韓寶華 郭書揚 張 晟 張 超 曹少飛 王慧娟

(1. 中國輻射防護研究院, 太原, 030006； 2. 蘭州大學(xué), 蘭州, 730107)

核設(shè)施運行過程中，少量放射性核素通過顆?；驓怏w的形式釋放到環(huán)境中。釋放到空氣中的污染物主要通過干、濕沉積方式降落到土壤或農(nóng)作物的表面。干沉積是指大氣中污染物直接沉積在農(nóng)作物或土壤表面；濕沉積是指大氣中的污染物被雨、雪或冰雹載帶輸運至農(nóng)作物或土壤表面，降雨是濕沉積的主要方式。降雨中農(nóng)作物對放射性核素的作用包括：葉面截獲、葉面吸收、易位、根部吸收、土壤的再懸浮等。核設(shè)施運行情況下，在農(nóng)作物的成長階段，核素沉積是食物鏈污染的主要途徑。在核素濕沉積過程中，對農(nóng)作物可食部分而言，大氣中核素直接沉積到葉面的生態(tài)轉(zhuǎn)移比從作物根部從污染土壤中吸收要快速。

降雨中放射性核素沉積到植物葉面，被農(nóng)作物截獲、易位生態(tài)轉(zhuǎn)移的過程，IAEA 472號技術(shù)報告建議用截獲因子(放射性核素沉降后，單位面積土壤上植物表面截獲的放射性活度與沉降時刻單位面積上沉積的總放射性活度之比，無量綱)、質(zhì)量截獲因子〔截獲因子f與沉降時單位面積土壤上植物的生物量(干重)之比，m2/kg〕、易位因子(收獲時單位面積土壤上植物可食部分的放射性活度與沉降時單位面積土壤上植物截獲的放射性活度之比，%)來表征[1]。

1 研究現(xiàn)狀

降雨中核素在農(nóng)作物中的生態(tài)轉(zhuǎn)移是核環(huán)境評價的重要環(huán)節(jié)。我國在20世紀90年代初，針對核事故情況，通過直接污染農(nóng)作物茄子、萵筍、稻谷的葉面，研究農(nóng)作物對核素的截獲轉(zhuǎn)移行為，為農(nóng)作物對核素的截獲研究積累經(jīng)驗，但在這些研究過程中，存在污染方式簡單，模擬程度低等缺點[2,3]。通過人工氣溶膠沉積實驗，研究植物體(包括水稻、小麥、蘿卜、白菜和西紅柿)對核素90Sr、137Cs的干沉積截獲、易位行為，得到了干沉積中農(nóng)作物對90Sr、137Cs的截獲因子和易位因子實驗值[4]。

在20世紀90年代初，國外學(xué)者開始研究降雨過程中核素在農(nóng)作物中的生態(tài)轉(zhuǎn)移，多數(shù)研究是切爾諾貝利核事故后的野外實驗，或在實驗室模擬降雨進行。研究農(nóng)作物種類包括：油菜、春小麥、大麥粒、黑麥粒、大米、豆科、牧草等，實驗研究周期長，記錄比較詳細[5-9]。文獻[1]給出了一些農(nóng)作物在不同雨量情況下對幾種核素的截獲因子、質(zhì)量截獲因子的參考值。

Bengtsson等[10]在瑞典中東部地區(qū)降雨量為1 m、降雨強度為2 mm/min、降雨時間為30 s、134Cs為24.5～30.9 kBq/m2、85Sr為28～50 kBq/m2的條件下，通過現(xiàn)場實驗，研究了降雨中油菜和春小麥對85Sr、134Cs的截獲行為，以及在農(nóng)作物6個生長階段的截獲因子和生物量、生長階段、葉面積的關(guān)系。研究結(jié)果表明，降雨中油菜對134Cs、85Sr的最大截獲因子分別是0.32±0.22、0.41±0.29，降雨中春小麥對134Cs、85Sr的最大截獲因子分別是0.36±0.14、0.48±0.18，在油菜拔節(jié)期和春小麥接近成熟時期，對核素的截獲因子最大。

Bengtsson[11]在瑞典中東部地區(qū)，模擬降雨量為1 mm、降雨強度為2 mm/min、降雨30 s，134Cs的總使用量為24.5～41 kBq/m2、85Sr的總使用量為28.5～49.8 kBq/m2的條件下，分別在牧草的6個生長階段進行實驗，研究牧草對85Sr、134Cs的截獲行為，以及截獲過程與牧草生物量和葉面積的關(guān)系。研究結(jié)果表明，模擬降雨中牧草對85Sr、134Cs的截獲因子分別是0.03～0.37、0.02～0.34，質(zhì)量截獲因子分別是0.331～1.076 m2/kg、0.378～1.056 m2/kg，牧草生長茂盛時期對降雨中核素的截獲最大，牧草地上部分生物量及葉面積和核素的截獲因子密切相關(guān)。

Choi等[12]在溫室且核素活度濃度為14.8～70.1 kBq/mL、放射性溶液17 mL、約16 s完成一次噴灑操作的條件下，研究降雨中多種核素54Mn、57Co、85Sr、103Ru、134Cs在大米和胡蘿卜地上部分的生態(tài)轉(zhuǎn)移。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)移參數(shù)隨核素種類、沉積時間、農(nóng)作物種類不同而不同，如隨大米和胡蘿卜的成長，核素的截獲因子明顯增大。

降雨中農(nóng)作物對核素的截獲參數(shù)及其影響因素已有報道12～16]，結(jié)果是影響農(nóng)作物截獲核素的因素較多，如核素性質(zhì)、降雨量、降雨強度、農(nóng)作物種類及生長階段、農(nóng)作物特性(葉面結(jié)構(gòu)、葉子尺寸)等。

核素沉積到農(nóng)作物表面，主要是生物、物理、化學(xué)作用的綜合影響：

(1) 生物作用——農(nóng)作物葉面特點、農(nóng)作物生長階段、污染和收獲之間的時間等；

(2) 物理作用——雨量大小、葉面儲水功能、雨水組成及農(nóng)作物的物理特點等；

(3) 化學(xué)作用——主要指葉面對核素的吸附作用，和污染物的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。

對濕沉降而言，影響農(nóng)作物對核素截獲的主要因素有葉面的儲水功能、污染物與葉面的相互作用，以及葉面對離子的選擇性積累。

表1列出了國內(nèi)外文獻中農(nóng)作物對Sr、Cs的截獲因子、質(zhì)量截獲因子的參考值。

由表1可見，農(nóng)作物對Sr的截獲因子隨農(nóng)作物種類、降雨量等的不同而不同，最高約0.76，對Cs的截獲因子最高約0.95；降雨中核素在農(nóng)作物中的生態(tài)轉(zhuǎn)移遵循一定的規(guī)律，如在農(nóng)作物同等的生長時期、同等降雨量的情況下，農(nóng)作物對Sr的截獲因子、質(zhì)量截獲因子普遍高于Cs，這是由于農(nóng)作物葉面呈負電荷，高價陽離子態(tài)更容易被截獲。由于農(nóng)作物葉面有一定的儲水功能，隨著降雨的發(fā)生，截獲因子增加，達到葉面的儲水容量后，雨水會沖涮核素，截獲因子不再增加。

雖然國際上針對核事故情景開展了一系列降雨中核素在農(nóng)作物中的生態(tài)轉(zhuǎn)移研究，對我國核環(huán)境生態(tài)轉(zhuǎn)移參數(shù)的研究提供了重要參考，但其研究仍存在不足之處，如，降雨實驗方法多數(shù)采用手動噴霧法或葉片沾污法，或降雨不均勻，無法避免研究結(jié)果的不確定性；降雨中核素活度濃度高；實驗室設(shè)計需進一步優(yōu)化等。已有的文獻主要針對核事故情景進行了研究，研究結(jié)果是否適用于我國核設(shè)施正常運行工況有待驗證。

2 建議

我國的輻射環(huán)境影響評價實踐過程中，由于缺乏符合我國農(nóng)作物種類、氣候條件、土壤的截獲易位參數(shù)，采用國外參數(shù)進行評價，可能會導(dǎo)致評價結(jié)果與實際情況不符。應(yīng)盡快開展相關(guān)研究，建立符合我國國情的轉(zhuǎn)移參數(shù)數(shù)據(jù)庫，提高評價結(jié)果的準確性。

建議盡快開展以下幾方面的研究工作：

(1) 全面建立降雨中截獲實驗方法，包括選取我國特定區(qū)域農(nóng)作物種類、測量農(nóng)作物生物參數(shù)——株高、葉面積和含水率等，人工氣候室模擬現(xiàn)場條件——光照、降雨量和污染物濃度等，實施污染降雨、農(nóng)作物成長管理，實驗流程科學(xué)合理。

(2) 進行轉(zhuǎn)移參數(shù)不確定性分析，截獲參數(shù)和降雨量、農(nóng)作物生長階段、污染水平、核素種類等皆有聯(lián)系，需要明確多種影響因素的作用，進行參數(shù)靈敏度分析，揭示核素轉(zhuǎn)移機理。

(3) 研究降雨中農(nóng)作物對核素截獲行為預(yù)測模式，為放射性核素生態(tài)轉(zhuǎn)移提供理論依據(jù)。

表1 文獻中農(nóng)作物對Sr、Cs的截獲因子、質(zhì)量截獲因子參考值