核污染对海洋生态系统的影响

高翔　刘西汉

海洋在人类社会发展中的地位至关重要。人类在开发海洋、利用海洋的同时，保护海洋生态环境已成为当前面临的重要议题之一。随着核能的不断开发和核技术的广泛应用，沿海核电站和船用核动力装置排放的核废物以及核事故造成的核泄漏，对海洋环境甚至人类社会产生了巨大破坏，其影响可长达数百年，甚至更长时间。

一、海洋核污染来源

海洋中的放射性物质包含天然放射性核素和人工放射性核素两大类。天然放射性核素是自然界中天然存在的，包括铀、钍和锕三大系列核素、宇生放射性核素以及单独存在于海洋中的长半衰期核素，它们在海洋中的含量一般较稳定，通常视为环境本底。海洋中的人工放射性核素指由于人类活动进入海洋的放射性核素，来源及环境行为不同，不仅其含量往往具有很大差异，而且呈现显著时空变化。海洋中的人工放射性核素主要来源于：一是核爆炸产生的放射性核素以放射性尘埃的形式进入海洋；二是核动力舰船以及核电厂的放射性核素通过反应堆冷却水和废液排放进入海洋，正常运行的核电，其污染物的产生、处理和排放都能得到有效控制，对环境几乎不产生影响；三是少数核大国在太平洋等深海区域处置的放射性废物；四是核医学、科学研究来源的放射性核素，主要是指研究中产生的含放射性的液态流出物的排放；五是由于核事故的发生，放射性核素的意外核泄漏。近年来，核技术的应用越来越广泛，核事故造成的放射性核素的泄露已经成为当前海洋核污染的主要来源。

二、海洋放射性核素的迁移转化

放射性核素进入海洋后会与海水中的悬浮物质发生理化反应，包括絮凝形成胶体、被浮游生物浓集等，并以颗粒态或离子态存在于海水中，随着海流在水平或垂直方向上发生迁移扩散，造成放射性核素在海水中的分布出现明显的梯度特征。137Cs和90Sr半衰期较长，与生物体关系密切，是海洋核污染的主要指标。137Cs的半衰期为30.17年，在海水中以离子态存在，但容易和黏土性物质结合在一起，海底沉积物是其最终归宿。90Sr的半衰期为28.6年，在海水中主要以阳离子形式存在，不易被悬浮物吸附，在海水中的迁移扩散主要取决于水体运动。另外，氚水（HTO）是氚（3H）的主要存在形式，其性质与水相同，进入海洋后可以极快速度影响整个海洋生态系统。

相对于海水、生物等介质，沉积物更易于富集污染物，是海洋中放射性核素迁移的最终归宿。悬浮颗粒物是放射性污染物在水相与沉积相之间迁移的主要媒介，除少部分可作为滤食性海洋生物的食饵外，大部分最终沉降于水底成为沉积物。沉积物在海流和波浪的作用下发生水平、垂直迁移，水平方向上随水体运动呈现空间变化，垂直方向上能不断向深层渗入，最终埋没于深层沉积物中。

三、核污染对海洋生物的影响

核辐射影响海洋生物生长及免疫能力，造成鱼类多发疾病甚至死亡。核泄漏事故发生后最初几周属急性辐射阶段（高剂量、短期），环境中存在大量能发射β射线的短寿命人工放射性核素，对生物产生高剂量率外部辐射。鱼类在吸收大量核辐射剂量后几天或几周内可产生显著的不可逆生物学损伤，并最终死亡。慢性辐射（低剂量、长期）可造成鱼类多种生理、代谢指标恶化，损害鱼体健康和舒适度，包括血液成分负面变化、对细菌/病毒感染的免疫反应减弱和延迟、对寄生虫感染的抵抗力减弱以及器官或组织的功能出现障碍等。白细胞对辐射特别敏感，暴露通常会导致对提供免疫保护至关重要的免疫细胞数量下降［9］。寄生虫感染等生态交互作用可显著加重辐射对寄主种群的危害。同时已有研究证实慢性辐射能够对海洋硬骨鱼的肝功能和消化道造成损伤［10］。核辐射剂量率高于10 mGY/d时，生活在理想环境条件下的孤立鱼类种群的发病率会大幅度提高。

核辐射影响海洋生物正常繁殖，造成渔业资源衰退。放射造成的繁殖能力损伤表现在延迟性成熟，减少生殖细胞的发生，降低鱼卵质量和活力，甚至杀死鱼卵等。在切尔诺贝利废弃核电站的冷却池中发现一种银鲤的辐射暴露个体，较正常个体的不育率和性腺畸变率增高，受辐射个体子代的生殖系统发生畸变［11］。长期低剂量率γ射线辐射导致欧洲鲽的精巢质量显著下降［12］，精子的发生量和存活率降低。鱼类种群生殖能力随着剂量率的增加而降低，核辐射剂量率到达25 mGY/d时不足以维持种群数量［13］。

海洋生物成为放射性核物质的载体，将核污染扩散至更多区域。海洋生物通过海水、摄食和体表吸收等途径吸收并富集放射性核素，成为海洋核污染的携带者和传播者。一方面海洋生物通过洄游或漂流将放射性污染物质带到其他海区；另一方面通过摄食和食物链传递最终将放射性核素富集到高营养级生物体中。海洋植物和藻类对放射性核素有很强的浓集能力，如137Cs在藻类的浓度可高于周围水体浓度的100～500倍。放射性核素通过摄食和渗透等方式在食物链之间迁移和累积，而通过水生生物残骸等形式长期沉积于海底的放射性核素又可通过与海水界面的交换不断释放返回海洋。

四、核废水排放对我国海域的影响

日本福岛核电站于2011年3月11日发生核事故，此后十余年中核废水不断累积，至2023年已超过一百余万吨［14］。2023年8月，东京电力公司正式将福岛第一核电站核污染水排海。放射性物质能否扩散到中国海域、未来海产品是否安全等成为焦点。

目前，核废水排放产生的生态风险仅限于局部海域。根据福岛核电事故后各国在西北太平洋开展的海洋生物放射性監测调查及辐射剂量率评估结果，福岛核电站事故后排污口附近的海洋生物受事故释放的放射性核素影响的风险较大，小于30 km的近海海域的贝类和鱼类存在风险，大于30 km的外海海域的海洋生物基本不存在辐射效应的风险，但部分鱼类体内放射性含量相对于背景值有升高趋势。［15］

近年来，为掌握海洋核污染的现状和变化情况，中华人民共和国国家海洋局每年都组织开展我国近海及各核电站邻近海域放射性水平监测。目前，中国近岸海域海洋放射性水平处于海域放射性本底范围内，各海域放射性核素水平与参考值相比均在正常范围内。［16］中国海洋环境尚未受到核污染的影响，但值得注意的是，放射性核素的迁移是一个长期的过程。根据海洋动力学相关成果，本次日本核电站排放的高辐射废水进入海洋后，首先随黑潮延伸体向东至东北方向输运，进入北太平洋，影响太平洋东岸地区，继而随太平洋环流对整个环太平洋地区造成影响，再而扩散至全球海洋，引发全球层面的负面影响。

五、科学界应对核污染的行动

核废水排放毫无疑问会对海洋生态环境及海洋生物造成严重负面影响。尽管当前仅影响局部海域，但长期来看，全球海洋均难以避免受到核废水污染。为保障海洋生态安全和人身健康，全面、实时、准确掌握核污染程度及生态环境损害情况成为亟待解决的科学问题。因此，科学界倡议在以下方面加强开展人工放射性核素研究［17］。

第一，开展人工放射性核素沿食物链向上传递机制的研究。进行实验室放射性测试和野外调查研究，精确计算人工放射性核素从海水到颗粒物和浮游生物，从浮游生物到鱼类，从鱼类到人类的转移系数。

第二，开展携带人工放射性核素的海洋鱼类洄游模式的研究。一些洄游鱼类可能会将微量核素带入未受影响地区的食物网。当发生放射性废物处置或泄漏时，应考虑携带人工放射性核素的海洋鱼类洄游，及时制定放射性核素处理方案，以及可能受放射性核素影响地区的海洋安全预案。

第三，开展慢性核辐射对鱼类不同生活史阶段影响的研究。一些人工放射性核素具有很长的半衰期，会对海洋鱼类产生慢性核辐射，对海洋鱼类生殖、发育等生理活动产生重要影响，应制定海洋辐射安全战略，维护海洋渔业安全。

第四，更新或建立新的国际海洋核安全标准体系。国际海洋安全标准应充分考虑新情况、新成果。世界各沿海国家应定期开展联合评估，达成共识，积极参与建立新的国际海洋安全标准，共同维护海洋生态系统的安全。

注释：

①中华人民共和国农业农村部：《2022年全国渔业经济统计公报》和《2021年全国渔业经济统计公报》。

②中共中央 国务院印发《扩大内需战略规划纲要（2022—2035年）》，载于中华人民共和国中央人民政府网站2022年12月14日。

③参见中华人民共和国自然资源部：《2022年全国海水利用报告》，2023年9月24日。

④参见中华人民共和国自然资源部：《中国海洋经济统计公报（2015—2022年）》，2016年3月7日至2023年4月13日。

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[16]刘杨.生态环境部将持续加强海洋辐射环境监测[N].中国证券报，2023-08-29.

[17]董宇辰，秦松，陈柯旭，等.人工放射性核素在海洋鱼类中的富集、分布及放射损伤研究进展[J].大连海洋大学学报，2022（6）：1066-1075.

责任编辑：艾 岚

基金项目：河北省科学院两院合作项目“河北省滨海湿地互花米草扩散特征研究”（23105）

作者简介：高翔（1988-），男，山东潍坊人，河北省科学院助理研究员，博士；刘西汉（1987-），男，河北清河人，河北省科学院副研究员，博士。