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本文通过对田湾地区环境概况、居民饮食习惯、主要农作物等资料调研分析,首次系统研究了特定场址田湾核电站外围区域的137Cs、90Sr在天然生态系统中的分布以及在土壤、植物、淡水—鱼系统中转移系数和浓集系数,提出了不同植物转移系数的转换系数。首次参考国外转移系数模型,系统研究了土壤理化性质对转移系数的影响,并依据特定场址条件和不同植物种类对模型的主要参数进行了修订。本项研究为开展辐射环境影响评价、核事故应急决策以及制定核设施退役计划提供了宝贵的基础技术资料,同时也丰富了我国的放射生态学理论,有助于提升我国在该领域的研究水平。本研究得出以下基本结论:
1、土壤、植物、水体、鱼中1377Cs、90Sr的分布情况。1)土壤中137Cs、90Sr的浓度范围分别为1.4Bq/kg~6.9Bq/kg、0.6Bq/kg~1.6Bq/kg,均值分别为4.4±1.5Bq/kg和1.0±0.3Bq/kg,利用矩法(动差法)对土壤中137Cs、90Sr的分布进行检验,结果表明,137Cs在土壤环境中浓度是正态分布。在相同的土壤环境中,90Sr在土壤中的分布更易受到当地气候条件和种植习惯的影响。2)不同的植物样品中,137Cs、90Sr含量的差异是明显的,植物灰样品中137Cs浓度由高到低的顺序是:松针>茶叶>白菜>小麦>草>大米,不同植物灰样品中90Sr的浓度由高到低的排序是:松针>草>白菜>茶叶>小麦>大米。松针中137Cs、90Sr的含量最高,总体而言,叶状植物如松针、茶叶、草、白菜有比较高的浓度,小麦、大米则低一些。3)水体中137Cs、90Sr的浓度分别为<LD~0.97mBq/L,1.6 mBq/L~9.4 mBq/L,6个淡水样品中,有4个样品的137Cs为未检出,说明在天然淡水体中137Cs的含量是比较低的,鲫鱼中137Cs、90Sr的比活度范围分别为0.014Bq/kg~0.034Bq/kg和0.06Bq/kg~0.145Bq/kg。
2、137Cs、90Sr在土壤—植物和淡水—鱼中的转移系数。1)在田湾地区依据当地的特定环境和居民饮食情况,选取大米、小麦、叶菜、鱼等生物样品,137Cs、90Sr从土壤和淡水到上述生物样品的转移。2)在所研究的植物中,1377Cs转移系数由大到小的顺序是:茶叶>白菜>松针>草>小麦>大米,90Sr的转移系数由大到小的顺序是:草>白菜>松针>茶叶>小麦>大米。137Cs、90Sr的转移系数稻谷类植物低于蔬菜类,90Sr的转移系数比137Cs高,茶叶对137Cs、草对90Sr显示了较高的摄取能力。
3、土壤、水体理化性质对137Cs、90Sr转移系数的影响。1) 137Cs、90Sr在土壤.植物中的转移系数与土壤中放射性核素的含量呈负相关,即随着土壤中核素含量的增加,植物的转移系数会降低。2)137Cs在土壤-植物转移系数,随着pH值、粘性、可交换K+、Ca2+、Mg2+和土壤中40K含量的增加,各种植物的转移系数均变小,呈一定的负相关;随着土壤中有机质含量的增加,除小麦外,各种植物的转移参数均呈上升趋势;随着土壤中阳离子变换量CEC的增加,除叶菜外,其它各类植物也呈下降趋势。3)90Sr在土壤.植物转移系数,随着土壤中pH值、粘性、有机质、阳离子变换量,可变换K+、Ca2+、Mg2+和40K的增加,90Sr的转移参数均呈上升趋势,显示出正相关。4)由于采样点位的不同,导致的土壤性质差异对TF的影响是明显的,青口镇是调查区域内最远的一处采样点,TFC5明显高于其它点,TFSr明显低于其它点。5)土壤的理化性质对137Cs、90Sr的生物转移影响有着明显的规律,但对两者的影响截然不同,也意味着137Cs、90Sr在生物利用度方面的差异。
4、对转移参数的计算模型的进行了研究和参数修订。结果表明:1)利用137Cs转移参数模型和推荐的参数,对22个点的137Cs转移参数进行了计算,与实测结果相比,77%的点对点数据在一个数量级内吻合,23%的数据在2个数量级内吻合,总体上大米、小麦的实测结果低于计算值,松针、菜叶、草、白菜的137Cs转移参数实测值高于计算值。2)同一土壤种植的农作物,同一农作物的不同部位其137Cs的转移系数是不同的,在不同区域,由于土壤性质、土地管理、耕作习惯、施肥、气候等条件的不同,137Cs在从土壤到植物的转移系数是有较大差异的,下表是137Cs转移系数模型在在调查区域分不同植物修订前后,模型中的主要参数k1、k2值。3)利用修正后的模型对连云港地区137Cs的土壤植物转移系数进行计算,土壤理化性质取连云港地区的平均值,结果表明,不同植物转移系数的计算值与实测均值在2倍范围内一致。4)利用模型来研究土壤理化性质对转移参数的影响,在连云港地区,随着有机质、粘土含量的增加,137Cs转移系数呈上升趋势,随着pH值增加,呈下降趋势,可交换K+在小于0.5cmol/kg时,转移系数急速下降,超过这个值后,随着可交换K+的增加,转移系数下降趋势将变得平缓,粘土含量在小于10%时,呈快速下降,大于10%后,呈上升趋势。粘土理论上对转移系数的影响与实测结果有所差异。5)利用IAEA推荐的淡水-鱼中137Cs、90Sr转移模型,对田湾地区鱼的浓集因子进行了计算,与实测结果相比,137Cs的计算值高于实测值的5倍左右,90Sr的计算值是实测值的1/10。IAEA推荐的从淡水-鱼的浓集系数值的理论计算模式在本调查区域内天然生态系统中应慎用。