崔守信，張洪海，門 武

(1.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100；2.自然資源部第三海洋研究所、海洋放射性技術(shù)與環(huán)境安全評估實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361005；3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室、海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071)

廈門是我國著名的宜居和濱海旅游城市，環(huán)境質(zhì)量狀況是其重要的基石。對于廈門鄰近海域而言，潛在輻射風(fēng)險(xiǎn)源主要有兩個(gè)方面，其一是福島核事故泄露的放射性廢物，其二是福建省核電站排放的放射性廢物。2011年3月日本福島發(fā)生的7級核事故及其后續(xù)影響使海洋環(huán)境的放射性污染成為全世界最為關(guān)心的環(huán)境問題之一[1-2]。福島核事故已經(jīng)過去10年, 但后續(xù)的核廢物處置及污染問題還遠(yuǎn)未結(jié)束，在這10年中，各種福島事故放射性廢水泄漏的新聞不絕于耳[3]。2020年，日本政府?dāng)M將福島核電站存放的約123萬噸放射性廢水排放入太平洋，此舉一經(jīng)報(bào)道，即遭到日本國內(nèi)和國際社會的諸多反對。但事實(shí)上，日本對于日益增多的放射性廢水束手無策，儲液罐儲存能力飽和，又無其他好的辦法，最終還是會排入大海了事。這些放射性廢水一經(jīng)排入西太平洋，在西太平洋副熱帶模態(tài)水的作用下，短短15個(gè)月左右就能輸運(yùn)至臺灣島東南部的西太平洋海域[4]，之后再越過呂宋海峽進(jìn)入我國南海東北部，進(jìn)而不可避免地輸運(yùn)至廈門鄰近海域，成為廈門鄰近海域的一個(gè)輻射風(fēng)險(xiǎn)源[5]。核電方面，雖是清潔能源，但一旦發(fā)生事故就會釀成危害或?yàn)?zāi)難，例如美國三里島、前蘇聯(lián)切爾諾貝利[6]以及日本福島核事故，不斷加劇人們對核的心理恐慌。核電站雖有嚴(yán)格的放射性廢物排放控制措施，但終究還是會有少量的放射性物質(zhì)被排進(jìn)海洋[7-8]，一旦發(fā)生核事故，大量高放射性物質(zhì)將被釋放入海，影響海洋生態(tài)系統(tǒng)。福建省寧德和福清核電站分別于2013年4月和2014年11月投入商業(yè)運(yùn)營，漳州核電站正在建設(shè)中，這些核電站距廈門不遠(yuǎn)，排放的放射性廢物隨著閩浙沿岸流的輸運(yùn)和海水交換也會進(jìn)入廈門鄰近海域，成為另一個(gè)輻射風(fēng)險(xiǎn)源。

迄今，廈門鄰近海域還未有較為系統(tǒng)和完備的放射性數(shù)據(jù)資料，在人們異常關(guān)注核輻射危害的背景下，有必要對廈門鄰近海域海洋放射性水平進(jìn)行研究。本研究對2015年2月和8月廈門鄰近海域海水和沉積物中的主要人工和天然放射性核素的含量水平和分布特征進(jìn)行了分析和評估，相關(guān)結(jié)果可作為該海域在福建核電站運(yùn)行之后，或是將來日本福島核事故影響到我國近岸海域之后的海洋放射性環(huán)境評價(jià)以及風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而為管理部門提供應(yīng)對類似于“日本福島核事故之后的搶鹽風(fēng)波”和“廈門口岸驅(qū)離受福島核泄漏污染商船”等相關(guān)事件的管理決策和風(fēng)險(xiǎn)控制依據(jù)。并且為廈門市放射性污染控制、鄰近海域輻射安全保障、海洋核應(yīng)急提供相關(guān)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

分別于2015年2月和8月在廈門鄰近海域開展樣品采集工作，2月份采集海水樣品和沉積物樣品，8月僅采集海水樣品，共布設(shè)12個(gè)站位，站位信息如圖1所示。按照《海洋環(huán)境放射性核素監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》要求進(jìn)行樣品采集[9]，用潛水泵抽取2 m以淺的表層海水125 L，鹽酸酸化至pH=2，密封保存。用抓斗采泥器采集表層沉積物樣品1～2 kg，密封保存。

圖1 廈門鄰近海域采樣站位圖Fig. 1 Map of sampling stations in the waters adjacent to Xiamen

1.2 樣品處理與測量

本研究測量了海水樣品中總鈾、90Sr、226Ra、58Co、60Co、134Cs、137Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn及海洋沉積物中238U、90Sr、226Ra、58Co、60Co、134Cs、137Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn、232Th、40K的放射性活度。樣品中核素富集與測量方法見《海洋環(huán)境放射性核素監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》[9]、《海洋沉積物中放射性核素的測定 γ能譜法》[10]、《水中放射性核素的γ能譜分析方法》[11]、《水中微量鈾分析方法》[12]等國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

本研究采用γ能譜儀對海水中的226Ra、58Co、60Co、134Cs、137Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn等核素的活度進(jìn)行分析。樣品的前處理和分析流程如下：用氯化銀沉淀富集110mAg，用磷鉬酸銨(AMP)吸附134Cs和137Cs，用硫酸鋇沉淀載帶226Ra，用氫氧化鐵共沉淀載帶58Co、60Co、59Fe、54Mn、和65Zn，合并沉淀物。利用Canberra GR4021 型高純鍺γ能譜儀(相對效率40%)測量各核素活度，測量時(shí)間為12～24 h，選擇下列γ射線特征峰計(jì)算各核素活度：226Ra(295.21、351.92、609.31 keV)、232Th(238.63、338.32、583.9、911.07、969.11 keV)、40K(1 460.8 keV)、137Cs(661.7 keV)、134Cs(604.9 keV)、60Co(1 173.2、1 332.5 keV)、58Co(810.76 keV)、238U(63.29、92.5 keV)、54Mn(834.83 keV)、110mAg(657.75 keV)、59Fe(1 099.2 keV)、65Zn(1 115.5 keV)。海水90Sr活度采用二-(2-乙基已基)磷酸(HDEHP)萃取法，利用低本底β計(jì)數(shù)器(Ortec MPC-9604型)測量?？傗櫇舛炔捎眉尤霟晒庠鰪?qiáng)劑的激光熒光法，用激光測鈾儀(WGJ-III型)測量。

沉積物樣品經(jīng)除去雜物、烘干、研磨、過篩(80目)后進(jìn)行沉積物γ核素和90Sr活度分析，所用的γ能譜儀和β計(jì)數(shù)器與測量海水所用的儀器相同。取處理后的沉積物干樣品300 g裝入樣品盒中壓實(shí)密封，放置20 d后以使鐳同位素與子體達(dá)到放射性平衡[13]，用γ能譜儀測量(測量時(shí)間為12～24 h)，儀器效率刻度用GBW08403a沉積物環(huán)境放射性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(中國計(jì)量科學(xué)研究院)進(jìn)行測定。取沉積物干樣品100 g經(jīng)除Fe、Bi、Th核素后，用二-(2-乙基已基)磷酸(HDEHP)-β計(jì)數(shù)法測定90Sr活度。

本研究海水及沉積物樣品中核素活度測量具體方法和儀器檢測下限見表1。

表1 放射性核素活度檢測方法信息

2 結(jié)果與討論

2.1 海水中各核素的活度水平和時(shí)空分布特征

2.1.1 放射性活度水平 廈門鄰近海域2015年2月和8月的海水中放射性核素的活度水平如表2所示。2015年2月冬季航次調(diào)查結(jié)果顯示廈門近岸水體中總鈾濃度為(1.72±0.26)～(2.88±0.16)μg/L，平均含量(2.43±0.28)μg/L，226Ra的活度范圍為(2.53±0.44)～(7.04±0.92)Bq/m3，平均值(4.12±0.52)Bq/m3，137Cs的活度范圍為(1.07±0.10)～(1.78±0.18)Bq/m3，平均值(1.38±0.14)Bq/m3，90Sr的活度范圍為(0.66±0.06)～(2.40±0.12)Bq/m3，平均值(1.02±0.07)Bq/m3。134Cs、110mAg、60Co、58Co、54Mn、65Zn、59Fe未檢出。2015年8月夏季航次，226Ra的活度范圍為(4.33±0.69)～(10.87±1.34)Bq/m3，平均值(6.46±1.07)Bq/m3；137Cs的活度范圍為(1.13±0.12)～(1.71±0.17)Bq/m3，平均值(1.43±0.15)Bq/m3；90Sr的活度范圍為(0.55±0.06)～(1.90±0.07)Bq/m3，平均值(1.05±0.07)Bq/m3；和冬季航次相同，海水中134Cs、110mAg、60Co、58Co、54Mn、65Zn、56Fe未檢出。

為了更好了解本研究海域的放射性活度水平，將研究數(shù)據(jù)與國內(nèi)多個(gè)核電站包括福清[14-16]、昌江[17]、三門[18]、田灣[19]、陽江[20]及海陽[21]等核電站周圍海域在核電站建設(shè)之前的本底水平以及我國近海海水[22-23]、深圳近海[24-25]、大亞灣[26]、青島近海[27]中的放射性核素活度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比(表3)。結(jié)果顯示，廈門鄰近海域海水中總鈾濃度低于青島近海海域(2.46～4.59 μg/L)、山東海陽核電鄰近海域(2.96～3.58 μg/L)和東海(1.87～3.60 μg/L)，高于浙江三門核電鄰近海域(0.22～2.18 μg/L)。海水中人工放射性核素90Sr和137Cs的平均活度在核電站周圍海水、環(huán)境水體中處于較中等偏下水平，在我國近海水體環(huán)境中處于較低水平。226Ra活度的平均值與其他海域(核電海域和近海)相比水平較高。根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[28]，本研究海水90Sr和137Cs的活度遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的活度限值(90Sr: 4 000 Bq/m3和137Cs: 700 Bq/m3)，符合海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 2015年2月和8月廈門鄰近海域海水放射性水平

表3 廈門鄰近海域與其他海域海水放射性水平比較

續(xù)表

2.1.2 空間分布及季節(jié)變化137Cs為人工放射性核素，主要來源于上世紀(jì)50～80年代的大氣核試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性物質(zhì)的全球性或局地性沉降[29]。2015年2月和8月廈門鄰近海域表層水中137Cs的活度分布見圖2(a)、(b)，這兩個(gè)時(shí)間分別對應(yīng)冬夏兩季，各采樣時(shí)期內(nèi)活度變化范圍不大，無顯著的分布特征，季節(jié)間的活度范圍大致相同，在冬季和夏季海水中137Cs的平均活度分別為(1.38±0.14)、(1.43±0.15)Bq/m3，平均值相差很小，季節(jié)性差異不明顯。

90Sr也是人工放射性核素，同樣主要來源于上世紀(jì)50～80年代的大氣核試驗(yàn)，2015年2月和8月廈門鄰近海域表層水中90Sr的活度分布見圖2(c)、(d)。對于單個(gè)采樣時(shí)間內(nèi)，研究海區(qū)北部的90Sr活度小于南部，此外無顯著的分布特征，和137Cs一樣，90Sr在冬季和夏季海水中的平均活度分別為(1.02±0.07)、(1.05±0.07)Bq/m3，兩個(gè)季節(jié)平均值相差很小，季節(jié)性差異不明顯。

226Ra是天然放射性核素，冬季和夏季在廈門鄰近海域表層的226Ra活度分布見圖2(e)、(f)，從空間分布上看，兩個(gè)季節(jié)的活度高值區(qū)均出現(xiàn)在距離陸地較近的廈門島北部，并且隨著離岸距離的增加，活度水平逐漸減小，特別是夏季226Ra的活度分布特征更為明顯，并且研究區(qū)域北部活度水平高于南部，8月份226Ra活度水平高于2月份，是由于夏季河流輸入了更多的陸源鐳同位素造成的[30]。

鈾是天然放射性核素。2015年冬季廈門鄰近海域表層水中總鈾濃度分布見圖2(g)?？傮w來看，總鈾濃度變化范圍較小，無顯著的分布特征。

2.2 海洋沉積物中的放射性核素活度水平和分布特征

研究海域的海洋沉積物的放射性核素活度水平見表4，其中226Ra的活度范圍為(20.3±1.9)～(47.0±4.3)Bq/kg，平均值為(37.1±3.4)Bq/kg，137Cs的活度范圍為ND(未檢出)～(0.93±0.09)Bq/kg，平均值(0.65±0.07)Bq/kg，90Sr的活度范圍為(0.12±0.04)～(0.87±0.05)Bq/kg，平均值(0.55±0.04)Bq/kg，238U的活度范圍為(19.4±3.0)～(83.5±10.6)Bq/kg，平均值(48.0±6.2)Bq/kg，232Th的活度范圍為(27.3±2.8)～(81.3±8.1)Bq/kg，平均值(56.0±5.6)Bq/kg，40K的活度范圍為(370.5±22.8)～(693.0±42.0)Bq/kg，平均值(540.0±33.3)Bq/kg。134Cs、110mAg、60Co、58Co、54Mn、65Zn和59Fe未檢出。從廈門近海沉積物中這些人工或天然放射性核素的分布圖中得出其分布并無顯著規(guī)律(圖3)。為了更好地了解廈門鄰近海域海底沉積物中放射性核素水平，將本研究結(jié)果與青島近海[27]、大亞灣[26]、珠江口[31]、深圳近海[24-25]、長江口[32]、大亞灣核電[33]、昌江核電[34]等海域沉積物放射性核素水平數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。結(jié)果(表5)顯示，整體上廈門近岸海域137Cs活度水平低于其他核電海域及我國部分近岸海域，90Sr的活度水平處于較低水平，40K處于中間水平，232Th高于其他海區(qū)，226Ra和其他海區(qū)的活度分布范圍大致相同。

2.3 廈門鄰近海域海洋放射性環(huán)境質(zhì)量分級評價(jià)

2015年廈門鄰近海域海水及海洋沉積物的放射性核素活度水平處于我國海洋放射性水平變化范圍以內(nèi)，處于正常狀況。但從環(huán)境質(zhì)量的角度來講，這樣的評價(jià)還不夠，還需進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分級評價(jià)。目前，我國已有海洋放射性環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法及其配套軟件(MREQA V1.0)軟件，該軟件包括海洋放射性環(huán)境效應(yīng)、海洋放射性環(huán)境質(zhì)量分級和低放廢物長期排放的潛在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法3個(gè)模塊[35-36]。其中的海洋放射性環(huán)境質(zhì)量分級模塊將海洋環(huán)境放射質(zhì)量分為4級：第1級屬于安全級別，為放射性環(huán)境質(zhì)量最好的一級，海洋環(huán)境(海水和海洋沉積物)放射性水平處于海洋背景值范圍以內(nèi)，評判標(biāo)準(zhǔn)為海洋中放射性核素的最高濃度值均不超出其背景范圍值；第2級仍然屬于安全級別，海洋放射性環(huán)境質(zhì)量次之。海洋環(huán)境放射性水平高于本底水平，但還未危害到人類和海洋生物的健康，評判標(biāo)準(zhǔn)為海洋中參考放射性核素濃度高出本底水平，但仍然在人類和海洋生物的安全濃度限值以內(nèi)；第3級屬于危險(xiǎn)級別，海洋環(huán)境放射性水平超出人類的輻射安全范圍，但還未危害到海洋生物的健康，評判標(biāo)準(zhǔn)為海洋中參考放射性核素濃度高出人類安全限值濃度，但還未超出海洋生物安全濃度限值；第4級屬于最危險(xiǎn)級別，海洋環(huán)境放射性水平危害到海洋生物健康，評判標(biāo)準(zhǔn)為海洋中參考放射性核素濃度高出海洋生物安全濃度限值。利用該模塊對廈門鄰近海域放射性質(zhì)量狀況進(jìn)行評價(jià)，得出海水放射性質(zhì)量為2級，屬于安全級別，放射性水平超出海洋的背景范圍(1997—2007年我國沿海海洋環(huán)境中的放射性范圍)，但還未危害到人類及海洋生物的健康；海洋沉積物放射性環(huán)境質(zhì)量為1級，屬于安全級別，放射性水平處于海洋的背景范圍(1997—2007年我國沿海海洋環(huán)境中的放射性范圍)以內(nèi)。

圖2 2015年2月和8月廈門鄰近海域表層海水中137Cs、90Sr、226Ra活度和總鈾濃度分布Fig. 2 Distributions of 137Cs, 90Sr, 226Ra and U in surface seawater around Xiamen in February and August 2015137Cs、90Sr、226Ra的活度單位為Bq/m3，總鈾濃度單位為μg/L。

表4 2015年2月廈門鄰近海域海洋沉積物放射性核素活度水平

續(xù)表

圖3 2015年2月廈門鄰近海域沉積物中90Sr、137Cs、226Ra、232Th、238U及40K活度分布Fig. 3 Distributions of 90Sr, 137Cs, 226Ra, 232Th, 238U and 40K in marine sediments around Xiamen in February 2015圖中各核素活度單位為Bq/kg。

表5 廈門鄰近海域與其他海域沉積物中放射性水平比較

續(xù)表

從上述結(jié)果可以看出，2015年廈門附近海域未觀測到放射性污染，未來將持續(xù)監(jiān)測該海域水體和沉積物的放射性水平，以有效跟蹤廈門市鄰近海域的放射性變化情況。

3 結(jié)論

本研究通過觀測廈門鄰近海域海水和沉積物中的放射性核素活度來評價(jià)其海洋環(huán)境放射性質(zhì)量狀況。結(jié)果顯示，2015年春季和夏季海水中放射性核素活度水平并無顯著差異(總鈾、90Sr、226Ra、137Cs無明顯差異，58Co、60Co、134Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn均未檢出)，海水中的90Sr和137Cs最高活度遠(yuǎn)低于國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，海水及海洋沉積物的放射性核素活度水平處于我國海洋放射性水平變化范圍以內(nèi)。對放射性質(zhì)量狀況進(jìn)行分級評價(jià)得出廈門鄰近海域海水放射性質(zhì)量為2級，海洋沉積物放射性環(huán)境質(zhì)量為1級，均屬于安全級別。2015年廈門附近海域未觀測到放射性污染。