全 文 ：　文章编号 :100028551 (2002) 0220093205
137 Cs 不同污染水平在大亚湾、秦山、
北京土壤2植物系统的转移
杨俊诚1 　朱永懿1 　陈景坚1 　潘家荣1 　余柳青2
(11 中国农业科学院原子能利用研究所 ,北京　100094 ; 21 中国水稻研究所 ,杭州　310006)
摘　要 :采用我国大亚湾、秦山和北京土壤 ,模拟核裂变产物137 Cs 在 0BqΠkg 土、313 ×
104BqΠkg 土、313 ×105BqΠkg 土、313 ×106BqΠkg 土污染水平时 ,研究土壤 - 小麦系统的
污染影响与137 Cs 核素的转移规律。结果表明 :在本试验条件下小麦生长发育处于正
常状态 ,未发现对小麦有不良影响 ;小麦分别在 3 个污染水平下从试验用的 3 种土壤
中吸收137 Cs 的趋势是一致的 ;小麦植株中137 Cs 的比活度随137 Cs 施入量相应以数量级
增加 ,两者间呈十分显著的正相关 ;137 Cs 在土壤 - 小麦系统中的转移系数随土壤的
性质不同而变化 ,在同一污染水平下转移系数在 n ×10 - 2～n ×100 范围变化 ;在同一
种土壤中 ,随土壤污染水平的提高 ,转移系数亦有所提高 ,但变化范围不大 ,对北京土
转移系数为 212 ×10 - 2～514 ×10 - 2 ,大亚湾土转移系数为 1104～2109 ,均在同一数量
级内变化 ;对秦山土转移系数为 0151～1121。
关键词 :137 Cs ;污染土壤 ;生态环境行为 ;核素转移
收稿日期 :2001208209
基金项目 :科技部攻关项目资助内容 (992099201210)
作者简介 :杨俊诚 (1955～) ,男 ,陕西横山人 ,中国农业科学院原子能所研究员 ,从事放射生态学研究
137 Cs 是一种核裂变产物 ,又称人工放射性核素[1 ] ,与 K属同族元素 ,在化学性质上十分相
似 ,一旦进入人体 ,便可均匀分布于人体各部位 ;而且由于137 Cs 核素在物理性质上既是γ发射
体 ( Eγ = 662keV) ,同时又是β- 发射体 ( Eβ = 51116keV) ,半衰期 (T1Π2 ) 长达 30117 年 ,依据其危险
性和危害性又被称之为生物关键核素[2 ] 。
目前沉积在环境中的放射性核素137 Cs ,主要来源于全球大气层核爆炸落下灰。
据报道 ,1986 年 4 月 26 日发生的一次全球性最严重的切尔诺贝利 (Chernobyl) 核事故 ,有
12EBq 的放射性物质被泄漏出来 ,其中137 Cs 的释放量约为 0109EBq。通过大气沉降对白俄罗
斯、俄罗斯和乌克兰乃至全球造成一次大范围的放射性污染。
有关放射性核素137 Cs 在生态环境中的污染沉积、分布规律与迁移、转化特征 ,始终是全世
界放射生态学家关注的研究热点[6～9 ] ,随着人类对环境质量及环境可持续发展的认识和要求
的不断提高 ,以及鉴于切尔诺贝利核事故造成的巨大损失 ,进行137 Cs 等典型放射性核素在生
态环境中的污染机制与迁移规律等前瞻性、战略性基础研究是十分必要的 ,研究结果可为一旦
出现有核战争或核事故情况下制定核污染有效防护措施提供重要技术支撑。
39　核 农 学 报　2002 ,16 (2) :93～97Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料和方法
111 　材料
土壤 　分别采集自大亚湾、秦山和北京地区 ,3 种土壤各约 27kg ,农化性质见表 1。
表 1 　土壤农化性状
Tabel 1 　Agrochemical characteristics of soil
土壤
soil
pH值
pH value
有机质
organic matter ( %)
速效钾
available K (mgΠ100g) 速效磷available P (ppm)
北京土
Beijing soil 7. 69 1. 41 21. 57 11. 3
秦山土
Qinshan soil 5. 22 2. 12 48. 05 23. 6
大亚湾土
Dayawan soil
6. 73 1. 62 10. 70 28. 7
　　指示植物为春小麦 ,核素为137 CsCl 溶液 ,总活度 714 ×107Bq ,器皿为 PVC 筒。设备包括示
踪网室及 GC3018 高纯锗多道γ能谱分析仪。
112 　方法
盆栽容器用 <70mm ,高 200mm 的 PVC筒 ,每筒装土 019kg。
11211 　钾盐施入方法 　在装盆前先将钾盐与 880g 土壤拌匀 ,然后装盆。钾盐的施用水平分
别为 :0 ,土壤盐基代换量的 1Π30 ,土壤盐基代换量的 1Π40。
11212 　小麦播种与管理 　播种前每盆浇水 250ml ,同时浇入 10ml 含有 0125g 硫酸铵和 011g 磷
酸二氢钾的溶液 ,于 3 月 14 日每盆播种 10 粒春小麦种子 ,盖土 20g。小麦于 3 月 20 日出苗 ,3
月 27 日定苗 6 株 ,按照常规方法进行管理 ,为了防止不同位置上光照条件的影响 ,定期倒换每
一个 PVC筒的位置。
11213 　137 Cs 的施入方法 　3 月 28 日在苗高 7cm 时以浇灌方法施入137 Cs 溶液。具体方法是将
预先标定好的137 Cs 溶液 115ml 加入到 30ml 水中 ,浇入土壤中。
11214 　137 Cs 的污染处理 　137 Cs 的施用水平分为 4 组 ,即 0BqΠkg 土 ;313 ×104BqΠkg 土 ;313 ×
105BqΠkg 土 ;313 ×106BqΠkg 土。
11215 　植物样品采集 　栽培 42d 后于 5 月 9 日取样。剪取植株地上部 ,用清水洗净 ,在 60 ℃
下烘干 ,剪碎 ,制样待分析。
11216 　土壤样品采集 　分别将每一个土柱分为 0～2cm、2～5cm、5～10cm、和 10cm 以下 4 层。
风干后 ,分别取 30g、70g、100g、100g 土 ,制样测量。
11217 　样品分析 　样品采用 GC3018 高纯锗多道γ能谱分析仪在能量为 662keV 特征峰处进
行测量分析 ,控制测量误差 < 5 %。样品采用中国计量科学院校对的标准物质 ,以同等重量及
测量条件下进行自吸收和探测效率校正。
2 　结果与讨论
211 　3 种土壤在137 Cs 不同污染水平条件下对春小麦生长发育的影响
49 核　农　学　报 16 卷
在本试验条件下 ,分别种植在北京土、秦山土和大亚湾土壤上的小麦植株生长发育均正
常 ,而且从表 1 结果看 ,土壤中施入137 Cs 的不同处理的植株干物重均比不施入137 Cs 的对照有
显著增加 ,说明在本试验不同处理的137 Cs 污染水平下 ,对春小麦生长没有不良影响。
表 2 　不同土壤和不同处理对春小麦干物重影响
Tabel 2 　Effect on the biomass of spring wheat in different soil contaminated by 137 Cs
土壤
soil
北京土
Beijing soil
秦山土
Qinshan soil
大亚湾土
Dayawan soil
137Cs 施入量
(BqΠkg) (gΠpot) 显著性significance5 % 　　1 % (gΠpot) 显著性significance5 % 　1 % (gΠpot) 显著性significance5 % 　　1 %
0 11526 a A 21119 a A 11279 a A
313 ×104 11993 b B 21301 ab A 11525 b B
313 ×105 11979 b B 21783 b B 11615 b B
313 ×106 11877 b B 21284 c B 11548 b B
212 　春小麦植株中吸收积累137 Cs 与不同土壤及不同污染水平的关系
试验发现 ,小麦对施入到北京土、秦山土和大亚湾土中的137 Cs 都可以吸收 ,但是吸收的量
有所不同。从表 3 看到 ,在污染水平相同的情况下 ,小麦从大亚湾土中吸收的137 Cs 最多 ,其次
是秦山土 ,从北京土中吸收的最少。按小麦的比活度来比较 ,在大亚湾土上栽培的小麦中137 Cs
的比活度比在北京土上栽培的高 4718 倍 ,栽培在秦山土的小麦比北京土高 2313 倍。由此可
见 ,小麦分别在 3 个污染水平下从试验用的 3 种土壤中吸收137 Cs 的趋势是大亚湾土 > 秦山土
> 北京土。
表 3 　种植在不同土壤上春小麦植株对137 Cs 的吸收
Tabel 3 　Absorption of 137 Cs by spring wheat from different soil
土壤中137Cs 施入量
activity of 137Cs applied to soil
(BqΠkg) 小麦植株spring wheat(BqΠkg) 北京土Beijing soil(BqΠpot) 小麦植株spring wheat(BqΠkg) 秦山土Qinshan soil(BqΠpot) 小麦植株spring wheat(BqΠkg) 大亚湾土Dayawan soil(BqΠpot)
33000 720 1143 16800 39184 34450 52164
330000 8930 17174 179740 615182 616270 1110114
3300000 165160 335139 4000230 9523119 5987580 9349114
　　从污染核素施入量与小麦吸收量的关系看 ,随137 Cs 施入量以数量级增加 ,小麦植株中137 Cs
的比活度也相应以数量级增加 ,两者间有十分显著的正相关 ,且在 3 种土壤中的趋势相同。因
此土壤的污染水平与植物的吸收积累水平之间存在着显著的正相关关系。但表 3 中可以看
到 ,在土壤的137 Cs 污染水平相同的情况下 ,小麦对137 Cs 的吸收能力随土壤的不同而异。种植
在北京土上的小麦对137 Cs 的吸收仅为施入量的 0101 %左右 ,而秦山土和大亚湾土上的小麦的
吸收量则可以达到施入量的 01134 %～01374 %之间 ,比北京土上的小麦吸收量高 1 个数量级
以上 ,说明土壤性质对植物吸收137 Cs 有很大影响。
213 　137 Cs 在土壤 - 小麦系统中的转移规律
核素在土壤 - 植物系统中的转移受核素种类、形态、污染水平、土壤理化特性、植物品种及
59　2 期 137Cs 不同污染水平在大亚湾、秦山、北京土壤2植物系统的转移
生态环境条件等多种复杂因素的影响 ,是食物链及环境放射安全性评价体系中的关键环节 ,多
年来 ,一直是放射生态学家研究的热点[10 ,11 ] 。为了能够定量化研究放射性核素在生态环境中
的转移规律及进行放射生态学评价 ,国际原子能机构及放射生态学专家定义转移系数为 :
TF = 植物体中放射性核素比活度 (BqΠkg)Π土壤中放射性核素比活度 (BqΠkg)
本试验利用盆栽模拟装置 ,在不同污染水平条件下研究了137 Cs 从北京土、秦山土、大亚湾
土等不同土壤 - 小麦系统的转移系数 ,结果如表 4 所示。137 Cs 从土壤 - 小麦的转移系数随土
壤的性质不同而变化 ,在同一污染水平下转移系数在 n ×10 - 2～n ×100 范围变化 ;在同一种土
壤中 ,随土壤污染水平的提高 ,转移系数亦有所提高 ,但基本上在同一数量级内变化。
表 4 　137 Cs 在不同土壤 - 小麦系统中的转移系数
Tabel 4 　Transfer factor (TF) of 137 Cs in different soil2spring wheat systems
137Cs 施入量
radioactivity applied to soil (BqΠkg) 北京土Beijing soil 秦山土Qinshan soil 大亚湾土Dayawan soil
33000 01022 0151 1104
330000 01027 0168 2109
3300000 01054 1121 1181
3 　结 　论
1 137 Cs 在 313 ×104BqΠkg 土、313 ×105BqΠkg 土、313 ×106BqΠkg 土 3 个污染水平时 ,分别种
植在 3 种土壤上的春小麦 ,其生长、发育处于正常状态 ,未发现不良影响。
2 在同一污染水平时春小麦吸收137 Cs 的能力随土壤性质的不同变化较大 ,本试验发现 ,种
植在大亚湾土壤上的春小麦吸收137 Cs 的比活度最高 ,比在北京土上的高 4718 倍 ;小麦分别在
3 个污染水平下从试验用的 3 种土壤中吸收137 Cs 的趋势是一致的 ,即大亚湾土 > 秦山土 > 北
京土。
随137 Cs 施入量从 313 ×104BqΠkg 土到 313 ×105BqΠkg 土至 313 ×106BqΠkg 土以数量级增加 ,
小麦植株中137 Cs 的比活度也相应以数量级增加 ,两者间呈十分显著的正相关 ,在北京土、秦山
土和大亚湾等 3 种土壤中的趋势相同。
3 137 Cs 在土壤 - 小麦系统中的转移系数随土壤的性质不同而变化 ,在同一污染水平下转
移系数在 n ×10 - 1～n ×100 范围变化 ;在同一种土壤中 ,随土壤污染水平的提高 ,转移系数亦
有所提高 ,但变化范围不大 ,对北京土转移系数为 212 ×10 - 2～514 ×10 - 2 ,大亚湾土转移系数
为 1104～2109 ,均在同一数量级内变化 ;对秦山土转移系数为 0151～1121。
参考文献 :
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69 核　农　学　报 16 卷
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EFFECTS OF 137 CS ON SPRING WHEAT AND TRANSFER IN SOIL2WHEAT SYSTEMS
YANGJun2cheng1 　ZHU Yong2yi1 　CHEN Jing2jian1 　PAN Jia2rong1 　YU Liu2qing2
(11 Institute for application of Atomic Energy , CAAS , Beijing 　100094 ;
2. China National Rice Institute , Hangzhou , Zhejiang prov . 　310006)
ABSTRACT :The study emphasized on the effects of 137 Cs on spring wheat and transfer factors in
soil2wheat systems. The results show that the spring wheat grown normally under the experimental
conditions and no adverse effects appeared; the absorption trends of 137 Cs by spring wheat were in
the order of Daya wan soil > Qinshan soil > Beijing soil ;the specif ic radioactivity of 137 Cs in wheat
increased in the magnitude order varying with the radioactivity of 137 Cs applied in the soils and the
relationship was signif icant difference in positive ;the transfer factor( TF) of 137 Cs in the soil2plant
systems varied with the characteristic of soil and the range was within n ×10 - 2～n ×100 in the
same activity of contamination ; in the same soil2plant system the TF value increased varying with
the radioactivity of 137 Cs contamination in the range of 2. 2 ×10 - 2～5. 4 ×10 - 2 for Beijing soil2
plant system ,1. 04～2. 09 for Daya wan soil2plant system and 0. 51～1. 21 for Qinshan soil2plant
system.
Key words :137 Cs ; contaminated soil ; eco2environmental behavior ; transfer factor
79Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (2) :93～97