孟祥鵬 劉 永

(1.南華大學核資源與核燃料工程學院；2.南華大學)

植物修復鈾尾礦庫退役后流出的鈾離子污染因素分析

孟祥鵬1劉 永2

(1.南華大學核資源與核燃料工程學院；2.南華大學)

根據(jù)植物修復技術研究應用的發(fā)展，結合鈾礦冶尾礦庫實際情況，從鈾尾礦庫污染區(qū)域概況、植物選擇、農藝措施、管理措施4個方面，探討了運用植物修復技術應考慮的因素，為植物修復鈾尾礦庫退役后流出的鈾離子污染提供參考借鑒。

鈾尾礦庫 污染 植物修復 因素分析

近年來，越來越多的鈾尾礦庫將退役或已經(jīng)退役后的鈾尾礦庫對環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的影響，盡管有關部門采取了一定的措施，也取得了一定的成效，但我國已經(jīng)退役的鈾礦冶尾礦庫存在的問題依然嚴峻。鈾礦冶廢石由于含有一定量的鈾，鈾離子通過懸浮、風化、剝蝕、滲濾和地表水、暴雨的沖刷等作用而遷移流動，使污染進一步擴大，對生態(tài)環(huán)境造成更大的危害。特別是近年來很多鈾礦山實施堆浸工藝，其尾礦中鈾品位普遍高于0.02%，這樣的尾礦將使污染問題變得更加嚴重。

植物修復是指利用植物固定、提取、降解或轉化土壤中的污染物[1-2]。與物理法和化學法相比，植物修復方法具有成本低廉，對土壤的擾動小，二次污染小的特點。經(jīng)過多年發(fā)展，鈾污染植物修復技術已經(jīng)取得了一定的成就。然而，鈾尾礦庫污染問題的復雜性，植物修復技術的局限性，使得合理運用植物修復技術需要結合鈾尾礦庫的實際情況，考慮多方面的因素?；诖耍瑥囊韵?個方面討論了植物修復鈾尾礦庫退役后流出的鈾離子污染應考慮的因素，為使用植物修復技術治理鈾尾礦庫退役后流出的鈾離子污染提供了參考借鑒。

1 鈾尾礦庫鈾離子污染區(qū)域情況

利用植物修復鈾尾礦庫退役后的鈾離子污染首先需要調查鈾尾礦庫鈾離子的污染情況，及對鈾尾礦庫進行全面考察，考察內容主要包括氣候條件，土壤理化性質。

1.1 氣候條件

氣候條件是影響植物生長的重要因素之一。植物的蒸騰作用對鈾離子在植物體內的遷移提供驅動力，而植物的蒸騰作用的效率取決于光照、溫度等氣候條件。光照對植物蒸騰作用的影響是能引起氣孔的開放，減少內部阻力，當溫度升高時，大氣與葉片溫度升高，增加葉內外蒸汽壓差，二者都會加快蒸騰速率，而霜降會影響植物修復周期長短。我國鈾尾礦庫分布在十幾個省，數(shù)十個縣，所跨地域面積大，氣候變化較大。以湖南和新疆為例，湖南境內多年平均降水量在1 200～1 700 mm，屬于雨水充沛地區(qū)，日照時數(shù)為1 300～1 800 h，全年無霜期長達260～310 d，新疆境內年平均降水量在50～200 mm，日照時數(shù)為2 550～3 500 h，新疆北部全年無霜期為100～150 d。因此，合理運用植物修復技術應充分考慮各地氣候差異，結合歷史氣象數(shù)據(jù)，對當?shù)貧夂蜻M行具體分析。

1.2 土壤理化性質

土壤是植物生活的基質，為植物生長提供必要的礦物質和水分。土壤成分、肥力、土壤結構、酸堿性等因素都會影響植物的生長發(fā)育情況。鈾污染土壤的類型會影響植物富集鈾的效率，Shahandeh等[3]的研究表明，只有在酸性土壤和碳酸鹽礦物的堿性土壤，鈾富集才有一定的效果。

鈾尾礦庫污染土壤是高濃度的復合污染，因為鈾尾礦庫流出物不僅有鈾離子，還含有伴生的重金屬離子，如鉛、銅、鎘，這些重金屬離子的超標排放會造成鈾尾礦庫土壤重金屬離子污染。例如某鈾尾礦庫周圍土壤鉛含量為224 mg/kg、銅含量為 225 mg/kg，遠超國家標準土壤鉛含量26.9 mg/kg、銅含量22.6 mg/kg。部分鈾富集植物對含量較高的重金屬離子會表現(xiàn)出中毒癥狀，因此選擇修復植物時，還應充分考慮修復植物對濃度超標的重金屬離子的耐受性。部分重金屬離子的存在也會影響鈾富集效果，Viehweger等[4]的研究表明，擬南芥屬植物的根和芽在缺鐵的營養(yǎng)液中會大幅增加對鈾的富集效果。所以在應用植物修復技術前，應對鈾污染土壤中重金屬離子的含量做全面的調查，為合理選擇修復植物奠定基礎。

鈾尾礦庫滲水可能造成土壤pH值的改變，不同的土壤pH值會改變鈾離子的化學存在形態(tài)，當土壤pH值為4.5時，鈾主要以鈾酰離子形式存在；當土壤pH值為5.2時，鈾以羥基絡合物的形式存在；當土壤pH值為6時，鈾以碳酸鹽形式存在，鈾不同的存在形式會影響植物富集效果。李躍等[5]研究表明，小球藻在pH值為6時，達到最大吸附量1.92 mg/g，而在pH值為2時，吸附量只有0.33 mg/g。因此，在選擇修復植物后，應在試驗室確定該植物最佳富集效果的pH值，在以不影響修復植物生長限度的情況下，通過施用石灰、石膏或有機肥使土壤達到最佳效果的pH值。

2 植物選擇

選擇合適的修復植物至關重要，近年來，越來越多的植物已被發(fā)現(xiàn)適宜作為鈾富集植物。徐俊等[6]采用營養(yǎng)液結合土壤培養(yǎng)的方法，在 100 mg/kg 土鈾條件下，研究了菠菜、小白菜和冬莧菜對鈾的耐性及土壤中鈾吸收積累差異。實驗表明，與小白菜和冬莧菜相比，菠菜對土壤中的鈾具有更高的吸收和積累能力，其地上部分鈾含量為232 mg/kg，地下部分達到433 mg/kg。唐麗等[7]采用土壤盆栽實驗，研究了十字花科、錦葵科、菊科共十種植物在100 mg/kg鈾濃度土壤中對鈾的吸收積累能力，其中特選榨菜富集鈾能力最高，其地上部分鈾含量為1 115 mg/kg，富集系數(shù)達到11.15。一般來說，選擇修復植物應從以下幾方面考慮：

(1)修復植物應選擇已被證實對鈾有富集作用的植物，不宜選擇尚未證實對鈾有富集作用的植物。

(2)修復植物應有發(fā)達的根系，鈾尾礦庫鈾土壤污染深度較深，植物的主根應達到鈾污染區(qū)域，保證在修復過程中，植物根系必須和污染物接觸，部分鈾富集植物根系較淺，不適用于鈾尾礦庫鈾污染土壤的修復。

(3)選擇植物還應避免造成外來物種入侵當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，以降低生態(tài)風險，因此最好選擇本地物種，避免使用外來物種。同時植物選擇還應兼顧生長周期短，生物量大等特點。

3 農藝措施

作為植物修復強化技術，農藝措施可以有效地提高土壤鈾污染的修復效率，主要包括作物的栽培、育種、土壤管理、改良劑的添加、病蟲害防治等。草本植物一般選擇直播或移栽，木本植物選擇移植或扦插進行種植。種植時間應依據(jù)以往歷史氣象數(shù)據(jù)，確定最佳種植時間。

改良劑包括土壤改良劑和螯合劑兩類。土壤改良劑包括綠肥、糞肥、作物秸稈、尿素等。土壤改良劑會改變土壤理化性質，促進植物生長，提高生物量，進而提高植物體內鈾含量，降低土壤內鈾含量；螯合劑包括蘋果酸、檸檬酸等。Duequene等[8]用可以降解的螯合劑(檸檬酸，檸檬酸銨和檸檬酸混合物，EDDS和NTA)強化印度芥菜和黑麥草對鈾的提取，發(fā)現(xiàn)加入螯合劑可以增加鈾在土壤水溶液中的濃度，相比于空白組，鈾的濃度增加18倍。添加EDDS使印度芥菜上部鈾富集濃度增加了19倍。Chang等[9]施加檸檬酸后發(fā)現(xiàn)印度芥菜葉部累積的鈾可達2 000 mg/kg，油菜根部則高達3 500 mg/kg。萬芹芳等研究發(fā)現(xiàn)，有機肥會降低植物上部對鈾的富集，而檸檬酸會促進植物上部對鈾的富集。因此，為達到植物富集鈾含量最大化應合理選擇改良劑的添加量及比例。

植物的病蟲害防治是農藝措施中的重要工作，對植物的正常生長有重要影響。以現(xiàn)有技術水平，施用化學農藥仍然是防治植物病蟲害的重要手段。在施用化學農藥的過程中，應選擇一些降解快、殘毒小的農藥，避免造成二次污染。

目前，多種植物混合種植已經(jīng)成為植物修復技術的新趨勢。多種植物的混合種植抵御外來物種入侵、抗蟲病、修復效果均好于單一植物種植。選擇植物混合種植修復時，在使鈾離子去除率最大的前提下，應通過試驗室或田間實驗確定植物混合種植密度、灌溉周期、改良劑添加量等的最佳比例組合。

4 管理措施

植物修復周期相對物理法和化學法比較漫長，所以在植物修復過程中應進行必要的管理措施，以保證植物修復效果。管理措施應當貫穿植物修復的全過程，包括植物的選擇、種植、灌溉、施肥、除草、噴藥、病蟲害防治、植物收割與植物處理。

管理部門應考慮對突發(fā)重大自然災害，如霜降、冰雹、特大暴雨等給修復植物造成的災害，建立突發(fā)事件應急預案，健全突發(fā)事件應急體系。鈾尾礦庫不是封閉的生態(tài)系統(tǒng)，還應避免鈾污染通過其他途徑傳播，如鈾通過植物的花粉傳播，耕地所產(chǎn)生的粉塵，動物通過食用修復植物造成體內鈾含量超標。由于鈾污染的特殊性，在修復植物生長期間，對植物的碎葉、死亡的植物應當做到及時處理，避免二次污染。植物收獲后的處理方式，如焚燒、填埋等做到全程監(jiān)控，避免污染物流出。

植物修復過程中需要定期檢測鈾污染土壤內鈾濃度的變化，植物體內鈾濃度變化，隨時觀察植物的生長情況，采取適當方法提高植物的根系長度。對植物修復過程中發(fā)現(xiàn)的新情況、新問題應及時妥善處理。

5 結 語

植物修復技術盡管自20世紀80年代興起以來，取得了長足的進步，但在實際運用過程中還有一定的限制性，通過從鈾尾礦庫污染區(qū)域概況、植物選擇、農藝措施、管理措施4個方面探討了利用植物修復鈾尾礦庫退役后流出的鈾離子污染問題所需考慮的因素。隨植物修復技術研究的不斷深入，越來越多的因素被發(fā)現(xiàn)可以影響植物修復效果，而鈾尾礦庫本身是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，所以合理選擇植物修復技術還需考慮諸多因素，如鈾尾礦庫土壤內微生物生長及分布情況，對某些污染嚴重的鈾尾礦庫可以考慮運用多種修復技術的聯(lián)合運用，如植物-微生物聯(lián)合修復，電壓-植物聯(lián)合修復等。總之，只有充分掌握鈾尾礦庫的污染情況，了解應用植物修復所應考慮的因素，才能使植物修復技術更成功的應用到鈾尾礦庫退役后流出的鈾離子污染修復中去。

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2015-03-23)

孟祥鵬(1992—)，男，碩士研究生，421001 湖南省衡陽市常勝西路28號。