贵州喀斯特环境土壤剖面形成过程中铀、钍的演化及其环境有效性

【摘要】：喀斯特地区广泛分布着碳酸盐岩风化土壤,近年来,喀斯特地区的环境问题越来越受到众多学者的广泛关注,尤其是土壤中出现的氡异常,给环境带来威胁。有研究表明,土壤中氡异常与铀(U)、钍(Th)等放射性核素有关,而在碳酸盐岩风化土壤中U、Th均出现显著富集的现象,这些富集的U、Th是否会成为向环境释放的污染源,还不得而知。本文正是以此为出发点开展工作,从贵州喀斯特地区采集了5条不同时代碳酸盐岩发育的风化剖面为研究对象,运用相关性分析和质量平衡计算方法,研究了这些剖面中U、Th的分布特征及其在土壤演化过程中的地球化学行为,探讨了U、Th与pH、有机质及主量元素的相关性,分析了影响U、Th分布的因素;运用元素赋存形态研究中广泛应用的连续化学提取技术,探究U、Th在碳酸盐岩风化剖面中的赋存形态及其环境活性。通过本研究,增进对U、Th环境地球化学循环的了解,同时为开展喀斯特区域上放射性环境质量评价、土壤修复提供理论依据。本项研究获得了以下认识:(1)由不同基岩发育成的碳酸盐岩风化剖面,石灰岩的风化程度高于白云岩的风化程度。(2)由于不同碳酸盐岩风化剖面所处的环境差异,导致各剖面上U、Th含量与p H、主量元素含量、有机质含量等的相关性不一致,影响U、Th在剖面中分布的因素可能是多元的,是综合作用的结果。(3)不同时代基岩发育而成的风化剖面,均未检测出可交换态U,U含量最多的三个相态是:残渣态碳酸盐结合态无定型铁锰氧化物/氢氧化物结合态。Th主要分布在三个相态中:残渣态、无定型铁锰氧化物/氢氧化物结合态和晶质铁锰氧化物/氢氧化物结合态,说明Th主要分布在原生和次生的残余物中。(4)碳酸盐岩风化剖面在进一步演化过程中,U、Th在各相态之间均出现了转移或再分配。对于U,随剖面演化,残渣态U趋于分解,碳酸盐结合态U趋于增加,其他相态U也会由于环境的差异出现减小或增加趋势;而Th在剖面演化过程中各个相态均存在较少或增加的可能,且在风化的不同阶段可能转化或转移的形式不同;U和Th的无定型铁锰氧化物/氢氧化物结合态和晶质铁锰氧化物/氢氧化物结合态之间均会相互转化。(5)5条研究剖面中,大方剖面、田坝桥剖面、铜仁剖面、猴场剖面的惰性态U所占比例活性态U所占比例潜在活性态U所占比例,而在凤冈剖面中,惰性态U所占比例(平均值为64.07%)潜在活性态U所占比例(平均值为20.29%)活性态U所占比例(平均值为15.64%)。而各剖面中Th所占比例均表现为相同的趋势,即惰性态潜在活性态活性态。(6)关于活性态+潜在活性态U所占比例,铜仁剖面(平均值为44.52%)田坝桥剖面(平均值为40.46%)猴场剖面(平均值为38.20%)凤冈剖面(平均值为35.93%)大方剖面(平均值为30.05%);而活性态+潜在活性态Th所占比例,凤冈剖面(平均值为55.08%)铜仁剖面(平均值为51.83%)猴场剖面(平均值为49.32%)田坝桥剖面(平均值为28.23%)大方剖面(平均值为15.68%)。铜仁剖面和田坝桥剖面土壤中活性态+潜在活性态U比例达到40%以上,凤冈、铜仁以及猴场剖面这三个剖面土壤的活性态+潜在活性态Th比例都达到50%左右,对这几个剖面土壤的环境效应应给予高度重视。