生物修復放射性污染土壤的相關分析

王長城WANG Chang-cheng

（核工業二三〇研究所，長沙 410000）

0 引言

土壤是十分重要的資源，然而基于我國工業與經濟的發展、人口的快速增加，土壤內各種廢棄物含量也持續增多，導致了土壤污染問題嚴重。近年來，隨著核能與核技術工程的發展，由于各種各樣的原因，比如核電站泄漏事故、核廢液輸送泄漏及核廢液錯誤排放等原因，造成的放射性廢水、固體廢物等通過地表徑流滲透到土壤中，使土壤的放射性水平遠遠的高于天然放射性本底值或超過了國家相關標準規定的限值，給人類生存帶來了嚴重的威脅，有效開展土壤修復工作十分關鍵，也是本文研究的重點所在。

1 土壤污染問題概述

放射性污染是土壤污染中的一大重要類型。在核技術發展的初期，人們對放射性污染的認識和控制并沒有引起高度的重視，也沒有健全的法律或制度對其進行管理，因此核電站、核試驗等不可避免的對其場地周圍部分土壤造成不同程度的放射性污染。例如：1988年，漢城研究堆周邊發現約4000m3放射性污染土壤，這些土壤被挖掘、封裝后運輸到了韓國原子能研究院，被臨時放到了貯存庫中；美國能源部中存在諸多放射性核素污染的情況，以土壤、地下水為主（預計污染土壤超過200億m3）；中國原子能科學研究院現今已經存貯的被挖掘出的放射性污染土壤（臨時存貯在109廢物庫），其體積在1000m3左右。此類放射性污染土壤長期儲存不僅占用了大量的空間，且對工作人員的身體存在危害。因此，我國在《核安全與放射性污染防治“十三五”規劃及2025年遠景目標》中針對放射性污染治理提出明確要求，本文主要圍繞土壤放射性污染的修復問題展開詳細分析。

2 土壤放射性污染特點與修復方法

2.1 土壤放射性污染特點

放射性土壤污染隱蔽性好，且存在持續危害，若是未能夠妥善處理將導致嚴重的環境負面影響，甚至影響社會發展穩定性。同時，放射性污染土壤往往污染體量大、污染程度不同，其中存在很大一部分的土壤是沒有被放射性污染或放射性污染程度極低、對人類生存的危害也很小。如果將這一部分土壤也用低、中、高放射性土壤的處理辦法進行處理，則會花費大量的人力和物力；如果不進行處理，這些放射性土壤對人類的身體健康和生存環境又存在巨大的潛在危害，無法滿足人們對生存環境日益提高的要求。

2.2 土壤放射性污染修復方法

過去幾十年內，已經提出了放射性污染土壤的物理、化學和生物修復法。物理修復法如覆土法、客土法等，成本高而且修復效果不佳；化學修復法如土壤淋洗法，會改變土壤的理化性質；生物修復法如植物修復，成本低、綠色環保且無二次污染，是被認為最具潛力的修復方式，然而，由于大部分植物的生物量小、富集量低，導致了植物修復的效率低。

當前土壤放射性污染修復方法中，多種修復方法聯合被提出，且取得了較好的應用效果，如：微生物-植物聯合修復技術、電場-植物聯合修復技術、電場-微生物聯合修復技術等。微生物修復是一種綠色環保、廉價、對土壤理化性質擾動小的修復方法，但在處理大面積、高濃度污染土壤時，存在修復時間長、效率低等問題；電動修復是一種高效、可行的鈾污染土壤修復技術，但存在能耗高、成本過大、土壤酸堿化等問題。有研究表明，在植物修復鈾污染的土壤中，同時加入交流電場和耐鈾微生物，能夠有效地提高植物對鈾污染土壤的修復效率。

綜上分析，土壤放射性污染修復中，生物修復方法的有效性較高，且一直處于不斷改進過程中，下文主要針對生物修復放射性污染土壤展開試驗分析。

3 生物修復放射性污染土壤試驗分析

本次以鈾區放射性污染土壤的生物修復為例展開試驗分析。

3.1 資料與方法

3.1.1 供試植物與土壤的選定

供試植物：黑麥草、小白菜，購于種子市場。

供試土壤：某鈾礦山附近表層土壤，按常規方法測得土壤理化性質，具體如表1所示。

表1 土壤理化性質

3.1.2 試驗設計

土壤自然風干，將雜物清除干凈、研磨，過2mm篩，摻入尿素（0.50g/kg）、磷酸二氫鉀（0.44g/kg）為底肥，混勻并澆水平衡2周后播種。本次試驗分為2個處理組，處理A為小白菜間作處理、處理B為黑麥草間作處理，間作植物正常生長并每周采集，每周各處理組設置3個重復，持續8周。所有作物分為地上、地下兩個部分進行收割，使用去離子水洗凈、風干、研磨，過1mm篩，然后對各項指標進行測定。

3.1.3 測定指標與方法

本次試驗測定項目如下：①植物/土壤樣品內的鈾含量：ICP-OES法；②植株生物量：挖掘法，每周進行測定；③根際土壤有機酸：HPLC法；④根際土壤酶活性：紫外分光光度法；⑤植物鈾累積量：（地上部富集鈾濃度/地下部富集鈾濃度）×（地上部生物量/地下部生物量）。

3.2 結果與分析

3.2.1 植物生物量

生物量直接反映植物的生長情況。0～7周，間作黑麥草的地上、地下部生物量不斷增加，快到第7周時地上、地下部生物量達562.577mg/盆、64.757mg/盆，均為最大值；第8周生物量呈下降趨勢。0～6周，間作小白菜的地上、地下部生物量不斷增加，接近第6周時地上、地下部生物量達344.507mg/盆、36.327mg/盆，均為最大值；第7、8周生物量顯著下降，且地下部生物量開始平緩。

3.2.2 土壤鈾累積量

如圖1為鈾累積量動態變化示意圖。不同收獲時間，間作黑麥草、小白菜地上、地下部鈾累積量呈顯著差異。間作黑麥草的地上、地下部鈾累積量在第3周顯著增長，地上部鈾累積量第6周達142.969g/盆，為最大值，之后2周開始呈下降趨勢；地下部鈾累積量第7周達36.095g/盆，為最大值，隨后開始下降。間作小白菜地上、地下部的地上、地下部在第5、6周達最大值，隨后開始下降。在植物修復工程中，地上部是主要收獲部分，基于地上部鈾累積量可對土壤修復效率進行評價。

圖1 鈾累積量動態變化情況

3.2.3 根際土壤鈾含量

如圖2為根際土壤鈾含量示意圖。試驗中，黑麥草、小白菜的根際土壤鈾含量呈顯著下降態勢，第8周顯示含量值為124.500mg/kg、145.167mg/kg，與小白菜相比，黑麥草鈾含量下降8.99%。

圖2 根際土壤鈾含量

3.2.4 根際土壤酶活性

不同收獲時間，根際土壤酶活性變化趨勢存在較大差異。間作模式下，黑麥草、小白菜根際土壤中過氧化氫酶活性、脲酶活性均顯著提高，其中，小白菜呈先升高、后降低的趨勢，第4周達0.295mg H2O2g-1（20min）-1、2.133mg NH4-N g-1（24h）-1，為最大值；黑麥草則是呈持續提高態勢，第7周達0.513mg H2O2g-1（20min）-1、3.6mg NH4-Ng-1（24h）-1，為最大值。根據相關研究顯示，高濃度金屬會影響土壤微生物活性，導致土壤酶活性下降。

3.2.5 根際土壤有機酸情況

間作模式下，黑麥草、小白菜的根際土壤中有機酸的種類和含量具有不同的變化趨勢。如圖3所示，黑麥草根際土壤檢測獲得6種有機酸，且呈不斷增長的趨勢，其中，三種主導有機酸——草酸、檸檬酸、乙酸在第7周達43.58、33.797、25.25mg/kg，均為最大值。如圖4所示，小白菜根際土壤檢測有機酸種類也有6種，其中蘋果酸、乙酸、富馬酸、乳酸這4種含量隨著收獲時間的變化，呈現為先升后降的狀態，而草酸、檸檬相對穩定。此種情況的產生，可能與植物基因遺產特性、外界環境以及種植模式這些因素相關。試驗中，含鈾的環境下小白菜根際土壤內草酸、檸檬酸含量相對較小，可能是鈾對小白菜根系的生命活動產生影響，草酸、檸檬酸的釋放量有所減少。

圖3 間作黑麥草根際土壤有機酸種類與含量

圖4 間作小白菜根際土壤有機酸種類與含量

4 結語

綜上所述，目前我國土壤污染形勢較為嚴峻，各種環境問題浮于眼前，尤其是隨著核能與核技術的發展，產生了大量放射性污染廢物，對人類生存帶來巨大威脅。放射性污染土壤具有受污染體量大、污染程度不一、潛在危害大等特點，與物理、化學修復技術相比，生物修復方法具有綠色環保、無污染的優勢，在放射性污染土壤修復中表現較好，目前我國針對生物修復方法還在不斷改進，通過植物與微生物、物理修復方法等聯合應用，有效提高修復效率，改善土壤污染現狀，為我國社會發展營造一個良好的環境。