全 文 ：第 卷第 期 化 学 研 究 与 应 用年 月
文章编号 ：
特选榨菜对铀污染土壤的修复评价
查忠 勇 、 王定娜 ， 冯孝 杰 ， 刘 黎 ， 方振东 “ ， 夏传 琴
后勤工程学院化学与材料工程系 ， 重庆
后勤工程学院国防建设规划与环境工程系 重庆
四川大学化学学院 四川 成都
摘要 ： 本文通过两种不同 的加铀方式 加人不同种类及浓度的整合剂 以及土壤改 良剂 （ 有机肥 、微生物肥料、
腐殖酸 、 尿素 ） 的方法 研究了不 同 因 素对特选榨菜修复铀 污染土壤的影 响 。 结果表明 ： 在 时把
溶液喷洒人土壤 使土壤中铀污染浓度为 呵 时 特选榨菜地上 部铀富集的浓度最大
可以达到 ， 根部为 去除率为 ； 上述含铀土壤放置 年后制备成模拟
铀 污染 的土壤 进而栽种特选榨菜进行修复 在 “ 铀污 染浓度下 植物上部铀富集浓度最大为
根部为 年去除率为 。 用 五步连续提取法測 定两次修复土壤
中铀 的形态 发现模拟铀 污染土壤 比铀 喷洒于土壌中 有效态的铀 （ 交换态和碳酸盐结合态 ） 要低 ； 加入
柠檬酸 、 苹果酸等整合剂 以 及有机肥 、 微生物肥料 、腐殖酸 、尿索等土壤改良剂 在模拟铀污染土壤修复时发现
有机肥会降低植物上部对铀的富集 ； 而梓様酸和微生物肥会增强植物上部对铀 的富集 。
关键词 ： 植物修复 ； 特选榨菜 螯合剂 ； 铀污染土壤
中 分类号 文献标志码
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收稿 日 期 修 回 日 期
基金项 目 ： 国家 自 然科学基金 （ 中国人民解放 军总后勤部基建营房部项 目 （
联 系人简介 方振东 （ 男 ， 教授 博导 ， 研究方向 ： 环塊污染与修复 。 夏传琴 ， 女 副教授 ， 博导 研究方
向 放射性废物 的处理及处置 。
2 2 4 化 学 研 究 与 应 用 第 卷
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铀污染最主要的来源是铀矿开采产生 的铀尾 型油菜一特选 榨菜 对土壤 中铀 有 良好 的 富集效
矿和废石 ， 以及铀水冶厂排出 的尾砂 。 我 国 因 铀 果 并对螯合剂 、 肥料 、 修复时 间 以及土壤 中 铀 的
矿开采产生 的废石场和尾矿库等固体废物堆存场 形态对特选榨菜修复铀污染土壤 的影响 进行研
地约 处 ， 废石总量约为 万 ， 占地面积 究 。 为提髙铀污染土壤的修复效果提供依据 。
铀水冶厂排 出 的尾砂量约 万 若按
平均堆放髙度 计算 ， 约需 占地 。 实验部分
铀是具有毒性的放射性重金属 ， 其毒性主要
表现为化学毒性和放射性毒性 ’ 。 由 于待修复 实验仪器与试剂
的铀 污染土壤面积较大 ， 浓度低 传统 的 客土法 、 紫外可见分光光度计 （ 北京普析通用仪器
原位覆盖 、土壤气体抽取 、 吸附固定法、 氧化 、生物 公司 ） 、数字控温电 热板 （ 青 岛 暖巢尔电 子科技公
还原法 、络合物浸提法等方法 的应用受到 限 司 ） 、 电 子天平 （ 梅特勒 托利 多 ） 、 马 弗 炉
制 。 植物修复凭借其价格低廉 、 环保 、原位修复的 （ 沈阳市节能电炉厂 ） 。
特点 ， 既可修复铀 污染 的土壤又可 实现对低 品位 八氧化三铀 （ ， 基准试剂 铀标准储备液
铀矿中铀的富集提取 ， 实现环境和经济的双重 浓度为 — 浓硝
目 的 。 酸 双氧水 ； 柠檬酸 ； 苹果酸 。 以上试剂均为分析
植物修复效果不仅与植物 的种类 、 土壤类 纯 水为二次去离子水 。
型及组成成分有关 ， 还与重金属在土壤 中的形 试验材料
态分布 、加人的螯合剂 与微生物 、 以及施 供试植物 特选榨菜 （
肥条件 等都有密切的关联 。 印度芥菜已广泛 芥菜类 十字花科 芸薹属 ， 购买于成都市
用于土壤中铀的修复 年美国 种子市场。
公 司在美 国 马 里兰 州 阿 伯 丁阿 陆 军基地 供试土壤 采集 四川大学花圃 的表层土
成功利用印 度芥菜 （ 土壤为碱性土 取表层 ， 自然风干 ， 研磨
来修复铀污染土壤 ， 其去污效率达 。 本文在 后过 的筛 。 土壤来源及基本理化性质如表
前期利用 种植物进行盆栽试验 发现本土芥菜 、 表 。
表 土壤理化 性质
±
、 有机质 （ 腐殖酸 （来源
、 、
四川大学花圃
士 ± ±
表 土壤常量金厲离子含量
±
± ± ± ± ± ±
第 期 查 忠勇 ， 等 特选榨 菜对轴污 染土壌的 修复评价
供试肥料 匀施人花盆土壤 中 。 螯合剂种类及浓度分别为 ：
有机肥 ，微生物 肥料 ， 腐殖酸 尿素均购买 于 柠檬酸 、 ⑴ ⑴！！！小 ！ ， 苹果酸 川⑵
四川省农科院种子批发市场 。 — 尿素 、 有 机肥 、 微生 物肥 、 腐殖酸各
土壤污染处理 、 植物样品采集
—
—
。 每种植物采用不同螯合剂处理三次 ，施加螯
植物种植在室外 自 然条件下进行 ， 每盆 （ 合剂后 每天用水浇灌植物 ， 保持土壤湿 润 。 定时
规格的 塑料花盆 ） 装供试土壤 补施氮肥 、 钾肥 （ 、 磷肥 （
将基 肥 （ 尿 素 、 、 喷施在植物叶面上 。
， 即 含量为 丨 、
含量为 含量为 施加 结果与讨论
到土壤 中 ， 搅拌均匀 浇水平衡 后播种 ， 保持土
壤湿润 。 待幼苗生长 周后 间 苗 ， 每盆保留 长 势 」 喷洒铀 于土壤时螯合剂对特选榨菜富 集铀
均匀的 棵植株 待确定所剩植物成活后 将用 的彩响
调 至 的 溶 如图 和图 ， 上部最大富集浓度都出现在柠
液均匀喷洒入土壤 ， 使土壤铀的浓度为 檬酸 时 ，分别为 天时的
。 每组实验 次重复 ， 选取长势接近的植 和 天时的 低于加人
株作为对照组 。 植物在含铀土壤 中生长 天后 同浓度柠檬酸条件下 报道 的加拿大油菜
收割 。 待植物生长到设计时间后 ， 把地上部分 地 和 等 报道的 印度芥菜表 以上 ） 和地下部分分开收割 。 收割样品用 的 〗 。 主要願是 ， 土壤中铀 的浓
度不同 ， 和 实验土壤中铀的浓度分别供箱中 杀青 ，在 供至恒重 为 和 ； 修复时间不同 ，称重 ’ 研磨粉碎 ’ 放人干燥器巾备用 。 和 修复时间分别为 天和 天 ； 植模拟铀污染土壤的 修复 ： 直接将幼苗移植到 物种类不 同 。 而根部富集浓度最大 ， 在修复 天含 铀土壤 （ 加铀混合均匀 ， 存放 ■ 本 杜 埋描
。 、 时 ， 为 柠檬酸 卜 时 的年 ） 的花盆 中 ，其余同上 。
，
丨 。，
物炷 龍补理 ’ 天苹果酸 时的
准确称量植‘样 ！ 肝職巾 ， 于马弗炉
‘
。
，
此可见 整合細難赚度雌物富集
中在 碳化 然后在 灰化 ， 等冷 義有很大的影响 。
却后以浓摘酸 ： 双氧水 的 比
、
修复时间棚时 ， 同浓度的 梓檬酸促进效果
例浸泡植物样品 然后在电热板上于 左 优于苹果酸 ’ 天时添加了 的梓檬
右蒸近干 （ 白烟赶尽 ） ，冷却 ， 用 丨 的硝酸浸 酸的特选梅菜上部富集袖的浓度是 加
泡 后过滤用 的硝 酸定 容至 。 的 苹 果 酸 的 倍 ， 天 时为 倍 。 与
用 测定样 品 中铀 的含量 。 由此计算 出 生 报道 的梓様酸是 种土壤改良剂 中将
物富集系 数 （ 简 写为 铀解吸附进人土壤溶液最有效的整合剂相唆 合。
是植物体内重金属 的含量与其生长环境中重金属 至于加入梓様酸后 铀是 以什 么 形式被植物 吸 收
含量的 比值 （ 干重时 ） ， 反映 了植物对重金属 吸收 的 至今还没有定论 认为袖是以铀醜离子
能力大小 ） 和转移 系数 （ 简写 的形态被植物 根部吸收 【 则认为铀是 以
为 是植物地上部分的重金属含量与 根部重金 化合 物的 形 式 被 植物 吸收 的 ， 而
属含量 的比值 （ 干重时 ） ， 体现了 植物将重金属从 通过
植物根部向植物地上部分转运能力 的大小 ） 。 和
加入添加剂的方法 研究铀在植 物 中 的
特选榨菜在铀土壤 中生长到 设计 时间 的前 形态表明植物 中铀 的形态独立于其生长介质中 铀
天施加整合剂 。 整合剂按处理浓度配 成溶液 均 的形态 ， 主要形态为磷酸铀酰和磷酰基铀酰 。
2 2 6 化 学 研 究 与 应 用 第 卷
—— 一柠檬酸 的 特选 榨菜上部 富 集铀 的 浓度 是
— 柠 檬酸的 倍 ， 天时为 倍。
…“
“ … 因此 ， 选择合适螯合剂 种类和浓度 ， 可大幅度提髙
修复 的效果 。
“ ‘
‘
‘
‘ 螯合剂 对特选榨菜 生 物 富集 系 数 （ 、 转
移 系 数 （ 和单株特选棒菜 的生物量的影 响
图 特选梓 菜地上部和根部 富 集铀的 浓度 （ 干 重 ） 如表 ， 空 白组的上部生物 富集系 数和 转移 系
八 柠檬酸 苹果酸 ， 数都远小于 表 明 在不添加 螯合剂 的 情况下 ， 特
天 ） 选搾 菜对铀 的 富 集 和 转移能力 较 弱 ， 与
〖 报道在袖污染浓度为 时 ， 向 日
葵和 印度芥菜 的 上部生物 富集 系数 分别为
± 和 、转 移系数分别为 和
腿輔擁補細±赃髓縣数 、 〒
八 。 —致 。
— 实验 中所有组的根部生物富集系数都大于 ，
且都大于上部 富 集系 数 （ 天 ， 柠檬 酸
除外 ） ， 说明铀主要富集在特选榨菜的根部 。
。 加人螯合 剂后 特选榨菜上部 和根部 的 富 集
图 特选榨 菜地上部分和爾 系数都高于空 白 组 ’ 而且添加 高浓度柠檬酸 、
集轴 的 浓度 干 重 ） 和苹果 酸 （ 的 情 况
天 ） 下 特选梓菜上部 的生物富集系数 大于 。 在
天 ， 添加 — 梓樣酸时特选榨菜的转移系
数也大于 。 螯合剂 不但可促进特选榨菜富 集更
± 多的袖 ， 也有利 于袖从植物 根部向 上部转运 。 行
樣酸和苹果酸可以提高特选栋菜富集铀的 和修复时间 相同 时 浓度 高 的螯合 剂 的 促进效
果优于 浓度低 的 ， 例 如 天时添加 了
表 特选 榨菜的 转移 系数和生物富集 系数
士
修复 条件 转移系数 上部 苽粜 系数 根部 济集系 数 干重
空 白 （ ± ± ± ±
± ± ± ±
天 ± 土 ± ±
± ± ± ±
± ± ± ±
± ± ± ±
空 白 （ ± ± ± ±
± ± ± ±
天 ± ± ± ±
± ± ± 土
士 ± ± ±
± ± ± ±
’
第 期 查 忠 勇 ， 等 特选榨 菜 对铀污染 土壤的 修复评价
但螯合剂对特选榨菜 的生物量造成了 影响 ，
同浓度的柠檬酸对特选榨菜 的造成 的影响大于苹 门
，
“
果酸 ； 螯合剂浓度越大对特选榨菜的 影响也越大 ， ；
加人 梓様酸后植物干 重只有 空 白 组 … … 丨
的 左右 。 说明 螯合剂对特选榨菜产生 了一定 ： “咖 丨 厂 ， 丨 二 丨 丨—广
的毒害 ， 抑制 了其生长 。 ° 二 。二二二广
土壤添 加 剂 对特选梓菜 在模拟铀污 染土 壤 图 特 选躲地上部 和根料 集铀的 农度 干 重 ）
中铀 富集量的影响
（ ± 天 ）
在上述蹄选出 来 的最 条件下 ’ 对模拟的 铀
污染的土壤施加如图 所示 的添加剂 以后考察这 ±
些添加剂对植物修复的影响 。
肥料对特选榨 菜在模拟铀污染 土 壤 中 对生历
物 富集 系数 、 转移 系数 和单株特选榨 菜的生 物 量
的影响
‘
—
‘
— 如表 空 白组的转移系数和生物富集系数都
一 丨
： 厂
，
！
小于 丨 。 对于所试条件 根部的生物富集系 数都大
于 丨 ， 转移系数和上部富集 系数尿素组和微生物肥
料组大于空 白 组 但都小于 ， 而腐殖酸组和有机
图 特 选梓 菜地上 部 和根 部富 集铀 的 浓度 干重 ） 肥料组则小于空 白组 。 微生物肥料和尿素对于植
± 物富集铀 的有一定 的促进作用但不是特别 明 显 ，
有机肥和腐殖酸对特选榨菜富 集铀有 抑 制作用 ，
± 二 原因上面 已讨论 。娜酸 ’ 苹 果酸 腐戯 ’ 肥 ， 种肥料对于特选梓菜 的生物量都有一定物肥 ’ 雖 的促进 ， 促进 幅度达 。
—
时间对修复的 影响
如图 和图 ， 加入 的 四种肥料 只 有尿素 和 天特选 榨菜上部最高 铀含量为
微生物 肥料对特选梅菜有促进作用 ， 促进 了 袖从 是 天 的 倍
根部 向 上部 转移 。 添加有机肥和腐殖酸时 特选 天特选榨菜上部最高铀 含量为 —
榨菜上部没有检测 出 铀 ， 且根部 富集铀浓 度也小 是 天 — 的 倍。 而特选榨
于空 白 组 表现出 了对特选榨菜吸收铀 的抑制 其 菜上部铀含量最高时 的生物量相 比 天增加 了
原 可能是铀与有机肥和腐殖酸形成了难溶 于水 ； 在模拟铀 污染土壤的修复时 ， 天特选榨
的物质 或者是有机肥和腐殖酸对铀产生了 吸附 ， 菜上部铀含量最高时 的生物量相 比 天 只增加
降低 了 铀的生物有效性 ， 类似于 评一⑵ 报道 的加 了 。 因此适当 的延 长修复时间 可 以增加 特
人鸡粪使龙葵 （ 上部 富集镉 的 选榨菜上部的铀含量和生物量 但 天的促进效
浓度 减少 ， 评 ￡ 一 研究表明有机 果远远好于 天 ， 为提商 修复效率 缩短修 复时
肥会使土壤 值升髙 减少了 土壤中 重金属 的生 间 天的修复时 间较合适。
物有效性 使大陆藜上部富集重金属 、 和 两次修复 效果评 价及 土壤 中 铀 的 形态对 修
的量降低 。 复效果 的影响
尿素 和微 生物肥料适合于植物提取 有机肥 两次修复 结果 如 表 在 时把
适合于植物固定 。 （ 溶液加人土壤 使土壤 中 铀污染浓
度为 … 时 特选榨菜地上部铀 富集的 浓
度 最 大 可 以 达 到 ， 根 部 为
去除率为 上述含铀土壤
化 学 研 究 与 应 用 第 卷
放置 年后 制备成模拟铀 污染 的土壤 ， 进而栽种 植物上部铀富集浓度最大为 ， 根部
特选榨菜进行修复 在 — 铀污染浓度下 ， 为 — 年去除率为 。
表 特选榨菜的转移系数和生物富集 系数
±
时 间作— 修复条件 — — 干重
空白 （ ± ± ± ±
± ± ± 士
天 ± ± ± ±
± ± ± ±
± ±
± ±
± ± 士 ±
± 土 士 ±
空 白 （ ± ± ± ±
± ± ± ±
天 ± ± ± ±
± ± ± ±
± ±
± ±
± ± ± ±
± ± ± 士
表 两次修复效果评价
士
植物种类 添加 剂 土壤麵 萃取率 ％
；
絲诛垅进 梓檬酸 铀喷洒于土壤 ±符远伟采 柠檬酸 模拟铀污染土壤 ± ± ±
其修复 区 别 可能原 因 如 下 ： 当 铀 是 以 变化 ， 对其形态分析参考文献 七 进
的水溶液形式施加到 土壤中 铀在 行 。 结果见表 ， 铀在土壤 中 的形态 大致分为 ： 可
土壤中的形态主要是 以铀 酰根离子 模拟 铀污染 交换态 碳酸盐态 ’ 铁 猛氧化态 有机结合态及残
的土壤 经过两年的存放 土壤 中 的铀与土壤充分 余态 。
接触 ， 混合 ，铀在土壤中 的形态 已经发生了一定的
表 模拟铀 污染土壤 中铀的形态
铀的形态 可交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化态 有机结合态
“
■
植物可利用的是可交换态的铀和碳酸盐结合 。 造成模拟铀污染土壤的 修复效果较差 ，
态的铀 ， 由表 可知 ， 可交换态的铀和碳酸盐结合 土壤中 生物有效态的铀含量髙低对于植物修复的
态的铀 只 占 ， 比 喷洒铀 的土壤修复减少 了 效果至关重要 。
参考文献 ：
潘英杰 我 国铀矿冶 设施退役治理现状及对策 辐 冶矿
射防护 ， ，
张学礼 ， 徐乐 昌 铀矿冶放射性固体废物最小化 铀
第 期 查 忠 勇 ， 等 特选榨 菜对铀污染土壤的修复评价
施
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￡ ，
￡ ：
： 】
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唐世荣 ■ 污染环境植 物修 复的原理与方法 科学 出 版
社 ：
丁德 李广悦等 铀尾砂中 植物采铀方法研究 张丽华 ； 刘焕良 宋游 ； 等 分光光度法测定 高放废液
矿冶工程 名 中的铀 中 国原子能科学院年报 ，
封维华 铀矿 山退役治理覆土 的植被绿化 铀 冶
矿 ，
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责任编辑 钟安永 ）