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钾是一种柔软的银白色化学元素，广泛分布于陆地和海洋中（Yager，2016）。与磷和氮一样，钾是维持植物生命所必需的一种营养物质。除了用作肥料，钾盐还被用于纺织品漂白、玻璃制造和肥皂生产（Hakeem et al.，2016）。根据中国地质调查局数据，截止2021年底，我国钾盐储量2.81×108 t，占全球1.88%；资源量4.37×108 t，占全球2.43%（江思宏等，2022）。钾盐是我国大宗紧缺战略性矿产，我国是全球第一大钾肥消费国和第三大进口国，约50%的钾肥依赖进口（亓昭英，2023）。我国钾盐矿床归纳为现代盐湖型、地下卤水型及沉积型固体钾盐，储量占比分别为97.74%、0.52%、1.74%（张苏江等，2015）。青海察尔汗盐湖是我国目前最大的现代盐湖型钾盐矿床。西藏也是我国主要盐湖（矿化度大于50 g/L称为盐湖（王苏民等，1998；郑喜玉等，2002））成盐区之一，卤水中钾含量（K+）较高，蕴藏着丰富的钾盐资源（郑绵平等，1989；郑喜玉等，2002）。相关的研究表明，西藏盐湖中的锂和钾常常同时存在于盐湖卤水中，钾是锂的伴生资源（刘喜方等，2017）。锂也是国家重要战略性矿产资源，目前西藏盐湖卤水主要开发锂资源，对卤水中钾进行相关调查评价，有助于提升西藏卤水锂钾资源的综合利用水平。要评价和开发这些钾盐资源，卤水中K+含量时空分布及其影响因素是重要前提。
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已有学者对青藏高原盐湖卤水K+含量开展相关研究。1980年西藏盐湖卤水K+含量与水化学类型有关系：硫酸镁亚型＞硫酸钠亚型＞碳酸盐型（郑喜玉等，1988）。物质来源方面，西藏巨大的高原地壳蚀源区岩石或岩层的风化和淋溶作用，是西藏盐湖普遍成盐元素（如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO2-4、CO2-3、HCO-3）最经常的主要补给来源；而源自壳内深部重熔岩浆或火山作用的富含B3+，Li+热水溶液活动，成为该区盐湖B3+、Li+、Rb+、Cs+和F-等稀有和分散元素最直接最重要的补给来源（郑喜玉等，1988；郑绵平等，1989）。而且，不同气候特征对于盐湖的成盐作用影响不同（郑喜玉等，2002）。李庆宽等（2022）系统对比了青藏高原31个盐湖近年来和1990年之前卤水的K+钾离子含量和矿化度变化情况，发现近年来青藏高原盐湖受到气候-构造-水文和人工干预的影响，K+含量和矿化度总体呈现下降趋势，在空间上，不同盐湖变化程度不同。近年来，西藏盐湖的面积扩张和矿化度下降与气候和周围环境密切相关（Yan Lijuan et al.，2015）。前人研究中，受自然条件所限，采集盐湖数量有限。另外，近年来，受气候变化等影响，青藏高原冰川消融、多年冻土快速退化、积雪变化、湖泊扩张、水循环加剧、降水增加（Yao Tandong et al.，2019; Immerzeel et al.，2020; Zhang Guoqing et al.，2020），这些过程会影响西藏盐湖水量，进而影响到卤水K+含量。
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综上所述，本研究在2020年开展西藏盐湖卤水K+含量调查的基础上，系统总结前人已报道（1980年、2000年）数据。本文不仅描绘了西藏盐湖卤水钾含量的时空变化，而且深入剖析影响这一变化的自然因素，以期为西藏盐湖卤水K+含量变化规律研究、调查评价、锂钾资源综合利用提供支撑。
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1 地质背景
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青藏高原有“世界屋脊”和“第三极”之称，平均海拔高度在4000 m以上。它的边界，向东是横断山脉，向南和向西是喜玛拉雅山脉，向北是昆仑山脉，总面积250万 km2，是亚洲许多大河流的发源地（许志琴等，2016）。青藏高原形成的基础是早古生代早期（530~470 Ma）以来的原始特提斯、古特提斯和新特提斯洋盆演化，以及大量微地体之间的多阶段先后汇聚、拼合和碰撞造山的结果，是以叠置的造山复合体为基础的高原（许志琴等，2016）。西藏南部以印度河-雅鲁藏布江缝合带和北部的班公湖-怒江缝合带所定义，以喀喇昆仑断裂为主导的活动构造为特征，该断裂在约18~11 Ma前开始活动；西藏中部则以金沙缝合带为北部边界，以班公湖-怒江缝合带为南部边界，存在着一个广泛的中部西藏共轭走滑带，其中右走式或左走式的各个断层与南部或北部的北走向正断层相连；西藏北部地区的活动构造包括东走向左走式昆仑断裂带；西藏东部地区的活动变形主要表现为东北走向的龙门山逆冲带、东走向的左走式海原断裂、北走向的左走式甘孜-鲜水河-小江断裂系统以及北走向的右走式红河断裂系统（Taylor et al.，2009）（图1）。
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西藏的地质构造轮廓，明显受青藏高原隆起的严格控制和影响（郑喜玉等，1988）。西藏区域岩浆活动很发育，其特点为多期多阶段所形成的岩浆侵入和火山作用，各种类型的侵入岩和火山岩大多出露在东西向延伸的深大断裂带及其附近，同区域构造带方向基本一致（郑喜玉等，1988）。西藏还广泛分布有温泉、热泉和沸泉等地表地热资源600多处，已经构成了我国大陆上最强烈的水热活动带之一（佟伟等，1981）。
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西藏全区1 km2以上的1000多个湖泊，藏北高原约有包括盐湖在内的湖泊900多个，占全区的91.99%（郑喜玉等，1988），即青藏高原内流区（Zhang Guoqing et al.，2020）。西藏盐湖的分布和形成，严格受到地理环境和气候条件的控制，具有明显的区域性和分带性，主要分为三个区域：藏北内流盐湖分布区、藏东外流盐湖分布区、藏南内外流盐湖分布区；南起喜马拉雅山，北到昆仑山，依次出现碳酸盐型盐湖、硫酸钠亚型盐湖和硫酸镁亚型盐湖等三条东西向或近似东西向延伸的盐湖带（郑喜玉等，1988）。本文研究的盐湖即主要分布在藏北内流盐湖分布区：大致位于昆仑山—唐古拉山以南，冈底斯山—念青唐古拉山北；地理坐标：东经78°~92°，北纬30°~36°之间的青藏（羌塘）高原北部地区（郑喜玉等，1988）。
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2 数据来源和测试
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本文的数据分为三期：2020年、2000年、1980年。2020年样品数据为项目组成员野外调查实测得到；2000年、1980年数据收集相关文献。三期数据包括的所有盐湖位置如图1所示，共计164个盐湖，研究盐湖主要分布在西藏自治区的西部和北部地区，大部分位于青藏高原内流区。对西藏盐湖卤水K+含量时空分布规律的研究涉及一个长期的数据采集过程，并且卤水化学数据集可能会由于采样点位、采样方法、采样时间、测试方法等因素导致最终的实验数据有所偏差。因此，在评估我们现有的卤水化学数据的有效性时，通过对比现有的数据和根据实际情况来综合考虑构建卤水含量数据集。
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2.1 2020年样品采集与分析
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采集96个盐湖卤水（图1、附表1），采样点位尽可能选择远离河流补给处的湖岸。样品采集过程：首先，在每个选定的采样地点，利用便于携带的METTLER TOLEDO-SG78水质分析仪现场测定水体的温度、电导率及pH值，此前提是对pH测量电极完成了精确校正，采用的是pH值为4.01、7.00和10.00的标准缓冲溶液。其次，所有样本均从湖泊或河流水体的5~10 cm深处直接提取，先用即将采集的水三次冲洗事先预备的聚乙烯（PE）塑料容器，然后再进行样本收集，以此减少误差。
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图1 研究区概况图
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Fig.1 Overview map of the study area
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（a）—青藏高原研究区概况；（b）—研究盐湖点位；INNER TP—青藏高原内流区（Zhang Guoqing et al.，2020）；YTSZ—雅鲁藏布江至藏布缝合带；BNSZ—班公湖-怒江缝合带；JSZ—金沙缝合带；AKSZ—昆仑缝合带（Taylor et al.，2009）
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(a) —overview of the Tibetan Plateau research area; (b) —study of salt lake sites; INNER TP—inland drainage basin of the Tibetan Plateau (Zhang Guoqing et al., 2020) ; YTSZ—Yarlung Tsangpo River to the Indus suture zone; BNSZ—Bangong-Nujiang suture zone; JSZ—Jinsha suture zone; AKSZ—Kunlun suture zone (Taylor et al., 2009)
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样品中K+、Na+、Li+、Mg2+及Ca2+的含量采用原子吸收法进行检测（WFX-120原子吸收光度计，瑞利分析仪器公司，中国），SO2-4采用重量法测定，Cl-采用硝酸银容量法测定；CO2-3和HCO-3的浓度采用甲基橙和酚酞做指示剂，用0.1 mol/L的HCl滴定测定（中国科学院青海盐湖研究所分析室，1988；具体文献可参考高峰等，2018）。样品分析测试在自然资源部盐湖资源与环境重点实验室完成。在计算其水化学离子平衡时不考虑其卤水中的微量元素的影响，超过 94%的盐湖误差小于5%，其他盐湖水化学离子平衡误差最高不超过6.82%。本研究中的样品矿化度（TDS）和水化学类型通过八大离子（K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO2-4、HCO-3、HCO2-3）计算。并结合前人已发表文献统计共计109条2020年期盐湖卤水矿化度和K+含量数据（附表1，数据序号1~109）（朱立平等，2020；李庆宽等，2022）。对于项目要求采集样品测得的Li+等元素含量数据，在本文未使用，所以不公布Li+等元素含量数据。
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2.2 1980年和2000年数据收集方法
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1980年以来，前人对西藏地区众多盐湖卤水化学元素含量特征开展了详细的调查，获得了大量宝贵的盐湖卤水K+含量和矿化度等数据。本文统计前人的盐湖卤水含量数据（郑喜玉等，2002；郑绵平等，2003；朱立平等，2020；李庆宽等，2022），提供了1980年和2000年两期西藏盐湖卤水K+含量数据，如表1所示。汇水面积和补给系数数据来源于王苏民等（1998）。
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3 结果
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3.1 西藏盐湖卤水K+含量空间分布特征
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在经度上，西藏盐湖卤水K+呈现出明显的西高东低的分布格局（图2a）。以东经86°为界，东经86°以西的盐湖卤水K+含量平均为2.496 g/L，东经86°以东K+含量平均为0.86 g/L。K+含量高值主要集中在西侧阿翁错—扎布耶沿线的盐湖（图3a~c），例如扎布耶北湖、扎仓茶卡。东部盐湖高值集中在唢呐湖—班戈湖沿线。
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在纬度上，以北纬33°为界呈现南高北低的分布格局（图2b），北纬33°以南的K+含量均值为1.673 g/L，以北的K+含量为1.429 g/L。高值分布区主要集中在班公湖-怒江缝合带以南（图3a~c），在北纬31°~33°范围内盐湖卤水K+含量较高，例如扎布耶北湖、扎仓茶卡Ⅰ湖、聂尔错含量值分别达到15.779 g/L、10.289 g/L、9.950 g/L，其中扎布耶北湖和扎仓茶卡Ⅰ湖达到盐湖钾盐矿工业品位，聂尔错接近工业品位。其次，在班公湖-怒江缝合带以北的北纬33°~35°范围内，雀尔茶卡、鄂雅错含量较高，其中雀尔茶卡达到盐湖钾盐矿边界品位。
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综合三期数据，经度上K+含量高值集中区在82°~85°（图4a），相对整个研究区域来说西高东低，且这种分布特征非常明显。纬度上K+含量高值集中区在31.5°~34°区间（图4b），主要集中在班公湖-怒江缝合带以南。这些经度和纬度界线并非随机出现，它们与区域内的物质来源、气候模式、湖泊盆地形态等因素相互作用，共同影响盐湖卤水的化学成分和钾的富集过程。
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图2 西藏盐湖K+含量与经纬度的关系图
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Fig.2 Relationship between K+ content in brines of Tibetan salt lakes and their geographic coordinates
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（a）—经度与K+含量关系图；（b）—纬度与K+含量关系图；（c）—以东经86°为界东西部的点叠箱线图；（d）—以北纬33°为界南北部的点叠箱线图
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(a) —relationship between longitude and K+ content; (b) —relationship between latitude and K+ content; (c) —stacked dot-box plot dividing regions east and west by longitude 86°E; (d) —stacked dot-box plot dividing regions north and south by latitude 33°N
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图3 不同时间西藏盐湖卤水K+含量分布特征
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Fig.3 Distribution characteristics of K+ content in brines of Tibetan salt lakes at different times
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（a）—1980年；（b）—2000年；（c）—2020年
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(a) —1980; (b) —2000; (c) —2020
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3.2 西藏盐湖卤水K+含量时间分布特征
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1980年，西藏盐湖卤水K+含量平均值达到4.46 g/L。K+含量最高的是扎布耶北湖，高达26.14 g/L，其次是扎布耶南湖25.43 g/L，K+含量最低的是确旦错，仅有0.001 g/L。2000年，西藏盐湖卤水K+含量平均值为8.84 g/L。K+含量最高的是扎布耶南湖，高达32 g/L，在本期数据中未调查到扎布耶北湖；麻米错卤水K+含量值仅有0.79 g/L，属于这期K+含量最低的盐湖。 2020年，西藏盐湖卤水K+含量平均值为1.575 g/L。K+含量最高的是扎布耶北湖，高达15.779 g/L，瓦昂错、孔错、赛拉错卤水K+含量值都仅有0.001 g/L，属于这期K+含量最低的盐湖（图4）。
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图4 不同时间西藏盐湖卤水K+含量与经纬度的关系图
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Fig.4 Relationship between the K+ content in brines of Tibetan salt lakes and their geographic coordinates at different times
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三个时期卤水的K+含量数据集的最高值、中位数、均值都有明显的先增长后降低的非线性变化趋势（图5）。2020年这期的卤水K+含量相对1980年、2000年数据都呈现含量下降的趋势，并且单独对比1980年期数据表现为整体降低。尤其是内流区东西两侧的盐湖，这种现象特别明显（图6b）。
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1980年至2000年的12个盐湖卤水K+变化情况存在差异，其中6个表现为上升，6个表现为下降，且没有明显的地理分布变化规律（图6a）。1980年至2020年的35个盐湖中33个盐湖表现为K+含量下降，仅有2个表现为上升，位于藏北高原西部（图6b）。在这些盐湖中，含量下降的盐湖数量占绝大部分，并且整体变化幅度为-49%，西藏区域盐湖卤水K+含量整体下降趋势极其显著，且内流区东部比西部下降幅度更大，东南部下降幅度最为明显（图6b）。
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对比1980年和2020年K+含量与矿化度（TDS）的关系（图7a），可得知二者存在较强的相关性（1980年相关系数：0.67291；2020年相关系数：0.76274），并且2020年期数据子集趋势线对应的R2提高到了0.58，说明近年来，K+在富集过程中，K+呈现了和TDS更强的相关性。为更好地对比西藏盐湖K+含量与矿化度变化特征，本文计算了K+含量和TDS的变化率，K变化率（%）=（C2020年K-C1980年K）/C1980年K ×100%， TDS变化率（%）=（C2020年TDS-C1980年TDS）/C1980年TDS×100%。根据两个年代共有盐湖的卤水数据进行计算并投影，总体上，盐湖卤水矿化度变化率和K+含量变化率呈正相关关系（R=0.87，R2=0.76）（图7b），说明K+以离子形式存在于卤水中，而很难形成钾盐矿物将K+从卤水中沉淀出来，与前人研究认为西藏盐湖极少存在钾盐矿物的结果相一致（郑喜玉等，1988；郑绵平等，1989）。且绝大多数盐湖矿化度变化率和K+含量的变化率都为负数，且趋势非常显著，说明近年来西藏地区的盐湖经历了剧烈的淡化过程，不同水化学类型的盐湖在这个淡化过程没有明显的区别。
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图5 不同时间西藏盐湖卤水K+含量变化趋势图
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Fig.5 Trend graph of K+ content variation in Tibetan salt lake brines over different times
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图6 2000、2020年相对1980年西藏盐湖卤水K+含量变化率
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Fig.6 The rate of change in K+ content of Tibetan salt lake brines in 2000 and 2020 relative to 1980
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（a）—2000年相对1980年盐湖卤水K+含量变化率；（b）—2020年相对1980年盐湖卤水K+含量变化率
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(a) —rate of change in K+ content in salt lake brines from 1980 to 2000； (b) —rate of change in K+ content in salt lake brines from 1980 to 2020
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图7 西藏盐湖卤水K+含量与TDS的关系
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Fig.7 The relationship between K+ content and TDS in Tibetan salt lake brines
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（a）—1980年和2020年西藏区域盐湖K+与TDS关系；（b）—1980年至2020年西藏区域盐湖K+含量变化率与TDS变化率关系
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(a) —relationship between K+ and TDS in Tibetan salt lakes for 1980 and 2020; (b) —relationship between the rate of change in K+ content and the rate of change in TDS in Tibetan salt lakes from 1980 to 2020
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4 讨论
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4.1 西藏盐湖卤水水化学类型与K+含量的关系
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2020年西藏氯化物型盐湖K+含量最高的是雀尔茶卡7.116 g/L，K+含量最低的是劳日特错0.11 g/L，平均K+含量是2 g/L；硫酸镁亚型盐湖K+含量最高的是唢呐湖 4.44 g/L，K+含量最低的是劳日特错0.11 g/L，平均K+含量是1.94 g/L；硫酸钠亚型K+含量最高的是扎仓茶卡10.29 g/L，K+含量最低的是玉瓶湖0.01 g/L，平均K+含量是3.06 g/L；碳酸盐型盐湖在西藏分布最多，其K+含量最高的是扎布耶北湖15.8 g/L，低于0.1 g/L的盐湖较多，平均K+含量是0.93 g/L。其中K+含量平均值最高的是硫酸钠亚型盐湖，值得注意的是，虽然K+含量最高值是碳酸盐型盐湖，但是大部分碳酸盐型盐湖K+含量都较低，其平均值是四种水化学类型值最低的（图8）。其中，除了碳酸盐型其他水化学类型盐湖K+含量数据集都相对稳定，碳酸盐型数据集中有较多离群点，相对箱线点叠图模型存在较多的异常数据，说明西藏的碳酸盐型盐湖K+含量差异较大，可能是碳酸盐型的K+富集的模式较为复杂，需要更深入的研究。但就西藏盐湖卤水K+含量平均值而言，硫酸钠亚型＞氯化物型＞硫酸镁亚型＞碳酸盐型。
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图8 西藏盐湖卤水化学类型与K+的关系
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Fig.8 Relationship between hydrochemical types and potassium ion (K+) in salt lakes in Tibet
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前人的研究结果表明，碳酸盐型、硫酸钠亚型、硫酸镁亚型卤水的K+含量分别为5.88 g/L、5.95 g/L、6.62 g/L，由低而高的变化趋势非常明显（郑喜玉等，1988）。西藏盐湖卤水K+含量2020年的数据较1980年大幅下降，并且硫酸钠亚型变得比硫酸镁亚型更高。
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4.2 西藏盐湖卤水K+含量空间分布影响因素
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根据前人研究表明，西藏盐湖卤水K+含量空间分布主要受物质来源、气候差异以及汇水面积的影响（郑喜玉等，1988；郑绵平等，1989）。
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4.2.1 物质来源的影响
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蚀源区岩石风化物是青藏高原盐湖盐分的普遍来源（郑绵平等，1989）。青藏高原在漫长的地质历史过程中，该区岩浆活动很发育，其特点为多期多阶段所形成的岩浆侵入和火山作用（郑喜玉等，1988），这些过程促使了含钾矿物（如钾长石）在火成岩和变质岩中广泛分布。同时，西藏地处特提斯构造域的核心地带，其独特的地质背景促进了钾元素在地壳中的迁移和富集。在地壳表面，岩石风化使钾元素从母岩中释放并进入水体和土壤的重要过程。岩石风化作为钾释放的关键环节，其速率与强度随时间变化，这一过程与安第斯高原的研究类似。例如，在安第斯高原南普纳盐湖比北普纳盐湖含有较高的Mg2+浓度可能是基性岩石风化的结果（Steinmetz et al.，2019）。但西藏的情况更凸显了钾在特定地质背景下随时间累积的特异性。通过中国水系沉积物钾地球化学等值图（据https://mp.weixin.qq.com/s/f8SsR1_INq_c73JotFAkgw）可知，西藏地区整体水系钾异常值较高，存在藏南和藏北高原西部钾异常值特高异常区，南部主要为雅鲁藏布江水系，藏北高原西部为革吉县、改则县与仲巴县所辖含的部分水体。值得注意的是，藏北高原西部的钾特高异常区所分布的盐湖众多且钾含量相对较高，如扎布耶盐湖、拉果错等，与内流区盐湖卤水钾含量西高东低的分布格局相对应。证明钾很有可能在岩石风化过程中释放出来的钾离子随着大气降水或地下水流动被迁移到河流、湖泊等水体中。
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西藏位于亚欧板块和印度板块交界地带，两大板块的碰撞挤压形成了青藏高原，并且导致了强烈的地壳运动和地质活动，这种活跃的新构造运动使得地壳内部热量得以快速传递到地表，从而形成丰富的地热资源。大量现象说明，西藏高原的南部存在一条活动强烈的地热带，即喜马拉雅地热带，含有丰富的地热资源，例如羊八井地热温泉（佟伟等，1981）。在强大的地热异常区及其附近，潜伏着巨大的热源，这个巨大的潜伏热源，很可能就是浅层岩浆活动（郑喜玉等，1988）。上述活动为西藏盐湖群及钾的形成和分布提供了条件。西藏地热泉主要分布在班公湖-怒江缝合带以南的拉萨地体和喜马拉雅地体，有着“南强北弱，东多西少”的分布特点（佟伟等，1981），这和K+含量南高北低分布格局对应。西藏拥有众多温泉、沸泉、间歇喷泉等不同形式的地热现象，这些泉水水体中通常含有丰富的矿物质和微量元素，其中热泉钾主要分布在西藏区域的东部和南部（图9），最高值位于昌都市八宿县的碱海子热泉，K+含量值高达4366.5 mg/L。同时这些地热点主要分布在青藏高原外流区，其泉水不易汇流成湖泊，本文研究的西藏盐湖主要分布在青藏高原内流区。地热资源丰富的区域盐湖分布较少，盐湖K+含量高的区域地热泉较少（图9）。因此地热泉中丰富的钾元素对青藏高原内流区的K+补给并不高，并不是盐湖卤水钾的主要来源。
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图9 西藏地热钾与盐湖卤水K+含量关系图（热泉K+含量数据据佟伟等，1981）
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Fig.9 Relationship between geothermal potassium and potassium ion (K+) content in salt lake brine in Tibet (geothermal potassium content data sourced from Tong Wei et al., 1981)
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综合分析，基岩风化是西藏盐湖卤水K+含量的主要物质来源，其风化过程和钾元素的释放机制随时间变化显著影响了卤水K+分布。相比之下，尽管地热资源丰富，但由于地理分布与盐湖内流区的分离，地热泉对盐湖卤水K+含量的贡献相对较小。这一发现巩固了前人对物质来源的认识，突出钾元素迁移和富集过程的动态变化，为西藏盐湖钾资源的进一步研究提供了新的视角和理论支撑。
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4.2.2 气候差异的影响
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盐湖的变迁与气候波动密切相关，西藏盐湖卤水K+含量呈现西部相对东部、南部相对北部更加富集的分布格局与西藏气候条件的区域性差异有关。李庆宽等人研究讨论气候对青藏高原盐湖K+含量及矿化度变化的影响（李庆宽等，2022）。总观西藏高原全区，从自西北而东南，随着高原地势的逐渐降低，气候亦由西部的寒冷干旱—半干旱高原季风气候区，逐渐向东南部过渡为温暖半干旱—半湿润高原季风气候区（郑喜玉等，2002）。并且，由于西藏地区的高海拔、特殊的地理环境和气候条件，闫立娟等人根据西藏13个气象站1981~2017年的气候特征变化知，西藏地区的气候存在明显的区域性的气候差异（闫立娟等，2024）。这种差异影响着西藏盐湖卤水K+含量的空间分布。青藏高原降雨量在不同年份变化显著，但总体上由东南向西北方向减少（Li Yingkui et al.，2014），其中西藏年均降雨量呈现东多西少、南多北少的区域性（闫立娟等，2024）；年均气温基本上呈现持续升高的趋势，并且呈东高西低、北低南高的区域性特征；西藏地区蒸发量呈下降趋势（闫立娟等，2024），并且西部相对东部变化更为突出（徐宗学等，2006）。从空间上看，青藏高原年平均蒸发量从东南向西北递减（Chang Yaping et al.，2023）。在不同的区域，特别是在高原以北33°N左右，冰川补给的湖泊确实表现出比非冰川补给的湖泊更快的湖泊水位上升，这表明冰川融水供应的存在增强了这些地区降水驱动的湖泊扩张（Song Chunqiao et al.，2014）。其中，青藏高原南部比北部相对更暖（Zhang Guoqing et al.，2020）。这些气候因素不仅决定了盐湖的水文环境，还影响着钾元素的迁移与富集过程，为理解盐湖卤水化学成分的空间变化提供了重要的气候背景。综上所述，这些气候因素综合导致了西藏内流区盐湖卤水钾含量西高东低、南高北低的分布格局，并且东南部在时间上变化更显著的关键原因。
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4.2.3 汇水面积的影响
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Song Chunqiao et al.（2014）对青藏高原封闭湖泊（105个）进行研究，观察到湖泊水位上升率相对冰川补给湖泊（R=0.067），与补给系数（汇水面积/湖泊面积）（R=0.24）之间存在更强的相关关系。帕米尔高原、天山高原和青藏高原北部湖泊的水位上升率与补给系数也有正相关的研究（李均力等，2011）。在安第斯南普纳盐湖最大Li+品位与盐湖面积之间存在显著相关性，对于较小的盐湖，Li+品位与盐湖面积之间存在明显的正相关趋势，但较大的盐湖可能比较小的盐湖含有更高的Li+品位（Steinmetz et al.，2021）。本文讨论了补给系数（湖泊汇水面积/湖泊面积）与盐湖卤水K+含量变化率（1980年至今）之间的相关性（R=-0.19）（图10a），即补给系数增大时，盐湖卤水K+含量的变化率倾向于减小。这一结论与Song Chunqiao et al.（2014）、李均力等（2011）的研究相呼应，他们指出水位上升率与补给系数呈正相关，说明较大的水补给会稀释盐湖卤水，从而导致K+含量下降。进一步研究发现，汇水面积与盐湖卤水K+含量变化率的相关性更强（R=0.48）（图10b）。对于汇水面积较小的盐湖（面积小于约3000 km2），盐湖K+含量变化率在纵轴均匀分布，盐湖汇水面积与K+含量变化率之间可能不存在显著的相关性。随着盐湖汇水面积的增大（面积大于3000 km2），K+含量变化幅度呈现出逐渐减小的趋势，幅度均小于50%，且面积越大时这种趋势更为明显（R=0.92，R2=0.84）。这间接证明了当盐湖获得更多的水补给时，K+含量的变化更加稳定，即水补给增多确实能够抑制K+含量的剧烈变化，从而使得K+含量变化率更低。这在一定程度上揭示了大型盐湖在面临较大水文补给变动时，其内部钾元素的富集状态相对更不易受到外界水文条件变化的影响。这一发现对理解盐湖水文动态和钾资源的稳定性提供了新的视角，强调了湖泊规模在调控元素循环中的重要作用。
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4.3 西藏盐湖卤水K+含量时间分布影响因素
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西藏地区的盐湖卤水矿化度和K+含量大幅度降低，说明其卤水经历了显著的淡化作用过程。根据前人研究表明，西藏盐湖卤水K+含量时间分布主要受降雨量、冰雪、冻土、蒸发和径流量因素的影响（李庆宽等，2022；Yao Fangfang et al.，2023；闫立娟等，2024；郝洁等，2024）。
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4.3.1 降雨量的影响
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青藏高原内流区湖泊水量上升主要归于降雨的贡献，降雨量直接影响着盐湖湖泊水量平衡。特别是在1995年后显著增多的降雨，引发了盐湖水量大幅增加，这可能是2000年以后导致盐湖卤水矿化度下降及钾浓度降低的主要因素（图11）。在1995年之前青藏高原内流区湖泊蓄水变化率（以1960年为基值）为负值且为最低，湖泊处于萎缩变化趋势，1995年之后湖泊蓄水变化率开始上升，并在2000年以后湖泊处于扩张变化趋势（图11）。1980年至1994年西藏年均降雨量为30.60 cm，1995年至2020年西藏年均降雨量为31.77 cm，增长速率为3.8%。Yang Ruimin et al.（2016）研究表明青藏高原区域内的年均降雨量和多年平均湖水体积变化显示出相似的变化趋势。Zhou Jing et al.（2022）对青藏高原内陆地区十个最大的内流湖进行了长期水文预算模拟，研究表明这十个湖泊的水储量从1979年至2016年变化中，降水的贡献占83.2%至97%，而蒸发和冰川融水的贡献范围分别为-38.4%至-15.7%和20.5%至45.4%。Zhang Guoqing et al.（2017b）结合GRACE重力卫星数据对2003年至2009年青藏高原内流区质量平衡与湖泊水量平衡进行了估算，研究结果表明降水增强对湖泊水量增加贡献最大（约74%），其次为冰川消融（约13%）与冻土退化（约12%），雪水当量贡献较少（约1%）。高分辨率天气研究与预报（WRF）模拟表明，青藏高原上净降水的变化主要由降水波动主导（Gao Yanhong et al.，2015）。1980年至今，年降水量呈现普遍上升趋势，特别在1998年以后，青藏高原大多数气象站显示相对于1998年之前降水有所增加（Zhang Guoqing et al.，2020），西藏地区有着对应相似的变化趋势，导致盐湖卤水钾浓度降低。
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图10 西藏盐湖卤水K+含量变化率与补给系数和汇水面积的关系
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Fig.10 Relationship between the rate of change in potassium content of Tibetan salt lake brines and the recharge coefficient and catchment area
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（a）—补给系数与K+含量变化率的关系图；（b）—汇水面积与K+含量变化率的关系图
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(a) —relationship between replenishment coefficient and change rate of K+ content; (b) —relationship between catchment area and change rate of K+ content
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图11 西藏1975年至2020年年降雨量、年蒸发量、年均温度和内流区蓄水量变化率（数据来源于国家青藏高原科学数据中心https://data.tpdc.ac.cn/）
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Fig.11 Variation rates of annual precipitation, annual evaporation, annual mean temperature, and inland basin water storage in Tibet from 1975 to 2020 (data sourced from the National Tibetan Plateau Scientific Data Center, https://data.tpdc.ac.cn/)
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4.3.2 冰川、积雪和冻土的影响
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引起2000年前盐湖萎缩的主要原因可能是由于冰雪融水对湖泊的补给不足（闫立娟等，2024），2000年之后可能是由于温度持续升高，冰雪融化和冻土退化速率变快，有助于湖泊扩张。温度持续升高正在改变青藏高原冰冻圈结构，青藏高原整体变暖趋势显著（Zhang Guoqing et al.，2020）。西藏温度升高的趋势也非常明显（图11），特别是在2000年后，年均气温从1980年至2000年的-2.96℃升至-2.30℃，使得冰川、积雪和冻土更快融化，释放了更多水分。冰川融化和冻土退化在短期内对河流径流有所贡献，导致盐湖湖泊水量增加。冰川融水是西藏河流的重要补给源，全区冰川径流量为349.15×108 m3占全国冰川融水径流量的57.7%，冰川融水补给比重达8.6%（张建国等，2010）。根据中国第二次冰川编目，我国境内冰川共有48571条，主要分布在青藏高原和新疆天山地区（刘时银等，2015）。从1976年到2013年，西藏整体冰川覆盖面积减小了8.1%，其中藏东南地区冰川覆盖面积退缩幅度最为显著，并且2001~2013年的冰川退缩率比1976~2001年加速了5.9%（邹宓君等，2020）。青藏高原内流区的水汽输入量较少，降雪少，并且年均积雪日数较短，同时内流流域在1980~2020年期间积雪日数在逐渐减少（黄晓东等，2023）。青藏高原多年冻土带面积约为1.5×106 km2（Wu Tonghua et al.，2004），占青藏高原总面积的60%，主要分布在青藏高原西北部（Zhu Xiaofan et al.，2017）。自1980年以来，青藏高原上的永久冻土面积严重缩小（Song Lei et al.，2019），青藏高原的多年冻土区域呈现出明显的气候变暖与湿润化，土层变暖，土壤吸收了更多的能量，导致多年冻土出现显著的退化现象，活动层底部含水量增加（赵林等，2019）。以黄河上游随着冰川融化和冻土退化进一步导致的盐湖湖泊水量增加，进一步降低了盐湖卤水钾浓度。随着全球气候变暖进程的加快，冰川和冻土层预计将持续消融（康世昌等，2020）。并且，青藏高原的湖泊的显著扩张会加速青藏高原多年冻土的退化（Zhang Guoqing et al.，2020；Webb et al.，2022；王玉阳等，2024）。这一循环过程将引发地下水补给量与地表径流量的持续增长，进而可能使得湖泊在未来一段时间内的水量持续累积增多，盐湖卤水K+含量持续降低。
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4.3.3 蒸发的影响
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蒸发量的减少意味着盐湖通过蒸发途径失去水分的速度减缓，从而导致盐湖整体水量散失的程度减弱，会导致西藏盐湖湖泊水量相对增加，K+含量降低。西藏地区由于其高海拔和干旱气候特征，西藏湖泊的蒸发量较大，西藏全区1979~2018年年均蒸发量为29.82 mm，且年均波动幅度较大，整体上2000年之后相对之前年均蒸发量有所降低（图11）。20世纪80年代以来，西藏地区的整体的蒸发速率呈现出明显的下降趋势（梁斌等，2018；闫立娟等，2024）。Chen Shenbin et al.（2006）运用Penman-Monteith方法分析了青藏高原潜在蒸散发的变化情况，得出结论：从1961年至2000年，高原大部分地区的潜在蒸散发呈下降趋势。Li Yingkui et al.（2014）使用相同的计算方法和参数，将这一分析延伸至2010年，发现与1998年以前的下降趋势相反，1998年以后，大多数监测站点的潜在蒸散发呈现出上升趋势。说明青藏高原除开西藏区域其余地区的蒸发量呈上升趋势的。
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4.3.4 河流径流量的影响
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地表水系，尤其是内流地表水系，为封闭盆地和湖表水的主要补给来源（郑喜玉等，2002），所以青藏高原径流的特征和长期变化对整个地区的水资源管理和生态系统至关重要。降雨增加同时也会导致青藏高原河流径流量增加，如长江、黄河流域（Su Ting et al.，2023）。Liu Wenbin et al.（2018）研究表明集中在6~10月的降水是青藏高原地区径流量整体轻微上升变化的主要原因。从1960年至2020年这60年里，在西藏的东部和南部流域，怒江流域的年径流呈显著上升的趋势，但澜沧江流域呈不显著的下降趋势，而雅鲁藏布江流域呈不显著上升趋势（张梦娇等，2024），但由于地理因素这些主要流域对青藏高原内流区的湖泊补给较弱。由于缺乏对内流区河流的长期观测数据，其特性演变及其径流量变化情况尚不明确。河流径流量受到降雨、冰雪、冻土、蒸发和地下水等因素共同影响。前文已述，西藏地区近几十年来降雨量成上升态势，同时冰雪消融加速与冻土层退化现象亦十分显著，加之蒸发强度呈现下降趋势，综合来看，推测流入盐湖的河流径流量应呈整体增长态势。Long Junshui et al.（2024）利用人工智能和观测约束的冰冻圈——水文模型预测了七个第三极地区高山流域的未来径流呈现普遍增长趋势。这种径流量的增加会导致内流区盐湖卤水矿化度降低，进而引发K+浓度下降。
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5 结论
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本研究成功构建了1980年至2020年间西藏盐湖卤水K+含量的多时段数据集，通过细致的时空分布特征分析及深入的制约因素探讨，为西藏盐湖钾资源的科学研究和战略评估奠定了坚实基础。西藏盐湖主要分布在青藏高原内流区，经度上K+含量高值集中区在82°~85°，相对整个研究区域来说西高东低。纬度上K+含量高值集中区在31.5°~34°区间，主要集中在班公湖-怒江缝合带以南。这种分布格局受物源条件、气候差异和汇水面积的影响。岩石风化是西藏盐湖的主要物质来源，地热泉中的丰富K+元素对盐湖的补给作用有限，并揭示了补给系数和汇水面积对盐湖K+含量变化的调控作用。
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从1980年至2000年至2020年，西藏盐湖卤水K+含量数据集的最高值、中位数、均值都有明显的先增长后降低的非线性变化趋势。2000年以后K+含量急剧下降，并且内流区东部比西部下降幅度更显著。这种变化趋势受降雨变化、河流径流量变化、冰雪和冻土变化以及蒸发的共同影响。1980年至2000年的K+含量增大主要由于冰雪融水补给较少引起，2000年至2020年K+含量降低主要归因于降雨量的增加。
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从水化学类型视角审视，西藏盐湖卤水水化学类型在2020年相较于1980年有所变化，硫酸钠亚型盐湖卤水展现出比其他类型更高的钾含量，随后依次为氯化物型、硫酸镁亚型和碳酸盐型，这一序列变化不仅增进了我们对盐湖类型与钾富集机制的理解，也为不同类型卤水资源的差异化评估和利用提供了科学导向。
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致谢：感谢评审专家提出的宝贵意见。谨以此文敬贺郑绵平院士九十华诞。
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附件：本文附件（附表1）详见https://www.geojournals.cn/dzxb/dzxb/article/abstract/202410090?st=article_issue
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摘要
钾盐是我国战略性矿产资源之一，西藏盐湖卤水蕴藏丰富的钾盐资源，急需开展调查评价，而卤水中钾含量是重要内容。本文通过构建多时段西藏盐湖卤水钾含量数据集，对时空分布特征进行了细致分析，并深入探讨其影响因素。研究表明，① 在时间上，1980年到2000年，西藏盐湖卤水钾含量升高，主要是冰雪融水补给变少引起的；2000年到2020年，钾含量降低，降雨量增加是主要因素。② 空间上，西藏盐湖卤水钾含量呈现出明显的地域差异，高值区集中于东经82°~85°、北纬31.5°~34°范围，表现为西高东低、南高北低分布格局，物源、气候差异、汇水面积是空间分布差异的主因。③ 不同水化学类型卤水钾含量：硫酸钠亚型＞氯化物型＞硫酸镁亚型＞碳酸盐型。本研究将为西藏盐湖卤水钾含量变化规律研究和钾盐资源评价提供重要的基础数据。
Abstract
Potassium salts are a strategic mineral resource for China, and Tibet's salt lake brines hold abundant reserves, necessitating thorough investigation and evaluation of their potassium content. This study constructs a multi-temporal dataset of potassium concentrations in Tibetan salt lake brines, analyzes their spatiotemporal distribution characteristics, and investigates the factors influencing these patterns. Our research reveals the following: ① Potassium concentrations in Tibetan salt lake brines increased from 1980 to 2000, primarily due to a reduction in glacial meltwater supply. Conversely, from 2000 to 2020, potassium concentrations decreased, with increased rainfall being the main factor. ② Potassium concentrations display significant spatial heterogeneity across the Tibetan salt lake brines. High concentrations are concentrated in the region between east longitudes 82° and 85° and north latitudes 31.5° and 34°. A distinct spatial pattern emerges, characterized by higher concentrations in the western and southern regions, and lower concentrations in the eastern and northern regions. This heterogeneity is primarily attributed to variations in lithology, regional climate, and the characteristics of upstream catchments. ③ Potassium concentrations vary systematically among different hydrochemical subtypes of brines, following the order: sodium sulfate subtype＞chloride subtype＞magnesium sulfate subtype＞carbonate subtype. This study provides important baseline data for understanding the variability of potassium content in Tibetan salt lake brines and for evaluating the potential of potassium salt resources in the region.
Keywords
potassium content ； spatiotemporal distribution ； influencing factors ； salt lake brine ； Tibet
