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～（90）Sr、～（137）Cs在谷物、蔬菜等植物体的截获和易位实验研究

作　者: 李建国
导　师: 潘自强；张永兴
学　校: 中国原子能科学研究院
专　业: 辐射防护与环境保护
关键词: 90Sr 137Cs 气溶胶沉积截获因子易位因子叶面积指数
分类号: S124
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

在辐射环境影响评价中，气载放射性核素沉积到植物体，通过截获和易位进入人类食物链是十分重要的途径。当大气中的物质沉积到植物体时，不论是干沉积还是湿沉积，其中一部分将被植物截获，其余部分会到达地面。核设施在正常（或事故）运行工况下释放到大气中的放射性核素沉积到农作物表面（叶子等），植物体截获的核素将被吸收并转移到植物的其他部分（果实等），这个过程用截获因子f和易位因子TLFa（或TLFy）描述。截获因子f定义为沉积后单位面积上植物表面截获的放射性活度与单位面积上沉积的放射性活度之比。易位因子TLFa（m²／m²）定义为收获时单位面积土壤上植物可食部分的放射性活度（Bq／m²）与沉积时单位面积土壤上植物地上部分截获的放射性活度（Bq／m²）之比；TLFy（m²／kg）定义为收获时植物可食部分的放射性浓度（Bq／kg）与沉积时单位面积土壤上植物地上部分截获的放射性活度（Bq／m²）之比。1986年前苏联发生Chernobyl核事故之后，气载放射性微粒的扩散使几十个东欧国家受到污染，污染微粒主要是微米级的气溶胶粒子，其传输距离可达到数千公里。随后IAEA发起了“关于放射性核素在陆地、城市、水体环境中迁移模式有效性研究”国际合作研究计划（简称“VAMP”，1988～1994），各国相继建立了适合本国特点的环境迁移动态食物链模式，如欧共体的RODOS模式，德国的ECOSYS—87模式、美国的PATHWAY模式，英国的FARMLAND模式等。模式中均采用了植物对核素干、湿沉积的截获因子f、易位因子TLFa、LFy等参数。此后，国际上普遍关注微米级放射性气溶胶粒子的干、湿沉积行为研究。IAEA参数手册（IAEA TRS—364，1994）给出了一些元素的TLFy期望值，同时给出了从沉积污染到收获的时间，涉及的元素包括Cs、Sr、I、Co、Fe、Sb等。其中没有来自中国的数据。我国的相关研究还处于起始阶段。在中国的辐射环境质量评价实践中，由于缺乏中国的相关研究成果，评价模式中采用的核素在植物体截获和易位的参数基本上是国外的数据。易位因子受到多重因素的影响（包括实验期间的气候条件：实验植物的种类；植物病虫害；核素的生物可利用性、核素在植株上的初始滞留量；沉积粒子的直径等），此外，植物生长状况的细微变化都可能影响到易位因子。中国地处亚洲，在食物链结构、农业耕作和农作物品种、气象条件、土壤类型等许多方面与欧洲和美州国家的差别很大，因此，在我国的条件下开展核素在植物体截获、易位行为及其相关影响因素的研究具重要意义。本课题利用人工气溶胶发生器，在我国首次实验研究了含⁹⁰Sr、¹³⁷Cs的微米级放射性气溶胶在植物体（包括水稻、冬小麦、春小麦、萝卜、白菜和西红柿）的干沉积、易位行为，提出了⁹⁰Sr、¹³⁷Cs在上述植物的截获因子f（以及f／B）、易位因子TLFa（以及TLFy）实验值，同时给出了上述实验植物的叶面积指数LAI随时间的变化曲线，探讨了沉积时植物的生长阶段、生物量B、植物叶面积指数LAI等因素的影响作用。从本课题的实验结果可以得出以下基本结论：Ⅰ．对谷物类而言，水稻和冬小麦对⁹⁰Sr的截获因子f值在成熟期和拔节期较高，在苗期较低：截获因子f值随着沉积时植物生物量B、以及植物叶面积LAI的增加而增加（在成熟期例外，此时LAI值并未随f的增加而增加，这与成熟期植物叶部衰老、干枯有关）。谷物类包括水稻、冬小麦和春小麦对¹³⁷Cs的截获因子f在拔节期较高，在苗期较低，并且f值随着沉积时植物的生物量B和叶面积指数的增加而增加。Ⅱ．对蔬菜类而言，西红柿、萝卜对⁹⁰Sr的截获因子f值在苗期较高，在其他生长期较低。白菜对⁹⁰Sr的截获因子f值在成熟期较高。萝卜和白菜在成熟期对¹³⁷Cs的截获因子f值较高，在苗期的截获因子f较低，白菜截获因子f值随着沉积时植物的生物量B值和叶面积指数LAI值的增加而增加。西红柿对¹³⁷Cs的截获因子f在结果期较高（对同一年份实验结果而言）。Ⅲ．报告中同时给出了质量截获因子f／B值。实验结果表明，对⁹⁰Sr而言，水稻、冬小麦和春小麦的f／B值在苗期最高。西红柿的f／B值在开花期最高。萝卜和白菜的f／B值在苗期最高。对¹³⁷Cs而言，水稻、冬小麦和春小麦的f／B值在苗期最高；西红柿的f／B值在苗期最高；萝卜和白菜的f／B值在苗期最高。由此可见，在植物生长的早期，如苗期、开花期等，植物生物量B值通常较低，植物对核素的质量截获因子f／B实验值较高。Ⅳ．对谷物类而言，水稻籽粒在苗期施加⁹⁰Sr污染时的TLFa值较高，冬小麦和春小麦籽粒对⁹⁰Sr易位因子TLFa在拔节期施加沉积污染时的最高。土壤中⁹⁰Sr污染对水稻TLFa值的影响比较明显。水稻、冬小麦和春小麦籽粒对¹³⁷Cs的易位因子TLFa值在拔节期施加沉积污染时的最高。相对⁹⁰Sr而言，土壤中¹³⁷Cs污染对水稻易位因子的影响不明显。Ⅴ．对蔬菜类而言，西红柿对⁹⁰Sr的TLFa值在开花期较高，萝卜和白菜对⁹⁰Sr的TLFa实验值在苗期较高。萝卜叶对⁹⁰Sr的TLFa值通常比萝卜根的高一个数量级。白菜样品在收获取样时经过了清洗，因此其易位因子反映了白菜组织对核素的摄入情况。对¹³⁷Cs而言，西红柿的易位因子TLFa在开花期和结果期较高。萝卜和白菜的TLFa值在苗期最高。萝卜叶对¹³⁷Cs的TLFa值比萝卜根的高7-84倍。Ⅵ．利用最小二乘法对实验数据进行线性拟合，结果表明，所有实验植物（包括谷物类和蔬菜类）对⁹⁰Sr和¹³⁷Cs的f值与沉积时植物的B值、LAI值成线性关系，并且成正相关：对⁹⁰Sr和¹³⁷Cs的f／B值与沉积时植物的LAI值成线性关系，并且成负相关。在上述线性关系中，对单个作物而言，例外的情况(例如，春小麦和萝卜对⁹⁰sr的f值与沉积时植物的B值和LAI值成负相关等)可能与植物在不同年份的生长差异有关。进一步的研究重点应是弄清核素的物理化学性质，不同形式的气溶胶沉积（如模拟反应堆事故释放景象的气溶胶沉积、污染场址的放射性灰尘的沉积等）、植物种类、气象因子（风、降雨）等对核素在植物体沉积和易位的影响作用。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-11
前言  11-15
1 引言  15-23
2 实验设计  23-30
  2.1 实验植物  23-24
  2.2 实验土壤  24-25
  2.3 气溶胶料液配制  25
  2.4 沉积实验  25-28
  2.5 气溶胶粒径测量与计算  28-29
  2.6 叶面积测量  29-30
3 结果与讨论  30-64
  3.1 气溶胶粒径  30-31
  3.2 植物的叶面积指数LAI  31-39
  3.3 核素在植物各器官中的截获和易位  39-55
  3.4 植物对~(90)Sr和~(137)Cs的截获因子f、f/B  55-59
  3.5 植物对~(90)Sr和~(137)Cs的易位因子TLFa、TLFy  59-62
  3.6 易位因子TLFa与文献值的比较  62-63
  3.8 参数使用说明  63-64
4 结论  64-70
附录1 名词术语  70-71
附录2 实验方案  71-77
附录3 ~(90)Sr和~(137)Cs放射性标准溶液产品说明(复印件)  77-81
附录4 气溶胶发生器操作参数  81-83
附录5 气溶胶粒径分析软件界面截图  83-84
附录6 沉积粒子电镜照片  84-86
附录7 沉积实验照片  86-87
致谢  87

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