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本论文在国防基础科研重点项目(B3120110001)的资助下,以某典型铀尾矿周边土壤为研究对象,通过对该矿区土壤微生物指标(微生物量碳、微生物量氮、代谢商、微生物商、基础呼吸、微生物群落结构多样性、功能多样性)以及相关数学分析相结合的研究方法,旨在探讨铀尾矿周边放射性核素污染与土壤微生物之间的内在关系,为同类污染矿区的土壤环境质量评价提供科学依据。研究结果如下: (1)分别以1、3、5、7、9、11各月份的铀尾矿周边土壤为研究对象,采用氯仿熏蒸法和凯氏定氮法测定了供试土壤微生物量。结果表明:土壤微生物量受到了放射性核素的影响,矿区土壤微生物量碳和微生物量氮相比对照分别下降了1.03%~45.02%、12.71%~53.80%。当U含量为20~25μg/g时,土壤微生物量碳下降到最低水平。当U含量在20~25μg/g和60~100μg/g时,土壤微生物量氮为最低状态。而微生物量碳氮比几乎未受到放射性核素的影响。当Ra比活度达到3.5~4.0Bq/g时,土壤微生物量碳下降到最低点。整体上看,土壤微生物量氮对Ra的污染较土壤微生物量碳敏感,当Ra比活度达到9.0~9.5Bq/g时,土壤微生物量氮达到最低水平。一年中7月份的土壤微生物量碳平均达到最大,9月份为最低,而微生物量氮5月份最大,9月份最小。 (2)分别测定土壤微生物基础呼吸,代谢商以及微生物商来说明放射性核素影响下的微生物呼吸强度变化,结果表明:0~15cm矿区土壤层的基础呼吸以及代谢商的变化范围分别为1.75~11.90mgC/kg-1·h-1、0.61~13.13(100·h-1),15~30cm土壤层为1.17~14.40mgC/kg-1·h-1、0.88~16.73(100·h-1)。并且当U含量为5~10μg/g时,土壤微生物基础呼吸和代谢商的变化曲线呈上升趋势并达到最大,随着U浓度的不断增加,以上两项指标的值又逐渐下降。当Ra比活度为3.5~4Bq/g时,土壤微生物基础呼吸速率以及代谢商都达到一个最高点,污染程度的加重使得以上两种指标继续下降,而微生物商对放射性核素的敏感度较差,变化趋势不明显。 (3)采用平板稀释法和Biolog-Eco板技术对铀尾矿周边进行土壤微生物群落结构以及功能多样性分析。结果表明:放射性核素明显降低了各类微生物的数量,细菌下降了0.07%~99.05%,真菌下降了0.08%~99.91%。但放线菌数量在所有污染水平中表现具有不稳定性。从土壤微生物代谢功能水平方面来讲,放射性核素并未明显对其产生抑制作用,反而激发了土壤微生物代谢活性,土壤微生物功能多样性指数和代谢活性的变化规律基本相似。AWCD值表明:5月份的土壤微生物代谢活性最大,1月份最低。同时,土壤微生物利用碳源的主成分分析表明:碳水化合物、氨基酸以及羧酸类为贡献率较大的碳源,也可能是导致不同环境下的微生物功能多样性差异的主要碳源。 (4)采用相关性分析、逐步回归-通径分析、时间序列分析等方法探讨了放射性核素U、Ra和土壤微生物各参数指标之间的内在关系。结果表明:U与基础呼吸速率、代谢商以及真菌数量达到极显著负相关(P<0.01),与微生物量氮达到显著负相关(P<0.05)。以U为自变量建立的预警方程与土壤基础呼吸速率以及真菌数量关系紧密。Ra与微生物量氮、基础呼吸速率、代谢商、细菌数量、真菌数量以及H指数达到极显著负相关(P<0.01),与微生物量碳、放线菌数量以及多样性指数D、S达到显著负相关(P<0.05)。以Ra为自变量建立的预警方程与土壤基础呼吸速率、放线菌以及真菌数量关系紧密。通径分析表明:放射性核素Ra、U之间为协同作用,并且Ra起主要作用。而且采用时间序列分析法建立的预测模型表明:13×10n后尾矿区的放射性核素U浓度(2.67μg/g)将达到土壤环境背景值,24×10n后放射性核素Ra(0.60Bq/g)将接近该地区的最低Ra比活度范围。