风中的尘埃

发布时间：98年06月26日

Ann C. Kennedy 编译郑燕

风蚀是在地质、气候和人三方面因素影响下产生的一种动态过程。

在干旱地区，风蚀是导致土地资源衰竭和空气能见度降低的一个主要原因。它使良田减产，引起空气污染，给经济带来不良影响。同时也产生悬浮颗粒，直径10微米或更小，已被证实同人的呼吸功能失调有关。

美国政府每年在解决由悬浮尘土微粒引起的水和空气的质量问题上的花费就达10亿多美元。

农业用地对城市地区尘土微粒物质的沉积所起的作用已被人所认识，但还未被完全了解。这在美国西部已受到特别关注，那里干旱易受风蚀的农田和山地就位于城市地区的上风带。

空气质量评估的一个主要问题是测定接受器内收集到的微尘的来源。空气质量问题经常得不到解决，就是因为现有的技术无法辨明污染的来源地，从而采取必要的控制措施。

要在接受器上风带的特定地区实行控制措施以减少灰尘的散发，就必须辨明尘土究竟来自何处。

为了确定这一点，太平洋西北部地区通过了《哥伦比亚高原风蚀空气质量计划》，开始进行空气质量的研究工作。该计划有多个机构参加：USDA—美国农业研究机构、美国自然资源保护机构、环境保护机构、爱达荷州大学生态学华盛顿分部以及华盛顿州立大学，研究范围是农业用地被风吹起的尘沙对下风向人口密集地带的影响。

该计划目的是确定农业用地的风蚀危害，井为华盛顿中部、俄勒冈中部和东北部哥伦比亚高原的庄稼地制定相应的控制措施。总体目标是：

•证实农业用地被风吹起的尘沙对下风向人口密集地带微尘沉积的作用。

•研究出减少风沙量及其影响范围的相应措施。

该项研究涉及有关风蚀及空气质量的所有领域，也为控制及模拟悬浮微粒提供了一些研究机制。测定尘沙来源地的生物学评估工作则是整个计划的一个副项目。

微粒物质的来源包括汽车和卡车的排气，烟囱的排烟，马路上的灰尘，以及农业用地及耕作时被风吹走的尘土。通过把一份接受器中样品的化学成分同假定来源地的化学“指纹”相比较，可以确定小于10微米的微粒物质的来源，如汽车排气、燃木柴的壁炉和工业烟囱的排烟。这一方法对于根据非地质资料确定尘沙的来源地很有效，但在辨别土壤类型和其它地质资料的不同时不那么成功。

为了检验在下风向的微尘集中地实施的农业用地侵蚀控制方案的效果，必须辨明位于接受器上风向农业区的尘沙来源地。知道来源后，就可以在易受风蚀的地区应用各种控制方式以减少土壤的流失，如对其进行最低限度的耕作或休耕，轮流植草，粗放耕作，或者种植覆盖作物。

土壤中除了物理和化学的成分，还有一种活跃的生物成分。尘土看来像是干巴巴又没有生命的，但其中的土壤微粒却是富于生命的。

土壤中的一种重要成分是微生物，一匙泥土中含有几十亿个细菌，其中还有死亡和腐败的植物成分。在土壤中发现的细菌、微动物和植物群体也各不相同。

有许多因素会影响这个微生物群体。例如温度、湿度和土壤类型影响微生物的生长。植物的种类、植物释放出的物质（如渗出液）的多少以及根的形状同样对其有影响。再加上微动物或细菌之间的竞争，这些因素互相作用，土壤中的微生物群体也就产生了差异。

土壤是一种由独特的生物群体组成的有生命的实体，因而对其生物成分的分析有助于辨别被移置的微粒物质的来源。根据尘土中的微生物群体。可以提高分辨的精确度。

科学家们可以用分子技术辨别出土壤生物群体的不同“指印"。如同每个人都有一个独一无二的指纹和DNA图谱一样，各种土壤的生物成分也是各不相同的。

美国农业研究机构的科学家们找到了一种基于脂肪酸/DNA分析的分子指纹分辨技术。用它能辨别出污染空气或水源以及引起微尘回降或沉积的特殊尘土微粒的来源地，如田野和建筑工地。

根据对土壤中脂肪酸/DNA简单分析得出的独特类型或“指印"，可以区别不同类型的土壤。首先从水、空气或回降物中收集污染物样品，并分析其脂肪酸类型或DNA序列。再将分析得出的结果同数据库中所储存的已知物质的资料相比较，即可确定该种物质的来源地。这种方法为鉴定空中悬浮微粒的来源提供了一个有力的工具。

科学家发现，用辨识土壤“指印”的分子技术能成功地辨别出不同的土壤类型。同样也能区别出尘土是来自城市马路还是来自农业用地。马路尘土的样本“指印”同农业用地的各不相同。尽管在取样检验时会有一些细微的变化，但这些不同处还是能再现的。

灌溉系统和四季收成的不同会使临近地区的土壤“指印”类型显示出最大的差异。

将华盛顿州哥伦比亚高原的土壤用该脂肪酸技术分解。结果发现华盛顿斯波坎周围地区空气中的尘土样本和采自城市地区的尘土样本“指印”很相似。只有在风沙特别大的日子里，空气质量检测器中才会收集到来自农业用地的土壤微粒。

生物学分析可以同其他分析方法如化学和矿物资料分析结合起来使用，既有助于鉴定来源地，也有助于核实风的运动模式。