全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 0620376206
137 Cs 在土壤中的污染行为
与钾盐的防治效果
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 ,浙江 杭州　310006)
摘 　要 :本研究结果表明 ,在污染水平相同的情况下 ,不同土壤对春小麦吸收137 Cs 有
很大影响 ,植株中137 Cs 的比活度相差几十倍。在同一种土壤、不同污染水平下 ,春小
麦对137 Cs 的吸收与土壤中137 Cs 的污染水平呈正相关。在137 Cs 污染的土壤上施用钾
盐可以降低春小麦植株对137 Cs 的吸收。防治效果与钾盐施用量有关 ,本试验结果为
土壤阳离子代换量 1/ 30 的量施用效果最好 ,使植株中的137 Cs 比活度降低 84174 %～
88189 % ,与不施钾盐的对照组的差异十分显著。
关键词 :春小麦 ;农业化学防护措施 ;137 Cs 污染土壤
收稿日期 :2002201218
基金项目 :国家重点科技项目专题 (992099201210)资助内容
作者简介 :杨俊诚 , (1955～) ,中国农业科学院原子能利用研究所研究员 ,主要从事放射生态与核素示踪研究工作。
对于137 Cs污染的土壤 ,施入钾盐增加了土壤中溶解的阳离子成分的浓度 ,降低了土壤溶液
中137 Cs/ K的比值 ,从而可有效地减少植物对137 Cs 的吸收[1～3 ] 。施用钾肥可以有效地降低春小
麦137 Cs 含量 ,但是过去的许多研究结果并不一致 ,因为各地土壤种类与肥力状况、肥料种类和
数量差别很大[4 ,5 ] 。本试验应用137 Cs 示踪方法研究北京土、浙江秦山土的和广东大亚湾土上施
用钾盐对降低植物吸收137 Cs 的效应 ,为探讨钾盐对137 Cs 污染土壤的防治效果提供科学依据。
1 　材料和方法
111 　材料
土壤分别为北京、广东大亚湾和浙江的秦山 3 个地区采集的农田表土 ,其性状如表 1。
表 1 　土壤农化性状
Table 1 　Agrochemical characteristics of soil
土壤
soil
pH
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
·673·　 核 农 学 报　2002 ,16 (6) :376～381Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
指示植物为春小麦 ;核素为137 CsCl (前苏联进口) ;器皿为 <70mm ,高 20mm 的 PVC筒。
112 　方法
试验用 PVC筒 ,各筒装土 019kg。3 种土壤分别设 4 个不同污染水平、3 个钾盐施用水平组
合处理 ,每处理 3 个重复。
钾盐的施用水平为 :0、土壤盐基代换量的 1/ 30 和 1/ 40。施入方法是在装盆前先将钾盐与
880 g 土壤拌匀 ,然后装盆。
2001 年 3 月 14 日播种。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。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。
3 月 28 日在春小麦长至苗高 7cm 时以浇灌方法施入137 Cs 溶液 ,方法是将预先标定好的
137 Cs溶液 115ml 加入到 30ml 水中稀释后浇于表土上。137 Cs 的施用分为 4 组 :0、313 ×104 、313 ×
105 、313 ×106BqΠkg 土。
在施入137 Cs 溶液 42d 后于 5 月 9 日取植物样。方法是剪取植株地上部 ,用清水洗净 ,在
60 ℃下烘干 ,剪碎待测量。
样品137 Cs 的活度分析测定 :植物、土壤和土壤代换性137 Cs 的样品均采用 Gc3018 型高纯锗
γ能谱分析仪 ,在能量为 662keV 特征峰处进行测量分析 ,测量误差控制在 ≤5 %。采用中国计
量科学院校对的标准物质进行样品自吸收及探测效率校正。
2 　结 　果
211 　在不同土壤中春小麦对不同污染水平的137 Cs 的吸收
通过根系吸收是放射性核素从土壤向植物转移的最主要途径之一[6 ] 。从表 2 可见 ,在同
一种土壤、不同污染水平下 ,春小麦对137 Cs 的吸收随土壤污染水平提高而增加 ,春小麦植株中
137 Cs 的比活度与土壤中137 Cs 的污染水平呈正相关 ,其中对北京土的相关关系可以用 y =
010507 x - 276011( r2 = 019981) 来描述 ;对浙江秦山土的关系式为 : y = 112317 x - 78779 ( r2 =
019973) ;对广东大亚湾土为 y = 11816 x - 343811( r2 = 1) 。
表 2 　种植在不同土壤上的春小麦对137 Cs 的吸收
Table 2 　The absorption of 137 Cs from different soils at 3 containminated levels
137Cs 施入量
137Cs radioactivity
(BqΠkg) 北京土 Beijing soil 浙江秦山土 Qinshan soil 广东大亚湾土 Dayawan soil(BqΠkg) (BqΠpot) (BqΠkg) (BqΠpot) (BqΠkg) (BqΠpot)
33000 720 1. 43 16800 39. 84 34450 52. 64
330000 8930 17. 74 179740 615. 82 616270 1110. 14
3300000 179000 335. 39 4000230 9523. 19 5987580 9349. 14
　　在污染水平相同的情况下 ,不同的土壤对春小麦吸收137 Cs 有很大的影响。结果表明 ,种
植在大亚湾土壤中的春小麦137 Cs 比活度是种植在浙江秦山土的春小麦的比活度的 115～3 倍。
而与种植在北京土壤中的春小麦的137 Cs 比活度相比较 ,大亚湾土壤上种植的春小麦的137 Cs 比
活度要比前者高 3612～69 倍。可见 ,不同的土壤上种植的春小麦对137 Cs 的吸收有极显著的差
异 ,即相同污染水平下在不同土壤上种植的植物受到137 Cs 污染的程度会有很大差异 ,这与国
·773·　6 期 137Cs 在土壤中的污染行为与钾盐的防治效果
内外文献中认为植物对137 Cs 的吸收与土壤性质有关的报道一致[7 ,8 ] 。
212 　施用钾盐对春小麦从土壤中吸收137 Cs 的效应
钾在化学和物理性质上与 Cs 相似 ,可以有效地竞争根表面的离子吸附位 ,因此对于137 Cs
污染的土壤来说 ,施入钾盐增加了土壤中溶解的阳离子成分的浓度 ,降低了土壤溶液中137 Cs/ K
的比值 ,从而可有效地减少植物对137 Cs 的吸收[1 ,2 ] 。
表 3 　施用钾盐对春小麦吸收137 Cs 的影响
Table 3 　Effect of potassium on the absorption of 137 Cs by wheat
137Cs 污染水平
137Cs contamination
(BqΠkg) 施钾量 (按土壤总代换量计算)potassium 植株137Cs 比活度 specific activity of 137Cs in wheat stem北京土 Beijing soil 浙江秦山土 Qinshan soil 广东大亚湾土 Dayawan soil(BqΠg) 减少 %decrease % (BqΠg) 减少 %decrease % (BqΠg) 减少 %decrease %
33000 0 0. 72 3 16. 80 0 34. 45 0
33000 1Π40 1. 40 3 6. 16 63. 31 29. 48 14. 43
33000 1Π30 0. 81 3 6. 97 58. 51 24. 57 28. 67
330000 0 8. 93 0 179. 74 0 616. 27 0
330000 1Π40 13. 20 + 47. 76 68. 36 61. 97 398. 94 35. 26
330000 1Π30 8. 32 6. 80 38. 77 78. 43 231. 09 62. 50
3300000 0 165. 16 0 4000. 2 0 5987. 6 0
3300000 1Π40 263. 02 + 59. 25 440. 91 88. 98 5070. 4 15. 32
3300000 1Π30 146. 39 11. 37 610. 46 84. 74 2508. 0 58. 11
　　注 : 3 数据间差异不显著
Note : 3 The difference is not significant
由表 3 看出 ,在 3 种不同土壤上施用不同量的钾盐 ,对春小麦吸收137 Cs 的效应表现出不同
效果。在降低植物吸收137 Cs 的效果方面 ,施用钾盐在浙江秦山土上表现最好 ,在污染水平为
313 ×106 BqΠkg 的处理组中 ,施用钾盐可以使植株中的137 Cs 比活度降低 84174 %～88189 % ;在
313 ×105 BqΠkg 处理组中 ,施用钾盐可以使植株中的137 Cs 比活度降低 61197 %～78143 % ,均与
不施钾盐的对照组的差异达到十分显著水平。从大亚湾土的试验结果看 ,在污染水平 313 ×
105 BqΠkg 处理组中 ,施用钾盐可以使植株中的137 Cs 比活度降低 35126 %～62150 % ;在污染水平
313 ×106BqΠkg 处理组中 ,施用钾盐可以使植株中的137 Cs 比活度降低 15132 %～58111 % ,均与
不施钾盐的对照组的差异达到十分显著水平。可见上述两种土壤受137 Cs 污染时 ,施用钾盐可
以做为一种有效的农业化学防护措施。
在本试验中北京土上施用钾盐的结果不稳定 ,只有在污染水平为 313 ×106BqΠkg 的处理组
中 ,施钾量为土壤阳离子代换量的 1/ 30 时 ,获得降低春小麦吸收137 Cs11137 %的结果。可见施
用钾盐在北京土上也是有效的 ,但是适宜的施用量还需要进一步探索。
从两个施钾盐处理组的总体效果比较结果表明 ,在不同土壤上施用钾盐所产生的效果不
仅与钾盐的使用量和土壤性质有关 ,还与污染水平有关。对广东大亚湾土按土壤阳离子代换
总量的 1/ 30 施用钾盐的效果比 1/ 40 的高 14124 %～45179 %。对浙江秦山土 ,在污染水平为
313 ×104BqΠkg 和 313 ×106BqΠkg 的处理组中 ,按土壤阳离子代换总量的 1Π40 施用钾盐的效果
比 1Π30 的高 4124 %～4180 % ,而在污染水平为 313 ×105BqΠkg 时 ,施钾量为土壤阳离子代换量
的 1Π30 时的效果比 1Π40 的高 16164 %。
·873· 核　农　学　报 16 卷
213 　137 Cs 在土壤中的迁移
在种植春小麦的土盆中 ,以溶液状态浇灌在土壤表面的137 Cs ,在正常管理条件下经过近
50d 后 ,分层取样分析结果表明 (表 4) ,有 98 %的137 Cs 滞留在 1～5cm 的表层土中 ,只有 2 %左
右向下层土壤移动 ,这与有关文献报道结果是一致的[9 ,10 ] 。
表 4 　137 Cs 在土壤中的迁移
Table 4 　Migration and distribution of 137 Cs in the soils ( %)
土壤 soils 1～2 cm 2～5 cm 5～10 cm 10～18 cm
北京土 Beijing soil 92. 84 6. 32 0. 62 0. 23
浙江秦山土 Qinshan soil 94. 58 3. 29 1. 50 0. 63
广东大亚湾土 Daywan soil 86. 26 11. 67 1. 87 0. 20
214 　施用钾盐对137 Cs 在不同土壤2春小麦系统中转移系数的影响
从表 5 的结果可以看出 ,137 Cs 在不同土壤2春小麦系统中的转移系数有很大差异。其中以
广东大亚湾土的转移系数最高 ,变动在 1104～2109 的范围。浙江秦山土次之 ,变动在 0151～
1121 的范围。北京土的转移系数最低 ,为 01022～01054。从中可以看到 ,广东土和北京土的转
移系数的差异可以达到两个数量级。施用钾盐对春小麦吸收137 Cs 在浙江秦山土中表现有十
分显著的效果 ,可以使转移系数降低一个数量级 ,即从 1121 降低到 0113。在广东大亚湾土上
也获得很好试验结果 ,得使转移系数从 1181 下降到 0176。
表 5 　施用钾盐对137 Cs 在土壤2春小麦系统中转移系数的影响
Table 5 　Effect of potassiun on the transfer factor of 137 Cs in soil2wheat systems
137Cs
(BqΠkg) 施钾量 3applied potassium 北京土 Beijing soil 浙江秦山土 Qinshan soil 广东大亚湾土 Dayawan soil(BqΠkg) 转移系数
transfer factor
(BqΠkg) 转移系数
transfer factor
(BqΠkg) 转移系数
transfer factor
3. 3 ×104 0 720 0. 022 16800 0. 51 34450 1. 04
3. 3 ×104 1Π40 140 0. 042 6160 0. 19 29480 0. 89
3. 3 ×104 1Π30 810 0. 025 6970 0. 21 24570 0. 74
3. 3 ×105 0 8930 0. 027 179740 0. 55 616270 2. 09
3. 3 ×105 1Π40 13200 0. 040 68360 0. 21 398940 1. 21
3. 3 ×105 1Π30 7640 0. 020 38770 0. 12 231090 0. 70
3. 3 ×106 0 179000 0. 054 4000230 1. 21 5987580 1. 81
3. 3 ×106 1Π40 263000 0. 080 440910 0. 13 5070400 1. 54
3. 3 ×106 1Π30 146390 0. 044 610456 0. 18 2508000 0. 76
　　注 : 3 按土壤总代换量计算
Note : % of exchangeble cation of the soil
215 　施用钾盐对137 Cs 在土壤存在中的形态的影响
试验分析结果表明 (表 6) ,在土壤中的137 Cs 主要是以非代换性形态存在 ,在北京土中代换
性形态占137 Cs 总量的 4119 %～6145 % ,非代换性形态占 9315 %以上。浙江秦山土中代换性形
态的137 Cs 所占的比例与北京土相似 ,在 5109 %～6170 %之间。广东大亚湾土的代换性137 Cs 所
占的比例要比其它两种土壤高 ,在 10152 %～14110 %的范围。因此 ,春小麦从土壤中吸收的137
Cs 要比其它两种土壤的高。
·973·　6 期 137Cs 在土壤中的污染行为与钾盐的防治效果
在137 Cs 高污染水平的处理组中 ,施用钾盐对于降低土壤中代换性137 Cs 的百分比有显著的
效果。在北京土中施用钾盐为土壤阳离子代换量的 1/ 40 和 1/ 30 后 ,土壤代换性137 Cs 含量由
6145 %降低到 3118 %和 3108 % ,在浙江秦山土中则由 6170 %降低到 4106 %和 4113 %。广东大
亚湾土中的代换性137 Cs 含量由 14110 %降低到 10145 %和 11157 %。结果表明 ,施用钾盐能显
著影响137 Cs 在土壤中的存在形态 ,这一结果为施用钾盐能够有效降低植物对土壤中137 Cs 的吸
收提供了理论依据。
表 6 　土壤代换性137 Cs 的活度及占土壤中137 Cs 总量的份额
Table 6 　Exchageble 137 Cs and its distribution in the soils
137Cs 污染水平
137Cs contamination
(BqΠkg) 施钾量 (按土壤总代换量计算)potassium 北京土 Beijing soil 浙江秦山土 Qinshan soil 广东大亚湾土 Dayawan soil(BqΠkg) ( %) (BqΠkg) ( %) (BqΠkg) ( %)
33000 0 4. 26 5. 51 3. 27 5. 09 　9. 60 10. 52
33000 1/ 40 4. 41 6. 47 5. 59 7. 06 10. 90 12. 52
33000 1/ 30 4. 53 5. 20 2. 03 5. 38 9. 25 12. 52
330000 0 49. 46 4. 19 39. 20 4. 64 143. 7 9. 82
330000 1/ 40 51. 68 3. 43 71. 33 5. 11 140. 8 11. 31
330000 1/ 30 49. 55 3. 17 44. 9 3. 57 145. 6 9. 36
3300000 0 845. 9 6. 45 368. 3 6. 70 2084 14. 10
3300000 1/ 40 483. 3 3. 18 551. 0 4. 06 1391 10. 45
3300000 1/ 30 521. 7 3. 08 415. 0 4. 13 1799 11. 57
3 　结 　论
11 在污染水平相同的情况下土壤种类对春小麦吸收137 Cs 有很大的影响 ,不同土壤上生长
的春小麦植株中137 Cs 的比活度可以相差几十倍。而137 Cs 从北京土2春小麦的转移系数与137 Cs
从广东大亚湾土2春小麦的转移系数的差异达到两个数量级。
21 在同一种土壤、不同污染水平下 ,春小麦对137 Cs 的吸收随土壤污染水平提高而增加 ,春
小麦植株中137 Cs 的比活度与土壤中137 Cs 的污染水平呈正相关。
31 137 Cs 在土壤中的迁移性很小 ,在本试验中大约有 98 %的137 Cs 滞留在 1～5cm 的土层中 ,
只有 2 %左右向下层土壤移动。
41 在137 Cs 污染的土壤上施用钾盐可以获得降低春小麦植株对137 Cs 的吸收。本试验总体
结果表明 ,对广东大亚湾土 ,按土壤阳离子代换总量的 1/ 30 施用钾盐的效果比 1/ 40 的高
14124 %～45179 % ;对浙江秦山土 ,在污染水平为 313 ×104BqΠkg 和 313 ×106BqΠkg 时 ,按土壤阳
离子代换总量的 1/ 40 施用钾盐的效果比 1/ 30 的高 4124 %～4180 % ;而在污染水平为 313 ×
105BqΠkg 时 ,施钾量为土壤阳离子代换量的 1/ 30 时的效果比 1/ 40 的高 16164 %。
51 施用钾盐可以降低137 Cs 在土壤2植物系统中的转移系数 ,在浙江土上施用时 ,可以获得
使137 Cs 从土壤2春小麦植株的转移系数由 1121 降低到 0113 的显著效果。
·083· 核　农　学　报 16 卷
参考文献 :
[ 1 ] 　Zhu Y G, Smolders E. Plant uptake of radiocaesium : a review of mechanisms , regulation and application. J Exp Bot . 2000 ,51
(351) :1635～1645
[ 2 ] 　Shaw G, Bell J N B. The kinetics of caesium absorption by root of winter wheat and the possible consequences for the derivation of
soil2to2plant transfer factors for radiocaesium. J Environ Radioactivity. 1989 ,10 :213～231
[ 3 ] 　Zhu Y G,Shaw G,Nisbet A ,F ,Wilkins B T. Effect of potassium starvation on the uptake of radiocaesium by spring wheat ( Triticum
aestivum cv. Tonic) . Plant and Soil . 2000 ,220 :27～34
[ 4 ] 　Zhu Y G, Shaw G. Nisbet A F , Wilkins B T. Effects of external potassium supply on compartmentation and flux characteristics of ra2
diocaesium in intact spring wheat roots. Anal Bot . 2000 , 85 :293～298
[ 5 ] 　Nisbet A F. Effect of soil2based countermeasures on solid2liquid equilibrium in agricultural soils contaminated with radioaesium and
radiostrontium. The Science of Total Environment . 1993 ,137 :99～118
[ 6 ] 　Adriano D C , Meleod K W , Ciravolo T G. Long2term root uptake of radiocaesium by several crops. J Plant Nutri . 1988 ,7 :1415～
1432
[ 7 ] 　Andersen A J . Investigation on the plant uptake of fission products from contaminated soils. 1. Influence of plant species and soil
types on the uptake of radioactive strontium and caesium. Riso Report No. 170. Riso , Denmark 1967
[ 8 ] 　Arapis G, Petryev E , Zhukova O , sokolik G and Ivanova T. Effective migration velocity of 137Cs and 90Sr as function of the type of
soils in Belarus. J Environ Radioactivity. 1997 ,34 :171～185
[ 9 ] 　Cremers A , Elsen A , De Preter P , Maes A. Quan titative analysis of radiocaesium retention in soils. Nature. 1988 ,335 :247～249
[ 10 ] 　De Brower S , thiry Yand myttenaere C. Availability and fixation of radiocaesium in a forest brown acid soil . The Science of the Total
Environment . 1994 ,143 :183～191
BEHAVIOR OF 137 Cs IN SOILS AND POTASSIUM COUNTERMEASURES
YANGJun2cheng1 　ZHU Yong2yi1 　CHEN Jing2jian1 　PAN Jia2rong1 　YU Liu2qing2
(11 Institute for Application of Atomic Energy , CAAS . Beijing 　100094 ; 　21 China Institute of Rice , Zhejiang Hangzhou 　310006)
ABSTRACT :Using 137 Cs tracer technique , a pot experiment was carried out emphasizing on the
countermeasures of potassium salt and the behavior of 137 Cs in Daya wan soil , Qinshan soil and
Beijing soil . The result show that the absorption of 137 Cs by spring wheat varied with the soil type
under a same contamination level . The absorption of 137 Cs is in the order of Daya wan soil > Qins2
han soil > Beijing soil , so that the specif ic activity of 137 Cs in plant exist the signif icant differences.
The absorption of 137 Cs by spring wheat related with the contamination level possitively under the
different contamination level even in the same soil . The absorption of 137 Cs from the soils by wheat
reduced remarkably using potassium salt , of which the most effectiveness appeared in Qinshan
soil. Comparing with the control the specif ic activity of 137 Cs in wheat decreased 84174 %～
88189 % using the potassium as 1Π30 of the exchangeable cation of the soil and the statistical result
show a signif icant differences.
Key words :spring wheat ; agrochemical countermeasures ; contaminated soil of 137 Cs
·183·Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (6) :376～381