3．放射性锶的吸附和解吸

放射性锶进入土壤后，会发生淋溶、迁移，它们在土壤中的行为与核素的量、土壤性质有关。⁸⁹Sr进入淹水土壤后，迅速地被土壤吸附，1h以后，小粉土、红黄壤和青紫泥的吸附率分别达31.9％，37.0％和60.4％，然后吸附率逐渐增大，分别在2.0d、2.5d和1.7d达平衡(张永熙等1990)。⁹⁰Sr在土壤淋溶液中含量甚微，有一半以上残存在土壤表层2 cm内，其中青紫泥表层的2 cm内的量为67.4％，小粉土为65.7％，红黄壤为65.1％；而水稻田有58.2％滞留于表层2 cm内，97.6％在表层6cm内(王寿祥等1991,1992)。土壤中的⁸⁹Sr含量随深度按指数规律衰减。⁹⁰Sr的生物化学性质类似于Ca，主要以离子交换态存在，在土壤中的吸附和解吸都比¹³⁷Cs容易。

4．土壤中放射性¹³⁷Cs和⁹⁰Sr的移动性比较

在通常情况下，沉降在土壤中的放射性尘埃绝大部分都是在土壤表层。放射性铯(¹³⁷CS)亦主要集中在土壤表层，在土壤中的移动性很小，吸附非常牢固，虽然一部分也参加离子交换吸收过程，但一部分则被土壤牢牢地固定着，很难用中性盐溶液等把它解吸出来。落在土壤中的⁹⁰Sr是带正电的阳离子，它在土壤、植物中的行为与营养元素钙的行为相似。⁹⁰Sr在土壤中的活动性很大，吸附和解吸都比较容易，它在土壤中主要是参加离子交换吸附过程，因此在很大程度上与土壤的阳离子交换容量、盐基饱和度和阳离子组成等有关。⁹⁰Sr在各层土壤中的活度是较为均匀地降低的，并推测⁹⁰Sr在土壤中的移动主要是靠交换反应，即首先被上层的非放射性土壤吸附，然后通过解吸而进入溶液，又重新被下一层非放射性土壤吸附，再解吸下来。这种吸附一解吸一再吸附的结果使⁹⁰ Sr沿土柱的分布比较均匀。在土壤中交换态的⁹⁰Sr占土壤中⁹⁰Sr总量的55％以上。在栽培小麦的土壤中，有22％左右的⁹⁰Sr会随着灌水由土壤表层向下层移动(朱永懿等1991)。

1987～1993年期间，切尔诺贝利沉降物¹³⁷Cs和⁹⁰Sr在乌克兰、白俄罗斯和俄罗斯土壤中的迁移研究结果表明，在未扰动、排水良好的砂质土和砂壤土中，沉降物沉降6～7年后，¹³⁷Cs和⁹⁰Sr仍留在土壤最上部5 cm层内。在砂质土和砂壤土中，⁹⁰Sr的迁移率比¹³⁷Cs高，但在泥炭沼泽土中差异很小。20世纪50～60年代，全球大约500次原子弹、氢弹大气层试验沉积的¹³⁷CS每年只向下移动几毫米。用北京褐土进行的研究表明，在相同的试验条件下，当⁹⁰Sr向下层土壤移动的份额达到22％时，仅有1％的¹³⁷CS随灌水向下层土壤移动，表明¹³⁷Cs的活动性比⁹⁰Sr要小得多。同样，土壤中交换性¹³⁷CS所占的比例也比⁹⁰Sr小得多，它仅占土壤中¹³⁷CS总量的2.8％左右(朱永懿等1991,1998)。关于铯在土壤中的这种迁移行为目前还没有很完整的解释，这种行为可能与土壤微生物活动有关，特别是土壤真菌的菌丝可能可以固定大量的放射性铯。

(二)铀

铀(U)的原子序数为92，价层电子结构为5f³ 6d¹7s²。铀是土壤中的天然放射性元素。我国土壤中铀的背景含量为0.42～21.1 mg/kg，典型土壤中铀的含量见表7-7。核电厂的运行、核废料的处置和铀矿资源的开发可导致土壤环境中铀含量的增加。虽然铀可以＋2、＋4、＋5和＋6价存在，但环境中却以其+4和+6价化合物为主。铀在土壤和溶液中的形态主要与介质pH有关。在酸性条件下土壤中铀主要(80％～90％)以铀氧基形式存在(UO₂²⁺)。在近中性条件下，铀可以形成水化氧化铀(UO₂OH⁺)和磷酸铀[UO₂PO₄^-、UO₂(HPO₄)₂^2-]；而在碱性条件下则主要以碳酸岩的形式存在[UO₂CO₃、UO₂(CO₃)₂^2-]。不同形态铀在土壤和溶液中的稳定性很不相同，但在pH 4～7.5之间时，磷酸铀是最稳定的。铀与硫酸根、氟离子和氯离子的配合态亦十分重要，但它们的稳定性远不如碳酸盐和磷酸盐结合态。不同pH条件下铀的溶解特性如图7-1所示。

表7-7 全国及东部森林地带土壤铀的背景含量(mg/kg)

铀与溶解态富啡酸的结合可以提高其在土壤中的移动性。铀和腐殖酸配位化合物的稳定性通常要比钙与腐殖酸配合物高三个数量级。由于环境中存在大量的有机和无机配位体，因而在自然环境中铀不容易形成沉淀态。只有在六价铀被还原成四价铀时，铀才有可能以UO₂的形式沉淀。铀的还原主要与有机质、硫化氢和微生物活动等有关。碳酸盐对铀的吸附有明显的影响，当介质中没有碳酸盐存在时，铀可以被氧化铁和蒙脱石等土壤黏粒矿物所吸附；但是在碳酸盐和有机配合物存在的条件下，这种吸附作用则大为减弱。因而可以认为，铀在固相上的吸附强弱主要取决于黏粒矿物含量、溶液pH、有机配位化合物和碳酸根的含量。

图7-1 不同形态铀的溶解性与pH的相互关系(Rufyikin et al. 2002)

当土壤中的²³⁸ U衰变为²²² Rn时，²²² Rn会逃逸到大气中，并在大气中继续衰变，衰变产物在大气中停留4～40 d，然后随着降雨或降尘到达地面，成为土壤中²¹⁰ Pb的大气来源，它被土壤颗粒强烈吸附，主要集中于土壤剖面上部的40 cm，而在表层5 mm内的含量大约在占整个剖面含量的50％以上。土壤中²¹⁰ Pb随着剖面深度的增加而减少，当达到一定深度时，其含量为一常数，它表明此时土壤中²¹⁰ Pb的来源主要为土壤中的衰变产物。

相关链接：放射性核素在土壤中的行为（一）