这儿开遍向日葵，只为吸出核物质？

“日本10年前发生的核泄漏事故导致16万人流离失所，并划出了12.5英里的禁区。那么，那些遭受核污染的土壤，日本是怎么处理的？它长出的粮食到底安不安全？”

陈能场

广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员

大家好，我是陈能场，来自广东省生态环境与土壤研究所，今天跟大家分享的主题是《当土壤遇见了核污染，我们该怎么办？》

土壤对人类非常重要，土壤和我们的关系就像水与鱼的关系。它除了给我们提供粮食之外，还对我们的生态安全、生物多样性、气候变化以及水安全、能源安全都有非常重大的影响。比如对气候变化，由于土壤是地球上第二大碳库，所以土壤中一点点二氧化碳的变化就会影响到我们大气的安全。

历史上有很多的古文明，因为没有善待土壤而消亡了，比如玛雅文明和两河文明。很多伟大的文明往往因为无法阻止土壤的退化而消亡。

现在人类活动对地球上土壤的影响非常大，大体上已有38%的土壤因为人类活动而严重退化，产生了包括土壤酸化、土壤盐渍化、土壤沙漠化以及土壤污染等问题。

今天跟大家讨论的则是土壤核污染。

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土壤核污染为何可怕？

就在最近，日本要将120万吨的核废水排入海洋，引起了国际舆论的争议。

大家可能第一时间会想到日本10年前发生的核泄漏事故，那次的核事故导致了差不多16万人流离失所，并划出了12.5英里（约20.1千米）的禁区。

2011年日本核泄漏

那么，那些遭受核污染的土壤，日本是怎么处理的？它长出的粮食到底安不安全？

在讲日本核污染土壤治理之前，先跟大家回顾一下核物理研究历史上非常著名的6位科学家，分别是伦琴、贝克勒尔、居里夫妇、戈雷和西弗。

今天的演讲会涉及到的两个核辐射单位，就是用他们中两人的名字命名的。

一个是贝克，是放射性活度单位，每秒一个原子核衰变产生的辐射，就叫1个贝克；另一个是人体遭受核辐射时的接收单位，每千克人体组织吸收1焦耳的能量就叫1西弗。贝克是一个原子单位，非常小，西弗则很大。

事实上，我们人类生活在天然辐射里，每个人每年平均会接收2.4毫西弗的核辐射。国家规定我们每个人每年接收的辐射不能超过2.7毫西弗。

我们一年吃的食物、呼吸的空气、还有喝的水，加起来所接受的辐射量大体上是0.25毫西弗；如果你在万米高空飞行，接受的辐射剂量是2微西弗/小时；如果你一天抽一包烟的话，一年会接收0.5-1毫西弗；你去照一次X光会接受0.1毫西弗左右，如果是全身CT会达到10毫西弗。

辐射之所以可怕，就是因为当你接收到1000毫西弗时，5%的人可能会患上癌症，而达到10000毫西弗，即10西弗时，一周内可能就会死亡。

2011年日本的核泄漏事故，泄漏了90万万亿贝克的核物质（放射物质），它主要的核物质是铯137，其放射量达到了广岛核事故的168倍。

日本福岛核泄漏

日本的这次核事故主要放射出3种核物质，分别是铯134、碘131和铯137。

碘131和铯134的半衰期都很短，分别是8.02天和2.07年。所谓半衰期就是这个物质衰变到只有一半的量所需要的时间。所以这两种物质在短期内都会衰变，从而不再产生核辐射的作用。

而最让我们关心的是铯137，它的半衰期是30.1年，这意味着30年内还会有显著的核辐射。

我们人体主要接受两种辐射，一种是外部辐射，比如来自医疗或者来自地表的核放射物质对我们人体的辐射；另一种是内部辐射，比如我们通过食物、饮水等将辐射的物质吃到体内去，从体内产生的辐射。

而这些吃到人体中的辐射物质在大人和小孩体内的分布是不一样的，小孩体内在甲状腺区域存在特别多。

切尔诺贝利核事故里面也有研究表明，如果孩子越小，在接受核辐射的情况下，他得甲状腺癌的风险就会越高。

铯-127在成年人和小孩体内器官积累量的差别 (Y. I. Bandazbervsky:Swiss Med. Wkly.,133,488（2003）)

人类历史到现在主要有两次最大的核事故，一次是1986年的切尔诺贝利核事故，一次是2011年日本的福岛核事故，它们都达到了核事故最高等级，非常严重。

人类历史上两次最大的核事故

切尔诺贝利核事故的影响半径达到了30公里，影响人口达到了13.5万人；而福岛核泄露事故是20公里，影响人口达到了7.8万人左右。

至今为止，这两个核事故发生地都还不能解除封锁。至于什么时候可以解除？还不知道。所以核事故对人类的影响非常大。

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日本福岛是如何治理核污染土壤的？

日本福岛核泄露事故释放出了大量的核放射性物质。因为这个核电站建在海边，所以有80%核物质会直接或间接地泄露到海里，但有20%的核物质依然留在陆地上，给人们的生活和生产带来非常大的问题。

那80%泄漏进海里的核物质，大部分会顺着洋流向东流去，一小部分则会随着环流去到南部。当年10月22日，在美国检测到了日本3月11日核事故泄露的物质，说明其已到达美国。所以，由于整个环流是往东流去，这次核泄漏对我们中国没有太大的直接影响。

而在陆地上的这20%核物质，我们则需要考虑到它的存在状态。

福岛县是一个森林覆盖率很高的地区，达到了71%。它又地处于温带，所以它土壤中的矿物主要是云母以及云母演化的蒙脱石等，不像我们南方土地，大多是高岭石。这两个因素会极大地影响这些核物质在土地上的过程和行为。

福岛核泄漏对土壤造成的污染是非常大的。经过半年以后再检测土壤，发现它的影响辐射半径达到750公里，最高的辐射量能达到5万贝克那么高，所以上到北海道，下到四国以及中国地区（日本地名）等都会受到核物质的影响。

福岛核泄漏的影响范围与程度

而且经过测算，需要治理的土壤量达到了2200万立方米，占日本一年总固体废物量的20%。这个量非常大，所以虽然80%漂到海里去了，但这20%还在陆地上产生很大的影响。

经过预计，到10年、20年、30年甚至100年之后，在当年辐射量最严重的地方还会留下非常多的核泄漏物质，这些地方还不能住人。

经过评估，日本需要将全部受核污染影响最大的区域，包括12个镇、乡、村等进行城市重建和土壤修复，这是一个很大的工程。

需要重建与修复的地区

下图就是针对不同区域和类型进行的土壤治理。

比如小学要拆掉，将土地进行挖掘和平整；农田则要清除覆盖物，地表也要进行挖掘处理；社区也要拆掉等。

道路、屋顶也都要如下图进行清洗，把沾有核物质的物品清出来，拿去焚烧。

图片来源：https://www.kumagaigumi.co.jp/news/2012/nw_120305_1.html

但焚烧会产生很多的飞灰，所以还要对飞灰进行清洗，将那些沾有非常多核物质的东西进行减量化，最后拿到国家的处理场去处置。另外一些不含核物质的就放到一般的处理场去。所以整个工程量是非常大的，单单土壤就有2200万立方米。

针对土壤，他们首先要拿着核检测仪对土壤进行调查，用ArcGIS或一些软件把它做成地图，甚至做成立体图，然后进行挖掘。

土壤调查与制图

下图就是一个正在挖掘的场面。

下图可以看到要挖出来的土壤十分多，而且要装在黑色的袋子里。因为黑色的袋子能够将辐射的物质吸收下来，不会扩散到外面去。

由于总共有2200万立方米的污染土壤，太多了，所以都放置在没有人居住的废弃房子周边、道路旁边。

有些甚至就近放在农业生产的村里面，有些地方还要进行进一步的覆盖。

所以如果你现在到福岛去，可以看到非常壮观的场面。

此外，因为核物质会跟土壤结合，随着大雨流到海里面去，所以一些核物质含量比较低的，就堆积在海岸线上，用来做防护工程。

构筑堤坝避免放射性物质流入大海

对这些被核污染的土壤进行治理，日本总共用了3种方法。

第一种是土壤清洗。土壤的形成是非常慢的，100年才能形成1-2.54厘米厚的土壤，所以这个土壤清洗完还要再回收利用。

下图是土壤清洗的处理流程图。

汽车将污染土壤载过来，经过铲车，铲到输送带上去，经过筛分和水洗，水洗完进行沉淀，沉淀后再用高速离心机进行分离，然后再进行浮选。经过这样处理，上面干净的土壤就可以拿去再回收利用了。而下面富集核放射物质的土壤要再由国家进行一个长期的最终的处理。

那含铯物质的土壤怎么处理呢？最简单的方法即如下图左侧所显示的：把土壤运过来，如果黏土不多，只有4%，就连沙子一起下去洗，把沙子表面也洗干净，就像左侧的池里面；而剩下的沙还是有一些，比如说百分之十几的核物质，就要进行筛分，把不同粒径的沙筛出来，因为不同粒径的沙含的核物质是不一样的。最后再把最细小的那些黏土跟沉淀下来的黏土组合固化，用水泥封存，然后剩下的这些沙和清水就可以再回收利用。下图右侧是程序操作的场景，经过这样的处理，大体上99%的核放射性物质就可以处理干净。

下图是一张处理图，左上角开始挖后，就把土送去处理，下面中间就是一些洗好的泥土，这是一个非常大的工程。

我举一个幼儿园的例子。一个幼儿园总共要挖的表面土壤有700平方米、5公分那么厚，因为核物质主要在表面2- 5公分左右。它总共挖出来的土壤是6559公斤，经过这样处理，三分之二的核物质就被去除掉了。

第二种方法是植物修复。即让植物的根系将辐射物质吸收出来，再进行处理。

自切尔诺贝利事故以来，很多科学家就努力在想，用什么方法能把土壤中的核物质取出来？结果发现有很多植物可以做到，其中一个就是向日葵。

所以在切尔诺贝利和日本福岛，都种了非常多的向日葵。如下图所示，在福岛周边种了数百万株的向日葵。

向日葵将核物质提取出来后，就会被收割送去焚烧，然后再把核物质富集起来处理。经过这样的初步处理之后，很多农田可能就可以用来种东西了。

但是，我们还是会担心种植时核物质会进入我们的食物里，所以怎样在农业生产方面实现核安全呢？他们采取了很多的措施，这就是第三种方法，农艺措施。

在农业生产里核有两种途径进入植物。一个是通过地上和空气中的飘尘进入到叶片里，另一个是通过土壤中的根系被吸收进去。所以他们给农民提出一个指南，指导其至少要采取的四种方法：

第一要深耕，这不仅可以让核物质充分混合稀释，还能使其与土壤中的那些小颗粒紧紧地固定下来，这样就可以起到稀释和固定的作用。

第二要检测和施入钾肥。因为钾和铯是同一族的元素，它们都是一价元素，性质非常相似，所以当土壤加入足量的钾，铯就很难进入到我们的食物里。有一些地方在核事故之前的超标率反而更高，就是因为没有施钾。

第三要防倒伏，收割的时候要远离地面，这样可以避免食物接触到土壤中的核物质。

第四，农业生产中所用的化肥、有机肥等，要经过充分的检测，不要把核物质带到里面去。通过这样一些方法，就可以把粮食做得更安全。

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治理过后的核污染土壤能否种出安全粮食？

大家可能都很关心，那粮食到底安不安全？

如下图所示，在日本核事故发生的当年，日本有2.2%的大米是超标的（大米的安全限制是500贝克/公斤），但是到了2012年和2013年，超标率突然大幅度下降，超标率只有0.0008%和0.0003%，即100万袋里只有8袋、3袋超标。到了2015年就只有0.00002%，即几乎没有超标。而之后到现在则都是零污染的状态。