样品于2015年11月取自江西省某铀矿山尾矿库下游水稻田土壤。 实验过程所需的主要仪器有^[7]: AR224CN型分析天平(精确到0.0001); GS-86型电动振筛机(上海宝蓝实验仪器制造有限公司); 尼龙筛(100目和200目); 研钵; 安捷伦5100型 ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱仪)。

尾矿库三面环山, 山势陡峻, 正对尾矿库坝下游是农田, 农田的北侧为污水处理厂。 选取铀尾矿库下游稻田土壤作为研究对象。 采样设备为ETC-300型土壤采样器。 共布设8个采样点。 按照平面和剖面上, 平面上, 按NE-SW(北东— 南西)和WN-ES(北西— 南东)的方向布设剖面线, NE-SW分别为剖面线a-a'和b-b', WN-ES分别为剖面线c-c'和d-d'; 剖面上, 从上至下, 20 cm取一次样, 分别在0, 20, 40, 60, 80和100 cm取样。 共取得28个土壤样品(由于采样前降雨作用, 稻田里面有积水, 采样点2, 3, 5和6采了表层土壤样, 其余采样点均采到1 m深)。 用自封袋封装采集的土壤样, 尽快运回实验室, 并进行相应处理^[8]。

采集的样品经过风干— 分选— 去杂— 磨碎— 过筛— 混匀— 装袋— 保存— 登记— 待测等处理过程。

称取500 mg处理后的土样(粒径在100~200目)分别放入锥形瓶中, 用保鲜膜和橡皮筋封口, 放入气浴恒温振荡器(温度为25 ℃)中振荡8h。 振荡结束, 静止10 min, 取混合溶液约8 mL在8 000 r· min^-1离心分离20 min, 再移取5 mL上清液于10 mL离心管中, 在ICP-OES测量上清液中的铀浓度。

(1)检查实验室温度湿度, 若有需要, 打开空调; 检查氩气、 废液桶、 空气压缩机和循环冷却水的水位, 不能低于最低指示刻线, 通常液面位于指示刻度的1/2处; 打开氩气并调节出口压力在0.6~0.8 MPa之间。

(2)打开循环冷却水仪和仪器电源, 打开电脑、 显示器和打印机, 启动WinLab32软件。

(3)建立方法、 点火、 分析、 结果、 检查、 关机。

根据表1中的铀含量, 应用surfer软件绘制表层土壤中铀含量在平面上的分布特征图, 如图1所示。

图1

Fig.1

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	图1 表层土壤中铀含量的等值线图Fig.1 Contour map of Uranium content in surface soil

由图1可知, 所有采样点中, 采样点1, 2, 3和4的铀含量较高, 采样点5, 6, 7和8的铀含量较低。 总体上, 稻田土壤北部铀含量高于南部铀含量, 东部铀含量高于西部铀含量。 表明尾矿库下游稻田土壤中, 离尾矿库愈近, 铀含量愈高, 距离尾矿库愈远, 铀含量愈低。

蒋经乾等2015年的研究表明^[10], 尾矿库坝顶渗滤水和坝底渗滤水中核素铀的浓度分别高达10.14和7.58 mg· L^-1; 而周边地下水核素铀浓度均值为2.38 mg· L^-1。 可知, 尾矿坝渗滤水中核素铀浓度较高。 稻田土壤核素铀呈现北东高西南低的趋势, 主要原因可能是尾矿库渗漏水从尾矿坝流出, 进入稻田, 近处稻田土优先吸附了水中的铀有关。

根据各采样点土壤中的铀含量, 绘制a-a'和b-b'剖面线土壤铀含量随距离尾矿库相对距离的变化曲线图, 如图2所示。

图2

Fig.2

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	图2 土壤中铀含量的NE-SW向分布Fig.2 Distribution of Uranium content in direction of NE-SW

由图2可知, 距离尾矿库相对距离越近, 土壤中铀含量越高, a-a'和b-b'两条剖面线均呈现这种趋势。 这主要由于尾矿库尾矿坝中的渗漏水导致。

根据各采样点土壤中的铀含量, 绘制c-c'和d-d'剖面线各采样点土壤铀含量变化曲线图, 如图3所示。

图3

Fig.3

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	图3 土壤中铀含量的WN-ES向分布Fig.3 Distribution of Uranium content in direction of WN-ES

由图3可知, c-c'剖面线土壤中铀含量明显高于d-d'剖面线土壤中铀含量。 与d-d'剖面线相比, c-c'剖面线明显距离尾矿库较近, 表明距离尾矿库越近, 表层土壤中铀含量越高。 这与NE-SW向土壤中铀含量分布特征相一致。 可能均与尾矿坝渗漏水有关。

根据表1中采样点1, 4, 7和8各剖面(0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8和1 m)铀含量, 应用origin软件绘制稻田土壤中铀含量在剖面上的分布特征图, 如图4所示。

图4

Fig.4

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	图4 不同剖面的土壤中铀含量分布图Fig.4 Distribution of Uranium content in the different soil profile

由图4可知, 在土壤100 cm的深度范围内, 随着深度的增加, 土壤中铀含量基本呈先增加后降低的趋势。 在0~20 cm深度范围内, 稻田土壤铀含量分布不均, 铀含量较低; 在20~40 cm深度范围内, 土壤中铀含量呈现增加趋势; 在40~100 cm深度范围内, 土壤中铀含量呈现降低趋势。 表层土壤铀含量在1.34~13.39 μ g· g^-1; 40 cm土壤铀含量在11.26~13.39 μ g· g^-1; 80 cm土壤铀含量在1.42~8.59 μ g· g^-1。

土壤铀含量分布不均, 可能与稻田常年受到农耕和灌溉影响有关, 经常性农耕作用对稻田土壤的频繁扰动, 灌溉易产生地表径流, 核素铀可随地表径流迁移, 导致稻田土壤中铀含量分布不均。 在0~20 cm深度范围内, 稻田土壤铀含量较低, 这主要是由于表层土壤植物根系发达, 有机质含量高, 对土壤中的铀有吸附作用, 将土壤中铀转移到农作物中, 导致土壤中铀含量减少。 有机质中的一些螯合剂可与根系中的铀形成复合体, 且植物根系中存在有机化合物(如草酸等), 有机化合物能络合铀酰离子生成稳定的配位化合物^[11]。 在20~40 cm深度范围内, 土壤中铀含量增加, 40深度范围最强, 说明可能铀在土壤下渗过程中, 一定深度范围内经过吸附、 有机络合, 铀较为稳定。 在40~100 cm深度范围内, 稻田土壤铀含量较低并逐渐减少。 这是由于稻田深部土壤不易受到农耕扰动, 且经上层土壤对铀的吸附作用, 灌溉水和尾矿坝渗漏水至下层时, 铀含量会减少。 每个采样点均检测出了放射性核素铀, 可能是受稻田上游铀尾矿库的影响, 也可能与铀本身的区域分布有关。

利用单因子评价法对该区域进行污染评价, 如表3。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 土壤综合污染指数评价标准 Table 2 Assessment standard of soil comprehensive pollution index 等级 综合污染指数 污染程度 Ⅰ P≤ 1 无污染 Ⅱ 1< P≤ 2 轻微污染 Ⅲ 2.0< P≤ 3.0 轻度污染 Ⅳ 3.0< P≤ 5.0 中度污染 Ⅴ P> 5.0 重度污染

表2 土壤综合污染指数评价标准 Table 2 Assessment standard of soil comprehensive pollution index

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 稻田土壤综合污染指数评价结果 Table 3 Results of comprehensive pollution index assessment standard in soil paddy 编号 土壤核素 比活度/ (Bq· kg-1) 单因子污染指数 污染程度 各采 样点 区域 平均值 各采 样点 区域 1-1 156.1 2.79 轻度污染 2-1 135.4 2.42 轻度污染 3-1 7.1 0.13 无污染 4-1 163.8 2.93 1.41 轻度污 染轻微污染 5-1 77.9 1.39 轻微污染 6-1 33.4 0.60 无污染 7-1 40.2 0.72 无污染 8-1 16.4 0.29 无污染 注: Bq: 贝可

表3 稻田土壤综合污染指数评价结果 Table 3 Results of comprehensive pollution index assessment standard in soil paddy

当单因子污染指数小于1, 表明研究区未受到该核素的污染; 当单因子污染指数大于5, 表明研究区受到该核素的重度污染。 从表3可知, 单因子污染指数介于0.13~2.93, 其中单因子污染指数小于1的有4个采样点, 占总数的50%。 研究区污染程度属于轻微污染, 说明研究区稻田土壤受到核素铀的污染程度较轻。