察尔汗盐湖畔土壤中元素含量特征研究

2024-03-22曹岩德李海朝

盐科学与化工 2024年3期

曹岩德，邢野，李海朝*

（1.青海民族大学青海资源化学研究所，青海西宁 810007；2.天津大学—青海民族大学双碳研究院，青海西宁 810007；3.亚洲硅业（青海）股份有限公司，青海西宁 810007）

盐湖是指湖水含盐度weq（NaCl）＞3.5%的湖泊，也包括表面卤水干涸、由含盐沉积与晶间卤水组成的地下卤水湖与干盐湖。据不完全统计，我国已发现各类盐湖至少1 500 个［1-2］。我国盐湖包括西部内陆盐湖、东部滨海盐水域及盐碱地，其总面积约为1.06 亿hm2，约占我国国土总面积的10%，是值得引起重视的土地资源［3］。同时，盐湖作为重要盐类资源，以Mg、Li、K、Rb 等为代表的盐湖资源，在高效农业、新能源材料、电子通讯、航空航天、国防军工、节能环保等领域中有较为广泛的应用，均被全球发达国家与地区视为重要的战略资源［4-8］。

当前，中国正处在世界粮食危机、环境污染治理和“双碳”产业结构转型升级调整的关键时期，发展新兴产业是应对能源资源紧缺与生态环境危机的必然选择［9-10］。随着“盐湖农业与盐碱农业”等观念的提出，我国传统种植和传统养殖等已逐渐涉及盐碱农业等领域，随着技术的不断发展，盐碱地已经得到部分开发，逐渐走向淡土农业与盐碱农业共同发展的道路［11-12］。盐碱农业的发展，可改善盐区环境、解决农产品不足等问题，为人类的食物供应提供更为广阔的来源［13-14］。推进国内盐湖资源的科学高效开发与综合利用，不仅可持续保障我国经济发展、社会稳定，还可确保盐业发展主动权在自己手里［15-16］。

察尔汗盐湖是具有代表性的氯化物盐湖，自20 世纪以来，有关察尔汗盐湖卤水的水化学组成、变化规律、水动态等问题，许多部门均进行过大量研究［17-19］。然而，盐湖边土壤中元素含量的报道较少。文章从察尔汗盐湖周边入手，对察尔汗盐湖湖畔某100～500 m处的土壤取样，分析Na、Mg、Al等13种重要元素含量。以此期望，为盐湖周边生态研究、植物生长、盐碱地综合利用提供数据支持。

1 区域概况、材料与方法

1.1 研究区域概况

察尔汗盐湖位于柴达木盆地中东部（见图1），面积约5 856 km2，具有资源储量最丰富的可溶性氯化物型钾镁盐矿床，同时也是世界较大盐湖之一［1］。察尔汗盐湖是一个以钾盐为主，同时储藏着极为丰富的Mg、Li、Na、Rb、I 等自然资源，总储量超过600 亿t［20-21］。其中，钾盐资源约为5.4 亿（t固体矿约为2.96 亿t、液体矿约为2.44亿t），镁盐资源约为40.59 亿t（固体矿约为2.03 亿t、液体矿约为38.56 亿t），锂盐资源约为1 204 万t，铷矿资源约为4.3 亿t，溴盐资源约为50.7 亿t，碘盐资源约为3.47 亿t，均居全国前列。依地质、矿产特征自东向西又被划分为4 个区段，从西至东分别是别勒滩区段、达布逊区段、察尔汗区段和霍布逊区段［22］。

图1 柴达木盆地盐湖分布图［3］Fig.1 Distribution map of salt lakes in Qaidam Basin

1.2 样品采集

试验于2023 年6～9 月在察尔汗盐湖东经95.232 4°，北纬36.920 3°处共采集了50个表层土壤样本。通过分析比较前期收集的资料，选取距离察尔汗盐湖岸边100～500 m 范围内的土壤，采样点间距为100 m，各分样点的采样部位、深度和重量一致，并剔除植物根系、石块等杂物，每份样品由5～10 处子样点组成，取地下0～25 cm 处土壤，力求避开外源污染，采样点距铁路和公路大于300 m，每收集完一份土样都要做好标签，以免造成样品混乱。

1.3 样品前处理

将采集回来的土壤样品自然风干，风干后用木棍和石头将泥土磨成粉末状，用0.150 mm 的筛子将粉末过滤出来，采用四分法将粉末分好。取其中的一份装入袋中并贴好标签。称量出20 g 进行检测，在称量之前先用玛瑙研钵研磨，每研磨一份样品就要用酒精擦洗玛瑙研钵一次，防止样品污染。

1.4 样品测试方法

采用硝酸、高氯酸、氢氟酸和盐酸消解样品后，使用稀盐酸进行定容，再利用电感耦合等离子体发射光谱ICP-OES 测定Na、Mg、Al、Si 和P 元素在土壤中质量分数；电感耦合等离子质谱法ICP-MS 测定S、K、Ca、Se、Rb、Cs 和Sr 元素在土壤中质量分数；容量法测定Cl元素在土壤中质量分数。

2 结果与讨论

2.1 11～20号元素质量分数与察尔汗盐湖距离的影响

由图2 可知，在11～20 号元素中大部分元素质量分数都受到与盐湖之间距离的影响。在距盐湖200 m 的范围，Cl、Na、S 元素质量分数达到了最高值，Si、Ca、Al、K、Mg 元素达到最低值。在与盐湖距离变化过程中，P 元素质量分数并未受到明显影响。NaCl是察尔汗盐湖含量最高的物质，同时Cl元素作为所有阳离子的配体，其含量最高，再一次证明了察尔汗盐湖是氯化物型盐湖。相较于察尔汗盐湖卤水中的化学组分（见表1），各元素含量之间出现明显不同，其原因可能是各种盐不同的溶解度，导致土壤中各种元素的含量不同。

表1 察尔汗盐湖卤水的主要化学组分［23］Tab.1 Main chemical composition of brine in Qarhan Salt Lake mg/L

图2 11～20号元素质量分数与察尔汗盐湖距离的影响Fig.2 Influence of 11～20 element mass fraction and distance of Qarhan Salt Lake

2.2 碱金属元素、碱土金属元素质量分数与察尔汗盐湖距离的影响

由图3 可知，在碱金属元素中Na 元素的含量受盐湖距离的影响最大，在200 m 处质量分数达到最高值。同一主族中的K和Rb并没受到较大影响，甚至Na 与K 还出现了反常现象。可能是因为钾相对于钠而言核外电子数的增加程度比其半径增加程度大，因而产生这种反常现象。

图3 碱金属元素、碱土金属元素质量分数与察尔汗盐湖距离的影响Fig.3 The alkali metal elements and alkaline earth metal elements are affected by the distance from Qarhan Salt Lake

在碱金属元素与碱土金属元素中Ca 和Na 元素的含量受其与盐湖距离的影响最大。与青藏高原放牧草地表层土壤元素相差甚大［24］，在青藏高原放牧草地中，土壤中常量元素Ca和K 普遍高。而在察尔汗盐湖附近草地中，Na 与Ca 成为土壤中主要的常量元素，其主要原因可能与盐湖成因有关，原始海洋被逐渐抬高至青藏高原上，海洋中的主要盐分为NaCl，随着水分的蒸发导致盐湖附近土壤中Na元素含量较高。而K元素含量低于放牧草地的原因可能是渗透作用，其在距离盐湖200 m 处的含量普遍较低，可能是土壤中低浓度的K 向高浓度的盐湖进行了扩散。Mg 含量变化机理与K 类似。盐湖距离对Rb、Sr、Ba等元素质量分数并未有明显影响。