核環(huán)境監(jiān)測與評價 第7章 放射性物質(zhì)通過生物鏈向人的轉(zhuǎn)移ppt課件

1、第第7章章 放射性物質(zhì)通過生物鏈向人的轉(zhuǎn)移放射性物質(zhì)通過生物鏈向人的轉(zhuǎn)移 人是生物圈中最高等的動物，處于整個生物鏈的終端，生態(tài)系統(tǒng)中的能量傳遞和物質(zhì)遷移過程，環(huán)境放射性物質(zhì)通過植物-動物-人這一生物鏈向人轉(zhuǎn)移。 核設(shè)施、核爆炸等釋放出放射性核素在空氣、水體、土壤，并在其中進(jìn)行遷移、彌散 環(huán)境中的放射性核素對人體造成外照射；通過吸入、食入對人體造成內(nèi)照射。 7.1 放射性物質(zhì)的生物鏈轉(zhuǎn)移放射性物質(zhì)的生物鏈轉(zhuǎn)移7.1.1 生物鏈轉(zhuǎn)移的基本途徑生物鏈轉(zhuǎn)移的基本途徑 水、空氣、土壤等非生物環(huán)境物質(zhì)中的放射性水、空氣、土壤等非生物環(huán)境物質(zhì)中的放射性核素在一定條件下可進(jìn)入植物組織中，這是其向生核素在一定條

2、件下可進(jìn)入植物組織中，這是其向生物鏈轉(zhuǎn)移的第一個環(huán)節(jié)。物鏈轉(zhuǎn)移的第一個環(huán)節(jié)。 陸生植物通過根吸收土壤中的放射性核素，葉、陸生植物通過根吸收土壤中的放射性核素，葉、徑吸附放射性核素；徑吸附放射性核素； 水生植物通過吸附、吸收而從水中攝取放射性水生植物通過吸附、吸收而從水中攝取放射性核素。核素。 植物被動物食肉動物食用，放射性物質(zhì)從植物植物被動物食肉動物食用，放射性物質(zhì)從植物向動物動物轉(zhuǎn)移；食草動物被食肉動物食用，放射向動物動物轉(zhuǎn)移；食草動物被食肉動物食用，放射性物質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)移。性物質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)移。 食物網(wǎng)食物網(wǎng) 進(jìn)入環(huán)境中的放射性物質(zhì)通過生物鏈向人轉(zhuǎn)移的基本途徑可概括為：1） ；2） ；3） ；

3、4） 。人作物土壤空氣食入根部吸收沉積人禽畜作物空氣人作物空氣食入食入沉積食入沉積人作物土壤水人作物土壤水食入直接吸收灌溉食入根部吸收灌溉人水生物水食入吸收生物膜的組成和結(jié)構(gòu)生物膜的組成和結(jié)構(gòu) 概念概念 生物膜是構(gòu)成細(xì)胞所有膜生物膜是構(gòu)成細(xì)胞所有膜的總稱，包括圍在細(xì)胞質(zhì)外圍的總稱，包括圍在細(xì)胞質(zhì)外圍的質(zhì)膜和細(xì)胞器的內(nèi)膜系統(tǒng)的質(zhì)膜和細(xì)胞器的內(nèi)膜系統(tǒng)組成組成膜膜 脂脂膜膜 蛋蛋 白白糖糖 類類無無 機(jī)機(jī) 鹽鹽金金 屬屬 離離 子子水水n外周膜外周膜n內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)污染物在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運及生態(tài)效應(yīng)污染物在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運及生態(tài)效應(yīng)生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型 流體鑲嵌模型流體鑲嵌模型 1

4、9721972年美國年美國SingerSinger和和NicolsonNicolson提出，認(rèn)為生提出，認(rèn)為生物膜是一種流動的、嵌有各種蛋白質(zhì)的脂質(zhì)雙分物膜是一種流動的、嵌有各種蛋白質(zhì)的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，其中蛋白質(zhì)猶如一座座冰山漂移在流子層結(jié)構(gòu)，其中蛋白質(zhì)猶如一座座冰山漂移在流動脂質(zhì)的海洋中。動脂質(zhì)的海洋中。 與過去模型的主要差別與過去模型的主要差別 突出了膜的流動性突出了膜的流動性 顯示了膜蛋白分布的不對稱性顯示了膜蛋白分布的不對稱性生生 物物 膜膜 的的 特特 性性 膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性 膜分子結(jié)構(gòu)的流動性膜分子結(jié)構(gòu)的流動性 膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性1、

5、膜脂的分布不對稱，即膜脂雙分子層內(nèi)外兩、膜脂的分布不對稱，即膜脂雙分子層內(nèi)外兩 側(cè)的脂種類、含量不同，如人紅細(xì)胞質(zhì)膜：側(cè)的脂種類、含量不同，如人紅細(xì)胞質(zhì)膜：膜的外層卵磷脂、鞘磷脂較多膜的外層卵磷脂、鞘磷脂較多膜的內(nèi)層腦磷脂、磷脂酰絲氨酸較多膜的內(nèi)層腦磷脂、磷脂酰絲氨酸較多v 2 2、膜蛋白的分布不對稱、膜蛋白的分布不對稱v 3 3、糖蛋白和糖脂中的多糖只、糖蛋白和糖脂中的多糖只v 分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)線粒體線粒體內(nèi)內(nèi)外外（二膜分子結(jié)構(gòu)的流動性（二膜分子結(jié)構(gòu)的流動性 膜的流動性主要是指膜脂及膜蛋白流動性。膜的流動性主要是指膜脂及膜蛋白流動性。 合適的流動性對生物膜表現(xiàn)其正

6、常功能十分重合適的流動性對生物膜表現(xiàn)其正常功能十分重要要. . 膜脂的流動性膜脂的流動性 膜脂的流動性主要決定于磷脂分子膜脂的流動性主要決定于磷脂分子. . 在生理條件下在生理條件下, ,磷脂大多呈流動的液晶態(tài)磷脂大多呈流動的液晶態(tài), ,磷脂在膜磷脂在膜內(nèi)可作旋轉(zhuǎn)運動內(nèi)可作旋轉(zhuǎn)運動, ,翻轉(zhuǎn)運動翻轉(zhuǎn)運動, ,側(cè)向運動等側(cè)向運動等. .當(dāng)溫度降至一當(dāng)溫度降至一定值時定值時, ,膜脂從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃凭w的凝膠態(tài)膜脂從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃凭w的凝膠態(tài), ,這個溫度稱為相變溫度這個溫度稱為相變溫度. .凝膠狀態(tài)也可再熔解為液晶態(tài)。凝膠狀態(tài)也可再熔解為液晶態(tài)。各種膜脂由于組分不同而具有各自的相

7、變溫度。各種膜脂由于組分不同而具有各自的相變溫度。 膜蛋白的流動膜蛋白的流動性性 膜蛋白只能做側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散膜蛋白只能做側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散, ,其速度平均比其速度平均比膜脂小膜脂小10-10010-100倍倍. .物質(zhì)通過生物膜的方式物質(zhì)通過生物膜的方式 污染物質(zhì)在生物體內(nèi)的各個過程，大多涉及其必須通過機(jī)體的各種生物膜。物質(zhì)通過生物膜的方式根據(jù)機(jī)制可分為以下五種： 1.膜孔濾過 2.被動擴(kuò)散 3.被動易化擴(kuò)散 4.主動轉(zhuǎn)運 5.胞吞和胞飲1.膜孔濾過 直徑小于膜孔的水溶性物質(zhì)?？山柚蓚?cè)的靜水壓和滲透壓 經(jīng)膜孔濾過。2.被動擴(kuò)散 脂溶性物質(zhì)順濃度梯度擴(kuò)散通過有類脂層屏障的生物膜。擴(kuò)散速率

8、服從Ficks Law: 式中： 物質(zhì)膜擴(kuò)散速率； 膜厚度； 膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度梯度； 擴(kuò)散面積； 擴(kuò)散系數(shù)；xcDAdtddtdxtAD2.被動擴(kuò)散 擴(kuò)散系數(shù)取決于通過物質(zhì)和膜的性質(zhì)。一般脂/水分配系數(shù)越大，分子越小，或在體液PH條件下解離越少的物質(zhì)，擴(kuò)散系數(shù)也越大；而容易擴(kuò)散通過生物膜。 特點：被動擴(kuò)散不需耗能，不需載體參與，因而不會出現(xiàn)特異性選擇、競爭性抑制及飽和現(xiàn)象。3.被動易化擴(kuò)散 有些物質(zhì)可在高濃度側(cè)與膜上特異性蛋白質(zhì)載體結(jié)合，通過生物膜，至低濃度側(cè)解離出原物質(zhì) 特點：它受到膜特異性載體及其數(shù)量的限制。因而呈現(xiàn)特異性選擇、競爭性抑制及飽和現(xiàn)象。4.主動轉(zhuǎn)運 在需消耗一定的代謝能量下，

9、一些物質(zhì)可在低濃度側(cè)與膜上高濃度特異性蛋白載體結(jié)合，通過生物膜，至高濃度側(cè)解離出原物質(zhì)。 特點與被動易化擴(kuò)散相同。5.胞吞和胞飲 少數(shù)物質(zhì)與膜上某種蛋白質(zhì)有特殊的親和力，當(dāng)其與膜接觸后，可改變這部分膜的表面張力，引起膜的外包或內(nèi)陷而被包圍進(jìn)入膜內(nèi)，固體物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運稱為胞吞，而液體物質(zhì)的稱為胞飲。 物質(zhì)以何種方式通過生物膜，主要決定于機(jī)體各組織生物膜特性和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、理化特性。其中物化性質(zhì)包括脂溶性、水溶性、解離度、分子大小等。 被動易化擴(kuò)散和主動運轉(zhuǎn)式是正常的營養(yǎng)物質(zhì)及其代謝物通過生物膜的主要方式。污染物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運 污染物在機(jī)體內(nèi)的運動過程包括吸收、分布、蓄積、排泄和生物轉(zhuǎn)化.前三者統(tǒng)

10、稱轉(zhuǎn)運,而排泄與生物轉(zhuǎn)化又稱為消除。1.吸收吸收 吸收是污染物質(zhì)從機(jī)體外，通過各種途徑通透體膜進(jìn)入血液的過程。吸收的途徑主要是機(jī)體的消化管、呼吸道和皮膚。2.分布 分布是指污染物質(zhì)倍吸收后或其代謝轉(zhuǎn)化物質(zhì)形成后，由血液轉(zhuǎn)送至機(jī)體各組織；與組織成分結(jié)合；從組織返回血液；以及再反復(fù)等過程。在污染物的分布過程中，污染物的轉(zhuǎn)運以被動擴(kuò)散為主。 脂溶性污染物質(zhì)易于通過生物膜。高脂溶性低解離度的污染物質(zhì)經(jīng)膜通透性好,容易通過血腦屏障，由血液進(jìn)入腦部,如甲基汞化合物。非脂溶性污染物質(zhì)很難進(jìn)入腦部，如無機(jī)汞化合物。3.排泄 排泄是污染物及其代謝物質(zhì)向機(jī)體外轉(zhuǎn)運的過程。排泄器官由腎、肝膽、腸、肺、外分泌腺等，而

11、以腎和肝膽為主。4.蓄積 吸收超過排泄及其代謝轉(zhuǎn)運，則會出現(xiàn)污染物在體吸收超過排泄及其代謝轉(zhuǎn)運，則會出現(xiàn)污染物在體內(nèi)蓄積。內(nèi)蓄積。 蓄積量是吸收、分布、代謝轉(zhuǎn)化和排泄各量的代數(shù)蓄積量是吸收、分布、代謝轉(zhuǎn)化和排泄各量的代數(shù)和。主要集中在體內(nèi)的某些部位。和。主要集中在體內(nèi)的某些部位。 機(jī)體的主要蓄積部位是血漿蛋白、脂肪組織和骨骼。機(jī)體的主要蓄積部位是血漿蛋白、脂肪組織和骨骼。污染物質(zhì)常與血漿蛋白結(jié)合而蓄積。污染物質(zhì)常與血漿蛋白結(jié)合而蓄積。污染物質(zhì)的生態(tài)效應(yīng)污染物質(zhì)的生態(tài)效應(yīng) 生物富集:指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上許多生物種群或者生物個體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度

12、超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象。 生物放大:指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機(jī)體中濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象。生物放大的結(jié)果使食物鏈上高營養(yǎng)級生物體中該類物質(zhì)的濃度顯著超過環(huán)境中的濃度。7.1.2 放射性物質(zhì)在生物體內(nèi)的蓄積和平衡放射性物質(zhì)在生物體內(nèi)的蓄積和平衡 放射性物質(zhì)經(jīng)由生物鏈向人體轉(zhuǎn)移的過程中，會放射性物質(zhì)經(jīng)由生物鏈向人體轉(zhuǎn)移的過程中，會在生物體內(nèi)蓄積起來，生物體中核素的濃度逐漸增高，在生物體內(nèi)蓄積起來，生物體中核素的濃度逐漸增高，并在一定的條件下趨于平穩(wěn)。并在一定的條件下趨于平穩(wěn)。 放射生態(tài)學(xué)中將一個生態(tài)系統(tǒng)劃分為若干相互關(guān)放射生態(tài)學(xué)

13、中將一個生態(tài)系統(tǒng)劃分為若干相互關(guān)聯(lián)又相互分離的結(jié)構(gòu)實體，這些實體是一個完全均勻聯(lián)又相互分離的結(jié)構(gòu)實體，這些實體是一個完全均勻的體系，它能受納、輸出和保持一定數(shù)量的放射性物的體系，它能受納、輸出和保持一定數(shù)量的放射性物質(zhì)，它被稱為隔室。質(zhì)，它被稱為隔室。 設(shè)一隔室中某種放射性核素的總活度為設(shè)一隔室中某種放射性核素的總活度為Q，隔室，隔室內(nèi)物質(zhì)的總重量為內(nèi)物質(zhì)的總重量為M，則隔室內(nèi)該核素的濃度為，則隔室內(nèi)該核素的濃度為 （1）隔室內(nèi)核素總活度隔室內(nèi)核素總活度Q隨時間的變化為隨時間的變化為 （2） 通常隔室中的核素輸出為一級動力學(xué)過程，即輸出速率與隔室中的核素的總活度成正比： （3） 式中K為輸出常

14、數(shù)。將式3代入2中，既有 設(shè)輸入速率為不隨時間變化的恒定值，且t=0時Q(0)=0，則有 隔室中核素濃度C隨時記的變化為 這表明隔室中的某種核素的濃度C與Rin成正比，與K及M成反比，并隨時間推延而逐漸增大，直到達(dá)到平衡對于動物和人等隔室，輸出速率常數(shù)K即代謝常數(shù)b與核素衰變常數(shù)r之和有效衰減常數(shù)e）生物體內(nèi)核素的有效半減期為當(dāng)某一隔室中存在m個輸入項和n個輸出項時，那么：生物半衰期生物半衰期 存在于生物體內(nèi)某特定組織中的放射性同位素，由于存在于生物體內(nèi)某特定組織中的放射性同位素，由于生物學(xué)的過程，比如通過代謝或排泄就會使之從該組織中排生物學(xué)的過程，比如通過代謝或排泄就會使之從該組織中排出。在

15、這種情況下，當(dāng)放射性同位素的量降到開始量的出。在這種情況下，當(dāng)放射性同位素的量降到開始量的1/2時所需的時間就稱為生物半衰期。時所需的時間就稱為生物半衰期。 組織中存在的放射性同位素通過自發(fā)衰變和生物過程組織中存在的放射性同位素通過自發(fā)衰變和生物過程兩方面使放射性減少，此兩過程共同造成的、使放射性強(qiáng)度兩方面使放射性減少，此兩過程共同造成的、使放射性強(qiáng)度降為開始時的降為開始時的1/2時所需的時間叫做有效半衰期。射線對組時所需的時間叫做有效半衰期。射線對組織的作用是有效半衰期越長作用越大?？椀淖饔檬怯行О胨テ谠介L作用越大。 如果生物半衰期是如果生物半衰期是T，物理半衰期為，物理半衰期為T，那么有效

16、半，那么有效半衰期可由下式求出：衰期可由下式求出： 7.1.影響放射性核素生物鏈轉(zhuǎn)移及蓄積的因素影響放射性核素生物鏈轉(zhuǎn)移及蓄積的因素、放射性核素的性質(zhì)、放射性核素的性質(zhì) 半衰期：短壽命放射性核素在環(huán)境中遷移的范圍半衰期：短壽命放射性核素在環(huán)境中遷移的范圍小，對環(huán)境及人影響不大；長壽命放射性核素的比活小，對環(huán)境及人影響不大；長壽命放射性核素的比活度小，對環(huán)境及人的影響不大；度小，對環(huán)境及人的影響不大；T1/2介于幾天至一千介于幾天至一千年左右的放射性核素對環(huán)境及生物體的影響較大。年左右的放射性核素對環(huán)境及生物體的影響較大。 如：核武器試驗產(chǎn)生約如：核武器試驗產(chǎn)生約200種裂變產(chǎn)物，沉降到陸種裂變

17、產(chǎn)物，沉降到陸地環(huán)境并可被檢測到的只有幾十種，轉(zhuǎn)入土壤可被根地環(huán)境并可被檢測到的只有幾十種，轉(zhuǎn)入土壤可被根部吸收可在生物體內(nèi)監(jiān)測到的只有部吸收可在生物體內(nèi)監(jiān)測到的只有90Sr、137Cs等幾等幾種。種。131I等短壽命核素則主要通過牧草等短壽命核素則主要通過牧草-奶牛奶牛-牛奶牛奶-人人這類短而快速的生物鏈向人體轉(zhuǎn)移而對人造成內(nèi)照射。這類短而快速的生物鏈向人體轉(zhuǎn)移而對人造成內(nèi)照射。 物理形態(tài)：放射性核素的物理形態(tài)對其環(huán)物理形態(tài)：放射性核素的物理形態(tài)對其環(huán)境行為有相當(dāng)大的影響。釋入大氣中的核素境行為有相當(dāng)大的影響。釋入大氣中的核素如與空氣塵埃相結(jié)合，其在大氣中的遷移與如與空氣塵埃相結(jié)合，其在大氣

18、中的遷移與顆粒物的大小、形狀和密度等有關(guān)系。核素顆粒物的大小、形狀和密度等有關(guān)系。核素顆粒越大，水溶性性越小，生物可利用性越顆粒越大，水溶性性越小，生物可利用性越小。小。 化學(xué)性質(zhì)：放射性核的化學(xué)性質(zhì)對其在生物體內(nèi)的吸收和蓄積有著非常密切的關(guān)系?；瘜W(xué)性活潑的水溶性核素，易被生物攝取并積貯，反之，則難。 不少放射性核素的穩(wěn)定同位素是生物的必需的營養(yǎng)元素，這樣，放射性核素連同穩(wěn)定核素一起被積貯。 如45Ca、89Sr、90Sr、240Ba、226Ra等與鈣相似；22Na、40K、86Rb、137Cs等與鉀相似；129I、 131I與127I的化學(xué)性質(zhì)相同；3H與1H的化學(xué)性相同。 與穩(wěn)定碘行為完全

19、相同的131I通過攝食途徑進(jìn)入食草動物體內(nèi)在甲狀腺內(nèi)高度濃集，一些食用過污染牧草的羊的甲狀腺內(nèi)131I的濃度比牧草中的高出104倍以上。 90Sr的化學(xué)性質(zhì)與鈣相似，被動物攝入首先在骨組織中蓄積，且排除速率極低很難除去。 85Kr、95Zr、144Ce、239Pu等核素，它們不存在類似的穩(wěn)定性營養(yǎng)元素，其在環(huán)境中的行為不能用一般營養(yǎng)元素的相似性進(jìn)行預(yù)測。 如144Ce和239Pu可分別蓄積在肝臟和骨組織內(nèi)，長期緩慢的蓄積可對這些器官組織造成相當(dāng)大的內(nèi)照射。 放射性核的化學(xué)形態(tài)同樣影響放射性核的積貯、遷移。 如分子碘主要經(jīng)吸入途徑進(jìn)入生物體內(nèi)；離子態(tài)碘則以水溶態(tài)經(jīng)食入被生物蓄積，有機(jī)碘最易被人體

20、吸收。2、生物的特性和行為 生物的某些固有特性和行為特征對其吸收、蓄積放射性核素的能力有很大的影響。外表形態(tài)和表面性質(zhì)： 比表面越大，從空氣、水或土壤中吸收蓄積的能力越大。生理和代謝特征： 生物代謝速率越快，生物對放射性核素的攝取、吸收和排泄也就越快； 生物的物理和代謝作用隨年齡、性別、健康狀況以及溫度、日照等氣候因素有關(guān)。壽命及生長期：壽命及生長期： 壽命及生長期是一個重要的影響因素，主要表現(xiàn)壽命及生長期是一個重要的影響因素，主要表現(xiàn)對長壽命放射性核素的蓄積；對長壽命放射性核素的蓄積； 對短壽命的核素并不明顯；對短壽命的核素并不明顯； 生長壽命長，對半衰期長的核素蓄積能力強(qiáng)。生長壽命長，對半

21、衰期長的核素蓄積能力強(qiáng)。動物的遷徙、生境選擇及攝食習(xí)性：動物的遷徙、生境選擇及攝食習(xí)性： 生物與污染源越接近，生物體內(nèi)蓄積的放射性核生物與污染源越接近，生物體內(nèi)蓄積的放射性核素越多。素越多。3、生態(tài)系統(tǒng)的特性、生態(tài)系統(tǒng)的特性 生態(tài)系統(tǒng)的特性對放射性核素的生物鏈轉(zhuǎn)移起著生態(tài)系統(tǒng)的特性對放射性核素的生物鏈轉(zhuǎn)移起著決定性的作用。決定性的作用。物理特性：物理特性： 包括其與放射性污染的接近程度、氣候、地形、包括其與放射性污染的接近程度、氣候、地形、體積和形態(tài)等。體積和形態(tài)等。化學(xué)特性：化學(xué)特性： 生態(tài)系統(tǒng)中生物必需的營養(yǎng)元素和成分的含量水生態(tài)系統(tǒng)中生物必需的營養(yǎng)元素和成分的含量水平對放射性核素的生物鏈

22、轉(zhuǎn)移和蓄積有很大的影響。平對放射性核素的生物鏈轉(zhuǎn)移和蓄積有很大的影響。 在無機(jī)營養(yǎng)元素和成分含量較高的生態(tài)系統(tǒng)中，在無機(jī)營養(yǎng)元素和成分含量較高的生態(tài)系統(tǒng)中，生物對核素的蓄積水平較低，反之，較高。其根本生物對核素的蓄積水平較低，反之，較高。其根本原因是無機(jī)營養(yǎng)物對化學(xué)性質(zhì)相似的放射性核素具原因是無機(jī)營養(yǎng)物對化學(xué)性質(zhì)相似的放射性核素具有很強(qiáng)的化學(xué)稀釋和吸收競爭作用。有很強(qiáng)的化學(xué)稀釋和吸收競爭作用。生物特性：生物特性： 生態(tài)系統(tǒng)的生物特性包括生物物種構(gòu)成、生態(tài)系統(tǒng)的生物特性包括生物物種構(gòu)成、生物量及群落結(jié)構(gòu)特征。生物量越多，相對蓄生物量及群落結(jié)構(gòu)特征。生物量越多，相對蓄積量越少，不同種類的植物積量越

23、少，不同種類的植物 對放射性核素的對放射性核素的蓄積能力不同。蓄積能力不同。 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，各種結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，各種結(jié)構(gòu)與性質(zhì)不同的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了自然界錯綜復(fù)雜性質(zhì)不同的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了自然界錯綜復(fù)雜的食物網(wǎng)關(guān)系。能量、無機(jī)物和放射性物質(zhì)的食物網(wǎng)關(guān)系。能量、無機(jī)物和放射性物質(zhì)通過食物網(wǎng)途徑得以傳遞、遷移和再分配，通過食物網(wǎng)途徑得以傳遞、遷移和再分配，使環(huán)境放射性核素高度分散于多種生物體內(nèi)，使環(huán)境放射性核素高度分散于多種生物體內(nèi)，其分散程度顯然與生態(tài)系統(tǒng)中群落和物種的其分散程度顯然與生態(tài)系統(tǒng)中群落和物種的多樣性有密切的關(guān)系。多樣性有密切的關(guān)系。 7.1.4 放射性核素食入量

24、的估算放射性核素食入量的估算 公眾因飲水及食用食物而攝入放射性核素的量公眾因飲水及食用食物而攝入放射性核素的量可按下式進(jìn)行估算：可按下式進(jìn)行估算：cpppapagfCfvm,7.2 放射性物質(zhì)的水生物鏈轉(zhuǎn)移放射性物質(zhì)的水生物鏈轉(zhuǎn)移 在水生態(tài)系統(tǒng)中，水和水底沉積物中含有在水生態(tài)系統(tǒng)中，水和水底沉積物中含有氧、氮、鈣等生物所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，生物植氧、氮、鈣等生物所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，生物植物通過光合作用及代謝作用，將它們轉(zhuǎn)化成自物通過光合作用及代謝作用，將它們轉(zhuǎn)化成自身的組成部分。身的組成部分。 與此同時，一些放射性核素也被蓄積在水與此同時，一些放射性核素也被蓄積在水生植物體內(nèi)。生植物體內(nèi)。 水生植物

25、被食草水生動物食入，放射性核水生植物被食草水生動物食入，放射性核素在水生動物中發(fā)生轉(zhuǎn)移。素在水生動物中發(fā)生轉(zhuǎn)移。海洋食物鏈?zhǔn)疽鈭D構(gòu)成海洋生物量的金字塔7.2.1 水生物對放射性物質(zhì)的吸收機(jī)制水生物對放射性物質(zhì)的吸收機(jī)制 各類水生物攝入、吸收水中放射性核素的途徑和各類水生物攝入、吸收水中放射性核素的途徑和機(jī)制有很大的差異，這與水生物體的結(jié)構(gòu)、生活習(xí)性、機(jī)制有很大的差異，這與水生物體的結(jié)構(gòu)、生活習(xí)性、攝食方式及水環(huán)境條件等因素有關(guān)。攝食方式及水環(huán)境條件等因素有關(guān)。 藻類是處于水生物鏈的第一營養(yǎng)級上，它對水體藻類是處于水生物鏈的第一營養(yǎng)級上，它對水體中的放射性核素的攝取以吸附、離子交換、擴(kuò)散、穿中的

26、放射性核素的攝取以吸附、離子交換、擴(kuò)散、穿透等方式進(jìn)行。透等方式進(jìn)行。 吸附是細(xì)胞壁對放射性物質(zhì)的吸著作用，物理吸吸附是細(xì)胞壁對放射性物質(zhì)的吸著作用，物理吸附一般是可逆的，對放射性核素的選擇性差，化學(xué)吸附一般是可逆的，對放射性核素的選擇性差，化學(xué)吸附是細(xì)胞壁與核素之間以化學(xué)鍵作用的相互吸差，有附是細(xì)胞壁與核素之間以化學(xué)鍵作用的相互吸差，有一定的選擇性。一定的選擇性。 離子交換是發(fā)生于細(xì)胞間質(zhì)內(nèi)的吸附機(jī)制； 擴(kuò)散是放射性離子隨載體物質(zhì)一起穿透細(xì)胞壁，而后在細(xì)胞內(nèi)與胞漿中的同位素或載體離子之間發(fā)生的交換過程； 穿透則是無載體的有機(jī)放射性物質(zhì)通過細(xì)胞壁上一些微孔進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程。7.2.2 水生物對

27、放射性物質(zhì)的蓄積水生物對放射性物質(zhì)的蓄積1、水生物吸收、蓄積放射性物質(zhì)的濃集因子、水生物吸收、蓄積放射性物質(zhì)的濃集因子 對于水生動物通過飲水途徑從水中攝入、吸收和對于水生動物通過飲水途徑從水中攝入、吸收和蓄積放射性核素的過程，輸入速率可表示為：蓄積放射性核素的過程，輸入速率可表示為： 核素濃度隨時間的變化：核素濃度隨時間的變化： 當(dāng)吸收、蓄積達(dá)到平衡時當(dāng)吸收、蓄積達(dá)到平衡時 通常將水生物中的核素的平衡濃度與水中核素通常將水生物中的核素的平衡濃度與水中核素的濃度的比值定義為濃集因子的濃度的比值定義為濃集因子一般用濃集因子一般用濃集因子CF描述水生物對水中放射性核素蓄描述水生物對水中放射性核素蓄積

28、能力的大小。積能力的大小。2、影響水生物蓄積能力的因素、影響水生物蓄積能力的因素 水生物的特性：水生物的特性： 一般用實驗室或野外實地測量的水生物與水中一般用實驗室或野外實地測量的水生物與水中核素濃度的比值作為濃集因子值，以表示某種水生核素濃度的比值作為濃集因子值，以表示某種水生物對某一種核素的蓄積能力；物對某一種核素的蓄積能力； 生物的種類、生活習(xí)性、年齡、體型大小等都生物的種類、生活習(xí)性、年齡、體型大小等都影響放射性核素的蓄積。影響放射性核素的蓄積。水環(huán)境條件：水環(huán)境條件：1水中穩(wěn)定元素的濃度：水中穩(wěn)定元素的濃度： 用濃集因子表示水生物對水中放射性核素的蓄積用濃集因子表示水生物對水中放射性

29、核素的蓄積能力，則水生物體內(nèi)核素的濃度與水中核素濃度成正能力，則水生物體內(nèi)核素的濃度與水中核素濃度成正比，其實，并不是這樣的，由于生物的自身調(diào)節(jié)作用，比，其實，并不是這樣的，由于生物的自身調(diào)節(jié)作用，使生物體內(nèi)的常量元素保持穩(wěn)定，其對微量放射性核使生物體內(nèi)的常量元素保持穩(wěn)定，其對微量放射性核素的蓄積則涉及與體內(nèi)穩(wěn)定核素之間的交換。素的蓄積則涉及與體內(nèi)穩(wěn)定核素之間的交換。 一般情況，水生物對放射性核素和與其化學(xué)性質(zhì)一般情況，水生物對放射性核素和與其化學(xué)性質(zhì)相似的常量穩(wěn)定元素的吸收量與水中常量元素的濃度相似的常量穩(wěn)定元素的吸收量與水中常量元素的濃度正相關(guān)，但濃集因子值的大小卻與兩者在水中的濃度正相關(guān)

30、，但濃集因子值的大小卻與兩者在水中的濃度成反比，而且兩者的濃集因子值存在明顯的差異。成反比，而且兩者的濃集因子值存在明顯的差異。2溫度：溫度： 水溫對處于較高營養(yǎng)級的高等水生物的生物活性有水溫對處于較高營養(yǎng)級的高等水生物的生物活性有較大的影響，水溫升高時，水生物對放射性核素的吸收較大的影響，水溫升高時，水生物對放射性核素的吸收及排泄速率加快，生物半減期隨之縮短，其對核素的蓄及排泄速率加快，生物半減期隨之縮短，其對核素的蓄積水平必然有所降低。積水平必然有所降低。3酸度：酸度： 水的酸度也會影響水生物對放射性核素的蓄積能力。水的酸度也會影響水生物對放射性核素的蓄積能力。通常酸度較高時，水生物的吸收

31、能力明顯下降。通常酸度較高時，水生物的吸收能力明顯下降。7.2.3 水生物體內(nèi)放射性核素濃度的估算水生物體內(nèi)放射性核素濃度的估算1、基本公式、基本公式 通常采用濃集因子法估算人所食用的水生物體內(nèi)通常采用濃集因子法估算人所食用的水生物體內(nèi)放射性核素的蓄積濃度：放射性核素的蓄積濃度：2、濃集因子、濃集因子CF值的選用值的選用 理論上濃集因子是水生物體內(nèi)的平衡蓄積理論上濃集因子是水生物體內(nèi)的平衡蓄積濃度與水中濃度之間的比值。水生物與水之間達(dá)濃度與水中濃度之間的比值。水生物與水之間達(dá)到平穩(wěn)所需的時間取決于核素半衰期與物物半減到平穩(wěn)所需的時間取決于核素半衰期與物物半減期的長短。期的長短。 水生物吸收蓄積

32、達(dá)到水生物吸收蓄積達(dá)到10倍有效半減期后，倍有效半減期后，其體內(nèi)核素達(dá)到平穩(wěn)。其體內(nèi)核素達(dá)到平穩(wěn)。pptwteWAeCFCeCC7.3 放射性物質(zhì)的陸地生物鏈轉(zhuǎn)移放射性物質(zhì)的陸地生物鏈轉(zhuǎn)移7.3.1 通過農(nóng)作物的轉(zhuǎn)移通過農(nóng)作物的轉(zhuǎn)移 導(dǎo)致農(nóng)作物污染的機(jī)制：氣載流出物與導(dǎo)致農(nóng)作物污染的機(jī)制：氣載流出物與再懸浮物的沉積和表面吸附所導(dǎo)致的外表面再懸浮物的沉積和表面吸附所導(dǎo)致的外表面污染；放射性物質(zhì)通過植物的根、葉、莖、污染；放射性物質(zhì)通過植物的根、葉、莖、果等進(jìn)入植物果等進(jìn)入植物人體。人體。 1、氣載放射性核素的沉積、氣載放射性核素的沉積 氣載放射性流出物釋放后氣載放射性流出物釋放后t時刻沉積所致煙

33、羽下風(fēng)時刻沉積所致煙羽下風(fēng)向向x,y點處地面上沉積核素濃度的累積增長速點處地面上沉積核素濃度的累積增長速率為該點處同一時刻氣載核素的沉積率：率為該點處同一時刻氣載核素的沉積率：考慮到核素衰變及清除的因素，（考慮到核素衰變及清除的因素，（1上式可改為：上式可改為： 在氣載流出物連續(xù)釋放，各種氣候參數(shù)保持不變的在氣載流出物連續(xù)釋放，各種氣候參數(shù)保持不變的條件下有條件下有故故2的解為的解為長期連續(xù)釋放條件下，地面上沉積核素的面積污染長期連續(xù)釋放條件下，地面上沉積核素的面積污染濃度最終將趨于平衡：濃度最終將趨于平衡：tyxWdttyxdC,G),()(,GtyxCtyxWdttyxdCGnryxWty

34、xW,00 ,yxCG(2)(1)1 ),(,)(tnrGnreyxWtyxCnrGyxWyxC),(, 放射性核素通過沉積、去除、衰變等過程，沉積所到人體食用的農(nóng)作物被放射性核素污染的濃度按下式進(jìn)行估算：penttpnIVRpeeYffyxWyxC1,1064. 8,42、農(nóng)作物根部從土壤中的吸收 農(nóng)作物通過根系對土壤中各種元素吸收能力的大小常以濃集系數(shù)CR表示： 土壤中元素的濃度干重間作質(zhì)量作物中元素的濃度干重單位質(zhì)量CR影響農(nóng)作物對土壤核素吸收的因素：影響農(nóng)作物對土壤核素吸收的因素：1核素的物理化學(xué)形態(tài)：核素的物理化學(xué)形態(tài)： 放射性核素的物理化學(xué)形態(tài)對其在土壤中的滯放射性核素的物理化學(xué)形

35、態(tài)對其在土壤中的滯留及其被農(nóng)作物的吸收有很大的影響。核素離子在留及其被農(nóng)作物的吸收有很大的影響。核素離子在固、液兩相間的分配系數(shù)值愈大，其與土壤中礦物固、液兩相間的分配系數(shù)值愈大，其與土壤中礦物質(zhì)顆粒的結(jié)合愈牢，作物對其相對吸收量愈小。質(zhì)顆粒的結(jié)合愈牢，作物對其相對吸收量愈小。 以不同氧化態(tài)存在于土壤中的放射性核素，作以不同氧化態(tài)存在于土壤中的放射性核素，作物的吸收能力也有所不同。物的吸收能力也有所不同。2作物種類及核素在作物中的易位：作物種類及核素在作物中的易位： 不同作物的種類對放射性核素吸收能力不同；不同作物的種類對放射性核素吸收能力不同； 核素在作物體內(nèi)的易位程度影響放射核素的污染，核

36、素在作物體內(nèi)的易位程度影響放射核素的污染，可溶性核素，易位能力強(qiáng)；可溶性核素，易位能力強(qiáng)； 易位能力影響核素在植物各部位的分布。易位能力影響核素在植物各部位的分布。3土壤的性質(zhì)：土壤的性質(zhì)： 土壤的性質(zhì)對核素在土壤中的滯留及作物土壤的性質(zhì)對核素在土壤中的滯留及作物的吸收有明顯的影響，礦物顆粒較大的砂質(zhì)土的吸收有明顯的影響，礦物顆粒較大的砂質(zhì)土壤對核素的滯留容量遠(yuǎn)比具有很大表面積的細(xì)壤對核素的滯留容量遠(yuǎn)比具有很大表面積的細(xì)小顆粒構(gòu)成的粘性土壤小。小顆粒構(gòu)成的粘性土壤小。4化學(xué)性質(zhì)相似的穩(wěn)定性元素： 土壤中存在的與放射性核素化學(xué)性質(zhì)相似的穩(wěn)定性元素，對農(nóng)作物吸收放射性核素的本領(lǐng)有很大的影響。 常采

37、用不同環(huán)節(jié)中放射性核素與穩(wěn)定元素濃度比值的變化預(yù)測核素在食物鏈中的遷移，一般將某一環(huán)節(jié)與前一環(huán)節(jié)中兩者濃度比的變化稱為觀察比(鑒別因子)：前體穩(wěn)定元素核素介質(zhì)穩(wěn)定元素核素CCCCRO.5肥料和化學(xué)添加劑 ： 肥料和化學(xué)添加劑的施用可影響土壤中穩(wěn)定元素的濃度及其酸堿度，從而影響放射性核素的吸附。6螯合劑： 螯合劑是一類有機(jī)物，它們可與放射性核素金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物從而影響放射性核素的吸附。7核素在土壤中的分布： 作物吸收土壤中的礦物質(zhì)時，大部分來自土壤的表層，隨著土壤的深度加深而減少。 如：在發(fā)生事故性污染的情況下，將表層污染土壤翻耕至深層，可明顯降低農(nóng)作物對土壤核素的吸收，為一有效的防護(hù)措施。 根部吸收所致農(nóng)作物污染濃度的估算，根據(jù)濃集系數(shù)CR的定義，農(nóng)作物中放射性核素污染濃度估算為：ptDsPefCRCC3、H-3和C-14造成的農(nóng)作物污染 農(nóng)作物中H-3污染濃度的估算： HXHxCtp23,1075. 3/5 . 075. 0101農(nóng)作物中C-14污染濃度的估算：nncPGxGxC56. 518. 0/,7.3.2 通過動物類食品的轉(zhuǎn)移通過動物類食品的轉(zhuǎn)移 陸生動物通過攝食牧草或其它植物飼料從環(huán)境陸生動物通過攝食牧草或其它植物飼料從環(huán)境中攝入放射性污染物質(zhì)，由此導(dǎo)致人所食用的動物中攝