全 文 ：文章编号 :100028551 (2003) 022127206
施用白垩和膨润土对降低作物吸收
放射性锶和铈的有效性
史建君　王寿祥　陈传群
(浙江大学原子核农业科学研究所　农业部核农学重点开放实验室 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了在土壤中施用白垩和在田表水中撒
洒膨润土对降低作物 (尤其是作物的食用部分) 中89 Sr 和141 Ce 积累的效应。结果表
明 :白垩能有效降低黑麦草、青菜对89 Sr 的吸收 ,当白垩施用量为 20gΠkg 时 ,青菜对
89 Sr吸收降低率达 7716 % ,黑麦草也能降低 3512 % ,土壤中白垩的引入量与黑麦草、青
菜中89 Sr 的比活率呈显著性线性负相关 ;在田表水中的撒洒适量膨润土可以使田表
水、稻壳和糙米中的141 Ce 比活度有所下降 ,从而减少稻谷对141 Ce 的积累 ,但未能改变
稻根、稻草对141 Ce 的吸收和积累 ,141 Ce 在水稻土中的纵向分布均与土层深度呈单项
指数负相关。
关键词 :白垩 ;膨润土 ;作物 ;放射性锶 ;放射性铈 ;吸收和积累
收稿日期 :2001204228
基金项目 :浙江省“九五”重点项目 (961103084)资助
作者简介 :史建君 (1961～) ,男 ,教授 ,硕士生导师. 主要从事环境科学和放射生态学研究
在核事故情况下释放的核裂变物中 ,89 Sr (90 Sr) 、141 Ce (144 Ce) 是对环境可能产生危害的关键
核素 ,沉降在土壤和或田表水中的放射性锶和铈可以通过根系的吸收进入到植物体内 ,并通过
食物链最终进入人体造成潜在的内照射危害。因此 ,进行以降低农产品对核污染物的吸收和
积累为目的的农业措施研究 ,进而为受核污染的农田改良和利用提供有应用价值的方式、方法
是很有意义的研究课题。虽然有关89 Sr (90 Sr) 和141 Ce (144 Ce) 在土壤、动植物中的行为研究已有
不少报道[1～3 ] ,但是放射性核素在土壤2植物中的行为受土壤理化性质、生物有效性、植物种类
差异等诸多因素的影响 ,尤其是添加同位素载体或化学性质相似的同族元素能降低作物对核
素的吸收率[4～11 ] 。因此 ,有必要根据我国的具体情况研究适合我国国情、符合农业可持续发
展、经济实用的核污染农业治理措施。
已有的研究表明 ,膨润土对放射性锶等有较强的富集能力[9 ] 。前苏联学者曾采用在土壤
中引入磷酸石膏和白垩降低90 Sr 在豌豆和燕麦中的积累[12 ] 。本试验采用在受放射性锶污染土
壤中引入适量白垩 ,在受放射性铈污染的田表水中引入膨润土 ,探索在我国的土壤、气候条件
下降低黑麦草及后茬青菜对放射性锶和水稻对放射性铈吸收和积累的效果。以寻求降低或治
理放射性锶和铈污染的农业措施和方法。
721　核 农 学 报　2003 ,17 (2) :127～132Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料与方法
111 　材料
85 + 89 SrSO3 为粉末状固体 ,使用前用 5molΠL 的 HCl 转化成89 + 85 SrCl2 溶液 ,再用水稀释成合
适比活度的89 + 85 SrCl2 水溶液。141 Ce2CeO2 的放化纯度大于 95 % ,出厂时 (2000203216) 的比活度
为 9125 ×106BqΠmg ,使用前用 H2O2 和浓 HNO3 转化成141 Ce2Ce (NO3 ) 3 ,再配成 1185 ×106BqΠml
的水溶液备用。两种同位素均由中国原子能研究院同位素研究所提供。供试土壤小粉土采自
浙江大学农业与生物技术学院实验农场 ,使用前经粉碎 ,去除石块、植物根系等杂物 ,土壤的主
要理化性质为 :pH值 (水浸 ,水土比 = 5Π1) 610 ,pH 值 (盐浸) 515 ,有机质 1910gΠkg ,交换性总酸
0105cmolΠkg ,交换性钙 1118cmolΠlkg ,交换性镁 115cmolΠkg ,粘粒 1215 %。白垩由河蚌壳焙烧而
成 ,其主要成份为 CaO。
112 　方法
在 15 只Φ20 ×20cm 盆钵中各装小粉土 510kg ,每盆均施入 (NH4 ) 2 SO4 115g 和 KH2 PO4 2g 作
底肥 ,同时拌入85 + 89 Sr 水溶液 510ml (比活度为 1185 ×105BqΠml ,标定时间为 1999207220 ,下同) ,
并且在每盆中分别添加白垩 0 (处理 Ⅰ,CK) 、510 (处理 Ⅱ) 、2010 (处理 Ⅲ) 、5010 (处理 Ⅳ) 和
10010g(处理 Ⅴ) ,每种处理 3 个重复。充分拌匀后每盆播种黑麦草种子 0165g (由浙江大学农
业与生物技术学院提供) ,黑麦草长大收获后 ,再每盆栽种青菜 2 株 (杭州早青菜 ,由浙江大学
实验农场提供) 。
在另 15 只 <20 ×20cm 盆钵中也各装小粉土 510kg ,每盆拌入 (NH4 ) 2 SO4 115g 和 KH2 PO4 2g
作基肥。试验设 5 种处理 ,膨润土撒洒量分别为 :0 (处理 Ⅰ,CK) 、10100 (处理 Ⅱ) 、50100 (处理
Ⅲ) 、100100 (处理 Ⅳ)和 200100g(处理 Ⅴ) ,每种处理 3 个重复 ,共 15 个盆钵。灌水后每盆由田
表水引入比活度为 1185 ×106BqΠml 的141 Ce2Ce (NO3 ) 3 水溶液 2100ml ,随即以 5 种不同设计量的
膨润土均匀撒洒在盆水表面 ,然后每盆栽插 2 ×5 株水稻秧苗 (品种为浙 733 ,由浙江大学农业
与生物技术学院提供) 。
113 　样品测定
黑麦草于播种后 45d 收获 ,青菜于移栽后 49d 收获。收取的植物根部用清水洗净 ,并用吸
水纸吸干水分 ,将黑麦草和青菜样品分为地上部 (叶或叶茎) 和根两部分 ,分别称量、烘干后置
于 600 ℃的马福炉中灰化 8h。
于水稻成熟时一次性收获、采样。先采水样适量 ,再收割水稻地上部 ,然后用半筒式取土
器从各盆钵中取土柱 3 个 ,最后取出稻根 ,洗去泥土。将采收的水稻样品各分为稻根、稻草、稻
壳和糙米 4 部分 ,经称量、烘干后置于 600 ℃的马福炉中灰化 8h ;土柱沿纵向分割为 7 段 (每段
长约 2cm) ,置于烘箱中烘干后研碎。
取灰化的植物样 012g、土样 1100g、水样 1100ml 置于测量皿中 (其中水样烘干) ,放入 G- M
计数器的样品架上测其活度 ,每种样品 3 个重复。测量的相对标准误差控制在 10 %以内 ,测
量结果经探测效率、扣本底 (nb = 60cpm)和衰变校正后换算成样品的放射性比活度。以样品计
数高于本底计数 1 倍确定的仪器探测下限为 387dpm。
821 核　农　学　报 17 卷
2 　结果与分析
211 　白垩对降低黑麦草吸收89 Sr 的效应
结果如表 1 所示 ,其中整株黑麦草中89 Sr 比活度数据系由地上部和根两部分比活度的质
量加权计算获得[13 ] ,可见黑麦草及其各部位中的89 Sr 比活度基本上随土壤中白垩的引入量增
加而降低。例如作为黑麦草的可食部分 (动物饲料) 的地上部 ,处理 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ比对照 (处理
Ⅰ)分别降低 717 %、1811 %、3018 %和 3813 % ,差异达到显著水平 ,效果十分明显。
表 1 　施用白垩对黑麦草吸收89 Sr 的效应
Table 1 　Effect of chalk application on the absorption of 89 Sr by ryegrass
处理
treatment
地上部 above2ground 根 root 整株 whole plant
比活度
specific activity
(BqΠg) 降低率reduce ratio( %) 比活度specific activity(BqΠg) 降低率reduce ratio( %) 比活度specific activity(BqΠg) 降低率reduce ratio( %)
Ⅰ(CK) 64. 5 0 55. 1 0 61. 3 0
Ⅱ 56. 8 7. 7 46. 2 16. 2 53. 1 13. 4
Ⅲ 52. 7 18. 1 49. 2 10. 7 51. 5 16. 0
Ⅳ 44. 6 30. 8 41. 3 25. 0 43. 6 28. 9
Ⅴ 39. 8 38. 3 38. 9 29. 4 39. 7 35. 2
分析表明 ,黑麦草及其各部位中89 Sr 的比活度 C (BqΠg 鲜样) 与白垩引入量 x (g) 间呈显著
线性负相关。整株 : C = 5614 - 011877 x , r = - 019146 ;根 : C1 = 5018 - 011330 x , r = - 018526 ;地
上部 : C2 = 5914 - 012200 x , r = - 019271。
212 　白垩对降低后茬青菜吸收89 Sr 的效应
青菜及其各部位中89 Sr 比活度与白垩引入量的关系列于表 2 ,其中整株青菜中89 Sr 比活度
由各部分的质量加权计算获得。
表 2 　施用白垩对后茬青菜吸收89 Sr 的效应
Table 2 　Effect of chalk application on the absorption of 89 Sr by Chinese cabbage
处理
treatment
地上部 above2ground 根 root 整株 whole plant
比活度
specific activity
(BqΠg) 降低率reduced ratio( %) 比活度specific activity(BqΠg) 降低率reduced ratio( %) 比活度specific activity(BqΠg) 降低率reduced ratio( %)
Ⅰ(CK) 47. 4 0 63. 2 0 48. 0 0
Ⅱ 37. 8 20. 2 49. 0 22. 5 38. 2 20. 4
Ⅲ 35. 0 26. 2 46. 2 26. 9 35. 3 26. 4
Ⅳ 16. 9 64. 3 75. 6 - 19. 6 18. 6 61. 2
Ⅴ 9. 5 80. 0 68. 9 - 9. 0 10. 7 77. 7
表 2 数据表明 ,青菜地上部 (可食用部分) 中89 Sr 比活度随着土壤中白垩引入量的增加而
降低 ,处理 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别比对照 (处理 Ⅰ) 降低了 2012 %、2612 %、6413 %和 8010 % ,效果相
当明显。回归分析表明 ,地上部中89 Sr 比活率 C (BqΠg 鲜样) 与白垩引入量 x (g) 间呈显著线性
负相关 : C1 = 4119 - 013599 x , r = - 019488 ;根部89 Sr 比活度变化无明显的规律性 ;整株青菜中
921　2 期 施用白垩和膨润土对降低作物吸收放射性锶和铈的有效性
89 Sr比活度随土壤中白垩引入量增加也呈下降趋势 ,它们之间呈显著线性负相关 : C1 = 4214 -
011301 x , r = - 019511。
在土壤中引入白垩能有效降低黑麦草、青菜对放射锶的吸收和积累量 ,分析其原因主要
是 :白垩的主要成分为 CaO ,进入土壤后 ,在土壤液中形成 Ca2 + 和OH - ,Ca2 + 与 Sr2 + 发生交换反
应 ,从而使土壤液中的 Sr2 + 浓度下降 ;OH - 与 H+ 发生中和反应 ,使土壤液中的 H+ 浓度下降 ,
致使土壤酸性下降 ,促进了土壤对 Sr2 + 的吸附 ,从而进一步降低了土壤液中的 Sr2 + 浓度。土壤
液中的这种离子成分和含量的变化导致放射性锶的有效迁移率降低 ,因而抑制了作物对它的
吸收。另一方面 ,Ca 与 Sr 等营养元素主要是通过根膜吸收后由载体携带至作物的其他部位 ,
白垩的引入使得土壤中的 Ca2 + 远多于 Sr2 + ,故通过细胞膜由载体携带的主要是 Ca2 + ,抑制了
对 Sr2 + 的携带 ,从而抑制了 Sr2 + 向作物的输运[5 ] 。
213 　141 Ce 在田表水、水稻各部位中的比活度与膨润土引入量的关系
表 3 给出了田表水及稻根、稻草、谷壳及糙米中141 Ce 比活度与膨润土引入量间关系的试
验结果。可见田表水中的141 Ce 比活度随膨润土引入量增加呈急剧下降 ,表明膨润土的引入能
有效地降低被放射性铈污染的田表水中的放射性比活度。水稻各部位中141 Ce 比活度均显著
高于田表水中的比活度 ,表明水稻对141 Ce 具有较强的吸收、吸附和积累能力 ,尤其是稻根中
141 Ce 比活度特别高 ,这是由于水稻对141 Ce 吸收是个逐渐积累的过程 ,水稻通过根系吸收、吸附
的141 Ce 约有 80 %滞留于根部 ,转运到地上部约占 10 %～20 %[14 ] 。膨润土引入量不同的各水稻
中141 Ce 比活度高低顺序均为 :稻根 > 稻草 > 稻壳 > 糙米 ,呈较好的一致性。在田表水中引入
膨润土未能明显改变稻根对141 Ce 的吸收和积累 ,其比活度变化不大 ,最高与最低间约相差
10 % ,且未呈现出明显的规律性。稻草中141 Ce 比活度的变化也是如此 ;稻壳、糙米中141 Ce 比活
度与膨润土的引入量呈负相关 ,表明在田表水中引入适量膨润土有益于降低141 Ce 在稻谷 (稻
壳、糙米)中的积累。
表 3 　田表水及水稻各部位中141 Ce 比活度与膨润土引入量的关系
Table 3 　Connection between specific activity of 141 Ce in water and rice with bentonite
(BqΠg)
处理
treatment
田表水
surface water
水稻部位 part of rice
稻根 root 稻草 straw 稻壳 chaff 糙米 brown rice
Ⅰ 11. 1 3105. 6 158. 6 131. 2 11. 8
Ⅱ 4. 2 3365. 4 159. 4 81. 4 16. 6
Ⅲ 4. 7 3437. 5 183. 0 53. 8 9. 2
Ⅳ 0. 07 3002. 5 118. 6 54. 5 10. 1
Ⅴ 0. 3 3115. 0 242. 7 60. 1 7. 1
214 　141 Ce 在水稻土中的垂直分布
不同膨润土引入量的水稻土中141 Ce 比活度垂直分布如表 4 所示。可见随着土层深度的
增加 ,土壤中141 Ce 的比活度迅速降低 ,141 Ce 绝大部分积累在上层土中 ,表层土 (0～2cm) 中141 Ce
的积累量约占整个土壤总积累量的 40 %以上。对表 2 数据进行回归分析表明 :水稻土中141 Ce
比活度 C (BqΠg)与土层深度 x (cm)间呈单项指数负相关 (见表 5) 。
031 核　农　学　报 17 卷
表 4 　141 Ce 在土层中的分布
Table 4 　Distribution of 141 Ce in the each soil profile (BqΠg)
处理
treatment
土层深度 depth of soil profile (cm)
0～2 2～4 4～6 6～8 8～10 10～12 12～14
Ⅰ 2885. 6 1353. 8 290. 4 239. 4 156. 8 181. 7 231. 8
Ⅱ 2387. 0 1111. 6 518. 8 291. 8 100. 0 117. 3 154. 8
Ⅲ 2238. 0 807. 7 540. 4 341. 8 94. 0 116. 4 172. 6
Ⅳ 3234. 5 669. 1 403. 8 260. 2 349. 5 187. 8 107. 8
Ⅴ 1959. 2 1821. 8 613. 4 297. 4 167. 3 120. 8 197. 0
表 5 　141 Ce 在土壤中的比活度与深度的关系曲线
Table 5 　Connection between specific activity of 141 Ce in soil and depth of soil profile
处理 treatment 回归方程 regression equation 相关指数 correlated exponential ( r2)
Ⅰ(CK) C1 = 1861. 5 - 012178x 0. 7035
Ⅱ C2 = 2142. 5e - 012563x 0. 8516
Ⅲ C3 = 1842. 5e - 012377x 0. 8142
Ⅳ C4 = 1998. 3e - 012302x 0. 8325
Ⅴ C5 = 2343. 0e - 012432x 0. 8536
由表 5 回归方程求出141 Ce 在各处理水稻土中的半残留深度 ,5 种经不同膨润土处理的土
层中141 Ce 的半残留深度分别为 3118、2170、2192、3101 和 2185cm。与对照相比 ,可见引入膨润
土能减小141 Ce 在水稻土中的半残留深度 ,但差异较小 ,效果不太明显。
3 　结论
11 在小粉土中引入白垩能有效地降低黑麦草、青菜对放射性锶的吸收、积累 ;作物中放射
性锶的比活度与土壤中白垩的引入量呈线性负相关。黑麦草和青菜对放射性锶的吸收、积累
量 (见表 1、表 2 中 CK样品的数据)存在一些差异 ,主要是不同作物生物学性质的差异所致 ;土
壤中施入白垩后对它们吸收放射性锶影响的差异 ,除作物生物学性质的差异外 ,还与土壤水分
有关 ,土壤含水率越高 ,土壤液中发生的离子交换和 H+ 、OH - 中和反应就越充分 ,由于在生长
过程中青菜比黑麦草需要更多的水分 ,即处植青菜的土壤含水量要比种植黑麦草土壤为多 ,因
而施入白垩对降低青菜吸收、积累放射性锶的效果比黑麦草更为有效。
21 在田表水中引入适量膨润土 ,能有效地降低被放射性铈污染的田表水中的放射性比活
度 ;对降低141 Ce 在稻壳、糙米中的积累有一定效果 ,但未能改变稻根、稻草对141 Ce 的吸收和积
累。表明采用在田表水中撒洒适量膨润土的单一措施 ,对降低水稻对放射性铈的吸收和积累
效果不很理想 ,尚未达到可实际应用于放射性污染治理的要求。根据有关的放射性污染农业
治理措施的研究结果[7 ,10 ,15 ] ,经综合分析后认为采用多方法复合治理措施 (例如土地深翻、施用
钾肥和撒洒适量膨润土等相结合)会获得比单一措施更好的效果。
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～295
VALIDITY OF CHAL K AND BENTONITE APPLICATION IN SOIL AND WATER
ON REDUCING THE ABSORPTION OF RADIO2STRONTIUM AND
RADIO2CERIUM BY CROP
SHI Jian2jun 　WANG Shou2xiang 　CHEN Chuan2qun
( Key Laboratory of Nuclear Agricultural Sciences , the Ministry of Agricultural , Institute of Nuclear
Agricultural Sciences , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang prov. 　310029)
ABSTRACT :Effects of the chalk and bentonite application in soil and surface water respectively
on reducing the absorption of 89 Sr and 141 Ce by crop( especially in the edible part of crop) were
studied by using isotopetracer techniques. The results showed that the specif ic activity of 89 Sr in
the ryegrass and Chinese cabbage could be decreased signif icantly by chalk application in the soil .
The reduced ratio of 89 Sr absorption of Chinese cabbage and ryegrass reached 7717 %and 3512 %
respectively with the chalk application of 20gΠkg soil . The specif ic activity of 89 Sr in ryegrass and
Chinese cabbage followed obvious negative linear correlation with the quantity of application chalk
in the soil . The specif ic activity of 141 Ce in surface water , chaff and brown rice decreased by ap2
plication bentonite in the surface water , which led to the lower accumulation of 141 Ce in paddy.
However , the absorption and accumulation of 141 Ce in root and stra w could not be changed. The
specif ic activity of 141 Ce in soil followed a negative exponential relation with depth of soil profile.
Key words :chalk ; bentonite ; crop ; radio2cerium; radio2strontium; absorption ; accumulation
231 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2003 ,17 (2) :127～132