铀尾矿土壤环境放射性核素的浓度分布及其对土壤微生物多样性的影响

发布时间：2016-12-20 21:56

  本文关键词：铀尾矿土壤环境放射性核素的浓度分布及其对土壤微生物多样性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

《东北林业大学》 2015年

铀尾矿土壤环境放射性核素的浓度分布及其对土壤微生物多样性的影响

闫逊  

【摘要】：在国家核设施退役及放射性废物治理科研重点项目(14ZG6101)的资助下,本研究以我国某大型铀尾矿库整个土壤滩面为研究对象,通过定期定点实地采集库内外土壤样品,分析铀尾矿中常见的长寿命放射性核素U, Th, Ra、40K的含量,研究其在铀尾矿库内外土壤中的分布特征、按放射性核素U浓度对铀尾矿内部进行区块划分,采用土壤理化性质、土壤酶活、土壤呼吸、土壤微生物数量及微生物多样性考察铀尾矿对土壤环境质量的影响,并采用宏基因组技术分析放射性环境下土壤微生物的适应机制等,应用多元统计分析法,以各主成分特征值贡献率为权重,加权计算各土壤评价指标值,综合判断评价不同浓度区块、不同深度土壤的质量状况,筛选和建立铀尾矿放射性污染环境评估体系,为放射性核素的迁移研究及铀尾矿的治理与安全评价提供一定的依据和参考。研究结果如下：(1)铀尾矿库内不同浓度污染区块土壤中放射性核素U和Th的浓度均超过了全国含量平均值,核素Th与Ra (PCC=0.69, p=0.04)、核素Ra与40K呈显著相关(PCC=0.88,p0.01)。随着采样点与铀尾矿库距离的增加,放射性核素的含量沿着水平方向缓慢下降,到达一定距离后(1100米)基本降低到天然本底水平。(2)铀尾矿库内不同浓度污染区块土壤基本理化性质：pH均呈酸性；尾矿库内土壤有机质含量随核素U浓度的升高而降低；土壤中总碳含量随着U含量的增加而增加；土壤中阳离子交换量随着U含量的增加而减小；土壤营养元素含量如总氮、碱解氮、总磷、有效磷、总钾和有效钾含量均随着U含量的增加而减小；土壤呼吸及土壤酶活均随着核素U含量的增加而减小,且差异显著(P0.05)。在铀尾矿区特殊的生态环境及复杂污染物影响下,随着放射性核素U浓度的升高土壤环境质量愈发恶化。(3)铀尾矿内中、低浓度污染区块土壤中微生物数量细菌放线菌真菌,但是在高浓度污染区块土壤中放线菌数量相比细菌和真菌表现出较低水平,微生物种群数量随着污染的增加而减少；在中、低浓度污染区块土壤中共检测到7个菌门,高浓度污染区块土壤仅检测到4个菌门,三个浓度污染区块土壤中Proteobacteria均为绝对优势菌群；通过宏基因组技术研究土壤微生物多样性发现,放射性核素对土壤微生物产生了显著影响,变形菌门和放线菌门在铀尾矿库内土壤中广泛存在。随着土壤中放射性污染的增加,土壤微生物数量和多样性均发生了较大的变化,可为评价铀尾矿治理和安全性评价提供一定的依据。(4)从获得的KO(直系同源系统)不同分类的丰度差异检验发现：其它氨基酸代谢(Metabolism of other amino acids)功能在高浓度土中的比例显著低于低浓度土的比例(p-value=0.00679),膜运输(Membrane transport)功能则在高浓度土中的比例显著高于低浓度土(p-value=0.001784),表明高浓度土中的微生物膜蛋白转运功能相对其它功能要高。氨基酸新陈代谢和膜运输可能是加剧放射性核素U影响土壤微生物的主要原因,而ABC(三磷酸腺苷结合区)转运器和双元组分信号系统可能是微生物抵抗放射性核素的主要原因。(5)各类别铀尾矿土壤评价指标的平均权重,按从大到小的顺序排列为土壤理化性质指标微生物适应机制指标微生物活性指标污染物分布指标微生物多样性指标,表明土壤理化性质指标和微生物适应辐射机制指标等可以作为显著的环境风险评价要素,能够有效的评价铀尾矿污染土壤的质量变化。对各评价指标综合评价排序后,结果为C1(低浓度表层土壤)C2(低浓度中层土壤)C3(低浓度表层土壤)A1(高浓度表层土壤)A3(高浓度底层土壤)A2(高浓度中层土壤),表明随着土壤中放射性核素含量的升高,土壤质量急剧恶化,且不同浓度污染区块表层土壤质量均好于中、底层土壤。

【关键词】：
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X591;X753
【目录】：

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