崔慧玲，黃莎，呂明華，趙多新，張俊芳，李云鵬

（中國(guó)輻射防護(hù)研究院，太原030006）

為了阻止和減小核設(shè)施對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的潛在核事故后果影響，建立旨在保護(hù)食物和農(nóng)產(chǎn)品的核事故應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)非常必要。應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)包含大氣擴(kuò)散模型、農(nóng)業(yè)后果評(píng)估模型和對(duì)應(yīng)的農(nóng)業(yè)措施。1986年切爾諾貝利核事故由于缺乏應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致事故后食物里不合理的131I活度水平和之后高的甲狀腺劑量及甲狀腺癌記錄[1]。2011 年日本福島核事故使鄰近土壤遭受了嚴(yán)重威脅，但是由于吸取了切爾諾貝利事故的經(jīng)驗(yàn)，通過應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)及時(shí)采取了農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)措施，有效降低了人的吸收劑量[2]。國(guó)際上關(guān)于影響食物和農(nóng)業(yè)的核應(yīng)急系統(tǒng)開發(fā)始于2013 年，在FAO/IAEA 組織框架下進(jìn)行[3]（FAO：Food and Agricul?ture Organization，IAEA：International Atomic Energy Agency），該計(jì)劃同時(shí)開展的還有國(guó)際間關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品的采樣分析及數(shù)據(jù)采集工作。農(nóng)業(yè)的核事故應(yīng)急反應(yīng)，既要采取及時(shí)、恰當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施，同時(shí)又不能造成大量的污染廢物，這就需要農(nóng)業(yè)評(píng)估模型提供可靠的評(píng)估結(jié)果。我國(guó)現(xiàn)有的核事故應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)只有簡(jiǎn)單的食物鏈模型，單獨(dú)針對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的核事故后果評(píng)估模型開發(fā)研究較少。20世紀(jì)80年代食物鏈模型隨著核事故后果評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)而開發(fā)，計(jì)算了核素從生態(tài)環(huán)境進(jìn)入糧食作物，再通過食入途徑形成食入劑量的過程，計(jì)算分為動(dòng)態(tài)模型和平衡模型。平衡模型一般假設(shè)生態(tài)系統(tǒng)處于平衡靜止的狀態(tài)，核素遷移過程不存在時(shí)空差異。事實(shí)上放射性核素在生態(tài)環(huán)境中的遷移是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，生態(tài)環(huán)境變化和生物體自身新陳代謝都會(huì)影響其最終的活度[4-6]。動(dòng)態(tài)模型計(jì)算結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要很多難以獲得的動(dòng)態(tài)生態(tài)參數(shù)和較高的計(jì)算性能，難以在應(yīng)急情況下應(yīng)用。因而計(jì)算簡(jiǎn)潔快速的平衡模型成為核事故評(píng)估系統(tǒng)的主要計(jì)算方法。例如英國(guó)和德國(guó)聯(lián)合開發(fā)的COSYMA[7]和美國(guó)的MACCS[8]中的食物鏈模型都是平衡模型，只有歐洲JRODOS[9]系統(tǒng)中的食物鏈模型采用了動(dòng)態(tài)模型。現(xiàn)在比較成熟、完全的動(dòng)態(tài)食物鏈模型是ECOSYS 模型[10]，它是一個(gè)針對(duì)德國(guó)中部農(nóng)業(yè)環(huán)境開發(fā)的動(dòng)態(tài)食物鏈模型。由于模型應(yīng)用的復(fù)雜性，ECOSYS 在其他國(guó)家的應(yīng)用研究較少，主要研究工作集中在北歐地區(qū)。Liland 等[11]用包含ECOSYS 的ARGOS 和其他模式組成模式鏈，用于挪威塞拉菲爾德后處理廠的核事故應(yīng)急評(píng)估，計(jì)算了事故條件下的食入劑量。Slavik等[12]對(duì)ECOSYS 在斯洛伐克共和國(guó)的本地化及應(yīng)用做了研究，在分析收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了新物種“苜?！钡膮?shù)，計(jì)算了切爾諾貝利事故后各食物的活度并與檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示模型結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)有較好的一致性。

隨著放射性核素生態(tài)環(huán)境遷移研究的深入和計(jì)算機(jī)性能的大幅提高，能更真實(shí)反映事故后核素遷移過程的動(dòng)態(tài)模型逐漸成為事故后果評(píng)估的主要方法。本文基于動(dòng)態(tài)模型理論和食物鏈模型ECOSYS 的計(jì)算方法，建立了基于我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)核事故農(nóng)業(yè)后果評(píng)估模型AgrRAM，為核事故應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。AgrRAM 是應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)模塊，它以大氣擴(kuò)散模型的結(jié)果為輸入，模型從沉積計(jì)算開始完整模擬了核事故后放射性塵埃在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中的沉積、遷移及最終形成農(nóng)產(chǎn)品活度的過程，考慮了生態(tài)環(huán)境變化及生物體自身的生長(zhǎng)過程，計(jì)算了隨時(shí)間變化的典型農(nóng)產(chǎn)品活度的時(shí)間、空間分布。用AgrRAM 模型對(duì)處于我國(guó)重要夏糧產(chǎn)地（黃淮海區(qū)域）的田灣核電廠進(jìn)行了假想事故后果計(jì)算并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了討論，說明新建模型AgrRAM 具有動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算的功能，真實(shí)反映了核事故后農(nóng)產(chǎn)品的活度分布，定量計(jì)算了核事故后農(nóng)業(yè)輻射效應(yīng)。由于缺乏核事故后農(nóng)作物的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，AgrRAM 模型通過與保守的平衡模型對(duì)比進(jìn)行了模型可靠性驗(yàn)證。

1 AgrRAM的模型結(jié)構(gòu)及主要計(jì)算過程

AgrRAM 模型計(jì)算主要分兩個(gè)部分：農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境沉積計(jì)算和核素遷移計(jì)算。模型的結(jié)構(gòu)及計(jì)算流程如圖1 所示，計(jì)算始于大氣擴(kuò)散模型的結(jié)果也可用環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入。模型的輸入數(shù)據(jù)有網(wǎng)格化的時(shí)間積分空氣活度濃度和降雨量等，輸出有地面沉積活度分布和農(nóng)產(chǎn)品比活度空間分布及時(shí)間序列。

1.1 沉積計(jì)算

放射性塵埃在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中的沉積分兩部分，一部分是植物葉面的直接沉積，另一部分是土壤的沉積。植物葉面干沉積計(jì)算考慮了大氣阻尼和植物冠層阻尼，在濕沉積計(jì)算中考慮了植物的截留作用。植物沉積計(jì)算主要過程如下：

式中：Ai是對(duì)于i 植物的總沉積量，Bq·m-2；Adi是對(duì)于i植物的干沉積，Bq·m-2；Aw是對(duì)于i 植物的濕沉積量，Bq·m-2；fwi是濕沉積截留因子；Cair是空氣積分濃度，Bq·m-3·s-1；Vi是對(duì)于植物i 的沉積速度，mm·s-1；Λ 是沖洗系數(shù)。沉積速度等參數(shù)的計(jì)算如下：

式中：Ra、Rc分別是大氣和植物冠層阻尼系數(shù)；U 是風(fēng)速，m·s-1；Zu、Z0分別是測(cè)風(fēng)高度和地表粗糙度，m；Vplant，max是植物最大沉積速度（模型內(nèi)部參數(shù)），m·s-1；LAIi、LAIi,max分別是計(jì)算時(shí)刻葉面指數(shù)和最大葉面指數(shù)。

對(duì)于土壤沉積的計(jì)算如下：

式中：As是土壤表面的總沉積量，Bq·m-2；Ads是土壤表面干沉積，Bq·m-2；Asoil，max是核素在農(nóng)田中的最大干沉積速度，m·s-1。

1.2 農(nóng)作物活度主要計(jì)算方法

核事故后農(nóng)作物的活度來自葉吸收和根吸收。在葉吸收計(jì)算中，植物活度除了來自初始沉積，還需要考慮生長(zhǎng)稀釋、天氣過程、核素衰減、核素易位等過程，這些過程都需通過參數(shù)化計(jì)算。根據(jù)過程不同葉吸收分為牧草、綠葉菜類、果實(shí)根莖類蔬菜和水果類、谷物類4 個(gè)基本計(jì)算模型。計(jì)算結(jié)果為各農(nóng)產(chǎn)品的比活度（鮮質(zhì)量），主要計(jì)算公式如下：

式中：Cil是來自葉吸收的活度，Bq·kg-1（FW）；Cir是來自根吸收的活度，Bq·kg-1（FW）；Yi是植物i 的單位產(chǎn)量，kg·m-2（FW）；λw、λr分別為天氣衰減因子和核素衰減率；TFi是土壤到植物i 的轉(zhuǎn)移因子；Cs是根部土壤的活度濃度，Bq·kg-1；As是土壤的總沉積，Bq·m-2；L是土壤深度，m；δ是土壤密度，g·m-3。

1.3 動(dòng)物產(chǎn)品活度主要計(jì)算方法

農(nóng)作物如牧草、玉米等作為飼料通過食入進(jìn)入家禽、家畜體內(nèi)，最終形成肉、蛋、奶中的活度。主要計(jì)算公式如下：

式中：Aanimal，i是動(dòng)物i 食入的活度，Bq；Ck是飼料k 的活度，Bq·kg-1（FW）；Ik，i是飼料k 的食入量，kg·d-1（FW）；Ci是動(dòng)物產(chǎn)品i的活度，Bq·kg-1（FW）；TFi是核素的轉(zhuǎn)移因子；λb，ij是核素j在農(nóng)產(chǎn)品i中的生物衰減率；ai，j和bi，j是核素在農(nóng)產(chǎn)品中的生物半衰期對(duì)應(yīng)參數(shù)。

1.4 建立模型內(nèi)部參數(shù)

由上述沉積和遷移計(jì)算公式可見，計(jì)算涉及大量生態(tài)參數(shù)，而生態(tài)參數(shù)有明顯的地域差異。AgrRAM模型建立后，對(duì)處于主要夏糧產(chǎn)地的田灣核電廠周邊200 km 進(jìn)行了生態(tài)參數(shù)調(diào)研和文獻(xiàn)研究[13-15]，建立了一套基于該農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的生態(tài)參數(shù)體系。農(nóng)業(yè)生態(tài)參數(shù)分為：農(nóng)業(yè)區(qū)域特定參數(shù)和一般參數(shù)（與核素性質(zhì)相關(guān)）。區(qū)域特定參數(shù)反映該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一般特征，具體如表1所示。

一般參數(shù)有：

（1）天氣衰減因子（由于天氣原因如風(fēng)、雨、霧等導(dǎo)致的放射性活度的衰減），根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚣敖涤昵闆r進(jìn)行設(shè)置。

表1 區(qū)域特定參數(shù)Table 1 Specific ecological parameters in a region

（2）核素在土壤中的浸出率、固定率、吸收率、再懸浮率。

（3）核素從土壤到植物的轉(zhuǎn)移因子（與土壤類型相關(guān)）。

（4）核素從飼料到肉蛋奶的轉(zhuǎn)移因子。

（5）核素在各農(nóng)作物中的易位因子。

（6）核素的生物半衰期。

除了天氣因子，其他參數(shù)均選擇了IAEA 技術(shù)報(bào)告[16]中的參數(shù)及JRODOS中的參數(shù)[17]。

2 田灣核電廠事故后果案例計(jì)算

2.1 核電廠址周邊農(nóng)業(yè)生態(tài)條件

田灣核電廠位于江蘇省最北部，處于山東、江蘇交界。該區(qū)域?qū)儆邳S淮海地區(qū)，本區(qū)光熱水分與地形條件耦合較佳，是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)。以田灣核電廠為中心（34.68°N，119.46°E），用AgrRAM 模型進(jìn)行200 km×200 km 范圍假想核事故農(nóng)業(yè)后果計(jì)算。該區(qū)域所屬行政區(qū)有：山東省臨沂市、日照市和江蘇省連云港市，依據(jù)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)年鑒收集特定生態(tài)參數(shù)。根據(jù)收集的環(huán)境氣象數(shù)據(jù)及地理數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行二級(jí)劃分[18]，分為兩個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)如圖2 所示，農(nóng)業(yè)及氣象特征如表2所示。

計(jì)算區(qū)域主要作物有：冬小麥、水稻、玉米、大豆、花生、甘薯、水果、蔬菜等，冬小麥和夏播玉米是該區(qū)的主要耕作方式。各農(nóng)作物的播種收獲時(shí)間如表3所示，典型農(nóng)作物的葉面指數(shù)如表4 所示，單位產(chǎn)量來自文獻(xiàn)和各地統(tǒng)計(jì)年鑒[19-21]。該區(qū)主要飼養(yǎng)家畜有牛、羊、豬和雞，養(yǎng)殖業(yè)特點(diǎn)是精飼料充足，但是粗飼料特別是青飼料不足。奶牛的青飼占比為50%，產(chǎn)肉家畜的青飼占比為17%。建立的飼料配方見表5。

2.2 模型計(jì)算條件

不同事故發(fā)生時(shí)間對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響不同，因此選擇2017 年4 月10 日、6 月1 日和10 月20 日分別進(jìn)行事故后果計(jì)算。收集田灣核電廠氣象鐵塔及周邊氣象站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，用擴(kuò)散模型進(jìn)行事故后的擴(kuò)散計(jì)算，以擴(kuò)散模型的空氣積分濃度作為AgrRAM 模型的輸入，進(jìn)行農(nóng)業(yè)事故后果計(jì)算。具體計(jì)算條件如表6所示。

表2 兩個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)的環(huán)境和農(nóng)業(yè)特征Table 2 Environmental parameters and agriculture features in two sub-region

表3 兩個(gè)放射生態(tài)區(qū)的農(nóng)作物生長(zhǎng)期Table 3 The growth and harvest period in two sub-region

表4 主要農(nóng)作物不同生長(zhǎng)期的葉面指數(shù)[月-日（葉面指數(shù)）]Table 4 The LAI of different plants in grown period

表5 兩個(gè)區(qū)域的飼料清單（kg·d-1，F(xiàn)W）Table 5 Feed list of both region 001 and region 002（kg·d-1，F(xiàn)W）

2.3 結(jié)果討論

2.3.1 農(nóng)產(chǎn)品的活度分布

不同事故發(fā)生時(shí)間對(duì)于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響不同，如果事故發(fā)生在作物生長(zhǎng)期，活度來自葉面直接沉積的葉吸收和土壤的根吸收，如果事故發(fā)生在播種之前或收割之后，則沒有直接沉積葉吸收，只有根吸收。為了展示活度隨時(shí)間的變化，選擇134Cs（ncs4）和半衰期較短的131I（nii1）進(jìn)行不同事故時(shí)間活度對(duì)比（134Cs 半衰期為2 a，131I 半衰期為8 d）。圖3～圖5 是3個(gè)事故發(fā)生時(shí)間農(nóng)產(chǎn)品在計(jì)算區(qū)域的比活度分布。事故發(fā)生在4 月10 日時(shí)的農(nóng)產(chǎn)品最大比活度分布如圖3 所示，青草和綠葉菜已經(jīng)處于生長(zhǎng)期，在青草和綠葉菜上發(fā)生了直接沉積。綠葉菜作為全部食用產(chǎn)品，葉吸收和根吸收導(dǎo)致綠葉菜較高的活度，而青草作為飼料通過遷移進(jìn)入奶牛和牛奶形成了牛奶中的活度，由于遷移過程對(duì)活度的消減作用，最終牛奶的活度小于綠葉菜的活度。同時(shí)綠葉菜收割后很快被全部食用，核素衰減時(shí)間短，而牛奶需考慮從青草到奶牛及牛奶的遷移時(shí)間，核素衰減也導(dǎo)致牛奶活度比綠葉菜低。對(duì)于冬小麥，由于播種時(shí)間為9月底10月初，因此沒有發(fā)生葉面直接沉積，活度來自土壤沉積后的根吸收，所以活度較低，131I對(duì)冬小麥未形成輻射危害（≤10-9Bq·kg-1FW）。在各個(gè)農(nóng)產(chǎn)品中，134Cs活度均高于131I，這主要是由于核素半衰期的差異，從事故發(fā)生到收獲農(nóng)產(chǎn)品，131I衰減較快，導(dǎo)致其活度降低。

表6 AgrRAM田灣核電案例計(jì)算條件Table 6 AgrRAM simulation conditions of Tianwan NPP

圖4 是事故發(fā)生在6月1日時(shí)各農(nóng)產(chǎn)品的比活度分布。青草和綠葉菜在6 月進(jìn)入成熟期，葉面指數(shù)達(dá)到最大值，當(dāng)此時(shí)發(fā)生事故，放射性塵埃在作物上的直接沉積將會(huì)最大。如圖所示，對(duì)于牛奶和綠葉菜事故后活度均處于較高分布，但是兩種作物從4 月到6月葉面指數(shù)增長(zhǎng)幅度較小，相同距離處活度略有增大。與圖3 相比，差別較大的是131I 在冬小麥中的活度分布。這是由于事故時(shí)間6 月距離冬小麥播種時(shí)間比4 月更接近，所以對(duì)于短半衰期的131I，冬小麥活度雖比4 月增大，但也未形成輻射危害（≤10-8Bq·kg-1FW）。

事故發(fā)生在10月20日時(shí)各農(nóng)產(chǎn)品最大比活度分布如圖5 所示，此時(shí)變化最大的仍然是131I 在冬小麥中的比活度分布。由于10 月初冬小麥已經(jīng)播種，發(fā)生了在幼苗上的直接沉積，最大比活度增至1×10-3Bq·kg-1FW，但仍未形成輻射危害。綠葉菜和青草在10 月仍然處于生長(zhǎng)期，活度略有降低但變化不明顯。對(duì)于其他作物例如水稻、玉米等已經(jīng)收割的作物，事故發(fā)生在10 月與4、6 月相比變化較大，這些作物的活度來自下一個(gè)生長(zhǎng)季的根吸收，對(duì)于短半衰期的131I，當(dāng)下一季作物收割時(shí)，131I活度水平降至很低。

從上述計(jì)算結(jié)果可見，對(duì)于動(dòng)態(tài)模型，由于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品自身變化，不同事故時(shí)間的事故后果有很大差異，同一事故不同農(nóng)產(chǎn)品的污染水平也不相同。AgrRAM 模型展示了動(dòng)態(tài)的計(jì)算過程，更真實(shí)地反映了實(shí)際事故后果。對(duì)于農(nóng)作物影響最嚴(yán)重的事故是發(fā)生在植物生長(zhǎng)期，放射性塵埃直接沉積在葉面進(jìn)入作物，如果事故發(fā)生在臨近收割之前，事故后果最嚴(yán)重。為了對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行定量活度對(duì)比，采用日本福島事故數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：事故為137Cs 的沉積，沉積量為100 kBq·m-2（日本福島核事故30 km 范圍內(nèi)137Cs典型的沉積水平），計(jì)算3 個(gè)上述事故時(shí)間各農(nóng)產(chǎn)品的最高活度，結(jié)果如圖6所示。當(dāng)事故發(fā)生在4月時(shí)，只有牛奶、羊肉、牛肉、雞肉的比活度超出了一般食品的限值（1 000 Bq·kg-1FW）[22]，這些動(dòng)物產(chǎn)品的活度來自飼料如青草等。當(dāng)事故發(fā)生在6 月時(shí)，只有大蔥、雞肉、雞蛋的比活度未超限值，其他產(chǎn)品都超過了限值。當(dāng)事故發(fā)生在10 月時(shí)，青草、綠葉菜、牛奶、大蔥、牛肉、羊肉的比活度超過限值。牛、羊肉中高的活度是由于飼料中的青草及儲(chǔ)存干草的高活度。10 月一些作物的低活度是由于沉積發(fā)生在收割之后，活度來自下一個(gè)季節(jié)土壤向植物的轉(zhuǎn)移。

2.3.2 典型農(nóng)作物的活度時(shí)間序列

不同核素半衰期不同，圖7 是事故發(fā)生在6 月1日時(shí)131I和134Cs在不同農(nóng)產(chǎn)品中的比活度時(shí)間序列對(duì)比。比活度結(jié)果輸出從各農(nóng)產(chǎn)品的收割日開始，橫坐標(biāo)為時(shí)間步長(zhǎng)（圖中所示是從收割日到第60 個(gè)時(shí)間步的計(jì)算結(jié)果）。由于半衰期不同，131I 衰減速度很快，而134Cs 活度變化比較平緩。在青草中，由于生長(zhǎng)期和收割期較長(zhǎng)，所以核素直接沉積在青草上并形成較高的活度。但是隨著時(shí)間的推移，131I 沉積發(fā)生后的175 d 活度已降至700 Bq·kg-1FW，而134Cs 活度仍然高達(dá)9.58×1010Bq·kg-1FW。對(duì)于該地區(qū)的中稻，由于沉積發(fā)生在播種之前，活度主要來自土壤向根的遷移，從沉積到水稻收割的190 d，131I 活度大幅衰減，收割時(shí)只有60 Bq·kg-1FW，而134Cs 活度達(dá)6×109Bq·kg-1FW，134Cs 在第40 a 活度才會(huì)降至幾百Bq·kg-1FW。青草中高的活度濃度導(dǎo)致牛奶中的高活度（假設(shè)牛飼料中的青草均來自本地區(qū)），在沉積發(fā)生后第235 d，牛奶中131I 活度就降至100 Bq·kg-1FW，滿足了GB/T 18871—2002 標(biāo) 準(zhǔn)，但134Cs 活 度 一 直 在1×1012Bq·kg-1FW 數(shù)量級(jí)，同樣大約40 a 后活度才會(huì)降至幾百Bq·kg-1FW。綠葉菜與青草類似，有較長(zhǎng)的生長(zhǎng)期及收割期，雖然初始活度較高，但是在沉積發(fā)生后的210 d 時(shí)131I 的活度就降至幾百Bq·kg-1FW，但是134Cs 活度一直較高，40～50 a 后活度將降至幾百Bq·kg-1FW。

3 AgrRAM模型的驗(yàn)證分析

AgrRAM 模型計(jì)算流程簡(jiǎn)潔清晰，計(jì)算結(jié)果的精確性基于真實(shí)可靠的農(nóng)業(yè)生態(tài)參數(shù)及輸入的大氣擴(kuò)散模型的結(jié)果。AgrRAM 驗(yàn)證分析由兩部分組成：第一部分是對(duì)于模型本身參數(shù)靈敏度的測(cè)試分析；第二部分是與平衡模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證模型的可靠性。

3.1 模型參數(shù)靈敏度測(cè)試

3.1.1 葉面指數(shù)

放射性塵埃沉積在植物或土壤上，沉積量的大小決定了農(nóng)業(yè)環(huán)境的活度水平，而核素的沉積速度和氣象條件影響了沉積量的大小。AgrRAM 中假設(shè)事故形成的是放射性氣溶膠，農(nóng)作物上的沉積速度計(jì)算見公式（4）。由公式可見沉積速度與作物的最大沉積速度和葉面指數(shù)相關(guān)，作物的最大沉積速度由模型內(nèi)部參數(shù)給出，所以選擇不同的葉面指數(shù)進(jìn)行模型參數(shù)靈敏度測(cè)試。

3.1.2 轉(zhuǎn)移因子

放射性核素在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的遷移包括土壤到作物的遷移（轉(zhuǎn)移因子）和核素在作物內(nèi)部的易位（易位因子），其中轉(zhuǎn)移因子的作用更重要。IAEA EMRAS項(xiàng)目（2003—2011）生物工作組對(duì)11 種來源的轉(zhuǎn)移因子進(jìn)行了分析研究，并出版了IAEA TRS NO.472[23]等系列報(bào)告，研究指出不同來源的轉(zhuǎn)移因子導(dǎo)致最終活度在1～2個(gè)數(shù)量級(jí)范圍的變化。

選擇代表性農(nóng)作物和核素兩組不同的轉(zhuǎn)移因子進(jìn)行參數(shù)靈敏度測(cè)試，改變?nèi)~面指數(shù)和轉(zhuǎn)移因子，其他參數(shù)不變進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算條件如表6。圖8 所示是事故發(fā)生在4月10日時(shí)的活度對(duì)比。

由圖8a和圖8b可見，當(dāng)葉面指數(shù)增大10%時(shí)，綠葉菜的活度變化比較明顯，其他作物差別不明顯，這是因?yàn)檗r(nóng)作物的葉面指數(shù)變化范圍很小，進(jìn)入成熟期各作物的葉面指數(shù)差別不大，所以葉面指數(shù)對(duì)活度變化的影響較小。131I和137Cs 在綠葉菜中的活度變化大于90Sr。由圖8c和圖8d可見，放射性核素從土壤向農(nóng)作物的轉(zhuǎn)移因子與作物最后的活度水平直接相關(guān)。由于計(jì)算的事故時(shí)間為大部分作物播種之前，此時(shí)核素由土壤到植物的轉(zhuǎn)移因子與最終的活度水平是線性關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)移因子增大為模型設(shè)定數(shù)值的10 倍，計(jì)算結(jié)果也為原來的10 倍。綠葉菜的活度計(jì)算與其他作物的計(jì)算方式不同，而且活度除了根吸收還有葉面直接沉積。

3.2 驗(yàn)證分析

核事故后農(nóng)作物的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)難以獲得，而且事故發(fā)生地的生態(tài)參數(shù)、地理和氣候數(shù)據(jù)也難以收集，因此無法用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行AgrRAM 模型的驗(yàn)證。為了檢驗(yàn)AgrRAM 結(jié)果的合理性，采用與傳統(tǒng)的平衡模型對(duì)比進(jìn)行模型可靠性驗(yàn)證。平衡模型計(jì)算方法是由環(huán)境到作物直接遷移，不考慮生態(tài)環(huán)境的變化，長(zhǎng)期被用來作為食物鏈模型的計(jì)算方法，為后果評(píng)估系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。為了評(píng)估AgrRAM 模型的可靠性，用兩個(gè)模型進(jìn)行平行計(jì)算，計(jì)算單位沉積量的最大比活度，結(jié)果見表7～表9。

由AgrRAM 與平衡模型的結(jié)果對(duì)比可見，兩個(gè)模型對(duì)于農(nóng)作物的比活度偏差在3 倍左右，對(duì)于動(dòng)物產(chǎn)品的比活度偏差在5 倍左右，說明了AgrRAM 模型結(jié)果的可靠性。正如很多研究指出，在所有環(huán)境遷移模型中，生態(tài)環(huán)境的遷移模型不確定性最大，這是因?yàn)槿狈A(chǔ)的生態(tài)參數(shù)和用于模型驗(yàn)證的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。隨著目前國(guó)際間的合作及大量基礎(chǔ)研究的進(jìn)行，模型相關(guān)的生態(tài)參數(shù)會(huì)更精確，模型的驗(yàn)證工作也會(huì)更有效。

表7 AgrRAM 和平衡模型關(guān)于核素137Cs比活度對(duì)比Table 7 The specific activity comparison of AgrRAM and equilibrium model about137Cs

表9 AgrRAM 和平衡模型關(guān)于核素90Sr比活度對(duì)比Table 9 The specific activity comparison of AgrRAM and equilibrium model about 90Sr

4 結(jié)論

基于動(dòng)態(tài)模型理論和食物鏈計(jì)算方法，建立了動(dòng)態(tài)核事故農(nóng)業(yè)后果評(píng)估模型AgrRAM，并對(duì)田灣核電廠址進(jìn)行了假想核事故農(nóng)業(yè)后果的評(píng)估計(jì)算。AgrRAM 計(jì)算了事故后農(nóng)產(chǎn)品中隨時(shí)間、空間變化的比活度分布，定量描述了核事故后農(nóng)業(yè)環(huán)境的輻射效應(yīng)。模型應(yīng)用研究中的主要結(jié)論如下：

表8 AgrRAM 和平衡模型關(guān)于核素131I比活度對(duì)比Table 8 The specific activity comparison of AgrRAM and equilibrium model about 131I

（1）不同核事故發(fā)生時(shí)間對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品中活度影響很大，尤其對(duì)于短半衰期核素，事故發(fā)生在農(nóng)作物生長(zhǎng)期時(shí)，事故后果最嚴(yán)重。

（2）不同轉(zhuǎn)移因子的取值導(dǎo)致活度水平最大達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)的波動(dòng)，說明轉(zhuǎn)移因子對(duì)最終活度影響很大，尤其是在只有根吸收的情況下。不同生長(zhǎng)期葉面指數(shù)的差異會(huì)影響最終活度水平。

（3）在相同條件下AgrRAM 與傳統(tǒng)平衡模型進(jìn)行對(duì)比，對(duì)于農(nóng)作物的比活度偏差在3 倍左右，對(duì)于動(dòng)物產(chǎn)品的比活度偏差在5 倍左右，說明了AgrRAM 結(jié)果的可靠性。