中国北方鄂尔多斯高原全新世风沙活动的端元粒度分析及其环境驱动机制

为解决中国北方沙漠/沙地全新世风沙活动重建的争议性问题，中国科学院的研究团队通过端元分析(EMA)方法，创新性地建立了基于地表沉积物粒度特征的代用指标，并应用于鄂尔多斯高原6个典型风沙-古土壤序列。研究发现早全新世(12-10 ka)风沙活动最强，中全新世(7.5-3.5 ka)最弱，植被覆盖是控制区域风沙活动的主要因素。该研究为亚洲夏季风边界带(ASMB)风沙动力学机制提供了新见解，对防治荒漠化具有重要实践意义。

　　

中国北方广袤的沙漠和沙地是北半球中纬度地区重要的陆地生态系统，其风沙活动和粉尘排放对全球气候和生态系统演化具有深远影响。然而，由于亚洲夏季风边界带(ASMB)沙地易受侵蚀、代用指标多样性以及沉积环境的空间异质性，关于该区域全新世风沙活动的重建存在诸多争议。特别是在鄂尔多斯高原这一生态脆弱区，理解风沙活动的历史规律及其驱动机制，对预测全球变暖背景下的荒漠化趋势至关重要。

为解决这一科学问题，中国科学院的研究团队创新性地采用"以空间序列替代时间序列"的研究思路，通过对鄂尔多斯高原273个地表沉积物样品进行粒度端元分析(EMA)，建立了EM2+3组分作为风沙活动的有效代用指标。该指标随后被应用于6个经光释光(OSL)定年的风沙-古土壤序列，重建了区域全新世风沙活动历史，并通过多元线性回归(MLR)定量评估了各环境因子的贡献率。

研究采用了多项关键技术方法：1) 使用Mastersizer 2000激光粒度仪测定273个地表样品和908个地层样品的粒度分布；2) 采用AnalySize 1.1.2软件进行Weibull函数参数化端元建模；3) 通过重量法测定有机质(OM)含量；4) 对42个样品进行石英OSL和钾长石pIRIR₂₉₀测年；5) 应用Z-score标准化和0.2 ka重采样处理多剖面数据。

研究结果揭示：

1. 现代地表过程与风沙活动指标建立
   通过分析不同类型地表沉积物的粒度特征，发现EM2(200 μm)和EM3(316.97 μm)组分主要通过跃移和蠕移方式搬运，其含量随沙丘流动性增强而显著增加。EM2+3与OM含量呈显著负相关(r=-0.742)，证实其可作为风沙活动的可靠指标。

2. 典型剖面风沙活动记录
   六条剖面的EMA结果显示，MDQ剖面(沙漠-黄土过渡带)以EM1(56.36 μm)为主(85.88%)，而JJ、AS等沙地内部剖面以EM3为主导(50-62%)。时间序列显示早全新世(12-10 ka)EM2+3含量最高，中全新世(7.5-3.5 ka)显著降低，尤其在6-5 ka达到最低值。

3. 区域综合与对比验证
   多剖面标准化集成表明，鄂尔多斯高原风沙活动在早全新世最强(Z-score>0)，中全新世最弱，与东部ASMB典型沙地(如毛乌素、科尔沁)的古土壤发育期相吻合。2-1 ka的风沙活动复苏与历史文献记载的干旱事件一致。

4. 驱动机制定量解析
   相关分析显示EM2+3与植被覆盖(TOC)负相关性最强(r=-0.684)。MLR模型表明植被对风沙活动的解释方差达-35.7%，显著高于降水(P_ANN,-18.5%)和温度(T_a,-35.1%)的贡献。季节性温度分析进一步验证植被的主导作用(-36.3%)。

这项研究的重要意义在于：首次建立了适用于鄂尔多斯高原的风沙活动定量指标EM2+3，解决了不同沉积相指标可比性问题；通过多剖面集成明确了区域风沙活动的千年尺度演变规律，证实中全新世气候最适宜期植被扩张对风沙活动的抑制作用；定量揭示植被覆盖是ASMB核心区风沙活动的主控因子，为"以植被恢复为核心的荒漠化防治"策略提供了地质证据支持。研究提出的"空间替代时间"方法论框架，也为全球其他沙地环境演变研究提供了范例。

值得注意的是，与西北干旱区以风动力为主导的机制不同，该研究强调在半干旱的ASMB地区，即使沙源充足，植被恢复仍是遏制风沙活动的关键。这一发现对制定差异化的荒漠化防治政策具有重要指导价值，也为理解全球变暖背景下沙地-植被-气候系统的反馈机制提供了新视角。