放射性污染土壤的生态修复研究

放射性污染土壤的生态修复研究

王培荣

枣庄市市中区自然资源局 山东 枣庄 277100

摘要：核能作为一种低碳能源，正在人们日常生活中发挥重要作用，核能的优点对比化石燃料很明显，但核能的利用给环境带来的一些负面影响也很突出。其中土壤放射性污染不仅造成经济损失，也会引发了一定的社会问题。积极开展土壤放射性污染与防治技术的研究，对社会经济及生态环境的协调发展具有十分重要的意义。

关键词：污染土壤；放射性核素；生态修复

1土壤放射性污染物的来源

土壤辐射污染的来源有核实验、铀矿浓缩、核废料处理、铀矿和钍矿的开采放射性核素使用单位的核废料等。大气层核试验的散落物可造成土壤的放射性污染，放射性散落物中，137Cs的半衰期较长，易被土壤吸附，滞留时间也较长。近些年，随着核技术各个领域的广泛应用，越来越多的放射性污染物进入土壤中。

2放射性污染土壤生态修复技术

2.1微生物修复

微生物是生物地球化学循环过程的重要参与者，微生物修复铀污染土壤，是指利用微生物（即细菌、真菌和藻类）对土壤中的铀进行吸附、沉淀或还原，从而降低铀的生物可利用度和迁移性的过程。近年来的诸多研究发现，微生物修复机制主要包括生物还原、生物沉淀、生物吸附、生物积累。

微生物通过生物还原的方式将U(Ⅵ)还原为不溶性的U(Ⅳ)沉淀，是降低铀在环境中迁移性的可行性机制，通常能够还原U(Ⅵ)的微生物主要是厌氧或兼性厌氧细菌。吴唯民等以乙醇为电子供体，通过生物还原的方式将田纳西州橡树岭综合试验基地中的U(Ⅵ)还原为U(Ⅳ)，使地下水中铀浓度从40～60mg/L降至0.03mg/L以下。多数U(Ⅵ)的还原细菌，如脱硫弧菌、伯克氏菌、土杆菌，主要是在胞外和细胞周质还原沉淀U(Ⅵ)，但也会有少量在胞内沉淀。最终对沉淀产物进行鉴定，发现细菌还原U(Ⅵ)的产物主要为晶体铀矿（UO₂）、不溶性铀矿物和无定形单体铀等。

目前微生物主要依靠细胞外膜和周质的细胞色素（c-Cyts）传递电子的方式还原U(Ⅵ)，包括金属还原方式和孔蛋白-细胞色素介导（Pcc）。金属还原涉及的c-Cyts包括Cyma、MtrA、MtrB、OmcA等。Ghasemi等研究不同浓度U(Ⅵ)对Shewanella RCRI7中Mtr基因簇（mtrA，mtrB，mtrC，mtrD，mtrE，mtrF和omcA）的表达影响，发现在较低的铀浓度（0.1mmol/L、0.25mmol/L和0.5mmol/L）中，mtrC/E/D和omcA基因的表达呈上升趋势；而在较高铀浓度（1mmol/L、2mmol/L）中mtrC/E/D和omcA基因的表达呈下降趋势，而mtrA/B/F呈相反的模式。异化金属还原菌Geobacter sulfurreducens PCA胞外还原Fe(Ⅲ)的过程发现，Pcc在细菌胞外电子传递和金属离子还原过程中起到重要作用，但微生物能否通过Pcc的方式参与U(Ⅵ)的还原需要进一步的验证。

生物沉淀（生物矿化）是指通过微生物酶促反应、代谢产生的磷酸盐、碳酸盐等无机配体与环境中游离的UO2+2共沉淀生成稳定的配合物，如磷酸铀酰氨、钙铀云母、氢铀云母、磷铵铀矿等，从而促使铀在环境中被稳定化。Ehrlich等发现约80%的土壤微生物能够通过产生磷酸酶，使环境中的有机磷酸盐裂解为无机磷酸盐。柠檬酸杆菌、Serratiasp.在有机磷酸盐刺激下，可以使环境中的UO₂²⁺以磷酸铀酰氢、磷酸铀矿的形式沉淀。Beazley等发现从美国橡树岭分离出的Bacillussp.和Rahnellasp.在3-磷酸甘油的刺激下，对环境中铀的去除率分别可达73%和95%，沉淀产物为Ca(UO₂)2(PO₄)₂。

2.2植物修复

植物修复铀污染常通过以下一种或多种机制发生：（1）植物提取，利用对铀具有强富集性的植物，将土壤中的铀转运至地上部分，最后通过收集植物将铀移走；（2）根际过滤，利用植物根部对铀的沉淀和浓缩；（3）植物挥发，植物从土壤中提取挥发性核素，并通过叶面挥发作用释放；（4）植物稳定，利用植物限制或固定土壤中的铀来降低铀的迁移。

向日葵和碎米莎草根部能够在铀污染土壤中吸收大量的铀。Alsabbagh等利用向日葵修复某含铀土壤时发现，只有3%的铀从根部转移到芽部，大部分的铀则被根部吸收。聂小琴等对某铀尾矿库内自然生长的植物对核素的耐受性和富集性能进行分析，发现碎米莎草对铀表现出超耐受性和超富集性，其富集系数高达6.04。植物修复效果与环境条件息息相关。例如，土壤的pH、含水率、有机质含量、气候条件等均能影响植物的生长从而影响铀污染修复效果。Sharma等使用柠檬酸、草酸、次氮基三乙酸、EDTA来提高铀在土壤中U(Ⅵ)的生物可利用性，在2.5mmol柠檬酸的条件下效果最佳，印度芥菜根部对铀的吸收是未处理的3.5倍。Mihalík等发现在5mmol/kg柠檬酸处理下，地上部分铀含量可达88mg/kg和108mg/kg。Abreu等的研究发现在秋季对铀去除效果最理想，而且夏季莴苣叶和根中的U积累最多，分别达5.37mg/kg、28.2mg/kg。

目前，常见的用于铀污染地区的修复植物有大豆、紫花苜蓿、向日葵、印度芥菜、卷心菜、芦苇、风滚草、菠菜等。植物修复技术具有操作简单、经济安全、无二次污染、可增加土壤有机质含量及土壤肥力等优点，因此被广泛用于低浓度铀污染土壤的大面积修复。但植物修复的环境条件要求严格，植物修复适合中低污染土壤的修复，在高污染、肥力贫瘠的污染区域难以实现修复目标。

3放射性土壤修复影响因素

首先，是放射性核素的形态与性质。溶解态阳离子、难溶态氧化物或沉淀、大粒径核素都难以被植物吸附或吸收。其次，是植物种类，国外的研究表明，不同植物对特定核素的积累能力是显著不同的，施肥等农业措施对吸收效果也是影响的，例如137Cs与钙、钾具有相似的化学性质，使用钾肥和铵肥都会影响土壤吸收。但是施加氮肥却能正向提高吸收效果，其他如在根系环境存在细菌、蚯蚓等生物，对植物的吸收作用也有积极影响。

结语

生态修复作为一种环境友善、绿色高效的修复技术，在近年来得到快速的发展，但生物修复存在修复时间长、修复能力有限等缺点。在微生物修复中生物还原和生物沉淀机制在实际应用中具有较大的发展潜力，能够实现铀污染土壤微生物修复的工业化应用。铀污染土壤性质复杂、处理难度大是解决放射性核素污染的典型问题，铀污染土壤中铀及其他重金属的高效去除，是实现生态环境修复的关键。

参考文献

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