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巴丹吉林沙漠地区通过多方法揭示了蝌蚪状、梳状等微地形与水分运移的关联，证实其存在正水分平衡，降水通过深层渗透成为湖泊主要水源。
作者：姚创宇、赵景波、马彦东、张立兴、邵天杰、龚启琴
中国宝鸡文理学院地理与环境学院，宝鸡，712100
摘要
为了揭示巴丹吉林沙漠地区新发现的多种微地形的发展机制及其对大型沙丘内部水分输送和水分平衡的影响，本研究采用了多种方法，包括野外观察、电子显微镜鉴定、X射线衍射和激光粒度分析仪。研究结果表明，存在蝌蚪形状的微地形、梳状微地形、表面覆盖盐膜的密集分布的沙粒以及多层结构的水分。这些微地形此前尚未被报道，它们在大型沙丘的上部和中部呈现出多层次且规则分布的特点。蝌蚪形状微地形所在的细粒沙层含水量较高，而粗粒沙层含水量较低。盐膜的矿物成分主要是方解石，同时还含有少量的盐分和硫酸盐。细粒沙层与粗粒沙层之间的交替分布是导致蝌蚪形状微地形呈多排排列的原因。蝌蚪形状微地形的发生过程可以分为三个不同的阶段，这些阶段是在四种不同的动态条件下形成的。多种微地形、多层高含水量结构以及多层可溶性盐的存在，为该地区大型沙丘呈现正向水分平衡提供了有力证据。这一现象表明大气降水能够渗透到大型沙丘的深层，从而在沙丘内部形成多层结构的水分。这些湖泊的水源很可能主要来自大气降水，这与沿湖泊边缘观察到的广泛分布的泉水流出带和径流带一致。本研究对于识别该地区140多个小型湖泊的来源和水循环机制，以及微地形的发展具有重要意义。
引言
巴丹吉林沙漠位于中国北部，是世界上最大的沙丘之一（Dong等人，2004年；Meng等人，2022年），同时这里也分布着140多个小型湖泊（Dong等人，2013年；Zhang，2014年；Cao等人，2022年；Dong等人，2022年）。这种独特的自然景观以大型沙丘和湖泊为特征（Dong等人，2013年；Wang等人，2021年；Su等人，2023年；Ma等人，2024年）。该地区的独特地形及其形成过程引起了学术界的广泛关注（Jakel，1996年；Gu等人，2004年；Ma等人，2014年；Wu等人，2014年；Zhao等人，2023年）。此前已有大量研究探讨了巴丹吉林沙漠大型沙丘地区的地貌、物质组成和湖泊水源（Chen等人，2006年；Shao等人，2012年、2015年；Niu等人，2021年；Ma等人，2024年）。研究表明，大型沙丘的形成依赖于强劲的风力和其基础上的古地形（Yang，2000年；Yang等人，2010年）。此外，这一现象还与晚更新世以来的气候变化（Chen等人，2019年）以及地下水动态（Wang等人，2023年）有关。研究还发现，该地区风成沉积物的粒径组成比中国其他沙漠略粗，其中中粒沙的含量与细粒沙相当（Shao等人，2015年）。
该地区的地形以大型沙丘和湖泊为主，这些沙丘和湖泊呈东北-西南方向延伸。这种格局主要受该地区盛行的西北风的影响，风在塑造地貌过程中起着关键作用。目前已有四种假说试图解释大型沙丘的形成机制：一种假说认为大型沙丘的形成与下方存在的高耸岩石山丘有关（Yang等人，2011年）；现代研究表明，沙丘底部的山丘对其形成作用不大（Xiao等人，2021年）；另一种观点认为大型沙丘是过去湿润期和干旱期交替作用的结果，在湿润期，雨水或植被产生的钙质物质有助于稳定沙层；而在干旱期，强风作用则导致沙层沉积。许多学者支持这一观点（Zhang和Wang，2005年；Xiao等人，2021年）；第三种假说认为大型沙丘底部含有上升的承压水，上升的水分有助于稳定沙层，使风积沙层不断积累形成沙丘（Chen等人，2006年）；第四种观点认为该地区风力强劲且降水集中，从而促进了大气降水转化为地下水和湖泊水。湖泊水的蒸发过程使沙层湿润，为沙丘的形成创造了条件（Dong等人，2009年；Ren和Jin，2011年；Shao等人，2015年）。上述研究表明，大型沙丘的形成是多种因素相互作用的结果。该地区的强风活动提供了必要的动态条件，而沙丘下方的岩石山丘则为沙丘的形成提供了地形基础；集中的降水和湖泊蒸发则为沙层提供了稳定的环境。
关于该地区众多小型湖泊的起源，已有三种假说：一种认为这些湖泊形成于中全新世温暖湿润时期，部分湖泊水来源于当时的地下水（Gates等人，2008年；Ma等人，2008年）；另一种假说认为降水在该地区较为集中，大气降水可能是湖泊水的来源（Hofmann，1996年；Yang等人，2010年；Shao等人，2012年；Wang等人，2021年、2024a）；还有一种假说认为湖泊水并非来自当地，而是来自远处的山区（Chen等人，2006年）。目前，关于这些湖泊的起源尚未达成共识。
正如相关文献和以往研究结果所示（Dong等人，2013年；Shao等人，2015年），大型沙丘具有明显的地带性特征：沙丘下部呈缓坡状，坡度在5至10°之间；中部为新月形或链状沙丘，坡度通常在15至20°之间；上部为陡峭的顶峰，坡度接近30°。蝌蚪形状的微地形主要出现在沙丘的中部或上部，顶峰不明显，且在次级沙丘的坡面上较少见。我们观察到蝌蚪形状的微地形形成于含水量较高的沙层中，这一现象可能与沙丘内部水分的移动、积累和平衡密切相关。
尽管对该地区的大型沙丘地貌进行了大量研究，但这些研究主要集中在沙丘的形态、组合、分带和形成机制上，而对微地形的研究较少（Zhao等人，2024年）。本文旨在更全面地了解沙漠地区的微地形以及大型沙丘中的水分分布和循环机制。
地理背景
巴丹吉林沙漠位于内蒙古自治区阿尔察右旗，地理坐标介于北纬39°04′15″至42°12′23″，东经99°23′18″至104°34′02″之间（Zhu等人，2010年）。所研究的四个大型沙丘位于北纬39°46′14″至39°53′20″，东经102°24′20″至102°29′43″之间，面积约为52,000平方公里，是中国第二大沙漠（Zhu等人，2010年）。该沙漠的主要特征是大型沙丘。
结果
野外调查发现，蝌蚪形状的微地形主要分布在缓坡上，表明缓坡有利于其形成。在扎拉特湖、诺尔图湖、音德尔图湖和胡和吉林湖的东部大型沙丘中发现了这种微地形，尤其是在扎拉特湖的东部大型沙丘中数量更多。
沙层的持水能力
根据Ma等人（2017年）的研究，巴丹吉林沙漠沙层的持水能力为3.2%。然而，其他研究指出这一数值约为5%（Dong，2011年）。与Dong（2011年）使用两张圆形钢筒夹住滤纸测量水分含量的方法相比，Ma等人（2017年）使用圆形钢筒测量持水能力的方法更为合理。
结论
- (1)
巴丹吉林大型沙丘地区蝌蚪形状微地形的形成过程可以分为三个阶段：第一阶段表现为梳状微地形；第二阶段形成完整的蝌蚪形状微地形；第三阶段则形成密集分布的沙粒和小风蚀坑。这些微地形和水分呈现出明显的多层结构特征。
作者贡献声明
姚创宇：撰写初稿、进行调查、提出概念。
赵景波：撰写初稿、提供指导、参与调查。
马彦东：参与调查、进行数据分析。
张立兴：负责数据管理。
邵天杰：负责数据管理。
龚启琴：负责数据管理。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：41930641、41901034）的资助。
