研究证实普通化肥化合物可将促成自然铀释放到地下水中

最近，内布拉斯加大学林肯分校的Karrie Weber和她的团队通过实验证实了硝酸盐，一种在化肥和动物粪便中常见的化合物，可以促进自然界存在的铀从地下向地下水的移动。他们的新研究支持2015年Weber领导的另一项研究，该研究显示，被高浓度硝酸盐污染的含水层--包括居住在内布拉斯加州地下的高平原含水层所含铀浓度远远超过环境保护局设定的阈值。

(资料图片仅供参考)

铀浓度超过环保局的阈值已被证明会对人类造成肾脏损害，特别是当经常通过饮用水摄入人体时。

硝酸盐是无机化合物，在各种生物过程中发挥着重要作用，包括植物的生长和繁殖以及动物的血压调节。它们通常被用作农业的肥料，但也可以在食物和水源中发现。

"大多数内布拉斯加人依赖地下水作为饮用水，"生物科学学院和地球与大气科学系副教授韦伯说。"在林肯，我们依赖它。很多农村社区，他们更是依靠地下水。因此，当你摄入高浓度的（铀）时，这就成为一个潜在的问题。"

内布拉斯加的Karrie Weber（最右边）指导其他Husker研究人员如何测试内布拉斯加Alda附近地下水中的铀含量。该团队通过实验证实，硝酸盐是肥料和动物粪便中常见的一种化合物，可以帮助将天然存在的铀从地下输送到地下水。资料来源：道格尔蒂全球食品水研究所

研究已经确定，溶解的无机碳可以通过化学方式从地下沉积物中分离出微量的天然、非放射性的铀，最终使其运输到地下水中。但是，2015年的研究发现，高平原含水层的某些地区的铀含量高达89倍于美国环保署的阈值，这使韦伯相信，硝酸盐也在发挥作用。

因此，在12位同事的帮助下，韦伯开始测试这一假设。为此，该小组从内布拉斯加州阿尔达附近的一个含水层地点提取了两个圆柱形的沉积物核心--每个大约2英寸宽，深60英尺。研究人员知道，该地点不仅含有天然的铀痕迹，而且还允许地下水向东流入邻近的普拉特河。

他们的目标是在沉积物样本中重现这种流动，然后确定在水中加入一些硝酸盐是否会增加随水带走的铀的数量。

"我们想要确保的事情之一是，当我们收集样本时，我们没有改变铀或沉积物或（微生物）群落的状态，"韦伯说。"我们做了一切我们能做的事情来保护自然条件"。

"一切"意味着对提取的岩心立即进行加盖和蜡封，将它们滑入密闭管中，用氩气冲洗这些管子以驱除任何氧气，并将它们放在冰上。回到实验室后，韦伯和她的同事最终将从两个岩心中各取出15英寸的部分。这些片段由沙子和淤泥组成，其中的铀含量相对较高。

随后，研究小组将用这些淤泥填充多个柱子，然后以大致相同的地下水流速将模拟地下水泵入其中。在某些情况下，这些水不包含任何额外内容。在其他情况下，研究人员加入了硝酸盐。而在其他情况下，他们同时添加了硝酸盐和一种抑制剂，旨在阻止生活在沉积物中的微生物的生化活动。

含有硝酸盐但缺乏微生物抑制剂的水成功地带走了大约85%的铀--相比之下，当水没有硝酸盐时，只有55%，当水含有硝酸盐但也含有抑制剂时，只有60%。这些结果表明，硝酸盐和微生物都在进一步调动铀。

他们还支持这样的假设：由微生物引发的一系列生物化学事件正在将原本是固体的铀转化为可以轻易溶解于水的形式。首先，生活在沉积物中的细菌向硝酸盐捐赠电子，催化其转变为一种叫做亚硝酸盐的化合物。然后，亚硝酸盐会氧化--从邻近的铀中窃取电子，最终将其从固体矿物变成水态矿物，准备在渗过淤泥的涓涓细流中移动。

在分析了其沉积物样本中存在的DNA序列后，该团队确定了能够将硝酸盐代谢为亚硝酸盐的多种微生物物种。尽管这种铀动员的生物化学作用已经被认为是在高度污染的地区--铀矿、核废料处理的地方展开的，但新的研究是第一次确定同样的动员过程也发生在天然沉积物中。

Weber在谈到硝酸盐和铀时说："当我们第一次得到这个项目的资助时，我们正在考虑这个问题，它是作为一种主要污染物导致二次污染。这项研究确认了这可能发生。"

尽管如此，正如韦伯所说，"硝酸盐并不总是一件坏事"。她以前的研究和一些即将进行的研究都表明，只有当硝酸盐接近其自身的EPA阈值（百万分之十）时，才会调动铀。

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