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

1、在國(guó)家核設(shè)施退役及放射性廢物治理科研重點(diǎn)項(xiàng)目(14ZG6101)的資助下，本研究以我國(guó)某大型鈾尾礦庫(kù)整個(gè)土壤灘面為研究對(duì)象，通過(guò)定期定點(diǎn)實(shí)地采集庫(kù)內(nèi)外土壤樣品，分析鈾尾礦中常見(jiàn)的長(zhǎng)壽命放射性核素U、Th、Ra、40K的含量，研究其在鈾尾礦庫(kù)內(nèi)外土壤中的分布特征、按放射性核素U濃度對(duì)鈾尾礦內(nèi)部進(jìn)行區(qū)塊劃分，采用土壤理化性質(zhì)、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(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，并采用宏基因組技術(shù)分析放射性環(huán)境下土

2、壤微生物的適應(yīng)機(jī)制等，應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析法，以各主成分特征值貢獻(xiàn)率為權(quán)重，加權(quán)計(jì)算各土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)值，綜合判斷評(píng)價(jià)不同濃度區(qū)塊、不同深度土壤的質(zhì)量狀況，篩選和建立鈾尾礦放射性污染環(huán)境評(píng)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(píng)價(jià)提供一定的依據(jù)和參考。
　　研究結(jié)果如下：
　　(1)鈾尾礦庫(kù)內(nèi)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(guò)了全國(guó)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(guān)(PCC=0.88，p＜0.01)。隨著采樣點(diǎn)與鈾尾礦庫(kù)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(dá)一定距離后（1100米）基本降低到天然本底水平。
　　(2)鈾尾礦庫(kù)內(nèi)不同濃度污染區(qū)塊土壤基本理化性質(zhì):pH均呈酸性;尾礦庫(kù)內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)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(yáng)離子交換量隨著U含量的增加而減小;土壤營(yíng)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(fù)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(zhì)量愈發(fā)惡化。
　　(3)鈾尾礦內(nèi)中、低濃度污染區(qū)塊土壤中微生物數(shù)量細(xì)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(xì)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(cè)到7個(gè)菌門(mén)，高濃度污染區(qū)塊土壤僅

5、檢測(cè)到4個(gè)菌門(mén)，三個(gè)濃度污染區(qū)塊土壤中Proteobacteria均為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌群;通過(guò)宏基因組技術(shù)研究土壤微生物多樣性發(fā)現(xiàn)，放射性核素對(duì)土壤微生物產(chǎn)生了顯著影響，變形菌門(mén)和放線菌門(mén)在鈾尾礦庫(kù)內(nèi)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(píng)價(jià)鈾尾礦治理和安全性評(píng)價(jià)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(yàn)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(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)功能相對(duì)其它功能要高。氨基酸新陳代謝和膜運(yùn)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(jié)合區(qū)）轉(zhuǎn)運(yùn)器和雙元組分信號(hào)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(píng)價(jià)指標(biāo)的平均權(quán)重，按從大到小的順序排列為土壤理化性質(zhì)指標(biāo)＞微生物適應(yīng)機(jī)制指標(biāo)＞微生物活性指標(biāo)＞污染物分布指標(biāo)＞微生物多樣性指標(biāo)，表明土壤理化性質(zhì)指標(biāo)和微生物適應(yīng)輻射機(jī)制指標(biāo)等可以作為顯著的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)要素，能夠有效的評(píng)價(jià)鈾尾礦污染土壤的質(zhì)量變化。對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)排序后，結(jié)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