全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 ! 月 第 ∀ 卷 第 ∀ 期
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黄土区土壤放射性的生物循环
张钟先 ’ 王 农 郝玉怀 刘普灵 冲国科学院西北水土保持研究所准西杨陵 < = ! 3
【摘要 > 研究了不同类型土壤中放射性物质的生物学循环和 平衡 问题 8 结果表明 , 土壤中放射性核
素剖面分布的总趋势是沿发生层往下逐步减少 8 其生物积聚系数 因不 同核 素而变动在 8 !? 一 8 ∀
间 8 放射性物质在各类植物体内的含量顺序是 9牧草≅ 农业作物3 灌木3 果树≅ 乔木 8 植物对 。 放射
性的富集系数一般均小于 ! 8 ! , 而 Α放射性的富集系数大都处于 。8 Β 一 8 ! 间 8 不同土地利用情况下
土壤放射性可分为积累 、消耗和中间 种平衡类型 8
关键词 土壤放射性 生物循环
Χ ΔΕ 6ΦΓ Η6 Ε Ι Β ! ϑ Κ Λ ΔΕ Κ Γ 7ΔΜ Δ7Φ ΔΝ ΗΕ 6 ΟΟ Κ ϑ 6 Κ 8 Π Θ Κ Ν Ρ Π ΘΕ Ν Ρ Σ 玄Κ Ν 8 Τ Κ Ν Ρ & Ε Ν Ρ , ∃ Κ Ε 5 Υ ΘΥ Κ Δ Κ Ν Λ . ΔΥ 0Υ Ης
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∴ 6 Φ Ω Ε ϑ Λ Ο Β ! ϑ ΚΛ ΔΕ Κ 6 7 ΔΜ Δ7Φ , Χ ΔΕ 6 Φ6 Η6 8
引 言
土壤放射性是对生命机体产生潜在影响的
生态因素之一 这些不易被人觉察的放射性对
人体的危害要 比一般化学毒性大若干数量级 8
放射性物质进入人体主要通过食物 , 而人类所
消费的食物大部分来 自陆地 , 土壤又供养着整
个陆地生态系统 8 因此可以认为 , 土壤是陆地生
态系统中天然放射性元素的源泉和生物循环的
基础 8
随着能源开发和农业化学化进程 , 天然放
射性元素逐渐往农业生态系统转移 、富集 , 使得
土壤一植物环节内的放射性水平增高 8 通过食物
链给人体以较高的辐照量 8 因此 , 研究黄土地区
在不同土地利用情况下土壤放射性物质的生物
循环与平衡问题有其普遍意义 8
= 研究方法
在黄土高原选择黄绵土 、黑沪土 、红油土和黑壮土
∀ 种类型土壤 , 按发生层 次取样 8 同时选取植物 ! 种
2包括农作物 、牧草 、果树和乔灌木 3 , 分根 、茎 、叶 、果穗
等部位采集 8 经风干 、 粉碎后拌匀取样 8 灰化成灰样待
测 8
总 。 、 Α放射性在 /) 一 = ? ! 型 ] 、Α弱放射性测量装
置 内测定 , 重复 次 8 总 。 测量的相对偏差为 : 一 Β ⊥ <
总 Α 为 = 一 Β ⊥ 8
天然放射性核素”‘ , Κ 、 = , , Ζ Θ 和月∗∴ 用 & Κ Η2Ζ %3低
本底探头配 合多道 Φ 能谱仪 测定 8 能谱解析用逐道最
小二乘法解谱程序在微机 上进行 8 ’” + 用中子活化分
析法测量 8 其测量准确度是 9 + , Β ⊥ < Ζ Θ , ? 8 Β ⊥ < , Κ ,
? 8 。⊥ < ∴ , 8 ! ⊥ 8
结果与讨论
8 现在福建农业科学院中心实验室工作 8
本文于 , Η 年 ? 月 = ∀ 日 文至小 = 年 Η23 月 = 日改回 8
8 土壤放射性元素含量与剖面分布
本地区土壤主要发育在黄土风化壳上 , 并
由东南往西北分别在森林草原 、 干草原和荒漠
: = 应 用 生 态 学 报 ∀ 卷
草原 个生物气候带影响下 , 依次形成了褐土 、 的放射性元素积聚在腐殖质层 8 该层富含粘粒
黑庐土和灰钙土 种类型的 自然土壤 8 同时由 和有机质 , 对重金属元素有较大的吸收容量 , 因
于黄土高原强烈的土壤侵蚀和人类长期的农业 而各种放射性元素在腐殖质层均出现峰值 8 楼
生产活动 , 又分别形成了初育的黄绵土和耕种 土是一种有数千年耕种历史的古老土壤 8 长期
性搂土 8 施用大量厩肥 , 使牧草从草地土壤吸收的放射
从表 可见 , 各类型土壤间放射性元素含 性元素人为地转移到农地 8 因此 , 虽然耕层表现
量的顺 序是 9 黄 绵土 _ 黑壮土毛黑沪 土簇缕 出元 素 淋 失的 迹 象 , 但 整 个 熟 化 层 中= : +
土 8 ‘。∴ 及其总 日放射性分异较小 8 可见 ,黄土区 和’“ , Κ 的积 聚系数仍高达 8 =Β 一 8 =: , ’ , Ζ Θ
土壤中夭然放射性元素含量从西北往东南逐渐 和‘。∴ 为 8 ! 一 8 ·
增大 , 具有明显的地带特征 8 这主要受黄土母质 土壤的 Ζ Θ ⎯ + 值一般均 随发 生层往下逐
粘粒含量所制约 , 但成土过程中的生物积聚作 渐增大 , 熟化度高的耕种性土壤尤为明显 8 这是
用亦不容忽视 8 随着生物量 自北往南加大 , 这种 由于铀常为有机质强烈鳌合 , 积聚在熟化土壤
积聚作用也逐渐增强 , 以致放射性元素地带性 中 , 而牡却形成一种 “ 鳌合淋溶物”缓慢下移 8 因
分布的差异更为明显 8 此外 , 人类的生产活动也 此上层熟化土壤的 Ζ Θ ⎯ + 值相对偏低 8
是重要的影响因素 8 8 = 几种植物对土壤放射性的吸收富集
放射性元素在土壤发生层中的分布模式不 各种植物体 内放射性水平差别悬殊 8 仅就
仅反映其成土历程 , 而且还决定了它们通过植 ! 种植物的各部位间 , 总 Κ 放射性的变化幅度
物吸收进入食物链的数量和强度 8 本地区土壤 · 达 8 ; 一 ; ∀ 8 (Χ α · β Ρ 一‘ , 相差 ∀; 倍 < 总 Α 放射
中放射性元素剖面分布的总趋势是沿着发生层 性的变幅为 ;∀ 一 :“ 8 (Χ α · β Ρ 一 , , 相差 = 倍 8 若
往下含量逐渐减少 8 除钙积层因碳酸钙含量高 按放射性含量大小 , 各类植物可排序为 9 牧草≅
达 Β 一 =Β ⊥ , 所含放射性元素量受稀释而接近 农作物3 灌木3 果树≅ 乔木 8 这似乎与植物生
或稍低于母质外 , 其余发生层的含量均程度不 育期间的生长势有关 8 两种放射性在植株各部
同地高于母质层 8 其积 聚系数可达到 8 ∀ 8 这 位的分布情况亦略有不同 2表 =3 8 总放射性趋
表明在干旱的黄土高原 , 土壤中放射性元素的 于分布在植株的基部 , 其含量顺序大致是 9根部
生物积聚作用超过了降水的淋移作用 8 ≅ 叶片3 茎枝 ≅ 穗≅ 果实 8 总 Α放射性的分布
,23 ∴ 在剖面上分布比较均匀 , 除黑壮土外 趋势是叶片≅ 茎≅ 穗 ≅ 根 ≅ 果实 8 这与钾素在
各发生 层的积 聚系数均不超 过 8 =! 8 而= : + 植物体的分布情况类同8
、 ’ =Ζ Θ和’=? , Κ 却大量集聚在富含粘粒的古耕 、 各种植物对 Κ 放射性的富集系数较小 2表
腐殖质和粘化层内 , 在剖面的中上部各形成一 3 8 除灌木的根 部和胡枝 子的枝 叶稍高 2≅
个明显的含量高峰 , ’ 8 其中以 ’ 吕+ 的积聚能力 ! 8 = !3 外 , 一般均在 。8 ! 以下 8 尤其是直接供食
较强 , 平均积聚系数为 8 ? 8 ’= ? , Κ 次之 , ‘甘 Ζ Θ 用的果穗部分和饲喂家畜的首楷 、麦桔 , 其 Κ 放
较小 2Η 8 ! ?3 8 射性含量仅为土壤的 = 一 ?⊥ 8 这就有利于控制
各类型土壤间放射性元素的剖面分布各不 其进入食物链 8 日放射性的富集系数大都处于
相同 8 幼年性的黄绵土缺乏地带性土壤剖面特 ! 8 Β 一 8 ! 之间 , 果穗和根部则小于 。8 Β 8
征 , 放射性元素量的剖面分异不明显 8 在梢林植 植物对铀 、社等放射性元素的吸收和积聚
被下发育的黑壮土中 , 地表枯枝落叶腐解所形 相当程度上取决于土壤中制约这些元素活动性
成的腐殖质层富含 ‘8 , ∴ , 其积聚系数高达 8 ∀= 8 的某些理化因素 , 即积聚量随着土壤腐殖质 、粘
黑护土是草本植被下发育的土壤 8 草本植物生 粒含量的增加而减低’? 8 本地区两种多年生植
物量丰富 , 且其富集放射性元素能力为农作物 物 2首楷 、苹果树 3表现出上述的积聚量变化趋
和乔灌木的 一 ∀ 倍 8 这些草丛腐解后释放出来 势 8 小麦植株对土壤放射性的积聚量则基本上
∀ 期 张钟先等 9黄土区土壤放射性的生物循环 :
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应 用 生 态 学 报 ∀ 卷
随着土层放射性贮量的加大而增多 , 且其生物
富集系数相近 8 Τ ΘΔ 76Θ 6Κ Λ 等” 」在含铀地区进
衰 = 几种植物的放射性含 7
Ζ Κ Ψ 8 = , Κ Λ Δ Ε Κ Γ 7ΔΜ 6 6 Ε Ν 8 6 Ν 7 ΔΝ Ο Ε Ξ 6 Α ΗΚ Ν 7Ο
行生物地化学勘探中 , 也发现某些植物的 Κ 放
射性与土壤 。 放射性量呈极显著相关 8
总 俘放射性
乒ϑΚ Λ ΔΕ Κ 6 7ΔΜ Δ7 Φ
植物
0 Η矛‘Ν ϑ Ο
土壤类型
Β ! ϑΦ06
总 ] 放射性
Κ ϑ 奋一2! <一Γ 7 ΔΜ Δϑ Φ
2仪一 β Ρ 一 % 3 2伪 , β Ρ 一, 3
根部
, ! ! 7
茎杆
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叶片
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小 麦Τ Θ 6 Κ 7
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黑沪土
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续 土
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草木挥
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黄绵土
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α 2 α 土壤放射性物质的生物循环 在灌 、乔木林天然植被中 , 根系从深层土壤
∀ 期 张钟先等 9黄土区 土壤放射性的 生物循环
中吸收的放射性元素逐渐通过枯枝落叶的腐解 小 , 仅为 8 Β 又 ) ‘和 ; 8 Β: Σ Η) Β 8 三者 Κ 放射
而富集在地表 8 即使乔灌木枝叶的放射性含量 性携出系数的比率为首信地 9 小麦地 9 苹果园
不高 , 其 。 和 俘放射性 含量分别为 Ν 义 Η! Χ2 Η · 一 8 ∀ 9 ; 8 ∀ 9 8 ! < 而 日放射性为 ∀ 8 ; 9 8 ; 9
β Ρ 一, 和 Ν Σ Η! =Χ α · β Ρ 一 , 8 若按 ! 龄辽东栋 、 白杨 8 。, 其差异远小于 。 放射性 8
林年凋落的枯枝和叶片量分别为 ! 8 ∀? 和 8 Ε ∀7 同时 , 在农业生产中每年也有相 当数量的
· ΘΚ 一 , , 则地表放射性的年积聚量分别为 ; 8 ; 放射性物质随肥料投入系统内’Β 8 本地区农业
Σ Η。‘ 和 · 8 ? 又 。‘Χ α · ΘΚ 一 , 8 虽然这样的 自然 主要施用厩肥和氮 、磷化肥 , 根据肥料实测的放
积聚量极为有限 , 但按此常年累月周而复始的 射性量值和当地的施肥水平 , 计算出 种耕种
积累 , 终能形成富含放射性元素的腐殖质层 8 制度下放射性物质的投入量 8 表 ∀ 中数据表明 ,
在开放型的农业生态系统中 , 土地一旦垦 随肥料投入的放射性量以苹果园最高 , 冬麦玉
殖后 , 每年都随着收获物携出一定量的放射性 米连作地次之 , 首蓓地较少 < 其顺序与携出量相
元素 8 以携出量除以 ΠΞ 深土层内放射性总量 8 反 8 其中日放射性有 Β ⊥ 以上来 自厩肥 < 。 放射
求得放射性元素的携出系数 8 在 种土地利用 性则依磷肥用量而定 , 一般果园用量大 , 约有
情况下 , 以首楷地的携出系数最高 , 总 。 、归放射 = ⎯ 来 自磷肥 , 农地仅有 ⎯ 左右 8
性分别为 ∀ 8 Β 又 ! 一Β和 8 Β ? 又 ! 叫 < 小麦地次 因此 , 黄土区土壤在 种不同利用情况下
之 , 分别为 8 ! ! 又 ! 一Β和 8 =? 义 ! 一‘ < 苹果园最 放射性物质的平衡状况是 9 果园土壤投入量大
表 几种植物对土壤放射性的富集系数
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胡枝子 . 6 Ο Α 6 2Η。二,
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酸刺 ( 6 9. ΗΕ Υ 6 β 7 Η、Ε ϑ Ν
苹果树 − Α Α Η。
山杨 1 奋9 Μ Δ‘φ Α Ε Α Η9 9 ϑ
Δ% 东栋 ∋ 9 。Ο , 一 . Η9.Ε Ν ΔΕ Ρ Υ < , β
238 23=
2)8 23;
238 23
亡38 23艺 ‘38 ∀ ε38 ? ;
于携出量 , 尤其 ] 放射性超出 个数量级 , 母年
积 累的总 Κ 、俘放射性均为 9 9 丫 ! , Χ 〔Η · Θ Κ 一 , 8 属
于放射性物质积累型 8 与此相反 8 首荷地的携出
量大而投入 量少 , 属于放射性物质损耗型 , 征年
分别减少 9 丫 ! ΒΧ 2一 ΘΚ 一 ,和 , 丫 = ! , Χ ΕΗ · Θ扩 , 8
冬麦玉米连作的农地则介于两者之 间 , Κ 放射
性属于积累型 2γ 9飞火 ! Β 一 , 9 丫 %∗? Χ〔一 Θ Κ 一 , 3 8 而
Α 放 射性 为 损耗 型 卜 Ν 丫 ! ‘ 一 Ν 丫 ! 了% 2 Η ·
ΘΚ 一 , 3 8 这种土壤放射性平衡状况与农业生产水
平有关 , ’ 8 杨陵接土耕种集约 , 放射性物质的流
通量较大 , 平衡量亦比黑护土高近 Η 个数量级 8
从黄土区农业生态环境中放射性物质的动
向分析 , 它主要表现在两个方面 9 一是因施用
磷 、钾等矿质肥料 ,使得某些天然放射性元素从
磷钾矿藏转移到农 田土壤 , 造成农业生态系统
放射性水平不断提高 < 另一是通过作物的深层
吸收 、收获和施用农家肥料 , 使放射性元素在生
物链中定向迁移和富集8 黄土地区旱地农业多
: ? 应 用 生 态 学 报 ∀ 卷
表 ∀ 不同土地利用情况下土坡放射性的平衡
Ζ Κ Ψ 8 ∀ ∋ α “ ΔΗΔΨ ϑ ΔΥ Ξ Ε Ι Β ! ϑ Κ Λ ΔΕ Κ 6 7ΔΜ Δ7Φ Υ Ν Λ 6 ϑ ΛΔΙΙ6ϑ6 Ν 7 %8 Ν Λ Υ 7ΔΗΔ[ Κ ϑΔΕ Ν
捞土 2杨陵3χ壬么Ν Υ ϑ 6 Λ %Ε 6 Ο Ο Δ壬一%25 Κ Ν Ρ ΗΔΝ Ρ 3 黑沪土
2洛川 3
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利用类型
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] 放射性 总 Κ 放射性
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总放射性
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果 园− ΑΑ Η6 Ρ ϑ Ε Μ 6 携出量# “ ϑ ϑ Φ ΔΝ Ρ Ε Υ 7 是、Ξ Ε Υ Ν 7
加人量
− 2」Λ Δ7 ΔΜ 6 Κ Ξ Ε Υ Ν ϑ
其 中 9 厩肥
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磷 月巴
0 Ι6 ϑ7 ΔΗ< [ 吧ϑ
平衡量
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携出量
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加入量
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其中 9 眠肥
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碑 月巴
0 Ι6 ϑ 7 ΔΗΔ[ 6 ϑ
平衡量
∋ 2一.一〕ϑ ΔΥ ϑΝ
年变化率− Ν Ν 、一走9 6 ΗΗ< 、Ν Ρ Ε ϑ9 一76
携出量
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其中 9 小麦Χ Φ Ω ΗΗ6 < 【7
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曹荷地
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农
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玉米
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加入量− 〔Η2丫ΔΜ 6 之‘Ξ Ε .一Ν 7
其中 9 厩肥
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磷 肥
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平衡量
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年变化率
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十 238 ; ⊥ 一 ! 8 ⊥ γ ! 8 ! ∀ ⊥ 一 ! 8 !纬
用首猎 、草木梅培肥和饲喂农畜8 这些牧草在黄
土高原根深达 = 一 Ξ 8 地上部对土壤放射性的
富集系数较大 2# / λ 8 Β 3 , 年收获量高 8 它们从
深层土壤中携 出的大量放射性元素 , 经饲喂家
畜后随厩肥施用到农田和果园中8 这种垂直和
水平迁移终于造成放射性物质在表层土壤中相
对富集 8 随着农业生产水平的提高 , 这种迁移的
强度必将不断增大 8
依照 − Α ΣΗ 川。 。 等’‘·推荐的方法 , 估算因施
肥引起土壤放射性的增长量 8 结果表明 , 关中农
业区按现有生产水平 , 经过 ! ! 年后农田土壤
的总 。 、 Α放射性量分别增加 Β ⊥和 ⊥ , 仍处
于正常背景值范围内8 预测其达到完全平衡的
时间分别为 8 ; 丫 ! ‘和 ∀ ! 年 8 此时总 Κ 放射
性量为现有水平的 ? 8 ? 倍 , 而总 Α 放射性变化
不大 8 果园按此经营 ! 年后 , 土壤总 。 、 Α 放射
∀ 期 张钟先等 9 黄土 区土壤放射性的生物循环 : ;
性将超过现有值的 ! ⊥和 ?! ⊥ 8 黑沪土的放射
性积累速率较低 , 其农 田和果园的积 累量仅为
搂土的 = ! ⊥和 Β! ⊥ 8 由此可见 , 施肥对土壤放
射性水平 的影响突出表现在 Κ 放射性 上 , 而 Κ
放射性又多直接或间接来源于矿质磷肥 8 目前
商品磷肥中天然放射性元素含量差异悬殊 2 一
= 数量级 3 , 且磷肥制备工艺也影响所含放射性
元素的性态 8 因此 , 选用富磷原料 , 生产和施用
放射性元素含量和活动性低的磷肥 , 是控制农
田土壤天然放射性积累速度的有效途径 8 同时
实行草 田轮作 , 亦 可缓解土壤放射性 的极性富
集 , 保持农地与草地间的土壤放射性平衡 8
∀ 结 语
∀ 8 土壤放射性元素分布特征
黄土区土壤的天然放射性元素含量从西北
往东南逐渐增大 , 具有明显的地带分布特征 8 这
主要受母质的粘粒含量制约 , 但成土过程中生
物积聚作用亦有重要影响 8 土壤剖面上放射性
元素多积聚在富含粘粒和有机质的发生层内 ,
以” ( + 的积聚 能 力较 强 < = , ? , Κ 次之 < = = Ζ Θ 较
小 8 ‘∗ ∴ 在剖面上分布较均匀 8
∀ 8 = 植物对土壤放射性的富集
各类植物的放射性含量顺序是牧草 ≅ 农作
物 3 灌木3 果树 ≅ 乔木 8 这与其生育期间的生
长势有关 8 植物对 。 放射性的富集系数较小 , 一
般均小于 ! 8 ! , 而 Α 放射性的富集系数在 ! 8 Β
一 8 ! 之间8
∀ 8 土壤放射性的生物循环
黄土地区旱地农业生态系统中放射性元素
的主要动向是通过作物的深层吸收 、收获和施
用农家肥料 , 使土壤放射性从首楷地往农地和
果园迁移 、富集 8 因此 , 土地利用情况不同 , 放射
性物质的平衡状况亦有明显的差别 8
参考文献
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养分循环 8 农业出版社 , 北京 8 ∀ 一 , Β 一 ∀ ! ! ς
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