含铀博落回和香蒲草的腐烂分解及铀释放特征

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南方铀尾矿库上生长着大量铀含量较高的植物,在季风和降雨作用下,植物进入凋亡期后其富集的铀存在向周围环境迁移扩散的风险。本研究采集含铀土壤修复后的博落回的根、茎和叶,模拟博落回在雨水淋滤下的腐烂分解;采集铀尾矿库上自然生长的博落回和香蒲草,模拟博落回和香蒲草在积雨浸泡下的腐烂分解。分析博落回和香蒲草腐烂分解过程中铀释放特征,微生物群落组成、形貌特征、纤维素结晶度变化和官能团变化,以期为铀尾矿库植物的管理及处理提供基础研究数据。(1)博落回腐烂分解实验。经过36 d的腐解,根的质量损失率为33.5%,茎的质量损失率为37.3%,根的铀总量损失率为59.0%,茎的铀总量损失率为65.2%。(2)尾矿库博落回(A和B组)和香蒲草(C、D、E、F、G和H组)腐烂分解实验。经过64 d的腐解,A和B组网袋中博落回质量损失率分别为85.0%和90.0%,C、D、E、F、G和H组网袋中香蒲草质量损失率分别为20.0%、25.0%、35.0%、10.0%、20.0%和30.00%。A和B组网袋中博落回铀总量分别降低了76.0%和82.7%,C、D、G和H组网袋中香蒲草的铀总量分别降低了78.8%、56.8%、62.6%和73.9%,E和F组为香蒲草在模拟含铀水体(E:1.0 mg/L,F组:3.0mg/L)中的腐烂分解,腐解后网袋中香蒲草的铀总量分别提高了25.5%和99.5%。(3)根据微生物群落分析,厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria),及子囊菌门(Ascomycota)中的半乳糖霉(Galactomyces)在博落回中纤维素、半纤维素和木质素的降解过程起重要作用。(4)博落回和香蒲草形貌特征。博落回在腐解前有较多碎屑,组织较为松散,腐解后组织碎屑较少,表面结构更为紧凑。香蒲草在腐解前具有完整的形态和紧密、有序、刚性的纤维结构,腐解后表面结构疏松且粗糙,出现大小不一的缝隙和孔洞。(5)博落回的红外光谱图中,纤维素、半纤维素和木质素吸收峰的强度在腐解后减弱,而香蒲草的红外光谱图中,纤维素、半纤维素和木质素吸收峰强度在腐解后增强。对博落回和香蒲草进行X射线衍射分析发现,腐解后博落回纤维素结晶度指数上升,香蒲草结晶度指数略有下降。综合分析认为,香蒲草较难分解,经过64 d的腐解,仍在损失可溶性成分,而博落回降解较快,纤维素、半纤维素和木质素已经大量降解。(6)根据实验结果分析,植物进入凋亡期后,在季风的作用下,风干的植物会随季风迁移扩散,在雨水作用下,植物中的铀释放到水体,随水体迁移扩散。在季风和降雨作用下,铀尾矿库上植物对铀的富集,会增加铀迁移扩散的环境风险。
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