土耳其伊格德尔地区土壤与苔藓中放射性核素（137Cs, 232Th, 226Ra, 40K）累积的空间变异性与健康风险评估

《Frontiers in Plant Science》：Variability of 137Cs and natural radionuclides accumulation in mosses relative to soil activity in I?d?r, Türkiye

本研究综述了在土耳其伊格德尔省开展的一项环境放射学研究，该研究采用高纯锗（HPGe）伽马能谱法测量了土壤及多种苔藓样本中232Th、226Ra、40K和137Cs的活度浓度。通过计算浓度比（CR）、主成分分析（PCA）及多种放射性危害指标（如镭当量活度、内外照射危害指数、年有效剂量当量等），评估了该地区放射性核素的空间分布、累积行为及其潜在健康风险。研究发现，所有源自天然核素的辐射危害指数均在可接受限值内，但由于附近核电站（梅察莫尔核电站）的存在及历史沉降影响，部分地区观察到略高的137Cs水平及相应的吸收剂量率。研究凸显了苔藓作为环境放射性生物监测器的有效性，并为该敏感区域的辐射安全基线评估提供了重要数据。

　　

研究背景与目的

该研究聚焦于土耳其东部边境省份伊格德尔。该地区因其独特的地理位置和邻近的亚美尼亚梅察莫尔核电站而成为一个重要的环境放射性监测点。研究旨在量化该地区土壤和苔藓中天然放射性核素（²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K）及人工放射性核素¹³⁷Cs的活度浓度，评估其空间分布模式，探讨苔藓对放射性核素的累积行为，并计算相关的放射性危害指标，以评估潜在的公众健康风险。

研究方法与材料

研究团队在伊格德尔省的7个不同地点采集了7份土壤样本和20份苔藓植物样本，涵盖了从边境到内陆的区域。苔藓样本代表了多种优势物种，包括Syntrichia ruralis、Hypnum cupressiforme、Grimmia属等多种常见苔藓，以评估物种间的差异。样本经过干燥、研磨、密封等待放射性平衡后，使用一台相对效率为55%的Ortec GEM55P4-95型高纯锗（HPGe）伽马探测器进行测量。测量前，探测器使用¹⁵²Eu标准源进行了能量和效率校准，确保了数据的准确性。活度浓度通过标准伽马能谱学公式计算得出。

为了量化苔藓对放射性核素的相对积累潜力，研究计算了浓度比（CR），即苔藓中核素活度浓度与相邻土壤中活度浓度的比值。需要注意的是，这个比值并非生理学上的“植物吸收转移系数”，而是综合了大气沉降和表面吸附机制。此外，研究对土壤样本计算了一系列放射性危害指标，包括镭当量活度（Ra_eq）、外照射危害指数（H_ex）、内照射危害指数（H_in）、吸收伽马剂量率（D）以及年有效剂量当量（AEDE），并与国际推荐限值进行了比较。

结果与讨论

1. 放射性核素活度浓度

测量结果显示，土壤样本中²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K和¹³⁷Cs的平均活度浓度分别为23.74、22.53、427.01和215.74 Bq kg^-1。苔藓样本中相应核素的均值则较低，分别为13.74、13.79、244.72和129.47 Bq kg^-1。总体趋势为²³²Th ≈ ²²⁶Ra < ¹³⁷Cs < ⁴⁰K。土壤中的²²⁶Ra和²³²Th水平低于世界人口加权平均值，而⁴⁰K略高。最引人注目的是，本研究中¹³⁷Cs的活度浓度远高于土耳其其他地区及全球多数背景值，这可能与历史核沉降、区域气候（如高海拔点积累更多沉降物）以及邻近核设施的潜在影响有关。

苔藓物种间存在显著的积累差异。例如，Grimmia ovalis和 G. laevigata对¹³⁷Cs的积累能力较强，而 Homalothecium属物种对所有核素的积累水平普遍较低。Syntrichia属和 Hypnum cupressiforme则表现出中等或较高的积累能力。这种差异可能与苔藓的表面形态、分支密度、离子交换能力等物种特异性状有关。

2. 空间分布与统计分析

空间分布图显示，天然放射性核素²³²Th和²²⁶Ra的分布模式相似，高值集中在研究区域的西部和西北部（如S1和S5点）。相比之下，⁴⁰K的高值区更偏向中部和南部。¹³⁷Cs的分布则更为异质和局部化，最高值出现在S4和S5点（高海拔区域）。描述性统计和箱线图进一步证实了¹³⁷Cs在土壤样本中具有很高的变异性，而天然核素的分布则相对均匀。主成分分析（PCA）结果也支持了不同核素和采样点之间的分组模式。

3. 浓度比（CR）与累积机制

计算得到的浓度比值普遍小于1，表明土壤中的放射性核素活度通常高于其上生长的苔藓。然而，在部分地点（1、2、3号点），苔藓中的¹³⁷Cs活度却高于土壤。这突显了苔藓作为高效“生物过滤器”的作用：它们缺乏真正的根和角质层，具有高表面积体积比，能够直接从大气和降水中截留并长期滞留颗粒物和溶解离子，包括¹³⁷Cs。因此，苔藓的CR值反映了大气沉降输入和表面保留的综合效应，而非传统的根系吸收。

4. 放射性危害评估

根据土壤样本数据计算的所有放射性危害指标（Ra_eq、H_ex、H_in）均低于国际推荐的安全限值（如Ra_eq< 370 Bq kg^-1, H_ex< 1）。然而，当考虑天然和人工核素（特别是¹³⁷Cs）的总贡献时，计算出的室外吸收伽马剂量率（D）和年有效剂量当量（AEDE）略高于世界人口加权的室外平均值。这表明，虽然不存在即时的辐射危险，但该地区（特别是¹³⁷Cs热点区域）的辐射本底水平值得持续关注。

结论与意义

本研究系统评估了土耳其伊格德尔省环境介质中的放射性水平。主要结论如下：首先，苔藓是监测环境放射性，特别是大气沉降放射性核素（如¹³⁷Cs）的灵敏生物指示器，其积累具有物种和地点特异性。其次，该地区土壤中的天然放射性核素水平总体安全，但人工核素¹³⁷Cs的残留水平显著，可能是历史事件和区域因素共同作用的结果。最后，综合辐射风险评估表明，当前辐射水平在安全范围内，但略高的¹³⁷Cs贡献提示有必要在该敏感区域（尤其是靠近核电站和高海拔点）建立长期的监测计划。这项研究不仅为伊格德尔省建立了环境放射性的基线数据，也为利用苔藓进行生态辐射监测、评估核设施周边环境安全以及理解放射性核素在生态系统中的迁移转化行为提供了有价值的案例。