全 文 ：此文于 1997 年 1 月 14 日收到。
核工业科学基金资助项目。
施肥措施对水稻吸收137Cs 的影响
朱永懿　杨俊诚　陈景坚　刘学莲
(中国农业科学院原子能利用研究所　北京　100094)
研究了施用石灰、褐煤和钾肥等对减少137Cs 在水稻植株中积累的影响。结果表
明 ,施用相当于土壤阳离子代换量 1/ 20 的钾盐 ,使水稻对137Cs 的积累比对照组减少
32 %以上 ,随时间变化 ,这种效应更加显著。在第 2 茬水稻试验中 (137Cs 污染后 57d)
施钾盐处理组水稻中137Cs 的积累比对照组减少 76 %以上 ,分析结果表明 ,施用钾盐
后 ,土壤中代换性137Cs 的含量比对照组低得多 ,差异十分显著。99 %以上的137Cs被
土壤固定 ,难以被水稻吸收。本试验的两组施用量相比 ,低量组比高量组效果更好。
关键词 :137Cs 　水稻 　吸收 　施肥措施
前 言
137Cs 主要来源于核爆炸落下灰和核反应堆排放的废物以及核电厂事故等。1986 年在前
苏联发生的切尔诺贝利核电厂事故中 ,仅137 Cs 的排放量达 317 ×1016Bq[1 ,2 ] ,事故发生后的放
射性烟羽很快造成大面积农田污染 ,并带来巨大的经济损失。因此在开发利用核能的同时 ,有
必要开展防护措施的研究 ,以对付万一发生核事故 ,尽量把损失降低到最小程度。各国的科学
工作者采用改变耕作制度、施放化学固定剂、扩种多年生牧草等方法减少农田和农产品的污染
都取得明显的效果。由于农业生产受到环境的制约 ,必须根据我国具体情况 ,因地制宜研究减
少137Cs 对农产品污染的技术措施 ,为我国开发利用核能的安全以及保障人民健康提供必要的
技术储备。本文以秦山地区土壤为对象 ,研究施肥措施对减少水稻吸收137 Cs 的有效性 ,为寻
找有效减少农产品中137Cs 污染的技术措施提供依据。
材 料 与 方 法
供试土壤为秦山地区土壤 (由浙江农业大学核农所提供) ,属粉砂质壤土。土壤主要理化
性状如下 :p H619 ,有机质 1161 % ,全氮 01069 % ,碱解氮 121187mg/ kg ,全磷 01121 % ,速效磷
3195mg/ kg ,速效钾 4517mg/ kg。阳离子代换量 1410meq/ 100g。粘粒 ( < 01001mm) 5186 %。
供试水稻为中作 9037 ,由中国农科院作物所提供。
137Cs 的化学形态为137CsCl ,比活度为 8316 ×103Bq/ ml。
在容积为 016L 的塑料盆中装入土壤 015kg ,装盆前将土壤与底肥 (0125g 硫酸铵、011g 磷
59　核 农 学 报　1998 ,12 (2) :95～100Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
EFFECT OF APPLYING MEASURES OF FERTIL IZER ON 137Cs ABSORPTION BY RICE
Zhu Yongyi 　　Yang J uncheng 　　Chen Jingjian 　　Liu Xuelian
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , CA A S , Beiji ng 100094)
ABSTRACT
The effect of various applying measures with different fertil izer on the absorption of 137 Cs
by rice was studied. The results show that the absorption of 137Cs by rice decreased by 32 %com2
pared with control when potassium salt was applied as 1/ 20 of the exchangeable cations of soil .
137 Cs accumulated in rice seedl ing decreased more than 76 %compared with control after 57 days
of 137Cs contamination. The analytical results illustrated that the exchangeable 137 Cs in soil was
lower than that of control when the potassium salt was applied. More than 99 % of 137 Cs is
bounded to the soil ,therefore , it is hard for the rice to absorb 137Cs from soil . The effect of treat2
ment with low content of potassium salt is better than that of the treatment with the higher one.
Key words :137Cs ,rice ,absorption ,fertilizer measure
001 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1998 ,12 (2) :95～100
酸二氢钾)拌匀 ,各处理组施用的肥料亦同时拌入。于 5 月 29 日插秧 ,每盆 4 株。6 月 3 日在
水稻返青后浇灌137Cs 溶液 ,每盆施入量为 4118 ×104Bq。试验设 9 个处理 (具体方案见表 1) 。
处理组中化肥施用量按土壤阳离子代换量的 1/ 20 (表中以施用量“1”表示) 和 1/ 10 (表中称施
用量“2”)两个量计算。褐煤用量按 3375kg/ hm2 和 6750kg/ hm2 计算。对照组的土壤只施底
肥。每个处理设 4 次重复。在施入137Cs 溶液后 ,每隔 1 周取样 1 次 ,共取样 3 次。取样方法 :
剪取植株地上部 ,用水洗净后在 60 ℃下烘干 ,剪碎、制样 ,在γ谱议上进行137Cs 测量。
7 月 3 日进行第 2 茬水稻插秧 ,每盆 3 株。于 7 月 22 日及 29 分两次取样。样品处理和测
量方法与前述相同。
土壤中137Cs 形态分析 :在植株全部取样完毕后 ,将土壤风干 ,过 1mm 筛孔后在 105 ℃下烘
干 ,每个样称取 21000g ,分析土壤水溶性137Cs 及代换性137Cs 含量。分析方法按土壤水溶性盐
及土壤阳离子交换量分析法进行[9 ] ,将提取液置于直径 7cm 的纸片上蒸干后测量 ,同时测量
土壤中137Cs 比活度。
结 果 与 分 析
(一)水稻对137Cs 的吸收
表 1 结果表明 ,施于土壤的137 Cs 很快被水稻吸收 ,在第 1 周内吸收最强烈 ,随着时间变
化 ,到第 2、3 周植株中137Cs 的比活度下降。出现这种情况主要原因是 :施于土壤中的137 Cs 很
快被土壤胶体吸附 ,不易被植物吸收[3 ,4 ] ,加上植株生长快 ,干物质积累速度大于137 Cs 积累速
度等。已有研究表明 ,水稻、小麦等禾本科作物对137Cs 的积累规律表现为苗期吸收强烈 ,随植
株生长 ,137Cs 比活度逐渐下降[5 ] ,与本试验结果相似。
表 1 　施肥措施对水稻吸收137Cs 的影响
Table 1 　Effect of fertilizer application measures on the uptake of 137Cs by rice
处　　理
Treatment
吸收137Cs 时间　Absorption time for 137Cs(d) 　
7
Bq/ g
与 CK比
Compared with CK( %)
14
Bq/ g
与 CK比
Compared with CK( %)
21
Bq/ g
与 CK比
Compared with CK( %)
CK 192 - 115 - 3419 -
CaO 187 - 2. 60 78 - 32. 17 28. 4 - 18. 62
褐煤　1 139 - 27. 60 99 - 13. 91 20. 8 - 40. 40
Brown coal 　1
褐煤　2 178 - 7. 29 73 - 36. 52 24. 6 - 29. 51
Brown coal 　2
K2SO4 　1 129 - 32. 81 50 - 56. 52 22. 2 - 36. 39
K2SO4 　2 169 - 11. 98 70 - 39. 13 20. 4 - 41. 55
K2CO3 　1 118 - 38. 54 45 - 60. 87 11. 8 - 66. 19
K2CO3 　2 199 3. 65 59 - 48. 70 25. 1 - 28. 08
KC1 　1 177 - 7. 81 59 - 48. 70 19. 3 - 44. 70
KC1 　2 266 17. 71 59 - 48. 70 34. 8 - 0. 29
LSD 　0. 05 　 62. 7 　27. 3 7. 2
LSD 　0. 01 　 84. 7 　36. 8 9. 7
注 :表中各处理中“1”表示施用量按阳离子代换量 1/ 20 计算 ,“2”表示施用量按阳离子代换量的 1/ 10 计算
Note : In each treatment“1”represents that the content of potassium applied was calculated as 1/ 20 of the cation capacity.
In each treatment“2”represents that the content of potassium applied was calculated as 1/ 10 of the cation capacity.
69 核　农　学　报 12 卷
(二)施肥措施对水稻吸收137Cs 的影响
施肥措施对水稻从土壤中吸收137Cs 的影响 ,因肥料种类不同而异。
表 2 　施肥措施对第 2 茬水稻吸收137Cs 的影响
Table 2 　Effect of fertilizer measures on the uptake of 137Cs by rice of second cropping
处　　理
Treatment
吸收137Cs 时间　Absorption time for 137Cs(d)
19
Bq/ g
与 CK比
Compared with CK( %)
26
Bq/ g
与 CK比
Compared with CK( %)
CK 815 - 1210 -
CaO 1017 25188 818 - 26167
褐煤　1 812 - 3153 916 - 2100
Brown coal 　1
褐煤　2 816 1118 614 - 46167
Brown coal 　2
K2SO4 　1 218 - 67106 111 - 90183
K2SO4 　2 214 - 71176 117 - 85183
K2CO3 　1 118 - 78182 118 - 85100
K2CO3 　2 114 - 83153 116 - 86167
KC1 　1 212 - 74112 218 - 76167
KC1 　2 219 - 65188 313 - 72150
LSD 　0105 212 214
LSD 　0101 310 314
　　表 1 表明 ,在施137Cs 后第 1 周内 ,肥料的影响不太明显 ,但施低量硫酸钾和碳酸钾两个处
理对降低植株中137Cs 的积累已表现出良好的作用 ,其137Cs 比活度分别比对照组减少 32181 %
和 38154 % ,差异达到显著水平。从第 2 周起 ,施用钾盐的各处理组在减少水稻对137Cs 的吸收
方面已表现出十分显著的效果 ,与对照相比 ,植株中137 Cs 比活度下降的幅度在 39113 %～
60187 %。在本试验中使用的几种肥料对减少水稻从土壤中吸收137 Cs 的作用大小依次排列为 :
K2CO3 > K2 SO4 > KC1 > 褐煤 > 石灰。其中施用 K2 SO4 和 K2CO3 均能获得使137 Cs 在植株中
的比活度比对照降低 50 %以上的良好效果 ,就同一种钾盐而言 ,低施入量组比高施入量组的
效果更好。
第 2 茬水稻与第 1 茬相比 ,植株中137 Cs 的比活度要低得多 (表 2) ,这与137 Cs 被土壤固定
的程度有关。施用钾肥的 6 个处理组对减少水稻从土壤中吸收137 Cs 的作用仍十分显著 ,植株
中137Cs 的比活度比对照组减少 65 %以上。褐煤亦有一定的效果 ,但不如钾肥效果好 ,而且表
现不稳定。有学者报道 ,施用石灰能减少作物对137 Cs 的吸收[6 ] 。本试验施用 CaO 有一定作
用 ,但效果不稳定 ,且远不如钾肥效果好 ,这可能与土壤性质有关。
(三)施肥措施对137Cs 在土壤中存在形态的影响
137Cs 与其它放射性核素一样 ,进入土壤后会发生吸附、氧化、还原、化合与络合等过程。
土壤颗粒组成的变化对137Cs 的吸附有很大影响[7 ] ,粘粒含量高的土壤对137 Cs 吸附作用更强
烈。分析结果表明 ,土壤中137 Cs 主要以非代换性形态存在 ,约占土壤中137 Cs 总量的 97 % ,代
换性137Cs 占 2181 % ,水溶性137Cs 只占 01069 %(见表 3) 。施用钾肥会使土壤中代换性137Cs 含
量显著下降 ,从对照组的 2181 %下降到 0166 %。虽然随着施用钾肥的品种和数量不同 ,土壤
79　2 期 施肥措施对水稻吸收137Cs 的影响
中代换性137Cs 含量会有一些涨落 ,但它们之间差异不显著。
表 3 　施肥措施对137Cs 在土壤中形态的影响
Table 3 　Effect of fertilizer application measures on the form of 137Cs in soil
处　　理
Treatment
土壤总137Cs
Total 137Cs in soil
(Bq/ g)
代换性137Cs
Exchangeable 137Cs
Bq/ g %
水溶性137Cs
Soluble 137Cs
Bq/ g %
CK 773 2117 2181 0153 01069
CaO 853 2717 3125 0163 01074
褐煤　1 879 2714 3112 0170 01080
Brown coal 　1
褐煤　2 853 2919 3151 0168 01080
Brown coal 　2
K2SO4 　1 903 610 0166 0148 01053
K2SO4 　2 874 616 0176 0117 01019
K2CO3 　1 846 615 0177 0141 01048
K2CO3 　2 879 712 0182 0161 01069
KC1 　1 879 816 0198 0128 01032
KC1 　2 860 610 0170 0123 01027
LSD 　0105 6613 614 0144 0112 01016
LSD 　0101 8915 816 0160 0117 01022
(四)土壤中代换性137Cs 含量与水稻植株中137Cs 含量的关系
植物根系吸收137Cs 等放射性核素主要是通过根毛及表皮细胞的作用从土壤中摄取。试
验表明 ,土壤中代换性137 Cs 含量与植株中137 Cs 的比活度呈正相关 ,其关系式为 :y = 0114 +
0132x ,R = 018531 (见图 1) ,但由于土壤中代换性137Cs 含量很低 ,因此137Cs 从土壤 - 水稻的转
移系数也很低 ,测定结果表明 ,本试验用的土壤137 Cs 本底值为 12Bq/ kg ,稻谷中137 Cs 含量为
0126Bq/ kg ,其转移系数为 01022。从表 4 可以看到 ,当土壤中137 Cs 污染水平在 773Bq/ g 时 ,
137Cs从土壤 - 水稻的转移系数为 01015。已有试验表明 ,转移系数大小与土壤污染水平呈负
相关[5 ,8 ] 。本试验是在137Cs 污染水平相同的条件下 ,采用施肥措施使137Cs 从土壤 - 植株的转
移系数比对照大大降低 ,施用钾的效果最好 ,其中施用低量 K2SO4 可使水稻中137 Cs 转移系数
比对照组低 1 个量级 (见表 4) 。
图 1 　水稻中137Cs 比活度与土壤代换性137Cs 的相关性
Fig11 　Correlation between specific activity of 137 Cs in
rice and exchangeable 137Cs in soil
89 核　农　学　报 12 卷
表 4 　施肥措施对137Cs 转移系数的影响
Table 4 　Effect of fertilizer application measures on transfer coefficient of 137Cs
处　理
Treatment
土　　壤
Soil
(Bq/ g)
水　　稻
Rice
(Bq/ g)
转移系数
Transfer
coefficient
CK 773 11. 9 0. 015
CaO 853 8. 8 0. 010
褐煤　1 879 9. 6 0. 011
Brown coal 　1
褐煤　2 853 6. 4 0. 0075
Brown coal 　2
K2SO4 　1 903 1. 1 0. 0012
K2SO4 　2 874 1. 7 0. 0019
K2CO3 　1 846 1. 8 0. 0021
K2CO3 　2 879 1. 6 0. 0018
KC1 　1 879 2. 8 0. 0032
KC1 　2 860 3. 3 0. 0038
小 结
在本试验条件下 ,在秦山地区土壤中施用石灰、褐煤和钾肥对减少137 Cs 在水稻中的积累
都有一定效果 ,但施石灰和褐煤的效果不够稳定。施用硫酸钾、碳酸钾的效果都很好 ,能使水
稻植株中137Cs 的积累量比对照减少 50 %以上 ,而且效果稳定。其主要原因是钾盐使土壤中代
换性137Cs 的含量显著降低。
3 种钾盐之间相比较 ,施用硫酸钾和碳酸钾比施用氯化钾的效果好。而且在一些忌氯作
物上 (如茶、烟草、葡萄等)不宜施用氯化钾。此外 ,有资料表明 ,植物对137 Cs 的吸收 ,与土壤中
碳酸盐含量呈正相关 ,因此作为施肥措施的应用 ,以施用硫酸钾为宜 ,本试验中钾肥施入量以
土壤阳离子代换量的 1/ 20 效果比高量组更好 ,但硫酸钾的最佳施用量还有待进一步探讨。
参 考 文 献
1 　杨学先 1 切尔诺贝利核电站事故对环境及农业的影响 1 中国核科技报告 ,CNIC200454 ,1990
2 　俞誉福 1 环境放射性概论 1 上海 :复旦大学出版社 ,1993 ,194～196
3 　赵文虎等 1 农作物食用部分中90Sr、137Cs 含量的早期预报 1 中国核科技报告 ,CNIC201021 ,1995
4 　路子显等 1 137Cs 在水稻体内及土壤中移动、累积与分布 1 中国核科技报告 ,CNIC200696 ,1992
5 　朱永懿等 1 裂变产物90Sr、137Cs、144Ce 在土壤2植物系统中的行为 1 中国核科技报告 ,CNIC —00275 ,1988
6 　Adriano D C 等 ,孙来彦译 1 几种作物根部对放射性铯的长期吸收 1 原子能农业译丛 ,1985 , (4) :26～28
7 　路子显等 1 秦山、大亚湾核电厂周围地区土壤对137Cs 吸收的研究 1 中国核科技报告 ,CNIC —0068 ,1992
8 　秦苏云等 1 90Sr、137Cs、天然铀、226Ra 和239Pu 在陆地食物链中的转移系数 1 辐射防护 ,1995 , (4) :241～251
9 　中国土壤学会农化专业分会编 1 土壤农业化学常规分析方法 1 北京 :科学出版社 ,1983
10 Ma u Kob B T 等 ,朱永懿译 1 90Sr 和137Cs 在农作物中的积累与土壤理化特性的关系 1 原子能农业译丛 ,1983 , (3) :36～
37
99　2 期 施肥措施对水稻吸收137Cs 的影响