～
0125 mm) 、细砂 (0125～011 mm) 、极细砂 (011～0105
mm)在这次强沙尘暴中均未出现 ,这次强沙尘暴所
以形成这样的物理颗粒组成 ,显然与沙尘源头远近
及强沙尘天气过程有关。从表 1 可知 ,2002 年 3 月
20 —22 日席卷北京的特大沙尘暴给北京土壤带来了
粉砂粒 2144 万 t 和黏粒 0155 万 t。
表 1 显示 ,2002 年 3 月特大沙尘暴给北京土壤带
来的主要是粉砂粒与黏粒。从含量上看 ,强沙尘暴粉
砂粒含量比北京土壤平均高 73186 % ,是北京土壤粉
砂粒平均含量的 10198 倍 ;强沙尘暴黏粒含量比北京
土壤高 2154 % ,是北京土壤黏粒平均含量的 1116 倍。
粉砂粒由于物理性能良好 ,能较好地满足植物对养
分、空气、水分的需要 ,适宜植物生长 ,在农林业利用
中具有重要意义 ,因此 ,粉砂粒是植物生长最适宜的
物理颗粒 ,而粉砂粒又是北京土壤中所缺少的物理颗
粒 ,这样大量的粉砂粒侵入到北京土壤中 ,为北京土
壤 (特别是沙地)物理性质的改善起到良好作用 ,也给
北京土壤提供了丰富的天然物理肥料。
212 　强沙尘暴降尘的化学性质及其对北京土壤的
影响
21211 　强沙尘暴降尘的有机质、全 N、全盐含量　强
沙尘暴降尘的有机质含量为 15150 g·kg - 1 ,是北京土
壤本底值的 014 倍 ;全 N 含量为 1103 g·kg - 1 ,是北京
土壤本底值的 0157 倍 ;相当于给北京市区土壤输入有
机质 465 t ,全 N 3019 t ,其碳氮比值 (C/ N)为 8173 (表
2) 。强沙尘暴降尘的全盐含量为 5120 g·kg - 1 ,相 当
于给北京市区土壤输入可溶性盐分 156 t (表 2) 。
表 1 　强沙尘暴降尘和北京土壤[ 8] 的物理性质
土壤类型　 地点　　
海拔/
m
吸湿水/
(g·kg - 1)
颗粒1)大小组成/ (g·kg - 1)
石砾
> 210 极粗砂210～
110 粗砂110～015 中砂015～0125 细砂0125～011 极细砂011～0105 粉砂粒0105～01002 黏粒< 01002 土壤质地
沙尘暴降尘 西郊大召山鹿 60 10172 010 010 010 010 010 010 81216 18314 粉[砂 ]土壤
潮褐土 通州梨园 30 010 418 818 1313 36610 33212 4911 5119 13514 　轻壤土
淋溶褐土 怀柔黄花城 350 010 817 2611 7211 18817 44017 6217 7514 12513 　轻壤土
碳酸盐褐土 延庆大柏老南山麓 500 010 010 010 017 36215 38119 2917 6514 15915 　轻壤土
山地棕壤 怀柔黑坨山东南 1 320 010 010 010 616 13318 39415 10711 10313 21117 　中壤土
　　注 :1)颗粒大小的单位为 mm。
表 2 　强沙尘暴降尘和北京土壤有机质、全 N、全盐含量
土壤类型 地点　　　 海拔/ m
有机质/
(g·kg - 1)
全 C/
(g·kg - 1)
全 N/
(g·kg - 1)
C/ N
全盐含量/
(g·kg - 1)
强沙尘暴降尘 西郊大召山麓 60 1515 8199 1103 8173 512
潮褐土 通州梨园 30 1219 7149 0182 9113 -
淋溶褐土 怀柔黄花城 350 4414 25175 1194 13128 -
碳酸盐褐土 延庆大柏老南山鹿 500 614 3171 0137 10103 -
山地棕壤 怀柔黑坨山东南 1 320 9013 52138 4128 12124 -
76第 1 期 张万儒等 :强沙尘暴降尘对北京土壤的影响
强沙尘暴降尘给北京土壤带来了适量有机质与
全 N ,补充了北京土壤的有机肥料 (表 2) ,也直接影
响着北京土壤的耐肥性、保墒性、缓冲性、耕性、通气
状况和土壤温度等 ,提高了北京土壤的肥力 ;北京土
壤的碳氮比值为 910～1310 ,而强沙尘暴降尘的碳氮
比值 (C/ N)为 8173 ,比北京土壤低 ,这样的比值说明
强沙尘暴释放出的有效 N 是比较多的。
强沙尘暴给北京土壤带来大量可溶性盐分 (表
2) ,这对北京土壤是不利因素 ,北京土壤 (潮褐土、淋
溶褐土、碳酸盐褐土、山地棕壤等)中盐分含量很少 ,
只有少数盐潮土其含盐量也不过只是 1142 g·kg - 1 ,
大大低于强沙尘暴降尘的全盐含量 5120 g·kg - 1 ;全
盐量通常是指盐分中阴、阳离子的总和 ,当 Na 离子
进入土壤胶体表面 ,很大程度上改变了土壤理化性
质 ,如 pH值的增高 ,水分、空气状况的改变 ,不利于
植物的生长。
21212 　强沙尘暴降尘的有效养分与交换性离子含
量　强沙尘暴降尘的水解 N 含量为 238197 mg·
kg - 1 ,铵态 N 含量为 113183 mg·kg - 1 ,有效 P 含量为
14143 mg·kg - 1 ,速效 K含量为 925180 mg·kg - 1 ,有效
B 含量为 2139 mg·kg - 1 ,pH 值为 7189 ,交换性 Ca2 +
和交换性 Mg2 +的含量分别为 53198、8154 cmol ( + ) ·
kg - 1 ;相当于给北京市区土壤输入水解 N 7 16911 kg ,铵态 N 3 41419 kg ,有效 P 43219 kg ,速效 K 27 774kg ,有效 B 7117 kg ,交换性 Ca2 + 1 61914 kg ,交换性Mg2 + 25612 kg(表 3) 。强沙尘暴降尘给北京土壤带来了大量有效养分与交换性离子 ,丰富了北京土壤中对植物生长必需的 N、P、K、Ca、Mg、B 等元素 (表 3) ;强沙尘暴降尘的水解 N、有效 P、速效 K、交换性 Ca2 + 、交换性Mg2 + 分别是北京土壤本底值的 5125、3121、5162、210、1171倍 ,这说明强沙尘暴给北京土壤带来了大量的天然有效的化学肥料 ,直接有利于北京植物的生长。21213 　强沙尘暴降尘大量元素养分含量　强沙尘暴降尘给北京土壤带来了适量的对植物生长必需的Si、Fe、Al、Ti、Mn、Ca、Mg、P、K等大量元素 ,这些元素在降尘中的的含量分别为 372152、90114、90141、5180、1102、84102、23153、1101、19182 g·kg- 1 ;分别是北京土壤本底值的 0156、2115、0171、0156、0149、3130、0135、0189、0199 倍 (表 4) ;相当于给北京土壤输入了植物必需的大量元素 Si 11 17516 t、Fe 2 70412t、Al 2 71213 t、Ti 17410 t、Mn 3016 t、Ca 2 52016 t、Mg70519 t、P 3013 t、K 59416 t ,这样适量的大量元素给北京土壤带来了丰富的天然潜在肥料 ,有利于植物生长。
表 3 　强沙尘暴降尘和北京土壤[ 8] 的有效养分和交换性离子含量
土壤类型 地点 海拔/ m
水解 N 铵态 N 有效 P 速效 K 有效 B
mg·kg - 1
pH值
交换性 Ca2 + 交换性 Mg2 +
/ (cmol ( + )·kg - 1)
强沙尘暴降尘 西郊大召山麓 60 238197 113183 14143 925180 2139 7189 53198 8154
潮褐土 通州梨园 30 — — 7160 122140 — 8136 17160 4100
淋溶褐土 怀柔黄花城 350 29110 — 6194 216100 — 6167 19120 4162
碳酸盐褐土 延庆大柏老南山鹿 500 — — 1117 128140 — 8145 — —
山地棕壤 怀柔黑坨山东南 1 320 61180 — 2130 192100 — 6108 44140 6156
表 4 　强沙尘暴降尘和北京土壤[ 8] 的大量元素含量
土壤类型 地点 海拔/ m
大量元素含量/ (g·kg - 1)
Si Fe AI Ti Mn Ca Mg P K
强沙尘暴降尘 西郊大召山麓 60 372152 90114 90141 5180 1102 84102 23153 1101 19182
潮褐土 通州梨园 30 698150 37170 123160 22100 6120 14150 20130 1117 13120
淋溶褐土 怀柔黄花城 350 688140 40140 129190 6160 0170 12100 11190 0176 21140
碳酸盐褐土 延庆大柏老南山鹿 500 667120 44110 131100 5190 0174 57180 18110 1129 27140
山地棕壤 怀柔黑坨山东南 1 320 624160 45170 126140 7130 0170 17170 17130 1128 17180
表 5 　强沙尘暴降尘的微量元素含量
土壤类型 地点 海拔/ m
微量元素含量/ (mg·kg - 1)
B Zn Mo Cu Pb Cd Hg As Ni Co V
强沙尘暴降尘 西郊大召山麓 60 5811 3214 8510 29010 17010 1510 < 012 1610 29010 8010 10010
86 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 18 卷
21214 　强沙尘暴降尘的微量元素含量 　强沙尘暴
降尘的微量元素 B、Zn、Mo、Cu 的含量分别为 5811、
3214、8510、29010 mg·kg - 1 ;相当于给北京市区土壤
输入了植物必需的微量元素 :B 1 743 kg、Zn 972 kg、
Mo 2 550 kg、Cu 8 700 kg。强沙尘暴降尘中重金属微
量元素 Pb、Ni、Co、V、Cd、Hg、As 的含量分别为
17010、29010、8010、10010、15100、< 012、1610 mg·
kg - 1 (表 5) ,分别是北京土壤本底值的 4156、3181、
410、0174、3010、1118、2117 倍[9 ] ;强沙尘暴降尘给北
京土壤输入的 Pb、Ni、Co、V、Cd、Hg、As 分别为 5 100、
8 700、2 400、3 000、450、< 610、480 kg (表 5) ,这些大
量的重金属微量元素侵入直接污染了北京的土壤环
境 ,也给北京植物生长带来不利因素。
3 　小结
(1)强沙尘暴降尘对北京土壤的有利影响 　强
沙尘暴降尘给北京土壤提供了丰富的天然物理肥料
和大量的天然有效化学肥料 ; 降尘给北京土壤带来
了 2144 万 t 粉砂粒 ,这对北京土壤的物理性质有良
好的改善作用 ,降尘还带来了水解 N 、铵态 N、有效
P、速效 K、有效 B、交换性 Ca2 + 、交换性 Mg2 + ,它们
分别是7 16911、3 41419、43219、27 774、7117、1 61714、
25612 kg ;强沙尘暴给北京土壤带来了丰富的天然潜
在肥料 :有机质 465 t、全 N 3019 t、Si 11 17516 t、Fe
2 70412 t、Al 2 71213 t、 Ti 174 t、Mn 3016 t、 Ca
2 52016 t、Mg 70519 t、P 3013 t、K59416 t ,还给北京土
壤带来了大量天然潜在微量元素养分 :B 1 743 kg、
Zn 972 kg、Mo 2 550 kg、Cu 8 700 kg。
(2)强沙尘暴降尘对北京土壤的不利影响 　强
沙尘暴降尘给北京土壤带来了可溶性盐分 156 t ,大
量的可溶性盐分侵入北京土壤 ,对北京土壤是个不
利因素 ;降尘还给北京土壤带来了重金属微量元素 :
Pb 511 t、Ni 817 t、Co 214 t、V 310 t、Cd 450 kg、Hg <
610 kg、As 480 kg ,这些大量的重金属微量元素污染
物侵入到北京土壤中 ,直接影响了北京土壤环境的
质量。
参考文献 :
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96第 1 期 张万儒等 :强沙尘暴降尘对北京土壤的影响