《Marine Pollution Bulletin》：Formation mechanism of oil-mineral aggregate in the presence of chemical dispersant
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海洋沉积物中放射性核素与微生物群落的相互作用研究，采用伽马能谱法测定铀-226、钍-232等核素浓度，发现链霉菌等微生物通过胞外聚合物增强铀吸附，但其活性受放射性物质抑制，形成生态修复与污染的双向影响机制。
I. Souza | S. Pennafirme | J.A.P. Bittencourt | N. Santos | T.S.H. Silva | A.X. Silva | I. Lima
里约热内卢联邦大学核工程系，地址：Horácio de Macedo大道2030号，里约热内卢68509，巴西
摘要
本研究利用伽马光谱技术量化了核电站附近海洋沉积物生态系统中的放射性核素（
226Ra、
232Th、
40K和
137Cs）的浓度，并结合生态微生物评估，探讨了放射性因素与微生物因素之间的相互作用。研究结果表明，这些放射性核素的存在对生态环境和公共健康构成了潜在风险，因此需要定期监测以降低这些风险。某些细菌群落（如
Bacillus sphaericus、
Pseudomonas和
Streptomyces）在放射性核素的固定和生物修复过程中发挥着关键作用，尤其是
Streptomyces能够产生增强铀吸附能力的胞外聚合物。然而，放射性核素也会对微生物的生存能力和生态相互作用产生负面影响，从而阻碍生物修复工作的持续进行。此外，这些细菌群落可作为生物传感器，反映受污染环境的生态健康状况。本研究强调了放射性核素作为污染物和微生物活动调节剂的双重作用，为制定有效的监测框架和可持续的缓解策略以保护受放射性影响的沿海生态系统提供了重要信息。
引言
核电站（NPPs）附近的细菌群落对周围环境的影响是复杂且多方面的。这些微生物在生物修复过程中起着重要作用，能与放射性污染物相互作用，并有助于减轻核活动带来的污染。特定细菌类群的生物修复能力已成为缓解各种生态系统中放射性核素污染的有希望的手段。例如
Bacillus sphaericus和
Pseudomonas具有显著的放射性核素固定能力，有助于从受污染环境中清除这些物质（Panicker, 2021）。这些细菌利用其生理适应性在放射性环境中生存，从而促进有害化合物的稳定和解毒。海洋放线菌，尤其是
Streptomyces属，展现出在铀修复方面的巨大潜力。某些Streptomyces菌株能产生大量胞外聚合物（EPS），这些聚合物有助于提高细菌表面对铀的吸附能力（Sivaperumal等, 2022）。这些微生物与放射性核素的相互作用及其固定能力表明了它们在生物地球化学循环中的关键作用，为管理放射性污染提供了一种可持续且环保的方法。研究还强调了微生物群落在环境恢复中的重要作用，并指出有必要进一步探索基于微生物的修复策略。
然而，放射性核素与细菌群落之间的相互作用也存在挑战。放射性核素的存在可能对微生物种群产生不利影响，进而影响其在生物修复中的积极作用（Theodorakopoulos, 2013）。此外，微生物活动还可能引发微生物腐蚀（MIC），促进放射性核素的迁移，这对核废料处置系统的完整性构成威胁（White, 1996）。因此，了解受放射性影响环境中的微生物生态学对于平衡其生物修复潜力与相关风险至关重要。伽马光谱技术被广泛用于定量放射性核素（226Ra、232Th、40K和137Cs）的浓度（Suliman和Alsafi, 2021; Adreani等, 2020; Chetty和Ilori, 2023; Alsaffar和Kabir, 2024; Ni等, 2024），为评估海洋环境中的放射性水平提供了精确可靠的数据。研究结果显示，海洋生物体内存在高水平的放射性核素，这凸显了持续监测以减轻对海洋生物多样性和生态系统平衡的负面影响的重要性。
本研究考察了核电站附近海洋沉积物生态系统中放射性因素与非放射性因素的相互作用，通过伽马光谱技术量化了放射性核素的浓度，并评估了生态风险。同时，研究了细菌群落在污染物迁移和生物修复中的作用，揭示了放射性污染物和人为污染物对沉积物质量、生物多样性和生态系统健康的双重影响。
采样描述
Piraquara de Fora入海口位于巴西里约热内卢州Angra dos Reis地区的Ilha Grande湾（23°00’50’S 44°26’30’W）的沿海区域（图1）。这个受保护的海洋环境接收来自Almirante álvaro Alberto核电站（AAANPP）的热废水，该电站的Angra 1和Angra 2反应堆产生的冷却水通过一条1.2公里长的水下管道排放，水温约为40°C，流量为120立方米/秒（Franklin, 2001; Herms等, 2004）。
沉积物环境的物理化学特性
所有采样点的物理化学参数（表4）显示环境条件非常稳定：温度变化范围小（21.6–21.9°C），溶解氧含量（DO: 6.4–6.7 mg.L?1），氧气饱和度（O2 sat.: 86.3–90.7%），pH值（8.0–8.1），盐度（33.1–33.2 PSU）。这种均匀性表明水体混合良好，这与类似亚热带海洋湾的调查结果一致（Eigemann等, 2022）。
结论
本研究全面综合评估了影响核电站附近海洋沉积物生态系统的放射性因素和非放射性因素。通过结合高分辨率伽马光谱技术和先进的微生物群落分析方法，我们深入了解了关键放射性核素的分布情况以及沉积细菌的生态作用。226Ra和232Th之间的强地球化学相关性，以及这些放射性核素通常较低的水平，进一步揭示了它们在生态系统中的作用。
CRediT作者贡献声明
I. Souza：撰写、审稿与编辑、数据分析、原始草稿撰写、概念构思。
S. Pennafirme：数据可视化、监督、验证。
J.A.P. Bittencourt：验证、数据可视化、数据分析、研究。
N. Santos：数据可视化、验证。
T.S.H. Silva：验证。
A.X. Silva：验证、监督。
I. Lima：监督、资金筹集、项目管理。
致谢
作者衷心感谢高等教育人员协调委员会（CAPES）、国家科学技术发展委员会（CNPq）和里约热内卢州研究基金会（FAPERJ，项目编号SEI-260003/001581/2020）对这项研究的宝贵支持。
