鄭存德，劉清寬，董國(guó)超，孫 宇

(1.遼東學(xué)院，遼寧 丹東 118003；2.遼寧省水環(huán)境放射性預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 丹東 118003)

土壤環(huán)境本底值是農(nóng)業(yè)地質(zhì)和環(huán)境化學(xué)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)資料[1]，放射性元素的含量水平是研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人體健康非常重要的內(nèi)容。土壤中存在的天然放射性元素很多，其中，鐳(226Ra)是活潑金屬，能代換人體內(nèi)的鈣并在骨骼中濃集，急性中毒時(shí)，會(huì)造成骨髓的損傷和造血組織的嚴(yán)重破壞，慢性中毒可引起骨瘤和白血病。鉀(40K)是巖石和土壤中天然放射性本底的最主要來源，鉀及其衍生物在生產(chǎn)生活中有多種用途，其放射性對(duì)人體也有一定影響。釷(232Th)廣泛分布于地殼中，可作為能源材料，其含量受工礦業(yè)生產(chǎn)影響較大，核燃料廢物中也含有釷。

20世紀(jì)90年代，土壤天然放射性核素調(diào)查研究工作開展較多[2-5]，限于當(dāng)時(shí)人力物力，樣點(diǎn)以網(wǎng)格方式布設(shè)[4]，對(duì)于農(nóng)業(yè)土壤來說，其樣點(diǎn)具有隨機(jī)性強(qiáng)、數(shù)量少的特點(diǎn)，但是代表性較差，尤其對(duì)于呈小斑塊變化的地類代表性更差。另外，雖然土壤中天然放射性核素含量比較穩(wěn)定[6]，但是地球化學(xué)特征[7-10]、人類活動(dòng)[11-13]、遷移擴(kuò)散條件[13-16]對(duì)其分布特征都有顯著影響。所以，本文在丹東地區(qū)土壤本底值普查樣點(diǎn)基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況(干擾少、近礦區(qū)、近河流、近匯水區(qū)等)增加了采樣點(diǎn)位，重點(diǎn)研究丹東地區(qū)0～10 cm土層土壤226Ra、232Th、40K放射性活度濃度分布規(guī)律，并與全國(guó)調(diào)查數(shù)據(jù)(1983—1990年)、遼河平原調(diào)查數(shù)據(jù)(1985年)進(jìn)行對(duì)比分析，為進(jìn)一步準(zhǔn)確掌握丹東地區(qū)土壤天然放射性本底值與土壤利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

丹東地區(qū)位于鴨綠江流域下游，是遼東山地丘陵的一部分，分為北部中低山區(qū)，南部丘陵區(qū)，南緣沿海平原，局部有階地、盆地、臺(tái)地等小型地貌單元。目前主要開采礦產(chǎn)中，金屬礦藏有金、鉛、鋅、銅等，非金屬礦有硼、菱鎂、大理石、紅柱石、高嶺土等。本區(qū)域?qū)挼橹械蜕絽^(qū)土壤有明顯規(guī)律性，山中上部為酸性棕壤，下部棕壤，坡腳為潮棕壤；鳳城、丹東主要為棕壤、潮棕壤、草甸土；東港主要分部沼澤土和水稻土。

1.2 樣品采集

以全國(guó)第二次土壤普查丹東地區(qū)背景點(diǎn)位為基礎(chǔ)，在丹東地區(qū)(包括丹東市、鳳城、寬甸、東港，其中，丹東市包括振安區(qū)、元寶區(qū)、振興區(qū))，根據(jù)地球化學(xué)特征、土壤類型，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定的采樣點(diǎn)位共29個(gè)，如圖1所示。整體看來，寬甸采樣點(diǎn)位最多為13個(gè)，丹東市、東港均為6個(gè)點(diǎn)位、鳳城為4個(gè)點(diǎn)位，且整體樣點(diǎn)偏行政區(qū)域流域下游。樣品按照規(guī)定[17]中背景值點(diǎn)采樣要求采集。每個(gè)點(diǎn)位在約10 m2范圍內(nèi)五點(diǎn)取樣法用筒鉆鉆取有代表性的0～10 cm土層土壤，用4分法縮至約1 kg左右作為一個(gè)樣品，重復(fù)同樣操作，同一點(diǎn)位共取3份平行樣品。

圖1 采樣點(diǎn)位置圖

1.3 測(cè)試儀器與方法

1.3.1測(cè)試儀器

RMS 4096-USB型數(shù)字化低本底多道γ能譜儀由NaI(Tl)晶體能譜探測(cè)器及其配套屏障鉛室、多功能集成卡、數(shù)據(jù)收集軟件、譜分析軟件、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)輸出打印機(jī)等構(gòu)成。系統(tǒng)本底和測(cè)量不確定度滿足標(biāo)準(zhǔn)[18]的要求。該設(shè)備用于對(duì)石材、水泥、煤渣、食品、沉積物和地質(zhì)樣品中放射性核素定性和定量分析。主要技術(shù)參數(shù)如下：

能量分辨率：≤7.5(137Cs)；

能量線性：≤1%(60 KeV～2.0 MeV)；

系統(tǒng)穩(wěn)定性：≤±1%(8 h)；

鉛屏蔽室衰減因子：≥80%，全譜本底的計(jì)數(shù)率小于350 min-1。

1.3.2測(cè)試方法

(1)將樣品中侵入體(如植物殘留物、昆蟲、碎石等)清除后風(fēng)干，土樣研磨后過60目尼龍篩。

(2)用百分之一天平稱量樣品并裝入中國(guó)計(jì)量院標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試盒(φ=7 cm)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)穩(wěn)定30天。

(3)使用RMS 4096型數(shù)字化低本底多道γ能譜儀對(duì)每個(gè)樣品測(cè)試172 800 s(48 h)。

(4)樣品測(cè)定全部結(jié)束后，用設(shè)備自帶WinNaI γ射線譜分析軟件提取測(cè)試結(jié)果用于分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

目前評(píng)價(jià)元素污染比較常用的方法為基于單因子指數(shù)計(jì)算的內(nèi)梅羅指數(shù)法[19-21]。單因子指數(shù)法只能說明某一點(diǎn)位某種指標(biāo)的情況，不能全面反映區(qū)域整體水平。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)不但可以突出點(diǎn)位高值的影響，還能表達(dá)區(qū)域平均水平的信息，能較好地說明區(qū)域整體元素含量水平[5]。

1.4.1單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)指數(shù)法:

(1)

式中，Pi為土壤中i元素的評(píng)價(jià)指數(shù)；Si為遼寧省土壤中放射性核素i的環(huán)境本底值平均值，Bq·kg-1；Wi為放射性核素i在土壤中的實(shí)測(cè)值，Bq·kg-1。單因子評(píng)價(jià)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)列于表1。

表1 單因子評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)

1.4.2內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法(Nemerowindex)是評(píng)價(jià)土壤重金屬污染時(shí)應(yīng)用最廣泛的綜合指數(shù)法[22]：

(2)

表2 內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 丹東地區(qū)土壤天然放射性活度濃度評(píng)價(jià)

丹東地區(qū)土壤天然放射性核素226Ra、232Th、40K活度濃度分別處于55.55～167.49、7.97～28.86、387.14～1 218.28 Bq·kg-1之間，均值分別為100.12 Bq·kg-1、11.84 Bq·kg-1、688.65 Bq·kg-1，計(jì)算的單因子指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)及與遼寧省放射性均值[4]比較結(jié)果見表3，由內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)可知，丹東地區(qū)226Ra活度濃度污染等級(jí)屬于特高，232Th活度濃度微量，40K活度濃度偏高，測(cè)定結(jié)果全部在全國(guó)取值范圍內(nèi)[5]。

表3 丹東地區(qū)土壤天然放射性活度濃度評(píng)價(jià)(Bq·kg-1)

有研究資料指出[23]，226Ra可作為碳硅泥巖型鈾礦的有效指示元素，226Ra含量特高說明丹東地區(qū)可能含有碳硅泥巖型鈾礦。K在自然界中屬于大量元素，來源廣泛，存在于各種礦石、土壤、生物體內(nèi)，丹東地區(qū)40K含量在遼寧省屬于正常略高的水平。釷元素通常與稀土金屬礦物結(jié)合，以化合物的形式存在于礦物內(nèi)(例如獨(dú)居石和釷石)，丹東地區(qū)232Th含量處于較低水平，說明本地區(qū)可能沒有稀土礦藏。

丹東地區(qū)礦產(chǎn)資源比較豐富，主要有理石礦、金礦、銀礦、鉛鋅礦等。其中寬甸地區(qū)探明礦產(chǎn)資源最豐富，開采量較大。同時(shí)，通過單因子指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)判斷，寬甸226Ra、240K天然放射性元素活度濃度在本地區(qū)也偏高，232Th略低。本次研究過程寬甸地區(qū)采樣點(diǎn)位最多，這可能也是丹東地區(qū)土壤中天然放射元素水平高于遼寧省的原因。

2.2 丹東地區(qū)土壤天然放射性活度濃度分布規(guī)律

根據(jù)圖2～4可知，226Ra放射性活度濃度最高值出現(xiàn)在寬甸孫家堡子(點(diǎn)位5)，最低值位于丹東市振興區(qū)四道溝(點(diǎn)位20)；232Th放射性活度濃度最高值位于丹東市振興區(qū)四道溝(點(diǎn)位20)，最低值點(diǎn)位于東港北井子鎮(zhèn)(點(diǎn)位23)；40K放射性活度濃度最高值也在寬甸孫家堡子(點(diǎn)位5)，最低值位于東港北井子鎮(zhèn)(點(diǎn)位23)。

圖2 丹東地區(qū)土壤226Ra放射性活度濃度分布

圖3 丹東地區(qū)土壤232Th放射性活度濃度分布

圖4 丹東地區(qū)土壤40K放射性活度濃度分布

另外，綜合圖2～4可以發(fā)現(xiàn)，丹東地區(qū)土壤天然放射核素226Ra、232Th、40K活度濃度都存在比較明顯的三個(gè)高值區(qū)，且三種核素高值區(qū)中心比較接近。第一個(gè)以寬甸縣長(zhǎng)甸鎮(zhèn)為中心，第二個(gè)以丹東市元寶區(qū)為中心，第三以鳳城市黃家堡子為中心。低值區(qū)不明顯，東港市土壤天然放射性活度濃度水平整體較低。丹東市元寶區(qū)與寬甸河口地區(qū)的天然放射性活度濃度較高可能是由于放射性核素受水流化學(xué)溶解與物理遷移等作用，導(dǎo)致流域上游的元素于下游地區(qū)積累，因而易溶元素含量增加[13-14,16]。鳳城市黃家堡子地區(qū)礦山較多，草河流經(jīng)于此，地質(zhì)條件復(fù)雜，元素累積特征明顯。東港劉家店有一個(gè)小高值區(qū)，此區(qū)位于一個(gè)水庫支流，從而導(dǎo)致該點(diǎn)高于其他點(diǎn)。

3 結(jié)論

丹東地區(qū)土壤天然放射性核素226Ra、232Th、40K活度濃度分別為100.12 Bq·kg-1、11.84 Bq·kg-1、688.65 Bq·kg-1，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分別為3.17、0.35、1.07，遼寧省中丹東226Ra含量特高，232Th微量，40K偏高，在全國(guó)處于正常水平。丹東地區(qū)土壤天然放射性核素高活度點(diǎn)位集中在寬甸河口地區(qū)、丹東市元寶區(qū)、鳳城市黃家堡子地區(qū)，流域遷移特征明顯。