某鈾尾礦周邊農(nóng)田土壤中放射性137Cs的分布特征

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2017.10.014某鈾尾礦周邊農(nóng)田土壤中放射性137Cs的分布特征范鎮(zhèn)荻1,2，陳井影1,2，高柏2，廉歡2，李志勇2（1.東華理工大學(xué)省部共建核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，南昌 330013；2.東華理工大學(xué) 水資源與環(huán)境工程學(xué)院，南昌 330013）摘要：采用高純鍺（HPGe）譜儀分析測(cè)定某鈾尾礦庫(kù)周邊農(nóng)田土壤樣品中137Cs的含量，研究農(nóng)田土壤中放射性核素137Cs的分布特征。結(jié)果表明，研究區(qū)尾礦庫(kù)周邊農(nóng)田137Cs的表層至地下1 m處含量大多在農(nóng)田邊緣地區(qū)含量最高，在農(nóng)田中心地區(qū)含量最低；137Cs主要分布在土壤表層，

2、在1 m范圍內(nèi)隨著深度增加含量減少；研究區(qū)農(nóng)田植物、土壤對(duì)137Cs的吸附有影響，137Cs在垂直方向含量的規(guī)律不明顯，這可能與土壤粒徑大小、土壤pH、研究區(qū)域降水量以及與尾礦庫(kù)水平距離相關(guān)。關(guān)鍵詞：鈾尾礦庫(kù)；農(nóng)田土壤；137Cs；分布特征中圖分類號(hào)：X820.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007-7545（2017）10-0000-00Distribution Characteristics of Radionuclide 137Cs in Farmland Soil around Tailings Pond of Uranium MineFAN Zhen-di1,2, CHEN Jing-y

3、ing1,2, GAO Bai2, LIAN Huan2, LI Zhi-yong2（1. State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang 330013, China; 2. School of Water Resources and Environmental Engineering, East China University of Technology, Nanchang 330013, China）

4、Abstract：137Cs contents in farmland soil samples around tails pond of uranium mine were measured and analyzed by High Purity Germanium (HPGe) Spectrometer to investigate distribution characteristics of radionuclide 137Cs. The results show that content of 137Cs is highest in marginal area of farmland

5、, while is lowest in central area of farmland. 137Cs mainly distributes in surface soil, and content of 137Cs drops within range of 1 m. Soils in study area affect adsorption of 137Cs, and content of 137Cs is unstable in vertical direction, due to particle size and pH value of soil, local precipitat

6、ion, and horizontal distance to uranium tailings pond.Keywords：uranium tailings; farmland soil; 137Cs; distribution characteristics137Cs是核燃料廢物廢料和核武器試驗(yàn)后放射性塵埃中的主要核素之一1，作為人工典型的放射性核素，其半衰期長(zhǎng)達(dá)30.2年。20世紀(jì)50至70年代，137Cs由于大氣核試驗(yàn)而開(kāi)始逐漸進(jìn)入環(huán)境2。由于我國(guó)核電事業(yè)發(fā)展迅速，大量核原料被開(kāi)采加工，放射性廢物的排放量也隨之增大，這些因素造成土壤環(huán)境中137Cs的含量增大3。根據(jù)1991年發(fā)布的中國(guó)

7、土壤環(huán)境銫背景值調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：其銫背景閥域?yàn)?.620 mg/kg4（P<0.05），由于137Cs與元素K具有類似的性質(zhì)，植物常誤吸收137Cs，從而影響植物的生長(zhǎng)甚至造成植物的死亡，從而對(duì)人類生存環(huán)境造成破環(huán)3,5-6，引起人們的廣泛關(guān)注7。因此，137Cs成為環(huán)境中非常危險(xiǎn)的放射性物質(zhì)之一。農(nóng)田土壤中的放射性核素不僅影響植物生長(zhǎng)，而且隨著食物鏈在人和動(dòng)物體內(nèi)富集，危害動(dòng)物和人的健康，并且此危害具有隱蔽性、持久性、不易降解等特性8-9。因此，進(jìn)行農(nóng)田土壤放射性核素137Cs的分布特征及形態(tài)分布研究，對(duì)改善礦區(qū)周邊環(huán)境有著重要深遠(yuǎn)的意義。國(guó)內(nèi)外對(duì)放射性核素銫在土壤環(huán)境中遷移狀況涉及較多。

8、ZIEMBIK等10研究表明，土壤中137Cs、239,240Pu的分布不均勻但彼此相似，有機(jī)質(zhì)含量與137Cs、239,240Pu的活性之間沒(méi)有明顯的關(guān)系。梁艷等11研究表明，土壤在pH達(dá)到7時(shí)對(duì)銫的吸附量達(dá)到最大，沸石的加入量對(duì)銫的吸附比呈正相關(guān)，沸石可以提高土壤對(duì)銫的吸附能力。李爽等12用動(dòng)態(tài)法測(cè)定銫在某放射性廢物處理預(yù)選場(chǎng)址土壤中的平衡吸附量。本文對(duì)鈾尾礦庫(kù)農(nóng)田土壤中放射性核素137Cs的分布特征進(jìn)行研究，初步了解137Cs的遷移規(guī)律。收稿日期：2017-05-27基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目（21407023）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41162007；4136201

9、1）作者簡(jiǎn)介：范鎮(zhèn)荻（1992-），男，山西臨汾人，碩士研究生；通信作者：陳井影（1977-），女，吉林長(zhǎng)春人，副教授.1 試驗(yàn)方法1.1 研究區(qū)的選擇及布點(diǎn)某鈾礦田是我國(guó)迄今為止最大、最典型的火山巖型鈾礦床，研究區(qū)內(nèi)所包含的礦床礦化類型雜多，礦儲(chǔ)量大13-15。該鈾礦田地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)影響顯著。由于風(fēng)化嚴(yán)重，地貌呈侵蝕剝蝕的丘陵類型。該區(qū)域年日照時(shí)間1 776 h，年降水量1 773.6 mm，年平均氣溫17.6 16。該研究區(qū)尾礦庫(kù)三面環(huán)山，尾礦壩下游是農(nóng)田。本文選取尾礦壩下游的稻田土壤作為研究對(duì)象17。采樣點(diǎn)分布示意圖如圖1所示。考慮到研究區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，采用網(wǎng)格布點(diǎn)法進(jìn)行

10、采樣，點(diǎn)間距100 m，共布設(shè)11個(gè)采樣點(diǎn)，應(yīng)用土壤采樣器在每個(gè)點(diǎn)挖掘一個(gè)1 m深的縱剖面。在每個(gè)采樣點(diǎn)剖面距離地面部分0、20、40、60、80、100 cm處分別采集一份土壤樣品，共計(jì)66個(gè)土壤樣品18。每個(gè)深度采集約1 kg土樣，裝于樣品袋，并注明地點(diǎn)、深度、樣品號(hào)，避光保存。圖1 稻田土壤采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution sketch map of sampling points of farmland soil1.2 樣品處理及測(cè)定方法選擇1.2.1 土壤樣品的預(yù)處理將采樣袋中的土樣放置避陽(yáng)處風(fēng)干，去除雜草碎石等雜物，烘干，研磨，過(guò)0.175 mm篩(80目)，裝

11、袋，標(biāo)注，之后用于分析。1.2.2 137Cs測(cè)定方法銫在自然界沒(méi)有單質(zhì)形態(tài)，銫的大多數(shù)化合物（如氫氧化物、鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽和磷酸鹽等）都易溶于水。銫元素以鹽的形式極少量地分布于陸地和海洋中。銫有37種同位素及16種同質(zhì)異能素，除了133Cs是天然存在的穩(wěn)定性同位素外，其余均為放射性同位素。環(huán)境和生物樣品中137Cs的含量都很低，因此在測(cè)定時(shí)需要采集大量的樣品。首先將樣品中所含的大量K、Na、Ca、Mg等干擾元素，特別是與銫同族的天然放射性核素40K和87Rb分離掉，然后才能進(jìn)行放射性測(cè)量。銫鹽在高溫下易揮發(fā)，在用干式灰化法處理生物樣品時(shí)，溫度不宜超過(guò)450 。137Cs的測(cè)量方

12、法有能譜法、離子交換法、沉淀法、萃取法、人體內(nèi)污染監(jiān)測(cè)方法等19。由于能譜法操作簡(jiǎn)便，故本研究采用能譜法進(jìn)行137Cs測(cè)量。2 結(jié)果與討論采用高純鍺（HPGe）譜儀23分析樣品并對(duì)樣品的137Cs進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。分析時(shí)，每個(gè)樣品稱取100 g，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。表1 不同剖面土壤中137Cs的含量Table 1 137Cs content in soil of different profiles /(mg·kg-1)樣品號(hào)0 cm20 cm40 cm60 cm80 cm100 cm1號(hào)12.359.9711.6810.9210.2610.742號(hào)12.0511.7115.637.941

13、0.1912.603號(hào)11.9112.3112.0211.209.3310.694號(hào)14.4515.5316.4415.7511.4912.235號(hào)16.3817.6513.9213.3612.2810.326號(hào)13.4913.9513.4117.2412.4612.937號(hào)20.0719.0620.2614.1714.1420.218號(hào)10.5919.4214.3517.3117.2415.559號(hào)15.3616.3819.8216.1319.6610.5410號(hào)15.5718.7813.2613.2322.6116.5711號(hào)19.0214.6616.6014.6314.2819.28單因

14、子指數(shù)法是一種傳統(tǒng)而成熟的重金屬污染評(píng)價(jià)方法，是目前國(guó)內(nèi)普遍采用的評(píng)價(jià)方法之一20，其評(píng)價(jià)公式為：式中，Pi為土壤中污染物i的單污染指標(biāo)；Ci為土壤污染物i的實(shí)測(cè)值；Si為環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)Pi1時(shí)為未受污染；1Pi2時(shí)為輕度污染；2Pi3時(shí)為中度污染；Pi3時(shí)為重度污染。銫的中國(guó)土壤背景值為8.24 mg/kg21，利用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法進(jìn)行137Cs的評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。表2 137Cs的Pi評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Pi evaluation results of 137Cs樣品號(hào)0 cm20 cm40 cm60 cm80 cm100 cm1號(hào)1.501.211.421.331.

15、251.302號(hào)1.461.421.900.961.241.533號(hào)1.451.491.461.361.131.304號(hào)1.751.891.991.911.391.485號(hào)1.992.141.691.621.491.256號(hào)1.641.691.632.091.511.577號(hào)2.442.312.461.721.722.458號(hào)1.292.361.742.102.091.899號(hào)1.861.992.411.962.391.2810號(hào)1.892.281.611.612.742.0111號(hào)2.311.782.011.771.732.34評(píng)價(jià)表明，該地區(qū)大部分為輕度污染，極少部分為中度污染。3 稻田土

16、中137Cs的分布特征由表1數(shù)據(jù)可以看出，從土壤表層到100 cm，137Cs含量大致都是呈下降趨勢(shì)。鈾尾礦庫(kù)放射性核素在環(huán)境中的遷移可以分為縱向和橫向遷移22-23。用Sufer軟件對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行橫向分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。 （a）0 cm (b)20 cm (c)40 cm (d)60 cm (e)80cm (f)100 cm圖2 不同剖面土壤中137Cs含量的分布圖Fig.2 Distribution diagram of 137Cs content in soil of different profiles由圖2可知，尾礦庫(kù)周邊農(nóng)田表層至地下1 m處137Cs的含量大多呈農(nóng)田邊緣地區(qū)含量最高、

17、農(nóng)田中心地區(qū)含量最低分布，這可能是由于該研究區(qū)農(nóng)田植物、土壤對(duì)137Cs的吸附有影響。此外，在垂直方向含量的規(guī)律不明顯，這可能與土壤粒徑大小、土壤pH、研究區(qū)域降水量以及與尾礦庫(kù)水平距離相關(guān)18。4 結(jié)論1）研究區(qū)尾礦庫(kù)周邊農(nóng)田137Cs含量規(guī)律性較強(qiáng)，在表層至地下1 m處含量大多呈邊緣地區(qū)含量最高、中心地區(qū)含量最低分布。2)放射性核素137Cs主要分布在土壤表層，且在1 m范圍內(nèi)隨著深度增加含量逐漸遞減。3)研究區(qū)農(nóng)田植物、土壤均對(duì)137Cs有吸附影響，137Cs在垂直方向含量的規(guī)律不明顯，這可能與土壤粒徑大小、土壤pH、研究區(qū)域降水量以及與尾礦庫(kù)水平距離相關(guān)。參考文獻(xiàn)1 鄒玥，唐運(yùn)來(lái)，王丹

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