鈾尾礦土壤環(huán)境放射性核素的濃度分布及其對土壤微生物多樣性的影響.pdf

1、在國家核設施退役及放射性廢物治理科研重點項目(14ZG6101)的資助下，本研究以我國某大型鈾尾礦庫整個土壤灘面為研究對象，通過定期定點實地采集庫內外土壤樣品，分析鈾尾礦中常見的長壽命放射性核素U、Th、Ra、40K的含量，研究其在鈾尾礦庫內外土壤中的分布特征、按放射性核素U濃度對鈾尾礦內部進行區(qū)塊劃分，采用土壤理化性質、土壤酶活、土壤呼吸、土壤微生物數(shù)量及微生物多樣性考察鈾尾礦對土壤環(huán)境質量的影響，并采用宏基因組技術分析放射性環(huán)境下土

2、壤微生物的適應機制等，應用多元統(tǒng)計分析法，以各主成分特征值貢獻率為權重，加權計算各土壤評價指標值，綜合判斷評價不同濃度區(qū)塊、不同深度土壤的質量狀況，篩選和建立鈾尾礦放射性污染環(huán)境評估體系，為放射性核素的遷移研究及鈾尾礦的治理與安全評價提供一定的依據(jù)和參考。
　　研究結果如下：
　　(1)鈾尾礦庫內不同濃度污染區(qū)塊土壤中放射性核素U和Th的濃度均超過了全國含量平均值，核素Th與Ra(PCC=0.69，p=0.04)、核素Ra與

3、40K呈顯著相關(PCC=0.88，p＜0.01)。隨著采樣點與鈾尾礦庫距離的增加，放射性核素的含量沿著水平方向緩慢下降，到達一定距離后（1100米）基本降低到天然本底水平。
　　(2)鈾尾礦庫內不同濃度污染區(qū)塊土壤基本理化性質:pH均呈酸性;尾礦庫內土壤有機質含量隨核素U濃度的升高而降低;土壤中總碳含量隨著U含量的增加而增加;土壤中陽離子交換量隨著U含量的增加而減小;土壤營養(yǎng)元素含量如總氮、堿解氮、總磷、有效磷、總鉀和有效鉀含量

4、均隨著U含量的增加而減小;土壤呼吸及土壤酶活均隨著核素U含量的增加而減小，且差異顯著(P＜0.05)。在鈾尾礦區(qū)特殊的生態(tài)環(huán)境及復雜污染物影響下，隨著放射性核素U濃度的升高土壤環(huán)境質量愈發(fā)惡化。
　　(3)鈾尾礦內中、低濃度污染區(qū)塊土壤中微生物數(shù)量細菌＞放線菌＞真菌，但是在高濃度污染區(qū)塊土壤中放線菌數(shù)量相比細菌和真菌表現(xiàn)出較低水平，微生物種群數(shù)量隨著污染的增加而減少;在中、低濃度污染區(qū)塊土壤中共檢測到7個菌門，高濃度污染區(qū)塊土壤僅

5、檢測到4個菌門，三個濃度污染區(qū)塊土壤中Proteobacteria均為絕對優(yōu)勢菌群;通過宏基因組技術研究土壤微生物多樣性發(fā)現(xiàn)，放射性核素對土壤微生物產(chǎn)生了顯著影響，變形菌門和放線菌門在鈾尾礦庫內土壤中廣泛存在。隨著土壤中放射性污染的增加，土壤微生物數(shù)量和多樣性均發(fā)生了較大的變化，可為評價鈾尾礦治理和安全性評價提供一定的依據(jù)。
　　(4)從獲得的KO（直系同源系統(tǒng)）不同分類的豐度差異檢驗發(fā)現(xiàn):其它氨基酸代謝(Metabolism o

6、f other amino acids)功能在高濃度土中的比例顯著低于低濃度土的比例(p-value=0.00679)，膜運輸(Membrane transport)功能則在高濃度土中的比例顯著高于低濃度土(p-value=0.001784)，表明高濃度土中的微生物膜蛋白轉運功能相對其它功能要高。氨基酸新陳代謝和膜運輸可能是加劇放射性核素U影響土壤微生物的主要原因，而ABC（三磷酸腺苷結合區(qū)）轉運器和雙元組分信號系統(tǒng)可能是微生物抵抗放射

7、性核素的主要原因。
　　(5)各類別鈾尾礦土壤評價指標的平均權重，按從大到小的順序排列為土壤理化性質指標＞微生物適應機制指標＞微生物活性指標＞污染物分布指標＞微生物多樣性指標，表明土壤理化性質指標和微生物適應輻射機制指標等可以作為顯著的環(huán)境風險評價要素，能夠有效的評價鈾尾礦污染土壤的質量變化。對各評價指標綜合評價排序后，結果為C1（低濃度表層土壤）＞C2（低濃度中層土壤）＞C3（低濃度表層土壤）＞A1（高濃度表層土壤）＞A3（高濃