全 文 ：施用钾盐对降低137Cs
从土壤 - 农作物转移率的效应
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)
徐寅良　孙志明
(浙江大学核农所　杭州　310029)
应用盆栽和模拟小区连续 3 年就施用硫酸钾、碳酸钾、氯化钾对降低137 Cs 从土
壤2农作物转移率的效果进行试验。结果表明 ,3 种钾盐可以大大降低植株中的137 Cs
的污染 ,其中硫酸钾的效果最好 ,第 2 年第 3 年的后效表现非常稳定。钾盐的最适施
用量以土壤阳离子代换量的 1/ 30 为宜。施用钾盐主要是有效地降低了土壤中代换
性137Cs 的含量 ,从而降低了137Cs 从土壤2农作物的转移率。
关键词 :钾盐 　137Cs 转移 　小麦 　水稻
此文于 1998 年 7 月 11 日收到。
在核事故情况下释放的放射性裂变产物中 ,137 Cs 是具有生物学意义的关键核素 ,如何使
受到137Cs 污染的农田得到改良和利用是很有意义的课题。当农田受到137 Cs 污染时 ,增加土
壤中 Cs 的同位素或化学性质相似的同族元素 ,都能够降低137 Cs 从土壤2植物的转移率。施用
稳定性 Cs 盐 ,虽然溶解度很好 ,但价格很贵。Глякин等人的试验指出 ,137 Cs 从土壤进入植物
的速度比钾慢[1 ,2 ,3 ] ,因此 ,钾盐便成为用于降低137Cs 从土壤2植物的转移率的首选对象。本文
选用秦山核电厂周围有代表性的土壤作为研究对象 ,较系统地研究了施用钾盐对降低水稻
137Cs污染水平的效应 ,为选择适合我国国情的、有应用价值的农业防护措施提供科学依据。
1 　材料和方法
111 　材料
试验土壤采自浙江省秦山地区 ,属粉砂质壤土 ,含有机质 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 ,p H619 ,粘粒 ( < 01001mm) 5186 %。供试作物为水稻和春小麦。137 Cs 的化学形态为
137CsCl。
112 　盆栽试验
在 016L 的塑料盆内装土 500g ,每盆施入 0125g 硫酸铵和 011g 磷酸二氢钾作底肥。各处
理组施用的钾盐种类及数量按设计要求 (见文中表)在装土时拌入。
113 　钾盐种类的筛选试验
242 　核 农 学 报　1999 ,13 (4) :242～247Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
于 1996 年 5 月 29 日插秧 ,每盆 4 株。6 月 3 日水稻返青后浇灌137 Cs 溶液 ,每盆 4118 ×
104Bq。钾盐 ( K2O)施用量按土壤阳离子代换量的 1/ 20 和 1/ 10 两组 (表 1 中分别以 1 和 2 表
示) ,对照组只施用底肥。每个处理设 4 次重复。在施入137Cs 后每隔 1 周取样 1 次。在同年 7
月 3 日种植第 2 茬水稻。在第 2 年做施用钾盐的后效试验。供试作物均为水稻。1998 年则
以春小麦为试材 ,进行不同种类钾盐的第 3 年的后效试验。
表 1 　施用不同种类的钾盐对水稻吸收137Cs 的效应
Table 1 　Effect of different kind of potassium salt on the absorption of 137Cs by rice
处理
Treatment
吸收137Cs 时间 Time of 137Cs absorption
7d
与 CK比较
(Bq/ g) Compared with CK %
14d
与 CK比较
(Bq/ g) Compared with CK %
21d
与 CK比较
(Bq/ g) Compared with CK %
CK 192 - 115 - 3419
K2SO421 129 3 - 32181 50 33 - 56152 2212 33 - 36139
K2SO422 169 - 11198 70 33 - 39113 2014 33 - 41155
K2CO321 118 3 - 38154 45 33 - 60187 1118 33 - 66119
K2CO322 199 3165 59 33 - 48170 2511 33 - 28108
KCl21 177 - 7181 59 33 - 48170 1913 33 - 44170
KCl22 226 17171 59 33 - 48170 3418 33 - 0129
　　3 表示差异显著 , 3 3 表示差异十分显著 ,余下同。3 Differences are significant . 3 3 Differences are highly significant .
114 　适宜施用量筛选试验
钾盐选用硫酸钾 ,其施用量按照土壤阳离子代换量的 1/ 10、1/ 20、1/ 30、1/ 40、1/ 50 计算。
于 1997 年以水稻为试材进行试验。1998 年以春小麦为试材进行后效试验。剪取株地上部 ,
用水洗净后 ,60 ℃烘干 ,剪碎、制样。测量样品的放射性活度。
115 　土壤中137Cs 化学形态分析
在水稻取样完毕之后将土壤风干 ,捡去稻根 ,过 1mm 筛。每个样称取 21000g ,分析土壤
水溶性137Cs 和代换性137Cs 活度 ,分析方法按土壤水溶性盐及土壤阳离子代换量分析方法进
行。将提取液置于直径为 7cm 的纸片上蒸干后 ,在γ谱仪上测量 ,并同时测量土壤中的137Cs
活度。
116 　模拟小区试验
试验在浙江大学核农所进行。供试土壤同前述。在体积为 0195 ×017 ×0135m3 的小池
内 ,装入 150kg 土。装土前先施入底肥 (按 375kgN/ hm2 ,18715kg P2O5/ hm2 和 1875kg K2O/
hm2) 。试验设 6 个处理 ,即 K2O 施入量按土壤阳离子代换量 1/ 50、1/ 40、1/ 30、1/ 20 (表 1) 计
算的 4 个处理、设不施钾的为对照 1、不施137 Cs 的为对照 2。土壤装入池后加水浸泡 7d ,于
1997 年 5 月 4 日插秧。137Cs 是在水稻返青后 (5 月 17 日)随灌水施入 ,施用量按 100Bq/ kg 土
计算。在 7 月 20 日成熟期收获。分别取植株和土壤样品 ,植株分为茎叶和籽粒两部分 ,在γ
谱仪上测量样品的137Cs活度。
2 　结果
211 　施用不同种类钾盐的效应
342　4 期 施用钾盐对降低137Cs 从土壤2农作物转移率的效应
表 1 结果表明 ,在137Cs 污染土壤的第 1 周 ,钾盐的作用不明显 ,仅有施用低量的硫酸钾和
碳酸钾两个处理组表现较好 ,植株中137Cs 比活度比对照分别降低 32181 %和 38154 % ,差异达
到显著水平。污染的第 2 周钾盐的作用表现得比第 1 周明显 ,各处理组水稻植株中137Cs 的比
活度比对照减少 39113 %～60187 % ,差异达到十分显著水平。到第 3 周 ,各处理组与对照组
的差异均达到十分显著水平。其中碳酸钾的效果最好 ,使植株中137Cs 的比活度降低 66119 % ,
说明施用钾盐的效果在试验的头 3 周就表现出来。
连续进行 3 次后效试验的结果表明 (见表 2) ,不同类型的钾盐在试验当年种植的 2 茬水
稻中 ,均在减少植株中137Cs 的积累和降低137Cs 从土壤2植物的转移方面表现出非常好的效果 ,
处理组植株137Cs 含量比对照降低 72150 %～90183 % ,尤其以硫酸钾的效果表现突出 ,137 Cs 的
比活度比对照降低 90183 %。2 种施用量比较来看 ,低施用量 (按土壤阳离子代换量的 1/ 20 计
算)的效果比高施用量更好。
表 2 　施用不同种类的钾盐第 3 年后效
Table 2 　Later effect of different kinds of potassium salt in 3 years
处理
Treatment
第 1 年
First year
与 CK比较
(Bq/ g) Compared with CK %
第 2 年
Second year
与 CK比较
(Bq/ g) Compared with CK %
第 3 年
Third year
与 CK比较
(Bq/ g) Compared with CK %
CK 12 - 9916 - 508 -
K2SO421 111 33 - 90183 310 33 - 97103 4 33 - 99121
K2SO422 117 33 - 85183 812 33 - 91179 2 33 - 99154
K2CO321 118 33 - 85100 1812 33 - 81168 6 33 - 98181
K2CO322 116 33 - 86169 1512 33 - 88180 3 33 - 99149
KCl21 218 33 - 76167 1511 33 - 84182 31 33 - 93198
KCl22 313 33 - 72150 916 33 - 90140 4 33 - 99130
第 2 年的后效试验结果表明 ,施用的钾盐使水稻植株中137 Cs 的比活度比对照降低
81168 %～97103 %。而且硫酸钾的效果仍然表现最好 ,使 137 Cs 的比活度降低 91179 %～
97103 % ,不同钾盐的效果排列为 : K2 SO4 > K2CO3 > KCl。同样是较低施入量组比高施入量组
的效果更好。
第 3 年的后效试验结果表明 ,施用钾盐的后效非常稳定。其中施用硫酸钾处理组的植株
中 ,137Cs 的比活度均比对照降低 99121 %～99154 % ;碳酸钾组降低 98181 %～99149 % ,氯化
钾组则变动在 93198 %～99130 %。钾盐的效果依然表现为 K2 SO4 > K2CO3 > KCl。与前两年
不同的是 ,在施用量方面表现为高施入量组的效果优于低施入量组 ,这可能是由于在第 1 年施
入钾盐 ,以后连续 2 年在没有增施钾盐的情况下种植作物 ,使土壤中钾盐含量随作物的吸收而
减少的缘故。
将施用不同种类钾盐对137Cs 从土壤2植物转移系数的影响连续 3 年的试验结果列于表 3。
结果表明 ,在没有施用钾盐的对照组中137 Cs 的转移系数最高 ,在 01015～01731 之间 ,其变动
与137Cs 污染方式、栽培方法不同有关。在第 1 年试验时 ,137 Cs 是以表面污染方法施入 ,水稻
是以插秧方式种植 ,根系与污染土壤的接触面小 ,作物栽培时间短 ,其转移系数最低 (01015) ;
第 2 年 ,土壤中的137Cs 以全层污染方式存在 ,植物根系全部生长在污染土壤中 ,尽管同样是种
植水稻 ,但是转移系数为 011433 ,比上一年高 1 个数量级。这说明污染方式不同可以影响
137Cs从土壤2植物的转移。
442 核　农　学　报 13 卷
表 3 　施用钾盐对137Cs 从土壤2植株转移系数的影响
Table 3 　Effect of potassium salt on transfer coefficient ( TF) of 137Cs from soil to plant
处理
Treatment
第 1 年
First year
转移系数 排　序
TF Order
第 2 年
Second year
转移系数 排　序
TF Order
第 3 年
Third year
转移系数 排　序
TF Order
效果总评
　
Order of the
effect
CK 01015 7 011433 7 017313 7 7
K2SO421 010012 33 1 010038 33 1 010051 33 4 1
K2SO422 010019 33 3 010104 33 2 010030 33 1 2
K2CO321 010021 33 4 010232 33 6 010077 33 5 5
K2CO322 010018 33 2 010145 33 3 010034 33 2 3
KCl21 010032 33 5 010189 33 5 010382 33 6 6
KCl22 010038 33 6 010122 33 4 010045 33 3 4
　　注 :转移系数 = 植物中137Cs(Bq/ kg)干物/ 土壤中137Cs(Bq/ kg)
Note : TF = Dry material in plant/ in soil ( 137Cs Bq/ kg)
连续 3 年的试验均表明 ,施用钾盐对于降低137 Cs 从土壤2植物的转移有十分良好的作用。
从 3 年的试验结果排序的情况可以看出 ,施用硫酸钾的效果最好 ,碳酸钾次之 ,氯化钾较差 ,而
且钾盐的后效非常好 ,这与 Суслова等人的研究结果相同[4 ] 。
212 　钾盐最佳施用量的选择
21211 　盆栽试验 　表 4 的结果表明 ,施用不同量的硫酸钾对降低水稻从土壤中吸收137 Cs 都
有良好的作用。在试验的当年能使水稻植株中137Cs 的含量比对照减少 22136 %～55128 % ,差
异达到十分显著水平。但是 ,硫酸钾施用量与其施用效果的相关性并不明显 ( r = 013874) 。
其中施钾量为土壤阳离子代换量的 1/ 40 组表现最好 ,使水稻中 137 Cs 含量比对照减少
55128 %。
表 4 　钾盐不同施用量对水稻吸收137Cs 的影响
Table 4 　Effect of different application amount of potassium
salt on the absorption of 137Cs by rice
处理
Treatment
平均值
Average (Bq/ g)
与 CK比较
Compared with CK( %)
效果排序
Order of the effect
CK 322 6
K21 199 33 - 38110 2
K22 144 33 - 55128 1
K23 250 33 - 22136 5
K24 214 33 - 33155 4
K25 200 33 - 38103 3
21212 　模拟小区试验 　从表 5 可以看出 ,在植株的地上部137Cs 主要是积累在茎叶中 ,茎叶中
137Cs 的比活度比稻谷高 517～1015 倍。同时施用硫酸钾能够有效地减少水稻植株中137 Cs 的
积累。其中茎叶中137Cs 的比活度比对照降低 8156 %～411635 % ,稻谷中相应降低 8131 %～
59110 %。从而验证了施用钾盐的效果。与盆栽试验一样 ,在模拟小区试验中随钾肥施用量的
增加 ,植株中137Cs 的积累减少 ,两者呈负相关 ( r = - 017992) 。当钾肥施用量为土壤盐基代换
总量的 1/ 40 以上 ,稻谷中137Cs 的积累比对照组减少 40 %以上。效果最好的是施钾量为土壤
盐基代换总量的 1/ 30 ( k3)的处理 ,使稻谷中137Cs 的积累减少 59110 %。使茎叶中137Cs 的积累
量减少 38113 %。
542　4 期 施用钾盐对降低137Cs 从土壤2农作物转移率的效应
从效果和农业生产成本考虑按照土壤阳离子代换量的 1/ 30 计算钾盐施用量比较适宜。
表 5 　模拟小区试验中不同施钾量对水稻吸收137Cs 的影响
Table 5 　Effect of different application amount of potassium fertilizer on the
absorption of 137Cs by rice in plot experiment
处理
Treatment
籽粒
Seed
与 CK比较 效果排序
(Bq/ q) Compared with CK( %) Order of the effect
茎叶
Stem
与 CK比较 效果排序
(Bq/ q) Compared with CK( %) Order of the effect
CK 4145 - - 2517 - -
K1 4108 - 8131 4 2810 - 8195 3
K2 2165 - 40145 3 2719 - 8156 4
K3 1182 - 59110 1 1519 - 38113 2
K4 2146 - 44172 2 1510 - 41163 1
21213 　施用钾盐对137Cs 在土壤中存在形态的影响 　从表 6 可见 ,137 Cs 在土壤中主要是以非
代换性形式存在 ,占总量的 96 %以上 ;水溶态137 Cs 的含量很少 ,仅占土壤中137 Cs 含量的
01019 %～0118 % ;代换性137Cs 含量占土壤中137Cs 含量的 0166 %～5168 %。两年的分析结果
没有明显的差异。同时还可以看到 ,施用钾盐可以大大降低土壤中代换性137 Cs 的含量 ,与对
照组的差异达到十分显著水平。在施用钾盐的第 1 年 ,土壤中代换性137 Cs 含量比对照降低
7214 %～6014 % ;研究表明土壤中代换性137 Cs 含量与植株中137 Cs 含量存在十分显著的相关
性。因此 ,施用钾盐在降低了土壤中代换性137Cs 含量的同时 ,亦降低了植株中137Cs 的含量。
比较 3 种形态的钾盐 ,硫酸钾表现效果稳定 ,土壤中代换性137 Cs 含量最低 ,因此在降低
137Cs从土壤2植物的转移、减少植株中137 Cs 污染方面表现最好 ,达到降低137 Cs 从土壤2农作物
转移的目的。
3 　小 　结
1 　在污染水平相同的情况下 ,污染方式、作物种类、作物生长的时间等都是影响137 Cs 在
植株中的积累的因素 ,可以使137Cs 从土壤2农作物的转移系数出现很大的差异。
表 6 　137Cs 在土壤中存在形态
Table 6 　Forms of 137Cs in the soil
处理
Treatment
　
　
土壤
Soil
　
(Bq/ g)
水溶态
Soluble
(Bq/ g) 占土壤 %
% of total soil 137Cs
代换性
Available
(Bq/ g) 占土壤 %
% of total soil 137Cs
CK 695 112 0118 3916 5168
K2SO421 787 014 0105 517 33 0173
K2SO422 789 015 0106 518 33 0172
K2CO321 788 115 0119 916 33 1122
K2CO322 771 113 0117 616 33 0186
KCl21 800 017 0109 1211 33 1152
KCl22 784 111 0114 519 33 0176
2 　不同种类的钾盐对降低137 Cs 从土壤2农作物的转移均有明显的作用。氯化钾、碳酸
钾、硫酸钾 3 种钾盐比较 ,以硫酸钾的效果最好 ,并且在施用后的第 2、第 3 年都有很好的后效
642 核　农　学　报 13 卷
作用。
3 　随钾盐施用量的增加 ,植株中137Cs 活度下降 ,两者呈显著的负相关。综合比较认为施
钾量以土壤阳离子代换量的 1/ 30 计算为宜。
4 　对施用钾盐降低137Cs 从土壤2植株的转移的机理研究表明 ,施入钾盐可以有效降低土
壤中有效态137Cs 含量 ,而且两者呈显著的负相关。这一研究结果对解释施用钾盐能有效地减
少农作物从土壤中吸收137Cs 的原因起着重要作用。
参 考 文 献
1 　ГуякинИ. В. ОтнщемиеЦезия2137 калиювпочвеиврастениях. Цзв. TCXA , 1960 (3) :18～29
2 　杨俊诚 1 137Cs 的沉降与农业对策国际研究进展 1 核农学报 11997 ,11 (增刊) :28～34
3 　Winteringham F P W. 裘同才译 1 土壤、作物及食品中的放射性沉积物 1 北京 :中国农业科技出版社 ,1995 ,40～44
4 　Cуслова. В. В. , Влияниенитрофоскиисолеикалнянапоступление90 Sr и137 Cs B растяльностьцелинноголуга.
Агрохимия. 1979 (1) :103～108
EFFECT OF POTASSIUM SALTS ON THE TRANSFER OF 137Cs
IN SOIL2PLANT SYSTEM
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)
Xu Yinliang 　Sun Zhiming
( Instit ute of N uclear A gricult ure , U niversity of Zhejiang , Hangz hou 　310029)
ABSTRACT
A study on reducing the transfer of 137Cs from soil to plant was conducted by pot and plot
experiment using potassium sulfate , carbonate and chloride. The result showed that all of the
three kinds of potassium salts could reduce the transfer of 137 Cs in soil2plant system , of which
the potassium sulfate performed best and had a stable later effects in the second and third year.
The available amount of potassium salt to apply was explored and it was found that 1/ 30 of soil
available cation was suitable. The mechanism could be explained as that the available 137 Cs in
soil was reduced effectively by the application of potassium salt so that the transfer of 137 Cs in
soil2plant system decreased signif icantly.
Key words :Potassium salt , 137Cs , wheat , rice , t ransfer coefficient
742Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1999 ,13 (4) :242～247