全 文 ：核 农 学 报 ,
比 刀
模拟池塘中银一 的迁移和积累动力学
张永熙 王 寿样
浙江农业大学原子核农业科学研究所 杭州
黄 丹 胡秉民
浙江农业大学基础课部 杭州
采用放射性 同位素示踪技米研 究 了核污染 关键核素之一 —
“悠 在水 生生态 系
中的动 力 学行 为 。 当示踪 剂 , 一次性 引入水 系后 , 即 向 系统 内的动 植物及底泥迁
移 , 从 而 使 系统各 组分 中日, 一 的量均随时间变化 。 结果表明 在试验期 间 , 池水
中 , 一 的含量随时间减少 , 后 由 原来的 降至 , 后 已 不 到
原来的一半 , 第 时 只及原始量的 。 池水 中的“ , 一 向 系统各组分 中的迁移
速率和数量 因组 分的性质而 异 。 比如底 泥 , 后 由 原始 的川曾加到 , 后
趋 向平衡 , 以 后 几 乎不 再增加 “ 一 在 鱼 和 螺娜体 内的含量在试验期 间均随时间
增 加 , 时
、
分另、 由 原始 的 。增加 至, 和 ‘ 在处 理 当天 , 金 鱼 藻 中
七 一 虽增加较快 , 由 原始 的川曾至 , 但 后 却几 乎不再增加 。 水生动植
物对放射性把都有一定的浓集作 用 , 最大的浓集 系数分别 为 螺场 , 鱼 , 金 鱼
藻只 有 。 可 见 , 贝壳类动物对水 系中的放射性鸽有较 强的去污能力 。
关键词 链 一 水生 生态系 浓集 系数 放射性污染
’
滞留浓度
前 台
核 电已是当今世界三大能源之一 , 具有广泛的应用潜力
。我国 自己设计制造的大陆第一座
核电站不久前已投入运行 但是 , 核电运行及其工艺过程中 , 在某些极特殊情况下 , 有可能对环
境造成污染 , ’。 、 日, 便是其中的重要核素 。 本研究运用“ , 模拟污染物研究其在水生生态系
中的运转与分配 , 并建立其动力学的数学模型 , 以便为其进入水系后的安全性评价提供依据 。
材 料 与 方 法
材料 中国原子能科学研究院提供的 , , 原始比活度为 , , 或
, , 使用前用 转化成 。
用两只 重复 衬有硬塑板的水泥池作模拟池塘 。
杭州华家池小粉土 , 有机质 , 交换性钙一 八 土 。
此文于 年 月 日收到
核 农 学 报 卷
供试水生动植物 非洲螂鱼 丁而 ’ 爪 , 螺蜘 。‘ , ’ , 金鱼藻 。
勺
。
方法 每只模拟池塘中加风干小粉土 、水 , 池水深约 , 在试验期间保
持此恒定水位 , 待池水澄清后放养 鲍 鲜金鱼藻 , 尾非洲卿鱼 每条长约 , 重约 ,
只螺蜘 每只平均重约 待系统内生物驯养飞 后 , 每池引入 , 的日, 十 , 液 ,
于是池水中的原始浓度为 ‘ 水 , 合含铭量 。
样品采集 、制备和测定 分别于 , 日, 引入后 、 、 、 , 、 、 、 、 、 、 和
采样 。 每次直接吸取水样 , 经红外灯烘干 。土壤 表层约 深 取适量 , 沥水后烘干 、
磨碎 , 称取 鲍 平铺子测样皿 。 取金鱼藻适量
、 鱼 尾 每池 尾 、 螺蜘 只 每池 只 , 分别
洗净 , 吸干表面水后称鲜重置马弗炉中 。℃下焚烧 , 然后各称 灰平铺于测样皿 。
各处理均设 次重复 。
上述测样均在 一 计数器上测定 。 根据 和‘ , 的放射性质 , 所得计数值应为 俘
粒子所贡献 并用母液作比对 , 从而确定吕 , 的 值及 , , 一 的含量 。
结 果 与 讨 论
一 习 在模拟水生生态系中的消长
结果如表 所示 。 由表 可见 水中“ , 迅速地向系统各部分转移 , 故其在水 中的量随时
间减少 , 后降低 近 一半 , 到 时 已不 足原 始量的 。 在试验期 间 , 底 泥对的 一 吸
附 量随时间增加 , 后 即 由原来的 增 加 到 , 到 时趋于平衡 。 在试验期间 ,
表 模拟水生生态系中朋 一 的滞留浓度
“ , 一
时间 水 底 泥 鱼 金鱼藻 螺娜
。
。 ‘
。 。
。
,
。 。
。 。
。 ,
模拟池塘币褚思一 的迁移和积累动力学
,
一 在鱼
、
螺蜘体内的含量均随时间增 加 , 时分别 由原始量的 。增加 到 和
。 在 , 引入后的最初数小时内 , 金鱼藻中吕, 一 的含量增加很快 , 后
实际上 已达平衡 , 这和鱼 、 螺蜘有所不同 。
在模拟水生生态系中的行为可用水 一底泥 一鱼 一金鱼藻一螺蜘封闭 日, 无挥发等损失
五分室模型描述 。若以 、 。 一 , , , , 表示 时刻各分室中 , 的滞留量和滞苗浓度
, 。
表示 , 由 室向 室转移的速率常数 , 且令系统中日, 的消长服从一级速率过程闺 , 略去一些
次要过程 图 , 则各分室中“ 一 的滞留量对时间的变化率相应为
, ‘一 。 , 一 三拜 , ‘ ‘
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将各分室的质量近似为常数 , 解此微分方程组 , 并注意到 一 。 和 艺 。一 , 。 或 艺 。。一 ,
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计算机解得 一 ‘ , 一 ‘ , 一 ’ , 一 ’, 一 一 ’。
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图 五分室模型
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核 农 学 报 卷
表 模拟水生生态系中水的质量与其它组分质量之比与时间的关系
时 间
。
洲
水与其它组分质量之比
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一 ,
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,
又 一
图 模拟水生生态系中” 一 的消长
吕 , 一
, 池水 , 底泥 ,
鱼 , 金鱼藻 , 。。 螺蜂
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表 水生生态系中生物对 ” 一 的浓集系数
一 一
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金鱼藻
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于是得各转移速率常数 拜 二
一
, , 拜 , 又 一 ’ 一 ‘ , 拜 ,‘ 一 一 ’ ,
拼, 。 “ ’ 一 ‘ 。 因此便得各分室中日, 一 滞留浓度随时间变化的数学模式为
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模拟池塘中钮 一 的迁移和积累动力学
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通过此方程组便可得知任一时刻各分室中“ , 一 的浓度 将此值与实验值作 比较发现 , 从第
次 取样起 , 池水中日, 一 浓度的理论值比实验值低得多 。这主要是 由于为简化忽略了除
底泥外的各分室中日, 一 向池水中的转移之故 参见图 , 在起初时间因池水中浓度高 , 这种
简化不致产生显著误差 , 但后来池水中的 , 一 浓度 已降得相当低 , 简化所带来的误差便显
著 了 , 因此得 作修正 。 令修正 项为 , 使其在 以前对浓度值无 显著贡献 , 经 拟合 , 占一 一
· ’ 其次 , 一 开始金 鱼 藻积 累“ , 一 极快 主 要原 因 为其表面积大 , 使得其表 面 吸 附率
高 〔玛 , 内实验值与理论值有较大差异 , 故也需作适当修正 , 但此修正对 后的理论值应无
关紧要 。 经拟合 , 修正 项 为 “ ’
· ” 一 。 于是 上述方程 组 中的 。 , 、 修正 为 ‘ , 一
一 “· “ ‘ , 一 “
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· ‘ , ‘ 、一 一 一 ”
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一 ‘· ” , 一 。 图 为其图示 。
由于取样将使各分室的质量减少 , 但生物 鱼 、螺蜘
、 金鱼藻 的生长与繁殖却又使相关分
室质量增加 , 故应作适当修正 池水质量近似不变 各有关质量 比值与时间关系列于表 。
从各转移系数的比较可见 , “ , 由水向底泥转移最快 , 这显然与土壤对 日, 的迅速强吸附
有关闭 日, 向鱼和螺蜘转移速率较慢 , 这与它们的表面积相对于金鱼藻和底泥为小有关 , 因
为水生生物对 日, 的蓄积 , 表面的物理吸附有着重要作用 〔,
·‘ , 。
二 水生生物对 的浓集
表 还表明 , 水生生物对 。, 有一定的浓集作用 。 为了给这种效应 以直观的概念 , 我们引入
浓集因子 或浓集系数 , 其定义为
、 ,
式中 、、 。 分别为某一时刻“ , 在某生物体及水中的浓度 。各生物对 的 值列于表 。
可见 , 开始时 , 金鱼藻的 值最大 , 后螺蜘的 值增大很快 , 并大大超过金鱼藻的 值
在第 时 , 非洲螂鱼的 值也超过 了金鱼藻 , 它 们各 自的最大值是 螺蜘 , 非洲螂鱼
, 而金鱼藻仅 。 的实际意义在于其表示 生物对污染物 。, 的净化能力 。 因此 , 象
螺蜘这种贝壳类生物对 具有较强的去污作用 , 这显然是 由于螺蜘为底栖生物并含有较多
钙之故 就是说 , 银 、钙的化学及生物学性质的相似性促进了贝壳类生物对 ” 的富集 。
三 关于 在水生生态系中的迁移机制
当 , 由水中引入后 , 它将通过下述过程实现 向系统各组分中的转移 浓度不均匀导致的
分子扩散 生物的活动 比如鱼游动 及生命活动过程 外界的扰动 比如取样 、 灌水 等 在较大
的水面和流动水域中 , 则湍流 或紊流 还起着极为重要的作用 , 它强化了系统内物质的传递和
交换过程 。 总之 , ”, 在水生生态系中的行为过程是极为复杂的 , 它受复杂的物理化学及生物
学过程所制约和支配 。
关于 , 在底泥中滞留主要 由吸附作用所决定闭 。水生生物对 的滞留可 以是生物体
介口
,
表面对“ 的物理吸附 , 生物膜的吸收 , 以及生物的摄食 而生物体中的化学成分 此处指
则更是不可忽视的因素 , 通过 ’十 、 , 的交换 , 促进” 在贝壳类生物体中的积累 。
参 考 文 献
核索图表编制组 核素常用数据表 北京 原子能出版社 , , 一
吉伯尔迪 等著 , 朱家璧等译 药物动力学 第 版 北京 科学出版社 , ,
魏切尔 等著 , 俞誉福等译 放射生态学 北京 原子能出版社 ,
张永熙等 ‘ , 在土壤中吸附的研究 浙江农业大学学报 , ,
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