全 文 ：第1 8卷第4gl
1 9 9 8年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGKA SINlCA
V01．18。No．4
Ju1． 1998
塑三韭 直 张和原 卫为强
(中国辐射防护研究院 太原 030006)
摘要 描述了一个新近建立与开发的能预测核事故后果的动志食物链模式与程序。它既适用于西方饮食谱．
也适用于中国居民的饮食谱。此模式考虐了干、湿沉积截获和初始滞留、导位、入渗、报部吸收、耕作等过程对
事故释放导致韵植物可食部位中核紊浓度的影响．也考虑了动物对棱紊的摄入、食品加工的影响及^悻食入
选径对核索的摄入率 在干沉积中考虑了有救叶面积指散对干沉积量的影响．在湿沉积中考虑了事故期间不
同时段不同降雨强度对湿沉积量的贡献的计算方按．程序由1十主程序和5十子程序组虚，分别计算植物与土
壤表面的干、湿沉积量 ；棱索在植物中的易位，植物可食部分及动物产品中的校索浓度及^体的摄入量等
关t调t 堕·塾查童塑壁， 亘墨擅兹堤塑墼蝗：
A DYNAM IC FooD—CHAIN M oDEL AND PRoGRAM FoR
PREDICTING THE CoNSEQUENCES oF NUCLEAR ACCIDENT
Hu Erbang Gao Zhanrong Zhang Heyuan W ei W eiqiang
(China， for 缸咖 Pratectlo~．T咖 删 -030006．C 抽^ )
Abstract A dynamic food—-chain model and program for predicting the radiological conse—．
quences of nuclear accident has been developed．They are not only suitable to the west
food—chain but also to the chinese food chain．The following processes which will make an
impact on radionuclide concentration in the edible parts of vegetable caused by accident re—
lease are considered：dry and wet deposition interception and initial retention，transIoca—
tion，percolation，root uptake and tillage．Intake rate of animal，effects of processing and in—
take rate of man through ingestion pathway were also considered in calculation．The effect
of leaf area index(LAI)of vegetable was considered in dry deposition mode1．A method to
calculate the contribution of rain with different periods and different intensities to total wet
deposition was established．The program contains 1 main code and 5 sub—codes to calculate
dry and wet deposition on surface of vegetable and soil，translocation of nuclides in veg—
etable，nuclide concentration in the edible parts of vegetable and in animal products and in-
take rate ofman and SO 0n．
收稿日期：1996—06—28，修改稿收到日期：1997 05一10
6
态 、>(
动
的 序
果 程
后 与
故 式
事 模
核 链
测 物
预 食
个
一
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4期 胡一邦等： 个预测棱事故后果的动态食物链模式与程序 419
Key words： nuclear accident，dynamic food chain，leaf area index，root uptake
前苏联切尔诺皿刹事故后，西方各国十分关注切尔诺见利事故对欧洲大陆造成的事故后果 IAEA与
CEC自1 988年组织了大型国际协调研究项目“核素在陆地、水体、城市诸环境中迁移模式有效性研究”
(简称 VAMP)，有ZOJL个国家参加 其中夫部分国家采用动态食物链模式 ]；我国也参加了此项研究，采用
的是准稳志或半动惑模式D。为了建立我国第 代的动态食物链模式与中国食物链的部分转移参数 ．开展
r“动态食物链模式，参数的理论与实验研究 工作，对 国外食物链模式也进行了较 克分的调研l{叫 本模
式不但综合了国外不同模式的长处及 目前的最新进展(例如干、湿沉积量与有效 叶面积指数的函数关系)，
而且在若干方面作了改进与完善 例如关于事故期间的湿沉积，考虑到有的事故释放持续时间长进1 5d(切
尔诺贝利事故)或30d(棱电站失水事故)，故提出了分段降水模式使之更符合实际情况。此外．考虑到中、西
食物链的差别(中国：沉积一水稻(或小麦)、蔬菜 ^：西方 ：沉积 牧草 牛(牛奶、牛肉)一^)，进行了棱
素在水稻等作物中易位因子的实验测量 使车模式不但适用于西方的食物链(有关参数取自上述国外文
献 。，并存人程序内．略)，也适用于中国的食物链。图l为此模式的原理框图。
空气 中放射 性 Ac：ivky La air
w 厂 nd矾w et
食 品加工
Food⋯ Jng
D
瑰
ry an
勰
d we 干盘勰I
ol veg~etable——i
I ＆ Trans【。c ion
Weathering l
塑墨 Rot ——Jup【⋯
动钩产品
AaimaJ oroduct
l最甚 O～O lem
Su ⋯ 0 Ll
^涪
P㈣ 1日tion
土壤报 幕 区域 0 1～25em
R0⋯ 0畔 of sotl
1淋落
l ：!：
浑部土壤 1
Deep soil l
动糟产品加工
㈣ f anima】 pToduct
人体宙^ Ingestion
风化
Weathering
l 臆 理 框 图
F 1 Concept scheme
l 干、湿沉积截获与初始滞雹
1．1 植物表面的干沉积
当事故持续时间较长，植物受放射云照射期间内的放射性衰硪不能忽略时(例设计基准事故、持续时
间“约为30d，切尔诺m利事故，“≈1 5d)，则放射性烟云经过某娅上方所造成的 类植物 i棱素的干沉积量
A (f )( ·m。”)由下式给出：
^∞( )一V ．*!二 (¨
、
式中， 为事故发生后某娅地面空气巾 i棱素的浓度(B ·n )～V 为 i援素向J类植物的干沉积速度(m．
s )， 为i棱索的玻射性衰减常数(s )， 为沉积事件结束时刻，出 为放射性烟羽飘过计算区的时间长
度 (s)。
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420 生 态 学 报 18卷
，与植物的生长期即植物叶子表面积有关，在此引入叶面积指数 LA1，LAI定义为单位面积土壤上
的植物叶子面积。因此，本程序中采用下述公式估算 [|_：
1 = “⋯ L ，(f．)／LAli⋯ (2)
式中，y州．一为i棱素J类植物的最大沉积速度，即 类植物叶子生长最多时的沉积速度(m·s )，LAIi(t．)
为沉积结束时刻0。)的J类植物的叶面积指数．
表1给出在太原地区进行的实验测量值．
I．2 湿沉积
事故放射性烟羽尾部离开计算区域时刻
也)(见田2．圉中以放射性烟 羽到达计算区域 的
日期为“(×月×日×时×分))因烟羽飘过期闻发
生的下雨过程(可以若干次 间断下雨)的湿沉积造
成 i棱素的总沉积量(Bq·m叫)^ 一( )由下式给出·
一 笔 c e- ㈤
式中．Q 为 i棱素源强(Bq·目 )} 为计算区域距
事故源项的下风距离(m)，山为烟羽飘过期间发生
的第五次降水过程(降水强度为 )所对应的i棱
素的冲洗系数(s )l 表示烟羽飘过期』可发生的
第五次降水过程的持续时闻(s)．f 与“分别表
示第 次^降雨过程的起姑与结束时』町．因此 一^“
一
一 (见田2)．置表示烟羽飘过期闻发生降水过程
的收数。
I．3 植物对湿沉积棱素的截获与初姑滞留
放射性烟羽飘过期闻固温沉积造成的 J类植
物上i棱素的沉积量 一^ (f．)(Bq·m卅)．由下式给
出 ： ^ (f．)一 ^(t．) (4)
式中， 为J类植物的截获份额．可由下式估算
厶 =刍 R (I-exp(亏 )] (5；
式中，s 为 类植物有救贮水能力(衄 )}R为放射
性烟羽飘过期闻的降水总量(ram)，R—AAtJ3600
(^ 量纲为ramh～．d“为s)，Lu 为沉积时的 类
植物叶面积指数。
1．4 土壤表面的总沉积量
当 计 算区域种 植有 类 植物 时 ，放射 性
烟啊飘过期闻造成的土壤表面i棱素的总沉积量
^( )(gq·m_’)，则可采用下面所述的公式进行估
算。
衰l 太原地区备檀物叶面积指数(m。／m )
Table 1 Leaf areatndeg of plantinTaiyttan
檀翱 日期 Date 叶面积指披 Leaf&tea
Vegetable (Mouth．date) index(LA／)
制冉 jf
固2 放射性蝈云到达计算区域后的时问(s)
Fig．2 Time a{ter artivin4~口f plume Bt ca]cu]atlon- a
A ，( )一 ^ ( )+ (t) (6)
“ ( 1一，． ) +(1一，_ { ( p(
式中，，．表示沉积棱素中未被叶面截获而到选土壤的份额．在此取 一o．5 “]。
2 易位
0
吐 m 杠
p
¨ e m
噬
0 }
斗 "
q ¨
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4期 胡二邦等 一个预测核事故后果的动态食物链模式与程序 4Z1
在植物生长期间，事故释入大气中的放射性棱紊沉积于作物叶面与农田后，叶面沉积将是导致食物与
饲料污染的主要逾径。在不同的生长期．叶面污染后的核紊转移至植物可食部位的份额即易位是不大相同
的，固为易位因子与植物在沉积时的生理杜态有关。
易位因子定义为lm 土壤上在农作物可食部位中发现的放射性活度占同一面积上农作物叶面滞留放
射性活度的份额 其表选式如下：
收获时在lm 土壤上可食部位中的放射性活度(Bq·m )
沉积时在lm 土壤上叶面滞留的放射性活度 (Bq·FA )
因此，收割时 ，娄植物可食部位中的放射性核紊 i的浓度 A ( )(Bq·kg )由下式给出
A． )一 塑 (8)
j ·
式中·(z )表示收割日期(×月×日)j 为沉积结束至收割的时间间隔(d)；以=t 一t ；Y，为j类植物的单
产(kg·m ) 表2给出在太原地区获得的球稻等农作物的铯元素易位因子的实i则值：”]。
3 囡千、湿沉积和易位导致的收割时的浓度 表2 铯元素易位因子实渤值Tr(n)(m~／mz)
收割时 J类植物可食部分中 i核素的浓度 (Bq
·kg )由下式给出：
A,j(“)一￡墨 垒 1)u!、Ⅲ m p[一(k+
)＆] (9)
式中，k 为环境衰减常数(d_。)(考虑了风的清除，
降水 (或雾、露水)的清洗、浸出及作物生长稀释等
作用)
4 人港与土壤衰层的放射性柱素浓度
本模式中把土壤分成3部分；即土壤表层(0至
0．1cm土壤层)，土壤根 系区域(0 1至25cm 土壤
层)与探部土壤．再悬殍只发生在土壤表层，而植
物的根部吸收只发生在根系区域。
4．1 几渗
困干、湿沉过程沉积于土壤表层的放射性 接
紊，其浓度因污染物向土壤深部的迁移而减少 。这
种导致核 索从0～0．1cm土壤表层向下部运动的
现象称为入渗 其人渗常数 k 取 为1．98×10叫
d一，相应的有效半衰期为35d
4 2 土壤表层的放射性核素浓度
Talhe 2 M easuring value of Cs transloeatlon
factor Tr(口)
对于种植有 类植物的土壤表层，f时刻土壤表层 i核索的浓度相应地由下式给出：
Aw( )一 ．(t,)exp[-( + )^“～ )] (1 0)
式中，A ( )由(6)、(7)式给出。注意式中t-t 是指距沉积结束时刻 后相距的时间间隔(d)．
5 根部吸收
5．1 土壤根系区域的放射性核素浓度
在沉积事件结束后，沉积于土壤表层的核素通过人渗过程进入土壤根系区域．假定进入根系区的核紊
在根系区深度内均匀分布 进入根系区的棱素浓度踪圉放射性衰变减少外，还固疆出等原因而减少，其棱
素浓度由下式给出；
“)一{ i(t ) 1-exp(一 0一 。))]／ 。}exp：～( 下山+ )^(t-t,)] (11)
式中：且 (f)表示沉积事件结束后经 r时刻在种植 J类植物的土壤根系区域的土壤中i核素的浓度 ．
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422 生 态 学 报 18卷
(Bq·kg )；L为根系区土壤深度(m)，对种植牧草的土壤，L取为0．1m}对于耕 田．L取0 25m。P为土壤密
度 ，kgm ；文中假定 P一1．4×10skg／m ；^ 表示核素通过浸出过程迁移出根系区域造成浓度减少的减少
常数，(d )； 表示被土壤固着的速率常数(d )。固着作用对于核素cs与 sr特别重要，其值可分别取作 ；
,Is(Cs)一 2-2×1O-4d— r~s(Sr)一 9×10一d
5．2 根部吸收
植物对土壤中放射性核素的摄入通常用转移因子 B。表示，B 定义为植物中放射性核素浓度(Bq／k
干重植物)与土壤中放射性核素浓度(Bq／kg干重土壤)之比。
因此，因根部吸收贡献的植物中i核素的浓度 A ( )(Bq／kg )，由下式给出：
A “)一 iA．j(t)， (12)
式中， 是一十时间份额因子，由下式给出
沉积结束至 i类植物收割的时间(d)
⋯ J类植物整十生长期(d)
6 耕作对土壤裹层与根系区桉素浓度的影响
耕作过程会导致土壤中放射性核素垂直分布发生剧烈变化。假定由于耕作造成的土壤中核素存贮量
在表面层与根系区(O．1～25cm)的再分布与这两层土壤的相对质量成正比，并假定表层与次表层的土壤密
度分别为1-0和1．46gcm～．则各自滞留的核素份额则为 ，|一0．0027与 ，r一0．9973。假定 J类植物每年的耕
作时间为 ，此时可分两种情况讨论：①沉积事件发生在当年的耕作时间之前，或上一年的收割时间之后。
@沉积事件发生在当年耕田之后 对第1种情况，耕作会对当年的作物(谷物、蔬菜)中核素浓度产生影响，
而第2种情况，耕作对当年作物中核素浓度无影响．下面具体讨论
6．1 沉积事件发生在当年耕作之前或上年收割之后
(1)在沉积事件结束后至耕作前的时间间隔内 土壤表层与根系区域 内的 i类核素浓度可分别应用
(1O)式和(11)式估算，然后根据根系区的浓度通过(12)式算得根系吸收对 J类植物的浓度贡献
(2)耕作时间后
A‘ ( )一 A j(t )exp[一 ( +^)( f )]+A ( )C1一exp(一 奸^)( 一 )]×
exp[一^+ 十 )( -t．)])，|×exp[ ( +^)0一 )] (13)
A n J( )一 {Aaj(t,)exp~-(^ + )( 一 )]+A (f )[1 exp(一 )(ta t )]×
exp[一 + ，+^)(t~-t,)]} ×望 二 生±圭 (14)
式中，A 唧( )与 A ，(f)分别表示在种植有J类作物土壤中．耕作后 时刻土壤表层与耕作区域内的 i类核
素浓度，(Bq‘m )与(Bq·kg )；大括号¨内这一项分别表示在耕作时刻土壤表层与根系区内i核素的总
贮量(Bq·m )；大括号乘以 与 分别表示这些总贮量因耕田而在表层与根系区内进行再分配 ，然后以
各自的减少速率减少；( 一 )表示沉积事件结束至耕作之间的时间间隔(d)，计算时注意 是发生在当年
还是上一 年。
(3)根部吸收对植物可食部分核素浓度的贡献 此时，可用A’ ( )替代(12)式中的A ( )来估算，则
} 一B )A ．“ )fi Ⅳ f t1
式中，A ( )表示J类植物收割时植物可食部分 中因根部吸收贡献的 i核素浓度(考虑耕 田的影响)(Bq·
kg 。) A 嘶( )表示考虑了沉积事件对根系影响的J类作物收割时刻( )土壤根系区域中 i类核素的浓度
( ·kg-。)(计算公式见(14)式)。，r，表示植物的干重与鲜重之比值。
6． 沉积事件发生在当年耕作之后
此种情况下·对计算当年的土壤表层、根 系区的核素浓度无影响，当然对当年收割的植物(各类蔬菜)
中的核素浓度也无影响
7 檀物可食部分桉素浓度
7．i 沉积事件发生在当年耕作前(即考虑耕作的影响)
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4期 胡二邦等 ：一个预测榜事故后果的动态食物链模式与程序 423
A．，( )一A． ( ) A J( ) (1 6)
式 中：A ( )表示收割时，J类植物中固叶面沉积与根部吸收造成的 i棱素 喜浓度，(Bq’kg_。)；A ．( 与
A (z )分别表示叶面沉积与根部吸收两个途径的贡献，A ( )由(9 式给出 L4’ ( )由下式给H{
A’ n 1一B f " i
一 {A (f，)exp( ( + )(“ k ]_A (k)： p‘ ‘ ×
exp[ ( + + )^( 一 ))}exp[一( ，+ ，十^)(r 一 ) 【17】
式中，各符号意义同前
7．2 沉积发生在耕作之后(不考虑耕作影响)
此时耕作对当年作物棱素浓度役有影响
A． ( )一A． ( )+ A ( ) (18)
[二 [ { i ～ ( + + )( p—r )] (19)
式中符号意义同前。
8 动物产品按素浓度
丁时刻 类动物中 类产品(奶、冉或蛋)中的i橱素浓度 (丁)(Bq-kg_。)由下式蛤出
c ．(丁)一F“2-A( ^ J。A洲．(t)exp~-( + )](T-t)~dt} (20)
式中⋯A ( )为 t时刻 类动物对 i类棱索的摄入速度(Bq-d_。)：k 为相应于 x类动物产品的 类生物转
移速率的生物衰减常数 n 为K类动物产品中发生 类生物转移的份额⋯F 表示m类动物食入古i榜索
的食物后转移到 类产品的转移系数(dkg_。) 叫
9 食品加工过程中的按素损失
在食品加工捌如清洗、去皮、磨研、煮沸等过程中，
食品中的放射性榜索浓度会有不同程度的减少。通常
用食品加工滞留因子F 来描述食品加工过程中放射
性榜素的转移 F，定义为加工后食品中放射性核索的
总量与原初粗食品中放射性 榜素的总量之比，即食品
加工后仍滞留在食品中的放射性榜素的份额 另一有
关参数是“加工效率 尸．，尸 定义为加工后食品的重量
与原初食品的重量之 比(kg／kg) ．
1O ^体食^造径放射性榷素摄^宰
人体通过食入途径摄入放射性棱素的速率可由下
式估算：
、 1
A ．( )=(山 A． ( )exp[ 0^一z )3V (z)F⋯／P +
J
、 1
2 c ．( )exp[～ 0一L)]Vi0)F ／P } (21)
^
式 中 A ．(z)为 z时刻人体对 i榜索的摄入速率 (Bq-
d_。)；A (f )为收割时(z )第 J类植物中 i棱素浓度
(Bq·kgI。)；F 与 F 分别为 J类植物与 K 类动物制品
食品加工滞留因子 ；尸 与尸 分别为 类植物与 类动
物产品的加工教率；c ( ，)为 类动物宰割时( )
类 动物产品(奶或 肉)中 i棱素的浓度[fBq·kg )或
(Bg·L 。)]；V ( )与 V^ (z)为不同年龄组居民对 J类植
物制品与 类动物产品的 日消费量 (kgd )．
图3 DRYDEP子程序流 程图
Fig 3 Flow chart of DRYDEP Sub Code
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424 生 态 学 撮 18誊
植食 Ce~ah
叶类燕集Lea{y Veg．
根茎类麓集 Root Veg．
果实类麓集Fruit Veg．
水生类燕集Li~ing in wRser wg．
家禽 PotLItry
捕冉Pork
牛革离Btef and t,mh
蛩类 E窖
牛奶 Mj】k
水产 Aquatic product
水果 Fruits
表3给出秦山棱电厂二期厂址周围城镇居民的恢食谱，以供计算我国居民棱素摄人率参考。
11 DYFOM一95程序描述
DYFOM一95翟序用标准FORTRAN一77语盲螭制而成．在llvlB-PC及其慕窖钒下运行。
本程序由1十主程序和5十子程序组成．此中，DRYDEP子程序用于计算放射性棱素在植物和土I寰上的
干沉积t~WETDEP子程序用于计算放射性校素在檀物表面、土壤表面的浸沉积量·TRANS子程序用于
计算叶面上及根摹区的校素转移至植物可食部位中的份颤!ANEM子程序计算动物和植物产品(经过加工
后)所吉的放射性活度}AN~RT子程序用于计算人体食人加工后的动暂、擅钧产品而摄人的就射性棱素
的量，作为倒示．囤3给出DRYDEP子程序的流程圈．
● 考 文 献
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