泰国普吉岛土壤中稀土元素（REEs）和放射性的初步污染评估

《Journal of Environmental Sciences》：Preliminary contamination assessment of rare earth elements (REEs) and radioactivity in soil from Phuket Island, Thailand

稀土元素及放射性核素在泰国普吉岛土壤中的分布特征、分馏规律、潜在来源及生态与辐射风险评估。

　　

Sasikarn Nuchdang|Wilasinee Kingkam|Chantaraporn Phalakornkule|Unchalee Suwanmanee|Dussadee Rattanaphra|Pipat Laowattanabandit

泰国核技术研究所核技术研究与发展中心，那空那育26120，泰国

摘要

稀土元素（REEs）常见于独居石和磷钇矿等矿物中，通常与锡矿床相伴存在。这些矿物还含有大量的天然放射性核素、铀（U）和钍（Th）。采矿残留物及其风化过程可能污染生态系统。本研究旨在评估泰国南部普吉岛不同地区土壤中稀土元素的天然背景水平、分布情况、潜在来源及生态风险。同时探讨了稀土元素、铀和钍与放射性危害之间的关联。结果显示，稀土元素含量范围为0.14至1287.13毫克/千克，平均值为344.85毫克/千克。通过球粒陨石标准化分析发现，轻稀土元素（LREEs）富集，而重稀土元素（HREEs）贫集。大多数土壤中铈（Ce）和Eu的异常值为负值，表明存在花岗岩风化现象。大多数土壤的稀土元素富集因子（EF）、地质累积指数（I_geo）和潜在生态风险（PERI）分别被归类为中等富集、中度污染和低生态风险。²²⁶Ra（149.3 Bq/kg）、²³²Th（104.7 Bq/kg）和⁴⁰K（825.2 Bq/kg）的平均活度浓度略高于联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）2008年和2000年推荐的安全限值。本研究结果可为环境变化监测及安全策略制定提供参考。

引言

稀土元素（REEs）包括15种镧系元素（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu）以及钪（Sc）和钇（Y）。根据电子构型，稀土元素主要分为两类：轻稀土元素（LREEs，即La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu）和重稀土元素（HREEs，即Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）（Wu等人，2025年）。由于具有相似的化学和物理性质，稀土元素通常在同一矿床中共同存在（Ferreira等人，2021年）。稀土元素存在于多种矿物中（超过200种矿物，Huang等人，2019年），如磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐和氟化物（Mihajlovic等人，2019年）；但只有少数几种矿物（如 bastn?site、独居石和磷钇矿）具有经济价值，可用于稀土元素提取（Ibad等人，2024年）。由于其独特的物理、化学、磁性和发光特性，稀土元素广泛应用于高科技设备、军事防御系统、医疗设备、农业肥料和动物饲料添加剂（Farjana等人，2025年；Ferreira等人，2021年；Ibad等人，2024年；Chen等人，2024年）。稀土元素在多个行业的高科技应用中的使用推动了全球对这些元素需求的增长。

在泰国，稀土元素的主要来源有两个：一是原位富集后的残留矿床，二是与重矿物相关的次生矿床，尤其是在曾经的锡矿区。这两种矿床都与该国的花岗岩有关，尤其是在泰国南部（Charusiri等人，2006年；Imai等人，2012年）。泰国曾是主要的锡生产国，锡矿主要分布在泰国南部的拉农府、攀牙府和普吉府（Pungrassami和Sanguansai，1991年）。除了锡之外，锡矿床还伴生多种有价值的矿物，尤其是独居石、磷钇矿和allanite。这些矿物含有大量的稀土元素及天然放射性物质（如铀和钍，Santofimia等人，2022年）。密集的锡矿开采间接增加了该地区的稀土元素和放射性物质含量，尤其是在锡尾矿堆中。如果土地管理不当，这些区域可能会向环境中释放大量稀土元素和放射性物质，带来潜在的生态和健康风险，尽管这些地区如今已成为泰国最受欢迎的旅游目的地之一。此外，该地区大部分地表覆盖着花岗岩，其中可能含有铀、钍和钾（K）等放射性元素。花岗岩的风化过程会将天然放射性核素释放到土壤中。

已有大量文献报道了稀土元素在多种土壤类型中的分布和累积情况及其潜在污染风险：Mulyono等人（2024年）发现庞加兰根（Pangalengan）、伦邦（Lembang）和瓦扬温杜（Wayangwindu）地区的稀土元素含量范围为0.17毫克/千克（Tm）至77.30毫克/千克（Ce）。稀土元素的富集程度从缺乏到轻微富集不等，且与人为因素密切相关。Freitas等人（2021年）研究了河口沉积物和六种红树林土壤样本中的稀土元素分布和潜在来源，发现河口沉积物和红树林土壤中的总稀土元素含量分别为202至220毫克/千克和161至183毫克/千克。这些土壤未受到人类活动的显著影响。Wu等人（2025年）发现中国南部未开发土壤和采矿土壤中的总稀土元素含量分别为590至780毫克/千克和100至790毫克/千克。采矿活动扰乱了稀土元素的分布和地球化学行为。应采取修复措施和监管手段来保护生态系统和人类健康。

许多以往的研究主要关注稀土元素的分布、分馏、潜在来源和健康风险评估。然而，关于稀土元素及其共存放射性核素（铀和钍）的地球化学行为、潜在来源、生态风险评估和放射性危害的综合性研究仍较为缺乏。虽然有一些研究关注泰国土壤中稀土元素的分布和地球化学行为（Kritananuwat等人，2015年；Sanematsu等人，2011年），以及铀和钍的放射性风险评估（Kessaratikoon等人，2015年），但最新研究仍十分有限，尤其是针对高海拔地区（如普吉岛）的研究。目前尚无关于稀土元素与放射性核素（铀和钍）的关系、人为影响以及高海拔地区（如普吉岛）土壤的生态和放射性风险评估的报告。因此，本研究旨在：（i）评估土壤样本中稀土元素、铀和钍的全国背景水平；（ii）确定影响稀土元素分布的地质控制因素；（iii）评估人为影响、生态风险和放射性危害。本初步研究中获得的稀土元素、铀和钍的基线数据和综合信息将有助于制定保护公众健康和环境完整性的政策。

研究区域地质

本研究聚焦于泰国南部的普吉岛。普吉岛位于马来半岛的西南海岸，距离曼谷约862公里，面积约为532平方公里，经度为98°23′E，纬度为7°52′N。泰国属于东南亚地区，具有典型的季风气候，因此风化作用非常活跃，尤其是浅层岩石的风化作用显著。

结果与讨论

本研究分析了六个主要的风化层，包括O层、A层、B层、C层、D层和RK层，以及一些子层（如B1层、B2层、C1层、C2层和C3层）。O层是指从地表到约5厘米深的表层土壤；A层（深度约5–30厘米）由深棕色土壤组成，含有有机物质、粘土矿物和少量造岩矿物；B层富含粘土，有机物质含量较低。

结论

本研究提供了泰国南部普吉岛土壤中稀土元素、铀和钍的含量、潜在来源、生态风险及放射性危害的基线数据。球粒陨石标准化分析表明，大多数土壤中的稀土元素主要来源于花岗岩的风化过程，表现为轻稀土元素富集、重稀土元素贫集。异常值表明风化过程和外部因素对稀土元素分布的影响。

作者贡献声明

Sasikarn Nuchdang：项目管理、方法论设计、调查实施、数据分析、概念构建。Wilasinee Kingkam：数据可视化处理、软件应用、方法论制定、数据管理。Chantaraporn Phalakornkule：文章撰写与审稿、数据验证、资源协调。Unchalee Suwanmanee：数据可视化处理、验证、软件应用。Dussadee Rattanaphra：文章撰写与审稿、初稿撰写、数据验证、项目监督、资源协调、方法论设计、调查实施、资金筹措、数据分析。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究经费由泰国核技术研究所（TINT）2021年项目、国家科学研发创新基金（NSRF）以及北曼谷蒙固王技术大学（Grant No. KMUTNB-FF-68-A-06）提供。