一、植物吸收的途径

植物大概占陆地生态系统生物量的90％以上，也是人类生物链的基础。除了生长在铀矿区附近的植物外，植物体内天然放射性核素的活度通常均较低。全球核武器大量试验和核电站事故，尤其是1986年切尔诺贝利核电站事故后，较为广泛地研究了植物对人工放射性核素的吸收与积累。当放射性核素释放到环境中后(主要通过大气干湿沉降过程)，将可能对人类产生长期的辐射危害。

植物吸收放射性核素的主要途径包括：大气干湿沉降、土壤颗粒在植物体表面的黏附和植物根系吸收(朱永官等2002)。

(一)根外吸收

大气干湿沉降发生在核武器或核电站爆炸事故之后较短的时间内，沉降在植物表面的放射性核素可以直接转移到放牧的动物体内，也可以被植物叶片吸收而转移到植物体内的其他部分。沉降在植物表面的放射性核素也可通过雨水和风的作用、植物生长(稀释效应)、组织衰老、叶片凋落或动物吞食而降低，这些过程被称作植物表面放射性核素的风化作用。风化作用和放射性核素衰变决定了植物表面放射性核素的实际消失量，实际消失量的动态规律己被广泛用来研究核事故发生时的放射性沾污或污染与评价(Fraley et al. 1993，Scotti1994)。这种动态规律可用如下方程来表达：

式中，A(t)为时间t时，植物表面的放射性比活度(Bq/kg或Bq/m²)；D为沉降速率[Bq/(m²·t)]；B(t)为时间t时植物的生物量(kg/m²)；u为吸收速率(m²/kg)；λ_e为有效消失速率常数(1/t)。有效消失速率常数是消失速率常数的总和，包括风化作用和物理衰变。表征植物表面放射性核素风化速率的参数通常为半衰期。切尔诺贝利核电站爆炸后的观测研究表明：放射性碘的风化半衰期为8d，放射性艳的半衰期为10 d。

1．放射性核素的植物地上部吸收

在核爆炸和核事故中产生的放射性微尘沉降在植物的表面，植物可以通过根外器官吸收其中的放射性核素，并随植株体内的物质运输一起把这些放射性核素转移到植株未直接接触的部位，造成农作物的放射性沾污或污染。研究表明，植物叶片对于不同核素的吸收有很大区别；同时，植物的生育期也是影响植物吸收放射性核素的重要因素。朱永懿等(1985)曾经将⁹⁰ Sr和¹³⁷ Cs分别涂于油菜和小麦的叶片上进行研究，结果表明，植物对⁹⁰ Sr的吸收及在体内的转移较少，油菜对⁹⁰S 的吸收仅占施入量的0.41％，对¹³⁷ Cs的吸收占施入量的50％左右。小麦试验的结果说明，植株对放射性核素的吸收与植物生育期有很大关系，当外源核素的影响发生在小麦拔节期时，小麦对⁹⁰ Sr的吸收占施入量的0.07％，而在孕穗期时，⁹⁰ Sr的吸收量占施入量的0.1％。小麦对¹³⁷ Cs的吸收和转移要比⁹⁰ Sr快得多，大约占施入量的38.1%；而在孕穗期时，小麦对¹³⁷ Cs的吸收要比拔节期的吸收量大得多，其吸收量占施入量的86.5％。此外，不同生育期的外源¹³⁷ Cs在植株中的分配也有影响，与拔节期受到的影响比较，当外源¹³⁷ Cs的影响发生在小麦孕穗期时，成熟期小麦籽粒中¹³⁷ Cs要比拔节期发生影响的小麦高3倍。上述情况说明，当放射性核素沉降发生在谷类作物生长后期的时候，它对谷物的影响及对人类的危害比在作物生长前期发生沾污或污染时所造成的危害要大。

2．放射性核素土壤颗粒的再弥散作用

植物也可以通过含有放射性核素的土壤颗粒的再弥散作用而受污染(黏附作用)。为了估算植物通过再弥散作用受污染的程度，必须知道植物表面土壤颗粒的总量。土壤颗粒在植物表面的黏附作用受许多环境因素制约，很难给出一个常见的数值。通常离地面距离40 cm以上的农作物叶片或牧草每公斤干物质中含有4g土壤颗粒，而离地面距离 10 cm的部分含土壤10 g。黏附到植物表面的土壤量可以对植物¹³⁷ Cs污染产生高达23％的贡献份额，但适当的农业措施(比如土壤覆盖等)可以有效降低植物表面土壤颗粒的含量。植物通过根外吸收放射性核素对于土壤-牧草-动物系统来说十分重要，因为动物可以直接将黏附在植物体表的放射性污染物摄入体内，并通过食物链传递到人体。

在环境放射性研究中，通常将大气中放射性活度与沉降表面的放射性活度比率称为再弥散因子(Resuspension factor, RF)。对于直径小于10 um的颗粒来说，RF值大约为2×10^-10/m；而对于直径大于15 um的颗粒来说，其RF值为2×10^-10/m～1.7×10^-10/m。另一个表征再弥散特征的参数为再弥散速率(Resuspension rate, RR)，其定义为每秒钟沉降在表面上的放射性再弥散的比率。根据切尔诺贝利爆炸后3年6点的观测资料表明，对放射性艳而言，其RR值通常为5×10^-12/s到5×10^-10/s，变异非常大。

(二)根系吸收

植物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。在核事故或者核爆炸的初期，污染植物通过根系吸收人工放射性核素的量是不大的，因为大部分放射性物质都集中在土壤表面0～1.5 cm的土层中。随着雨水、灌溉等的淋洗，会有少量的放射性物质逐渐下渗到根系密集的土层中，对植物的影响也随之增大。

1．植物吸收的放射性核素

植株中放射性核素的活度与土壤沾污或污染水平有关。春小麦试验的结果表明，当土壤中⁹⁰ Sr和¹³⁷ Cs的比活度在5.6×10³～18.5×10⁶ Bq/kg时，植株对⁹⁰ Sr和¹³⁷ CS的积累与土壤放射性核素的水平呈显著的正相关。然而，在放射性核素水平相同的情况下，春小麦籽粒中⁹⁰ Sr的比活度要比¹³⁷CS高。土壤中的⁹⁰ Sr和¹³⁷ CS被植物吸收以后在植株中的分配规律是不同的，⁹⁰ Sr在植株中的分配规律与钙相似，它主要积累在植物营养器官中，在叶子中是按叶序自上而下逐渐增加，基部老叶中⁹⁰ Sr的比活度要比旗叶高得多。⁹⁰ Sr在小麦植株地上部的分配是叶＞茎＞颖壳＞籽粒。而¹³⁷ CS的分配规律却与钾相似，主要分配在植株幼茎、幼叶和繁殖器官中。春小麦穗部¹³⁷ CS的积累约占植株地上部总量的57％，叶占31％，茎占12％。在小麦穗部的¹³⁷ Cs主要积累在颖壳中，籽粒中占的份额较少(朱永懿等1991)。

土壤性质的不同对作物吸收⁹⁰ Sr有明显的影响。在我国6种土壤中进行的试验表明，⁹⁰ Sr在土壤一春小麦系统中的转移依次为：红壤＞水稻土＞褐土＞紫色土＞黄棕壤＞黑土。主要影响的因子是土壤pH、交换性钙含量和有机质等。随着土壤pH升高，植物吸收⁹⁰ Sr的量下降，两者呈显著的负相关。土壤交换性钙含量与植株中⁹⁰ Sr积累量的关系亦是呈显著的负相关。增加土壤有机质含量可以促进植株生长，并减少植物对放射性物质的吸收。

2．转移系数

通常而言，植物可以吸收任何放射性核素，其吸收量随核素和植物种类而有差别，且不同的作物对放射性核素的吸收积累能力区别很大。单位干物质中豆科作物积累的⁹⁰Sr和¹³⁷ Cs比禾本科作物多。影响植物吸收放射性核素的因子很多，要估计植物从土壤中吸收放射性核素的比例可用转移系数(TF)来表示，转移系数的定义为：

秦苏云等(1995)给出了2类地区、7类农产品和5种核素(⁹⁰ Sr, ¹³⁷ Cs、天然铀、¹²⁶ Ra和²³⁹ Pu)的土壤一农产品转移系数。统计数涉及我国南方湿润区和北方干旱区的14个省和自治区。南方区属热带亚热带气候，土壤类别多属山地灰化红壤与红壤，或山地黄棕色森林土与黄壤，包括广东、广西、福建、贵州、江西、湖南、四川和浙江。北方区属温带或暖温带干旱、半干旱气候，土壤类型多属灰钙土与灰棕色漠土，包括甘肃、青海、内蒙古、河南、陕西和辽宁等。7类农产品分别为：粮食类，小麦、大米、玉米和高粱；叶菜类，白菜和青菜；根菜类，萝卜；薯类，红薯和马铃薯；果菜类，茄果类的茄子、番茄和荚果类的豆角；瓜菜类，南瓜、西瓜和冬瓜等；茎秆类，小麦和玉米茎秆。统计表明各组的转移系数数值大部分在相差两个数量级范围内波动，且大多数的数值均为北方大于南方。在转移系数与土壤中核素的相关分析中，除了叶菜类、薯类的天然铀和果菜类的²²⁶ Ra外，其余均呈显著或极显著水平。

比较不同的植物对⁹⁰ Sr的吸收可以发现不同种类的植物对⁹⁰ Sr的吸收和积累的能力有很大的差异。从表7-8中可以看到，葫芦科作物对于⁹⁰Sr具有很高的浓集能力，可以大量地吸收土壤中的⁹⁰Sr。例如在北京褐土上种植的西葫芦其转移系数可以达到14。酸性土中⁹⁰ Sr在土壤-西葫芦系统中的转移系数还要高一些，可以达到16.8。不同科的植物对⁹⁰ Sr的浓集能力以葫芦科最强，禾本科最低。¹³⁷Cs在土壤一不同科植物系统中的转移系数以锦癸科、十字花科、葫芦科和藜科为较强，禾本科、大戟科较弱(表7-8)。在相同条件下，¹³⁷ Cs在土壤一植物系统中的转移系数要比⁹⁰ Sr小得多。例如在北京褐土上种植春小麦获得¹³⁷ Cs在土壤一春小麦中的转移系数为0.05，比⁹⁰ Sr在土壤一春小麦中的转移系数(1. 2)低两个数量级。即使同一植物在同类土壤上生长，由于生长期或生长条件的差异，对转移系数也会有影响。

表7-8 植物茎叶的⁹⁰ Sr和¹³⁷CS转移系数¹⁾

相关链接：放射性污染物的危害