罗布泊干盐湖表层盐壳含水率季节性变化及吸水特征研究

孔德庸,李保国*,马黎春,蒋平安,武红旗,刘洪鹏中国农业大学资源与环境学院,北京 100193;中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;新疆农业大学草业与环境资源学院,新疆乌鲁木齐 830052



罗布泊干盐湖表层盐壳含水率季节性变化及吸水特征研究

孔德庸1),李保国1)*,马黎春2),蒋平安3),武红旗3),刘洪鹏3)
1)中国农业大学资源与环境学院,北京 100193;2)中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;3)新疆农业大学草业与环境资源学院,新疆乌鲁木齐 830052

摘 要:根据罗布泊遥感影像图,在干盐湖区域选择“黑纹”和“白纹”观测区为典型研究对象,对其表层盐壳含水率、地下水位埋深、气象参量的动态变化进行了1年多的系统观测,结果发现两个观测区的表层盐壳的季节含水率存在一定的差异,其吸附水含水率均大于结晶水含水率,两观测区的吸附水含水率差异在1%左右,但黑纹观测区盐壳结晶水含水率是白纹观测区的3倍以上;黑纹观测区的地下水水位埋深相对稳定,表层盐壳的吸附水变化与地下水水位变化无明显的直接关系。另在高湿度、不同温度的野外环境和室内模拟环境下开展的盐壳吸水能力实验都发现,黑纹观测区盐壳的吸水能力明显强于白纹观测区,甚至达到10倍以上的差异,分析表明这和表层盐壳盐类矿物成分(如硫酸镁)的差异性密切相关。

关键词:罗布泊;干盐湖;盐壳;含水率;吸水特征

www.cagsbulletin.com www.地球学报.com

本文由科技部科技基础性工作专项“库姆塔格沙漠综合科学考察”(编号:2012FY111700)、国家自然基金项目“罗布泊大耳朵干盐湖盐壳盐土矿物分异特征及环境学意义”(编号:41071149)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金(编号:YK1404)联合资助。

盐壳是干盐湖地表典型的地貌特征之一,其发育过程十分复杂,既有间歇动荡的浅水面蒸发析盐过程,又有湖底暴露时期的地表成盐过程,在风蚀、日晒、雨淋、冻融交替等作用下,形成结构复杂的盐泥混合物(Lerche and Petersen,1995;马黎春等,2011),主要盐类矿物由K、Ca、Na和Mg的氯化物、硫酸盐和碳酸盐组成,而且这些盐类矿物具有一定的吸湿性,尤其是盐湖演化至晚期的钾镁盐矿物和一些钙的氯化物,如光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)、水氯镁石(MgCl2·6H2O)、软钾镁钒(K2SO4·MgSO4·6H2O)、泻利盐(MgSO4·7H2O)和溢晶石(CaCl2.6H2O)等。单相盐类矿物的吸水及失水特征曲线,前人已开展了大量研究,并将其拓展到火星蒸发岩及其沉积环境反演研究中(Wang et al.,2006;Chen et al.,2007;Chou et al.,2013),然而鲜有学者对盐壳,即蒸发岩矿物及其碎屑混合物,开展相关研究。Cochran等(1988)对美国Owens湖滨盐壳开展了地表温湿度的野外观测实验,初步揭示Owens湖的特征和可能的成因;Robinson等(2008)则对不同温度体系土壤中石膏等矿物的失水特征开展了系列研究,孙自永等(2008)在罗布泊开展了凝结水的实验,本文将在前人基础上,选取罗布泊干盐湖区典型盐壳,开展长期温湿度、含水率及地下水位波动等野外观测实验,同时在室内开展不同温湿度条件下的盐壳吸水模拟实验,以探索不同类型盐壳的吸水特征及变化规律。

罗布泊是世界著名的内陆干盐湖之一(郑绵平,2001;郑喜玉等,2002),地处新疆塔里木盆地东部边缘,自第三纪末至第四纪初以来就成为整个盆地的汇流中心,大湖时期,水域面积曾达2×104km2。目前罗布泊行政区隶属巴音郭楞蒙古自治州若羌县罗布泊镇,地理位置39.6°—41.3°N,89.6°—91.4°E(图1)。

罗布泊干盐湖北抵库鲁克塔格山山前冲洪积扇,南至阿尔金山北麓,东为北山,西为库鲁克库姆沙漠,东南紧挨库姆塔格沙漠,目前湖区被盐壳覆盖,其厚度20～100 cm不等,局部呈蜂窝状、龟裂状。该区域气候极端炎热干旱,多年平均降水量仅为38.5 mm/a,平均蒸发量则达3776.5 mm/a,属典型的大陆性干旱气候(夏训诚等,2007)。

图1　罗布泊干盐湖位置Fig.1 The location of Lop Nur dry lake in Xinjiang

1 材料与方法

1.1 实验观测区的选择

在卫星影像上,罗布泊干盐湖区中东部呈“大耳朵”状,色调分明,轮廓清晰(图2),在世界干盐湖中实属罕见。根据土壤、盐渍土的卫星影像常规判读经验,含水率越高、光谱反射率越低,遥感影像色调越暗。空间上含水量的差异将导致遥感影像的色调、纹理存在一定的差异性(Metternicht and Zinck,2003;何挺等,2006;翁永玲和宫鹏,2006;王俊,2011),马黎春等(2010)对不同“耳轮”环带盐壳含盐量、含水量、离子组成及矿物组合开展了综合研究,认为水分差异是影响罗布泊卫星影像色调深浅的重要因素之一,蔡爱民等(2011)则认为地表全盐含量和结构差异是形成“耳纹”特征的直接原因,也有学者认为盐壳含沙量、颜色、地表粗糙度和地下水的深度会影响罗布泊遥感影像的色调(赵元杰等,2006;夏训诚等,2007)。针对罗布泊特殊的“耳轮”型地貌特征,李保国等(2008)开展了湖区DGPS的实测工作,在此基础上,邵芸等则利用遥感、雷达数据,开展了一系列地貌、高程等解译工作,绘制出古湖盆分区图、现代湖区高程和大耳朵纹理分区图(邵芸和宫华泽,2011;Wang et al.,2014)。

本研究选择罗布泊干盐湖两处遥感影像光谱色调反差较大的区域(文中分别命名为“黑纹观测区[BOS]”和“白纹观测区[WOS]”,图2),进行为期一年多的野外观测实验(2009年5月—2010年8月),观测项目包括表层盐壳含水率、地下水位、大气温湿度、蒸散和风速风向等,并在室内采用恒温恒湿试验箱开展了湿度为60%RH和不同温度条件下的表层盐壳吸水特征实验,以探索表层盐壳含水率变化规律及其吸水特征。

实验观测区位于罗布泊镇东南方向约3 km,黑纹观测区和白纹观测区中心坐标分别为(90.905°E,40.438°N)和(90.890°E,40.448°N),两观测区直线距离约1 km,经水准仪测量,两观测区几乎无高差存在。白纹理观测区盐壳厚度50～60 cm不等,南北向平均粗糙度0.965,东西向平均粗糙度0.946;黑纹观测区盐壳厚度在55～65 cm不等,盐壳表面较为平整,南北向平均粗糙度0.974,东西向平均粗糙度0.966(图3;平均粗糙度,单位长度测绳平铺于表层后的直线长度和单位长度测绳的比值,0—1取值,数值越小表示粗糙度越大,数值越接近1.0表示地面起伏越趋于平坦)。

1.2 盐壳含水率测定方法

本研究采用烘干法测定表层盐壳重量含水率。根据前人研究结果,110℃以内烘干条件下获得的含水率为吸附水,110～230℃烘干获得的含水率为结晶水(地球科学大辞典编委会,2006;唐洪明,2007)。

实验期内,共获得有效表层盐壳含水率样品700余个。每天早上北京时间10:00在观测区表层0～5 cm取样,密封后即时用千分之一电子天平进行称重,然后集中在实验室用烘箱烘干,105℃恒温烘干8小时以上,获得盐壳吸附水重量含水率,继续在恒温200℃烘干8小时以上,获得盐壳结晶水重量含水率。

图3　实验观测区盐壳表面情况Fig.3 The surface landscape of the two observing sites

1.3 地下水位观测

利用国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司工程地质钻井对黑纹观测区进行地下水位的观测,观测时间间隔期为10天;白纹观测区无观测井。

1.4 吸水能力测试

表层盐壳的吸水能力实验在恒温恒湿试验箱中进行。试验箱采用美国STIK恒温恒湿箱(CTHI-250B静电容式),温度控制范围–10～+85℃(精度±0.5℃)、湿度控制范围20%RH～98%RH(精度±1.5%RH),到达设定的模拟环境且稳定后,将表层盐壳样品铺平,放进恒温恒湿试验箱内,每隔2小时取出称重,该时段内样品重量增加数值即为吸湿量数值。

1.5 气象观测方法

气象观测主要利用钾盐矿气象观测站和实验临时安装的雨量筒、蒸发皿、温度记录仪、湿度记录仪等,气象站获得的数据包括自动测定记录的风速、风向、大气温度和大气湿度等数据,临时实验仪器主要为人工观测降雨量、蒸发量、地表温度等数据。

2 结果与讨论

2.1 气象因素变化特征

春夏秋冬四个季节划分采用气候学候平均温度(每5日的平均气温)进行划分,候温度稳定高于22℃为夏季,低于10℃为冬季,从10℃增温至22℃为春季,从22℃降温至10℃为秋季,大气温湿度观测时期为2009年09月01日至2010年08月31日。

实验期间,盐壳表面实测最高温度为+66.0℃,最低温度为–22.1℃,大气温度最高为43.0℃,最低温度为–21.0℃;观测到的最低大气湿度＜5.0%RH,最高值为96.0%RH;主风向东北风,2分钟最大风速为19.5 m/s;实测降水量(含降雪)<5 mm,据不完全观测统计,夏季和秋季日平均蒸发量约15 mm,春季和冬季日平均蒸发量约7 mm,年蒸发量为3800 mm左右。

表1　观测期季节划分及风速、大气温湿度季度平均值Table 1 Division of seasons by the pentad temperature method,and the seasonal average value of the wind speed,the air temperature and the air humidity during the observing period

表2　两个观测区表层盐壳主要化学含量表(g/kg)Table 2 The chemical composition of salt-crust at the two observing sites(g/kg)

2.2 表层盐壳化学组分特征

两个观测区表层盐壳的主要化学分析结果见表2,其中Na+、Cl-离子主要以石盐(NaCl)矿物形式存在,Ca2+、以石膏(CaSO4)矿物存在,另外富含Mg+、K+离子在不同温度湿度情况下可能形成光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)、钾盐镁矾(KCl·MgSO4·3H2O)和软钾镁矾(K2SO4·MgSO4·6H2O)等吸湿性较强的复合盐矿物(王弭力和刘成林,2001;马黎春,2007)。

从表2各观测区的“离子/总盐”比值分析,黑纹观测区表层盐壳比白纹观测区表层盐壳富含K+、Mg2+、Ca2+等离子,其中K+、Ca2+离子约为2倍,Mg2+离子更是高达17倍左右,故推测黑纹观测区表层盐壳比白纹观测区富含CaSO4、MgSO4等矿物,也容易形成石膏(CaSO4·2H2O)、半水石膏(CaSO4·0.5H2O)以及前述钾、镁复合盐矿物;白纹观测区则比黑纹观测区形成更多的石盐(NaCl)矿物。

2.3 表层盐壳含水率变化特征

2.3.1 表层盐壳含水率季节变化

表层盐壳的含水率日变化过程如图4所示,根据日变化数据,整理出两观测区的表层盐壳吸附水和结晶水的季节变化情况,见表3和图5。

白纹观测区的吸附水季节平均含水率变幅在4.50%～6.93%之间,春—夏—秋—冬四个季节呈“自最大值开始下降—下降到最小值—升高”变化趋势,以春季最高、秋季最低,分别为6.93%和4.50%,峰值和谷值相差2.43%,变幅相对较大;结晶水含水率季节均值在1%以内,春—夏—秋—冬四个季节呈“自最大值开始下降—下降—下降到最小值”的变化趋势,春季、夏季接近1.0%,秋季和冬季在0.6%～0.7%之间变化,最大值和最小值相差仅为0.37%,变幅相对较小。

图4　两观测区表层0–5 cm盐壳重量含水率日变化过程Fig.4 The daily gravimetric moisture content change in 0–5 cm of top salt-crust at the two observing sites

图5　表层盐壳重量含水率季节变化对比Fig.5 The moisture content change of the salt-crust during the four seasons

黑纹观测区的吸附水季节平均含水率变幅在4.11%～7.04%范围,春—夏—秋—冬四个季节呈“下降—下降到最小值—升高到最大值”的变化趋势,以冬季最高、秋季最低,分别为7.04%和4.11%,最大值和最小值相差2.93%,变幅相对较大;结晶水含水率季节均值在3%～4%之间变化,春—夏—秋—冬四个季节呈“从最小值开始上升到最大值—下降—下降”变化趋势,最大值和最小值相差仅为0.50%,变幅相对稳定。

表3和图5也表明,两个观测区的表层盐壳吸附水含水率季节均值存在一定差异,差异幅度在0.39%～1.32%,其中以春、夏季节差异最大(>1%),秋、冬季节差异最小(<0.6%),此外,除黑纹观测区表层盐壳吸附水含水率在冬季高于白纹观测区外,其它三个季节均为白纹观测区表层盐壳吸附水含水率高于黑纹观测区。两个观测区表层盐壳结晶水含水率在全年四个季节内,白纹观测区的结晶水含水率明显低于黑纹观测区,其差异从2.11%～2.84%不等,以春季差异最小,为2.1%,秋、冬季差异最大,接近3%。

整体来说,两观测区的盐壳表层吸附水含水率存在一定差异,其直接原因可能是两观测区的矿物的成分和含量不同导致的。相对白纹观测区表层盐壳来说,黑纹观测区表层盐壳富含Mg2+离子矿物,在冬季低温、高湿度、低蒸发、低风速的情况下,可能更容易吸收大气水分产生吸附水,导致其吸附水含水率高于白纹观测区;到了春、夏、秋三个季节时段,气候恰好相反,变成了高温、低湿度、高蒸发、高风速的情况,黑纹观测区的表层盐壳吸附水可能产生了逸出,导致其吸附水含水率略低于白纹观测区。

图5也明显的看出,表层盐壳的吸附水含水率大于结晶水含水率,在白纹观测区尤为明显,差异达5倍以上;黑纹观测区吸附水含水率略高于结晶水含水率,比率在1～2倍之间。估计其原因可能是黑纹观测区的Ca2+、SO2-4离子形成的石膏矿物和Mg2+、SO2-4离子形成的泻利盐(七水硫酸镁)矿物均多于白纹观测区导致的(Robinson et al.,2008;Chou et al.,2013)。

两个观测区的吸附水和结晶水含水率的差异,和盐类矿物成分组成有着密切关系,结合剖面温湿度和气象资料详加分析,可更准确地确定其原因,有利于进一步探索罗布泊大耳朵干盐湖区域不同时期的纹理色调差异的因素。

表4　黑纹观测区地下水水位(单位:mm-dd,m)Table 4 The groundwater level change during the observing period in BOS(mm-dd,m)

2.3.2 黑纹观测区表层盐壳含水率与地下水位埋深关系

一般情况下,大部分干盐湖,其表层盐壳的含水率变化和地下水水位埋深关系甚为密切,经2009 年10月至2010年7月份观测发现,该时期内黑纹观测区地下水位相对较稳定,始终在5.0～5.2 m之间变化(表4),其变化幅度相对较小,但黑纹观测区表层盐壳吸附水含水率在2.5%～14.5%之间变化,其变化幅度相对较大,变化幅度差异接近6倍,图6可以直观地表现出地下水位埋深变化对黑纹观测区表层盐壳含水率的季节性变化无显著影响的关系,另外,通过数理统计的相关性分析,黑纹表层盐壳吸附水含水率与地下水水位的p=0.295,两者之间关系未达到显著水平。由于两个观测区距离较短、高程几乎相同,故推测其地下水水位埋深变化幅度和黑纹观测区类似,由此可进一步推测白纹观测区表层盐壳含水率变化和地下水水位埋深存在同样的结论,因此,可以推断,在实验观测区内,表层盐壳含水率的变化与地下水水位埋深变幅关系不明显。

2.3.3 表层盐壳吸水能力初步对比

在观测期的冬季,曾对两观测区的表层盐壳吸水能力进行简单的测试,即取原状土用纤维网包装后悬挂于空气中,分别观测期增加的重量百分比,白纹观测区和黑纹观测区当日的表层盐壳吸附水含水率分别为4.9%和8.6%。表5的实验结果表明,大气温度和湿度分别接近0℃和50%RH情况下,经过15 h后,黑纹观测区和白纹观测区表层盐壳因吸收水分增加的平均重量百分比分别为2.0%和0.5%左右,黑纹观测区表层盐壳的吸水能力大概为白纹观测区的4倍;再经过27 h后,则其平均重量百分比增加分别到4.3%和0.6%左右,黑纹观测区表层盐壳的吸水能力和白纹观测区的比值也达到了7倍左右,一定程度上证明黑纹观测区的表层盐壳吸水能力大于白纹观测区。

2.4 室内模拟温湿度条件下表层盐壳吸水能力对比

为了进一步研究两观测区的表层盐壳吸水能力的差异,本研究在湿度60%RH、温度分别为20℃、30℃和40℃三个温度梯度环境下进行盐壳吸水能力实验,白纹观测区和黑纹观测区的表层盐壳样品吸附水含水率分别为1.9%和3.2%,结晶水含水率分别为1.3%和6.4%。实验结果表明,黑纹观测区表层盐壳具有较强的吸水能力,在12 h内随温度升高吸水能力逐渐增强,20℃、30℃和40℃三个模拟温度下其含水率分别增加了5.56%,6.64%和11.63%,见表6和图7,而40℃模拟条件下盐壳含水率在12 h达到峰值后开始失水,22 h后含水率下降至7%左右,20℃、30℃条件下始终呈缓慢增加趋势,22 h后其含水率增加值也基本稳定在7%左右;而白纹观测区表层盐壳在整个模拟实验过程中始终未表现出明显的吸水性能,其含水率仅增加0.5%左右。在各模拟温度下,黑纹观测区的表层盐壳吸水能力均明显高于白纹观测区,根据表层盐壳的化学成分(表2),相比白纹观测区,黑纹观测区表层盐壳富含Mg2+离子,易形成含镁矿物,是导致其吸水能力高于白纹观测区10倍左右的重要原因之一。

表5　冬季表层盐壳在空气中吸收水分重量增加百分比Table 5 The percentage of gravimetric moisture increase caused by the water adsorption of salt-crust in winter

表6　表层盐壳在60%RH和20℃、 30℃、40℃温度条件下吸收水分重量增加百分比Table 6 The percentage of gravimetric moisture increase caused by the water adsorption of salt-crust under the condition of temperatures of 20℃,30℃,40℃ and the same relative humidity of 60%

图7　60%RH湿度及不同温度条件表层盐壳吸水能力Fig.7 The comparison of water absorption capability of salt-crust under the condition of temperatures of 20℃,30℃,40℃ and the same relative humidity of 60%

3 结论

(1)两观测区的盐壳表层含水率存在一定差异的原因可能是两观测区的矿物成分和含量不同导致的。黑纹观测区表层盐壳富含Mg+离子矿物,在春季和冬季低温、高湿度、低蒸发、低风速的情况下,可能更容易吸收大气水分产生吸附水,导致其吸附水含水率高于白纹观测区;到了夏季和秋季时段,黑纹观测区的表层盐壳吸附水可能在高温、低湿度、高蒸发、高风速的气候条件产生了逸出,导致其吸附水含水率略低于白纹观测区。在全年任何时段,白纹观测区表层盐壳的结晶水含量均明显低于黑纹观测区,可能是黑纹观测区的离子形成的石膏矿物和离子形成的泻利盐(七水硫酸镁)矿物均多于白纹观测区导致的。

(2)经观测,黑纹观测区地下水位埋深变幅相对较稳定,对表层盐壳含水率的季节性变化无显著影响。

(3)本研究在野外大气温度和湿度分别接近0℃和50%RH情况,或者是室内的恒温恒湿试验箱模拟的湿度60%RH、温度分别为20℃、30℃和40℃三个温度梯度环境下,黑纹观测区的表层盐壳吸水能力均明显高于白纹观测区,推测其原因是黑纹观测区表层盐壳所含的Mg2+离子含量高于白纹观测区约17倍而导致的。

(4)两个观测区表层盐壳中矿物组分和含量的差异,尤其是钾镁盐矿物的差异性,导致其吸附水和结晶水含量不同,从而使其盐壳表层含水率和光谱响应特征不同,这也是导致罗布泊干盐湖区在遥感影像上形成“黑纹”和“白纹”的重要原因之一。

致谢:本实验得到了国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司的大力帮助和支持,在此表示衷心感谢！

Acknowledgements:

This study was supported by Ministry of Science and Technology(No.2012FY111700),National Natural Science Foundation of China(No.41071149),and Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund(No.YK1404).

参考文献:

蔡爱民,邵芸,宫华泽,王国军,谢酬.2011.罗布泊遥感影像“耳纹”特征分析及其环境意义[J].光谱学与光谱分析,31(6):1633-1638.

地球科学大辞典编委会.2006.地球科学大辞典—基础科学卷[G].北京:地质出版社:406-438.

何挺,王静,程烨,林宗坚.2006.土壤水分光谱特征研究[J].土壤学报,43(6):1027-1032.

李保国,马黎春,蒋平安,段增强,孙丹峰,邱宏烈,钟俊平,武红旗.2008.罗布泊“大耳朵”干盐湖区地形特征与干涸时间讨论[J].科学通报,53(3):327-334.

马黎春,李保国,蒋平安,盛建东,钟俊平,邱宏烈,武红旗.2011.罗布泊盐湖“大耳朵”盐盘特征、成因及古环境意义[J].沉积学报,29(1):125-133.

马黎春,李保国,蒋平安,钟俊平,盛建东,邱宏烈,武红旗.2010.罗布泊“大耳朵”湖区钾元素地球化学与富集机理[J].矿床地质,29(4):616-624.

马黎春.2007.罗布泊“大耳朵”干盐湖区盐壳特征及与“耳纹”相关性的探讨[D].北京:中国农业大学,1-104.

邵芸,宫华泽.2011.基于多源雷达影像的罗布泊湖岸变迁初探[J].遥感学报,15(3):645-650.

孙自永,余绍文,周爱国,张俊,刘德良,杨丽.2008.新疆罗布泊地区凝结水试验[J].地质科技情报,27(2):91-96.

唐洪明.2007.矿物岩石学[M].北京:石油工业出版社:68-69.

王俊.2011.天津滨海盐渍土利用与演变动态的遥感分析[D].北京:中国农业大学:1-65.

王弭力,刘成林.2001.罗布泊盐湖钾盐资源[M].北京:地质出版社:25-88.

翁永玲,宫鹏.2006.土壤盐渍化遥感应用研究进展[J].地理科学,26(3):369-375.

夏训诚,王富葆,赵元杰.2007.中国罗布泊[M].北京:科学出版社:1-490.

赵元杰,夏训诚,王富葆,曹琼英,高伟明,游广永.2006.新疆罗布泊环状盐壳的特征与成因[J].干旱区地理,29(6):779-783.

郑绵平.2001.论中国盐湖[J].矿床地质,20(2):181-189.

郑喜玉,张明刚,徐昶,李秉孝.2002.中国盐湖志[M].北京:科学出版社:234-237.

References:

CAI Ai-min,SHAO Yun,GONG Hua-ze,WANG Guo-jun,XIE Chou.2011.Analysis of Lop Nur “Ear” features in remote sensing image and its environmental meaning[J].Spectroscopy and Spectral Analysis,31(6):1633-1638(in Chinese with English abstract).

CHEN Hong,EVITTS R W,BESANT R W.2007.Moisture adsorption characteristics of a thin bed of polycrystalline potash pellets Part II — Modeling and numerical simulation[J].Powder Technology,171:46-53.

CHOU I-ming,SEALⅡ R R,WANG A-lian.2013.The stability of sulfate and hydrated sulfate minerals near ambient conditions and their significance in environmental and planetary sciences[J].Journal of Asian Earth Science,62:734-758.

COCHRAN G F,MIHEVC T M,TYLER S W,LOPES T J.1988.Study of salt crust formation mechanisms on Owens(Dry)Lake,California[R].Los Angeles Department of Water and Power,1-103.

HE Ting,WANG Jing,CHENG Ye,LIN Zong-jian.2006.Spectral Features of Soil Moisture[J].Acta Pedologica Sinica,43(6):1027-1032(in Chinese with English abstract).

LERCHE I,PETERSEN K.1995.Salt and sediment dynamics[M].The Chemical Rubber Company Press,Florida,US,1-321.

LI Bao-guo,MA Li-chun,JIANG Ping-an,DUAN Zeng-qiang,SUN Dan-feng,QIU Hong-lie,ZHONG Jun-ping,WU Hong-qi.2008.High precision topographic data on Lop Nur basin’s Lake “Great Ear” and the timing of its becoming a dry salt lake[J].Chinese Science Bulletin,53(6):905-914(in Chinese with English abstract).

MA Li-chun,LI Bao-guo,JIANG Ping-an,SHENG Jian-dong,ZHONG Jun-ping,QIU Hong-lie,WU Hong-qi.2011.Geochemical characteristics and enrichment mechanism of potassium in Lop Nur “Great Ear” playa[J].Mineral Deposits,29(4):616-624(in Chinese with English abstract).

MA Li-chun,LI Bao-guo,JIANG Ping-an,SHENG Jian-dong,ZHONG Jun-ping,QIU Hong-lie,WU Hong-qi.2011.Sedimentary features’ origin and paleoenvironmental significance of “Great Ear” salt pans in the Lop Nor playa[J].Acta Sedimentologica Sinica,29(1):125-133(in Chinese with English abstract).

MA Li-chun.2007.A study on the relationships between the salt crust characteristics and the tonal changes of the “Great Ear”rings in the Lop Nur dry salt lake area[D].Beijing:China Agricultural University:1-104(in Chinese with English abstract).

METTERNICHT G I,ZINCK J A.2003.Remote sensing of soil salinity:potentials and constraints[J].Remote Sensing of Environment,85:1-20.

ROBINSON D A,CAMPBELL C S,HOPMANS J W,HOMBUCKLE B K,JONES S B,KNIGHT R,OGDEN F,SELKER J,WENDROTH O.2008.Soil moisture measurement for ecological and hydrological watershed-scale obervatories:A Review[J].Vadose Zone Journal,7(1):358-389.

SHAO Yun,GONG Hua-ze.2011.Primary interpretation on shorelines of vanished Lop Nur Lake using multi-source SAR data[J].Journal of Remote Sensing,15(3):645-650(in Chinese with English abstract).

SUN Zi-yong,YU Shao-wen,ZHOU Ai-guo,ZHANG Jun,LIU De-liang,YANG Li.2008.Experimental Study on the Condensation Water in Lop Nur Region,Xinjiang[J].Geological Science and Technology Information,27(2):91-96(in Chinese with English abstract).

TANG Hong-ming.2007.Mineralogy and Petrology[M].Beijing:Petroleum Industry Press:68-69(in Chinese with English abstract).

The Editorial Committee of a Dictionary of Earth Sciences.2006.A Dictionary of Earth Sciences—Basic sciences[G].Beijing:Geological Publishing House:406-438(in Chinese with English abstract).

WANG A-lian,FREEMAN J J,JOLLIFF B L,CHOU I-ming.2006.Sulfates on Mars:A systematic Raman spectroscopic study of hydration states of magnesium sulfates[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,70:6118-6135.

WANG Jun.2011.Detecting dynamic evolutionary of landuse change on coastal salt-affected soils in Tianjin by remote sensing method[D].Beijing:China Agricultural University,1-65(in Chinese with English abstract).

WANG Long-fei,GONG Hua-ze,SHAO Yun.2014.Precise topography assessment of Lop Nur Lake Basin using GLAS altimeter[C].Earth and Environmental Science(35th International Symposium on Remote Sensing of Environment),17:1-6.

WANG Mi-li,LIU Cheng-lin.2001.Saline lake potash resources in the Lop Nur,Xinjiang[M].Beijing:Geological Publishing House:25-88(in Chinese with English abstract).

WENG Yong-ling,GONG Peng.2006.A review on remote sensing technique for salt-affected soils[J].Scientia Geographica Sinica,26(3):369-375(in Chinese with English abstract).

XIA Xun-cheng,WANG Fu-bao,ZHAO Yuan-jie.2007.Lop Nur In China[M].Beijing:Science Press:1-490(in Chinese with English abstract).

ZHAO Yuan-jie,XIA Xun-cheng,WANG Fu-bao,CAO Qiong-ying,GAO Wei-ming,YOU Guang-yong.2006.Features and causes of formation on ring-shaped salt crust in Lop Nur region of Xinjiang,China[J].Arid Land Geography,29(6):779-783(in Chinese with English abstract).

ZHENG Mian-ping.2001.On Saline Lakes of China[J].Mineral Deposits,20(2):181-189(in Chinese with English abstract).

ZHENG Xi-yu,ZHANG Ming-gang,XU Chang,LI Bing-xiao.2002.Salt Lakes of China[M].Beijing:Science Press:234-237(in Chinese with English abstract).

Seasonal Change of Water Absorption Capability and Moisture Content of the Top Salt-crust in Lop Nur Dry Lake

KONG De-yong1),LI Bao-guo1)*,MA Li-chun2),JIANG Ping-an3),WU Hong-qi3),LIU Hong-peng3)
1)College of Resources and Environment,China Agricultural University,Beijing 100193;
2)Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037;
3)College of Grassland and Environment Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052

Abstract:Two observing sites within the Lop Nur dry salt lake were selected as field experiment areas to monitor the moisture content change on the surface of salt-crust,groundwater level and meteorological data,and a systematic observation lasted for more than one year.One observing site has typical bright stripes exhibiting white color and is named WOS,and the other has typical gray stripes assuming black color and is called BOS.Based on the experiment,it could be concluded that the seasonal moisture values of salt-crust in the two observing sites are different:the adsorbed water content on the surface of salt-crust is higher than the crystal water content,with the difference of adsorbed water content in the two observing sites being about 1%;the content of crystal water in BOS is over 3 times that in WOS.The field observation data indicate that the groundwater level is relatively stable,and it makes little contribution to the adsorbed water content of the surface in salt-crust in BOS.The absorption capability of salt-crust in BOS is remarkably stronger than that in WOS both under the conditions of high humidity and different temperatures in field test or laboratory simulation test,and the difference of water absorption capability is even more than 10 times,probably caused by the difference of the mineral compositions,such as the content of magnesium sulfate in the two observing sites during the salt-curst formation and development.

Key words:Lop Nur;dry lake;salt-crust;moisture content;water absorption capability

*通讯作者:李保国,男,1964年生。教授,博士生导师。主要从事土壤学、土壤水盐运移等研究工作。E-mail:libg@cau.edu.cn。

作者简介:第一孔德庸,男,1978年生。博士研究生,助教。从事水土资源利用及水文地质相关工作。

通讯地址:100193,北京市海淀区圆明园西路2号中国农业大学资源与环境学院(博2008)。E-mail:921992733@qq.com。

收稿日期:2015-11-27;改回日期:2016-02-25。责任编辑:闫立娟。

中图分类号:K928.43;P578.32

文献标志码:A

doi:10.3975/cagsb.2016.02.06