厦门邻近海域海洋环境放射性水平及评价

崔守信，张洪海，门 武

(1.中国海洋大学化学化工学院，山东 青岛 266100；2.自然资源部第三海洋研究所、海洋放射性技术与环境安全评估实验室，福建 厦门 361005；3.青岛海洋科学与技术国家实验室、海洋生态与环境科学功能实验室，山东 青岛 266071)

厦门是我国著名的宜居和滨海旅游城市，环境质量状况是其重要的基石。对于厦门邻近海域而言，潜在辐射风险源主要有两个方面，其一是福岛核事故泄露的放射性废物，其二是福建省核电站排放的放射性废物。2011年3月日本福岛发生的7级核事故及其后续影响使海洋环境的放射性污染成为全世界最为关心的环境问题之一[1-2]。福岛核事故已经过去10年, 但后续的核废物处置及污染问题还远未结束，在这10年中，各种福岛事故放射性废水泄漏的新闻不绝于耳[3]。2020年，日本政府拟将福岛核电站存放的约123万吨放射性废水排放入太平洋，此举一经报道，即遭到日本国内和国际社会的诸多反对。但事实上，日本对于日益增多的放射性废水束手无策，储液罐储存能力饱和，又无其他好的办法，最终还是会排入大海了事。这些放射性废水一经排入西太平洋，在西太平洋副热带模态水的作用下，短短15个月左右就能输运至台湾岛东南部的西太平洋海域[4]，之后再越过吕宋海峡进入我国南海东北部，进而不可避免地输运至厦门邻近海域，成为厦门邻近海域的一个辐射风险源[5]。核电方面，虽是清洁能源，但一旦发生事故就会酿成危害或灾难，例如美国三里岛、前苏联切尔诺贝利[6]以及日本福岛核事故，不断加剧人们对核的心理恐慌。核电站虽有严格的放射性废物排放控制措施，但终究还是会有少量的放射性物质被排进海洋[7-8]，一旦发生核事故，大量高放射性物质将被释放入海，影响海洋生态系统。福建省宁德和福清核电站分别于2013年4月和2014年11月投入商业运营，漳州核电站正在建设中，这些核电站距厦门不远，排放的放射性废物随着闽浙沿岸流的输运和海水交换也会进入厦门邻近海域，成为另一个辐射风险源。

迄今，厦门邻近海域还未有较为系统和完备的放射性数据资料，在人们异常关注核辐射危害的背景下，有必要对厦门邻近海域海洋放射性水平进行研究。本研究对2015年2月和8月厦门邻近海域海水和沉积物中的主要人工和天然放射性核素的含量水平和分布特征进行了分析和评估，相关结果可作为该海域在福建核电站运行之后，或是将来日本福岛核事故影响到我国近岸海域之后的海洋放射性环境评价以及风险评估的基础数据，进而为管理部门提供应对类似于“日本福岛核事故之后的抢盐风波”和“厦门口岸驱离受福岛核泄漏污染商船”等相关事件的管理决策和风险控制依据。并且为厦门市放射性污染控制、邻近海域辐射安全保障、海洋核应急提供相关参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

分别于2015年2月和8月在厦门邻近海域开展样品采集工作，2月份采集海水样品和沉积物样品，8月仅采集海水样品，共布设12个站位，站位信息如图1所示。按照《海洋环境放射性核素监测技术规程》要求进行样品采集[9]，用潜水泵抽取2 m以浅的表层海水125 L，盐酸酸化至pH=2，密封保存。用抓斗采泥器采集表层沉积物样品1～2 kg，密封保存。

图1 厦门邻近海域采样站位图Fig. 1 Map of sampling stations in the waters adjacent to Xiamen

1.2 样品处理与测量

本研究测量了海水样品中总铀、90Sr、226Ra、58Co、60Co、134Cs、137Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn及海洋沉积物中238U、90Sr、226Ra、58Co、60Co、134Cs、137Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn、232Th、40K的放射性活度。样品中核素富集与测量方法见《海洋环境放射性核素监测技术规程》[9]、《海洋沉积物中放射性核素的测定 γ能谱法》[10]、《水中放射性核素的γ能谱分析方法》[11]、《水中微量铀分析方法》[12]等国家或行业标准。

本研究采用γ能谱仪对海水中的226Ra、58Co、60Co、134Cs、137Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn等核素的活度进行分析。样品的前处理和分析流程如下：用氯化银沉淀富集110mAg，用磷钼酸铵(AMP)吸附134Cs和137Cs，用硫酸钡沉淀载带226Ra，用氢氧化铁共沉淀载带58Co、60Co、59Fe、54Mn、和65Zn，合并沉淀物。利用Canberra GR4021 型高纯锗γ能谱仪(相对效率40%)测量各核素活度，测量时间为12～24 h，选择下列γ射线特征峰计算各核素活度：226Ra(295.21、351.92、609.31 keV)、232Th(238.63、338.32、583.9、911.07、969.11 keV)、40K(1 460.8 keV)、137Cs(661.7 keV)、134Cs(604.9 keV)、60Co(1 173.2、1 332.5 keV)、58Co(810.76 keV)、238U(63.29、92.5 keV)、54Mn(834.83 keV)、110mAg(657.75 keV)、59Fe(1 099.2 keV)、65Zn(1 115.5 keV)。海水90Sr活度采用二-(2-乙基已基)磷酸(HDEHP)萃取法，利用低本底β计数器(Ortec MPC-9604型)测量。总铀浓度采用加入荧光增强剂的激光荧光法，用激光测铀仪(WGJ-III型)测量。

沉积物样品经除去杂物、烘干、研磨、过筛(80目)后进行沉积物γ核素和90Sr活度分析，所用的γ能谱仪和β计数器与测量海水所用的仪器相同。取处理后的沉积物干样品300 g装入样品盒中压实密封，放置20 d后以使镭同位素与子体达到放射性平衡[13]，用γ能谱仪测量(测量时间为12～24 h)，仪器效率刻度用GBW08403a沉积物环境放射性标准物质(中国计量科学研究院)进行测定。取沉积物干样品100 g经除Fe、Bi、Th核素后，用二-(2-乙基已基)磷酸(HDEHP)-β计数法测定90Sr活度。

本研究海水及沉积物样品中核素活度测量具体方法和仪器检测下限见表1。

表1 放射性核素活度检测方法信息

2 结果与讨论

2.1 海水中各核素的活度水平和时空分布特征

2.1.1 放射性活度水平 厦门邻近海域2015年2月和8月的海水中放射性核素的活度水平如表2所示。2015年2月冬季航次调查结果显示厦门近岸水体中总铀浓度为(1.72±0.26)～(2.88±0.16)μg/L，平均含量(2.43±0.28)μg/L，226Ra的活度范围为(2.53±0.44)～(7.04±0.92)Bq/m3，平均值(4.12±0.52)Bq/m3，137Cs的活度范围为(1.07±0.10)～(1.78±0.18)Bq/m3，平均值(1.38±0.14)Bq/m3，90Sr的活度范围为(0.66±0.06)～(2.40±0.12)Bq/m3，平均值(1.02±0.07)Bq/m3。134Cs、110mAg、60Co、58Co、54Mn、65Zn、59Fe未检出。2015年8月夏季航次，226Ra的活度范围为(4.33±0.69)～(10.87±1.34)Bq/m3，平均值(6.46±1.07)Bq/m3；137Cs的活度范围为(1.13±0.12)～(1.71±0.17)Bq/m3，平均值(1.43±0.15)Bq/m3；90Sr的活度范围为(0.55±0.06)～(1.90±0.07)Bq/m3，平均值(1.05±0.07)Bq/m3；和冬季航次相同，海水中134Cs、110mAg、60Co、58Co、54Mn、65Zn、56Fe未检出。

为了更好了解本研究海域的放射性活度水平，将研究数据与国内多个核电站包括福清[14-16]、昌江[17]、三门[18]、田湾[19]、阳江[20]及海阳[21]等核电站周围海域在核电站建设之前的本底水平以及我国近海海水[22-23]、深圳近海[24-25]、大亚湾[26]、青岛近海[27]中的放射性核素活度数据进行对比(表3)。结果显示，厦门邻近海域海水中总铀浓度低于青岛近海海域(2.46～4.59 μg/L)、山东海阳核电邻近海域(2.96～3.58 μg/L)和东海(1.87～3.60 μg/L)，高于浙江三门核电邻近海域(0.22～2.18 μg/L)。海水中人工放射性核素90Sr和137Cs的平均活度在核电站周围海水、环境水体中处于较中等偏下水平，在我国近海水体环境中处于较低水平。226Ra活度的平均值与其他海域(核电海域和近海)相比水平较高。根据《海水水质标准》[28]，本研究海水90Sr和137Cs的活度远低于标准中规定的活度限值(90Sr: 4 000 Bq/m3和137Cs: 700 Bq/m3)，符合海水水质标准。

表2 2015年2月和8月厦门邻近海域海水放射性水平

表3 厦门邻近海域与其他海域海水放射性水平比较

续表

2.1.2 空间分布及季节变化137Cs为人工放射性核素，主要来源于上世纪50～80年代的大气核试验产生的放射性物质的全球性或局地性沉降[29]。2015年2月和8月厦门邻近海域表层水中137Cs的活度分布见图2(a)、(b)，这两个时间分别对应冬夏两季，各采样时期内活度变化范围不大，无显著的分布特征，季节间的活度范围大致相同，在冬季和夏季海水中137Cs的平均活度分别为(1.38±0.14)、(1.43±0.15)Bq/m3，平均值相差很小，季节性差异不明显。

90Sr也是人工放射性核素，同样主要来源于上世纪50～80年代的大气核试验，2015年2月和8月厦门邻近海域表层水中90Sr的活度分布见图2(c)、(d)。对于单个采样时间内，研究海区北部的90Sr活度小于南部，此外无显著的分布特征，和137Cs一样，90Sr在冬季和夏季海水中的平均活度分别为(1.02±0.07)、(1.05±0.07)Bq/m3，两个季节平均值相差很小，季节性差异不明显。

226Ra是天然放射性核素，冬季和夏季在厦门邻近海域表层的226Ra活度分布见图2(e)、(f)，从空间分布上看，两个季节的活度高值区均出现在距离陆地较近的厦门岛北部，并且随着离岸距离的增加，活度水平逐渐减小，特别是夏季226Ra的活度分布特征更为明显，并且研究区域北部活度水平高于南部，8月份226Ra活度水平高于2月份，是由于夏季河流输入了更多的陆源镭同位素造成的[30]。

铀是天然放射性核素。2015年冬季厦门邻近海域表层水中总铀浓度分布见图2(g)。总体来看，总铀浓度变化范围较小，无显著的分布特征。

2.2 海洋沉积物中的放射性核素活度水平和分布特征

研究海域的海洋沉积物的放射性核素活度水平见表4，其中226Ra的活度范围为(20.3±1.9)～(47.0±4.3)Bq/kg，平均值为(37.1±3.4)Bq/kg，137Cs的活度范围为ND(未检出)～(0.93±0.09)Bq/kg，平均值(0.65±0.07)Bq/kg，90Sr的活度范围为(0.12±0.04)～(0.87±0.05)Bq/kg，平均值(0.55±0.04)Bq/kg，238U的活度范围为(19.4±3.0)～(83.5±10.6)Bq/kg，平均值(48.0±6.2)Bq/kg，232Th的活度范围为(27.3±2.8)～(81.3±8.1)Bq/kg，平均值(56.0±5.6)Bq/kg，40K的活度范围为(370.5±22.8)～(693.0±42.0)Bq/kg，平均值(540.0±33.3)Bq/kg。134Cs、110mAg、60Co、58Co、54Mn、65Zn和59Fe未检出。从厦门近海沉积物中这些人工或天然放射性核素的分布图中得出其分布并无显著规律(图3)。为了更好地了解厦门邻近海域海底沉积物中放射性核素水平，将本研究结果与青岛近海[27]、大亚湾[26]、珠江口[31]、深圳近海[24-25]、长江口[32]、大亚湾核电[33]、昌江核电[34]等海域沉积物放射性核素水平数据进行对比。结果(表5)显示，整体上厦门近岸海域137Cs活度水平低于其他核电海域及我国部分近岸海域，90Sr的活度水平处于较低水平，40K处于中间水平，232Th高于其他海区，226Ra和其他海区的活度分布范围大致相同。

2.3 厦门邻近海域海洋放射性环境质量分级评价

2015年厦门邻近海域海水及海洋沉积物的放射性核素活度水平处于我国海洋放射性水平变化范围以内，处于正常状况。但从环境质量的角度来讲，这样的评价还不够，还需进一步进行科学系统的分级评价。目前，我国已有海洋放射性环境质量评价方法及其配套软件(MREQA V1.0)软件，该软件包括海洋放射性环境效应、海洋放射性环境质量分级和低放废物长期排放的潜在风险评价方法3个模块[35-36]。其中的海洋放射性环境质量分级模块将海洋环境放射质量分为4级：第1级属于安全级别，为放射性环境质量最好的一级，海洋环境(海水和海洋沉积物)放射性水平处于海洋背景值范围以内，评判标准为海洋中放射性核素的最高浓度值均不超出其背景范围值；第2级仍然属于安全级别，海洋放射性环境质量次之。海洋环境放射性水平高于本底水平，但还未危害到人类和海洋生物的健康，评判标准为海洋中参考放射性核素浓度高出本底水平，但仍然在人类和海洋生物的安全浓度限值以内；第3级属于危险级别，海洋环境放射性水平超出人类的辐射安全范围，但还未危害到海洋生物的健康，评判标准为海洋中参考放射性核素浓度高出人类安全限值浓度，但还未超出海洋生物安全浓度限值；第4级属于最危险级别，海洋环境放射性水平危害到海洋生物健康，评判标准为海洋中参考放射性核素浓度高出海洋生物安全浓度限值。利用该模块对厦门邻近海域放射性质量状况进行评价，得出海水放射性质量为2级，属于安全级别，放射性水平超出海洋的背景范围(1997—2007年我国沿海海洋环境中的放射性范围)，但还未危害到人类及海洋生物的健康；海洋沉积物放射性环境质量为1级，属于安全级别，放射性水平处于海洋的背景范围(1997—2007年我国沿海海洋环境中的放射性范围)以内。

图2 2015年2月和8月厦门邻近海域表层海水中137Cs、90Sr、226Ra活度和总铀浓度分布Fig. 2 Distributions of 137Cs, 90Sr, 226Ra and U in surface seawater around Xiamen in February and August 2015137Cs、90Sr、226Ra的活度单位为Bq/m3，总铀浓度单位为μg/L。

表4 2015年2月厦门邻近海域海洋沉积物放射性核素活度水平

续表

图3 2015年2月厦门邻近海域沉积物中90Sr、137Cs、226Ra、232Th、238U及40K活度分布Fig. 3 Distributions of 90Sr, 137Cs, 226Ra, 232Th, 238U and 40K in marine sediments around Xiamen in February 2015图中各核素活度单位为Bq/kg。

表5 厦门邻近海域与其他海域沉积物中放射性水平比较

续表

从上述结果可以看出，2015年厦门附近海域未观测到放射性污染，未来将持续监测该海域水体和沉积物的放射性水平，以有效跟踪厦门市邻近海域的放射性变化情况。

3 结论

本研究通过观测厦门邻近海域海水和沉积物中的放射性核素活度来评价其海洋环境放射性质量状况。结果显示，2015年春季和夏季海水中放射性核素活度水平并无显著差异(总铀、90Sr、226Ra、137Cs无明显差异，58Co、60Co、134Cs、110mAg、59Fe、54Mn、65Zn均未检出)，海水中的90Sr和137Cs最高活度远低于国家海水水质标准限值，海水及海洋沉积物的放射性核素活度水平处于我国海洋放射性水平变化范围以内。对放射性质量状况进行分级评价得出厦门邻近海域海水放射性质量为2级，海洋沉积物放射性环境质量为1级，均属于安全级别。2015年厦门附近海域未观测到放射性污染。