福岛核泄漏对北太平洋海洋生物的影响研究进展.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 18 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.18,No.3 Jun.2023 基金项目:国家重点研发计划(2019YFD0901404);国家自然科学基金面上项目(NSFC41876141);上海市自然科学基金项目(18ZR1449800);农业部外海渔业开发重点实验室开放课题(LOF 2018-02)第一作者:李孟奇(2000),男,硕士研究生,研究方向为海洋核污染,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20230210001李孟奇,陈新军,刘必林,等.福岛核泄漏对北太平洋海洋生物的影响研究进展J.生态毒理学报,2023,18(3):1-10Li M Q,Chen X J,Liu B L,et al.Research progress on impact of Fukushima Nuclear Leakage on North Pacific organisms J.Asian Journal of Ecotoxi-cology,2023,18(3):1-10(in Chinese)福岛核泄漏对北太平洋海洋生物的影响研究进展李孟奇1,陈新军1,2,3,4,5,刘必林1,2,3,4,5,方舟1,2,3,4,5,*1.上海海洋大学海洋科学学院,上海 2013062.大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室,上海 2013063.国家远洋渔业工程技术研究中心,上海 2013064.农业农村部大洋渔业开发重点实验室,上海 2013065.农业农村部大洋渔业资源环境科学观测实验站,上海 201306收稿日期:2023-02-10 录用日期:2023-05-12摘要:2011 年福岛核事故导致大量放射性物质进入太平洋,引起社会恐慌。本文总结了福岛核电站释放的人工放射性核素在北太平洋海域的运输分布情况,分析了福岛人工放射性核素对北太平洋不同营养级生物如鲯鳅(Coryphaena hippurus)、大青?鲨(Prionace glauca)和柔鱼(Ommastrephes bartramii)等影响的研究进展,对比讨论了受福岛人工放射性核素影响的中高低营养?级生物之间的普遍规律,梳理了福岛核电站事故在北太平洋海域影响的整体脉络,并提出人工放射性核素对生物影响研究的未来发展方向。关键词:福岛核事故;人工放射性核素;海洋生物;北太平洋文章编号:1673-5897(2023)3-001-10 中图分类号:X171.5 文献标识码:AResearch Progress on Impact of Fukushima Nuclear Leakage on North Pa-cific OrganismsLi Mengqi1,Chen Xinjun1,2,3,4,5,Liu Bilin1,2,3,4,5,Fang Zhou1,2,3,4,5,*1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China2.The Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources,Ministry of Education,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China3.National Engineering Research Center for Oceanic Fisheries,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China4.Key Laboratory of Oceanic Fisheries Exploration,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Shanghai 201306,China5.Scientific Observing and Experimental Station of Oceanic Fishery Resources,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Shanghai201306,ChinaReceived 10 February 2023 accepted 12 May 2023Abstract:The Fukushima Nuclear Accident in 2011 caused a large number of radioactive substances to enter thePacific Ocean,causing social panic.This paper summarizes the relevant research since the Fukushima Nuclear2 生态毒理学报第 18 卷Power Plant Accident,briefly summarizes the transportation and distribution of artificial radionuclides released byFukushima in the North Pacific,and focuses on the research progress of the effects of artificial radionuclides re-leased by Fukushima on organisms in the North Pacific.The different trophic levels ofCoryphaena hippurus,Pri-onace glaucaandOmmastrephes bartramiiin the North Pacific have been summarized and analyzed.The general?law between high and low trophic organisms affected by artificial radionuclides in Fukushima was preliminarilycompared and discussed.The overall context of the impact of Fukushima Nuclear Accident in the North PacificOcean was sorted out,and the future research on the impact of artificial radionuclides on organisms was discussedto provide effective reference.Keywords:Fukushima nuclear accident;artificial radionuclides;marine animals;North Pacific Ocean 2011 年3 月福岛第一核电站(Fukushima DaiichiNuclear Power Plant,FDNPP)受地震海啸影响,发生严重的核泄漏事故。该事故释放出大量放射性物质,通过大气沉降和核冷却水的排放进入北太平洋1-4。上述排放物中主要包含人工放射性核素,其活度过高会对海洋环境以及生物本身产生严重影响。同时,人工放射性核素能够通过海洋生物摄食以及体表吸收等方式进行富集,并随食物链传递,最终影响到人类健康。在以往研究中,人工放射性核素134Cs、137Cs、90Sr和110mAg 是主要的研究对象1,其中134Cs、137Cs 是学者们的研究重点4-5。137Cs 的半衰期较长为 30.17a,134Cs 的半衰期为 2.07 a,二者最初产生于 20 世纪5060 年代所进行的太平洋核试验中,在海水中以离子态的形式参与海洋中的各种物理化学过程5。90Sr 的半衰期为 28.6 a,同样以离子态的形式存在于海水中。90Sr 在海洋中的分布较为广泛,垂直分布上可以达到较深海域,极易富集于不同水层的贝类外壳、鱼类鳞片以及骨骼等硬组织,通过食物链传递最终可诱发人类罹患白血病、骨癌等癌变疾病2,4,6-8。110mAg 的半衰期较短,为 249.76 d,在海水中活度很低,主要以离子态的形式存在,因此很难被悬浮颗粒吸收5。海洋生物通过摄食等过程吸收大部分的放射性核素,根据放射性核素在生物体内的积累程度,人工放射性核素会对海洋生物产生放射性损伤,主要分为急性损伤以及慢性损伤8。急性放射性损伤会在短时间内令生物体死亡,对生物体本身不会造成持续性影响。然而对海洋生物影响更大的是慢性损伤,研究表明慢性辐射损伤会导致鱼类等海洋生物出现生殖损伤、免疫系统等方面的问题8,从而会对海洋生物产生持续性的影响。北太平洋是诸多国家的重要渔场之一,同时也是全球重要的海洋生态系统之一。受到福岛核电站核事故的影响,该海域海洋生物的健康和生存条件也是各国学者关注的重点。根据以往的研究内容,大多都聚焦于以134Cs、137Cs 为代表的人工放射性核素在北太平洋海域的运输机制,但关于核素富集对生物本身的研究讨论较少。因此本文重点总结近些年来福岛核电站泄漏事件中人工放射性核素对北太平洋海洋生物的影响研究,对比讨论生物营养级之间的关系,并对未来研究方向进行展望,以期为后续相关研究提供参考。1 福岛核电站泄露放射性核素北太平洋中运输与分布(Transportation and distribution of leaked ra-dionuclides in the North Pacific at Fukushima Nu-clear Power Plant)1.1 放射性核素的运输关于福岛核电站泄露的人工放射性核素在太平洋中运输分布模式,在事故早期就受到广泛关注。在以往研究中,相关学者已重点对134Cs、137Cs 在太平洋的扩散运输以及分布进行监测,而上述两核素是福岛核事故中主要的人工放射性核素,其具有高含量、较长的半衰期特性,可以有效地作为研究福岛核电站泄漏人工放射性核素运输分布的主要示踪剂1,5,因此受到重点关注。134Cs、137Cs 在大洋中随洋流在水平、垂直方向上的迁移,与北太平洋环流体系息息相关。北太平洋中的环流包括副热带环流体系与亚北极环流体系,包括北赤道流、黑潮、亲潮、北太平洋流、加利福尼亚流和阿拉斯加流,还有复杂的海水垂直运动机制。由此福岛放射性物质在北太平洋上的运输可以分为表层海水的水平迁移以及表层海水到深层海水的垂直迁移2-3,7-9。福岛核事故发生后,大量的人工放射性核素如134Cs、137Cs 以干湿粒子的形式随核冷却水、大气沉积物进入北太平洋洋流体系10-11,最初人工放射性核素随亲潮南下并与黑潮汇合进入黑潮延伸第 3 期李孟奇等:福岛核泄漏对北太平洋海洋生物的影响研究进展3 流3,6-7,9,在大尺度风生环流即顺时针副热带环流以及逆时针流动的亚北极环流的共同作用下在大洋中迁移12,此时主要受亲潮(oyashio)以及黑潮延伸流(kuroshio extension,KE)的影响,亲潮向西南方向运动并于40N 处向东转向3,7,9,13-16,而在 35N 36N 处黑潮延伸流由北向东转向与上方亲潮汇合,并在 150E 左右将福岛核电站释放的放射性物质向东运输。根据以往研究发现,福岛放射性核素通过洋流的作用,在泄露后的 4 6 个月内(2011 年 79 月)到达 165E,7 9 个月后(2011 年 1012 月)到达172E 处11,13,15,10 12 个月后(2012 年 13 月)到达 180经线处,一年后到达 165W,近 2 年半后(2014 年 8 月)到达加拿大西海岸(130 W 140W)6,12-13。北太平洋西部 40N 处的运输速度为 7km d-1(8 cm s-1)15,2012 年 3 月至 2014 年 8 月期间,福岛人工放射性核素随北太平洋漂流(North Pa-cific Drift,NPD)以 3 km d-1(3.5 cm s-1)速度抵达北太平洋东部6,9-12,17,2016 年输运至北美沿岸,放射性物质随洋流南北分向,向北输运的放射性核素,随阿拉斯加流通过白令海峡跟随亚北极环流体系进入北冰洋,南向的放射性核素随加利福尼亚海流与北赤道流汇合,进入北太平洋副热带环流体系6,15。在整个过程中福岛核电站泄露的放射性核素在北太平洋的平均运输速度为 4.3 km d-1(5 cm s-1)10,12,15,在早期的预测以及后期的研究中表明,从福岛核电站事故发生开始到运输至北美沿岸大约要 4 5 年的时间1,3,运输过程中速度的变化与洋流速度的变化保持一致9,这也佐证了洋流对放射性核素的运输迁移中的作用。垂直方向上,放射性核素的运输主要与副热带模式水(subtropical mode water,STMW)以及中央模式水(central mode water,CMW)运动模式一致,其中STMW 形成于黑潮延伸区的南部,大约在 30N 到35N 之间,CMW 形成于 155E 至 160W 之间的亚北极锋带以南,放射性核素沿着内陆海洋随海水以大约每月 1(纬度)的速度向西南方向运输12-13,15。在运输过程中受到黑潮延伸流的北向流动,福岛核电站排放的以 Cs 为代表的放射性物质主要分布在36.5N 以北区域3,11,18-19。在某种程度上,黑潮延伸流成为福岛放射性核素向南传送的屏障15,也因此在福岛核事故发生一年后放射性核素大都集中于北太平洋西部,而在北太平洋东部除高洄游物种外,其他生物中均没有检测到人工放射性核素。未来可能会到达北太平洋黑潮延伸流区域内,即在 36.5N 40N 带处的北太平洋中部海域,从中部区域至北太平洋东部的放射性核素含量会随海水稀释急速下降5,14。在随洋流向北太平洋西南方向运输后,底层海水的放射性核素也会随洋流运动返回北方。总的来说放射性核素在垂直方向上的运输机制可概括为:受温度以及洋流的作用(地转流以及中尺度涡旋)形成的复杂洋流俯冲机制15,18。福岛核电站的运输方式总体来说可以概括为:两方式,两方向,三阶段。两方式,即随洋流运输的被动迁移方式以及生物主动迁移方式3,7,两方向,即水平和垂直两个方向,三阶段,即第一个阶段是放射性物质的分布阶段,在邻近海域检测到大量的放射性物质,第二阶段放射性核素随着洋流迁移运输,第三阶段放射性核素含量呈指数级下降并随太平洋继续进行扩散10(图 1 和图 2)。1.2 放射性核素的分布在福岛核电站事故后,总计向环境中释放了520 PBq(PBq 指 106贝可,是放射性活性活度单位)的放射性物质9。其中有 1 PBq 的90Sr 随高浓度核废水进入海洋,并有大气沉积的 12 15 PBq134Cs以及 核 冷 却 水 中 的 3 5 PBq134Cs 进 入 太 平洋1,5,9-10,16。相关研究表明,134Cs 与137Cs 的活性活度比值接近于 1,二者的总放射性活度水平相近13,17-19,因此在太平洋中137Cs 的总含量为 15 18PBq18。134Cs、137Cs 集中分布于29N 39N 区域内,与亲潮-黑潮延伸流域交界处以及中央模式水重合。低纬度地区超低活性活度的134Cs、137Cs 分布情况,也进一步证明了黑潮延伸流作为福岛放射性核素向南屏障的作用12,14;且根据在不同纬度和深度处的放射性核素分布,证明在副热带模式水形成以及中央模式水的俯冲作用下放射性核素的垂直分布特征,以及中央模式水对放射性核素的有效运输机制9,20-25。研究表明,经过大洋海水的稀释扩散和放射性核素的自身衰变,福岛放射性核素将在 10 年间覆盖整个北太平洋,经过20 年的时间整个北太平洋海域的放射性核素将低于0.3 0.1 Bq m-3,即低于当前背景下的检测值25。同时相关学者对未来30 年内太平洋海域的放射性核素分布情况进行了预测14(图3)。2 福岛放射性核素对海洋生物的影响(Effects ofFukushima radionuclides on marine organisms)2.1 指示生物的选择部分学者对于核素指示生物的选择有一定的标4 生态毒理学报第 18 卷图 1 北太平洋洋流分布及放射性核素扩散示意图17注:CMW 表示中央模式水,STMW 表示副热带模式水,FDNPP 表示福岛第一核电站。Fig.1 Schematic diagram of current distribution and the diffusion of the radioactive substances in the North Pacific Ocean17Note:CMW represents central mode water,STMW represents subtropical mode water,and FDNPP represents Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant.图 2 2011 年北太平洋放射性137Cs 分布图14Fig.2 Distribution of radioactivity137Cs in theNorth Pacific in year 201114准,可以分为 2 个角度:从研究角度来看,第一要求研究生物能够有效吸收富集放射性核素,并且积累的放射性核素可以在体内长时间停留,短时间内不会被排出26。其次从实际角度来看,需要了解研究生物产量丰富程度以及分布区域范围27。放射性核素研究不仅针对生物体本身,同时还需要结合该地区放射性核素的分布情况等因素,同时研究对象要易于获取,且与人类紧密联系5,28-32。例如在北太平第 3 期李孟奇等:福岛核泄漏对北太平洋海洋生物的影响研究进展5 洋主要的经济物种中,头足类等无脊椎动物占据重要地位,也是近些年来研究福岛放射性核素影响的重点生物之一,选择该物种主要是因为其处于中间营养级,在食物链中起承上启下的作用,并且对于放射性核素有很好的富集吸收能力33-35。在中高营养级物种中,Men 等9选择了鲯鳅(Coryphaena hippu-rus)作为研究对象,该物种在空间上广泛分布于太?平洋地区,并且处于食物链中间层次,具有一定的经济价值。在高营养级的生物中,Men 等32则选择大青鲨(Prionace glauca)作为研究对象,作为顶级捕食?者,大青鲨对核素的积累程度更高,同时寿命长,繁殖周期较长,同样具有较高的研究价值。同时,更应注重与人类活动密切相关的潜在物种供后续研究选择36-38。图 3 福岛放射性核素未来分布预测图25Fig.3 Prediction diagram of the future distribution of the radionuclide activity in Fukushima252.2 模型研究目前主流研究放射性核素对生物体影响的模型主要有尺寸结构食物网模型、动态食物网模型、种群动力学模型和三维舱室模型(Poseidon-R)等,常用的为动态食物网模型26。这些模型基本以生物学中年龄结构模型、生长模型和个体模型为基础。利用基础数据并结合多模型来对放射性核素向生物体内的转移过程进行模拟,很多学者将此过程模型参数化,6 生态毒理学报第 18 卷可以将一些抽象的过程用模型表现,早在福岛核电站事故发生之前就有学者意识到相关领域研究的重要性,Beresford33曾总结强调要将放射性核素向生物体内转移参数化,目前对福岛核电站事故发生之后的相关研究则更加深入。相关模型研究的案例较多。如使用尺寸结构食物网模型对太平洋海域的远洋生物中存在的137Cs进行数值模拟,利用该模型可以估计各项放射性生态指标,即最大活性活度、相应的时间以及生态半衰期,并可以利用该模型估计每个物种达到事故前137Cs 含量所需要的时间。该模型应用了个体模型、年龄结构模型,同时考虑多物种数量机会捕食假设下系统确定不同物种相关性之间的相互作用,不同核素的数值模拟均可通用于该方法29。de With等30用 Poseidon-R 模型来描述沉积物和水体中放射性核素活性活度及在水环境的分布传播,以及生物摄食过程,并对各种核素在海洋生物的辐射剂量进行估算,模拟放射性核素向生物体内传递的过程,结果可以验证常见人工放射性核素的吸收速率,该模型可以对核素传递到生物体的过程都能进行不同程度的预测、过程模拟等,可以很大程度上帮助我们理解相关机制。动态食物网模型应用也比较广泛31,利用动态食物网模型可以模拟出福岛核事故进展变化及影响,通过持续深入的研究,Vives Batlle等10在 Johansen 等的基础上对模型进行相关调整,能够模拟放射性核素在整个环境中的输运过程,同时可以重现福岛核电站事件的长期生态影响。通过生物动力学模型可以对整个放射性核素向生物的传播机制进行模拟,并且将来模型的研究方向都趋向于参数化的进展以及与其他多因素和多学科的结合。今后,应加深对整个生态系统中的放射性核素的来源去处以及进入生物体和人体等参数化进程的研究10。2.3 福岛泄露放射性核素对西北太平洋海洋生物的影响 在福岛核泄漏以后对于核素对海洋生物的影响,从浮游动物、底栖生物到大青鲨等顶级捕食者的食物链各个营养级都有相关的研究。目前针对北太平洋海域研究最多的就是以柔鱼(Ommastrephesbartramii)为代表的中间营养级生物。本文就不同研?究者对不同营养级物种的研究结果总结并讨论。2.3.1 低营养级生物Kitamura 等39对西北太平洋浮游动物的放射性Cs 污染的时间变化规律进行研究,在福岛核电站泄露以后的 1 个月到 3 年的时间,根据 2 个站点分别对亚北极环流以及亚热带环流区域的浮游生物进行研究,研究结果指出浮游生物中的137Cs 的最大活性活度比事故前的水平高出 2 个数量级,在事故发生后4 个月,亚热带海域浮游动物中放射性 Cs 的活性活度迅速下降,但于亚北极站未发现相同的现象,对此可解释为:亚热带的浮游动物寿命较短,在 4 个月后先前吸收核素的浮游动物被新生浮游动物取代,而亚北极站的寿命较长,核素活性活度较高。结合上述结论,可以证明生物本身的生活周期会对于放射性核素的积累有相应影响。长期监测表明,亚热带的浮游动物137Cs 活性活度依旧较高,亚北极处的采样处的浮游动物137Cs 活性活度已经下降到接近事故前的水平39。此处结合福岛放射性核素的运输,证明在亚热带地区福岛放射性核素的影响持续时间较长38。海水下层浮游动物中较高的放射性Cs 活性活度受到生物积累的影响,结果表明浮游动物的放射性 Cs 活性活度不仅受环境放射性 Cs 的影响,还受到浮游动物群落特征的影响。因此放射性核素能够被浮游动物富集吸收,且对浮游动物产生潜在的影响21,30。de With 等30在进行动态食物链模型开发时,对底栖食物网中的生物吸收放射性核素总结出 3 个途径:第一是从水转移到大型藻类再转移到食草无脊椎动物中,第二是通过碎屑和浮游动物分辨的垂直通量转移,转移到摄食碎屑的无脊椎动物,第三是通过受污染的底部沉积物转移到以沉积物为食的无脊椎动物。2.3.2 中营养级生物针对中营养级物种的研究较多,如唐峰华等40研究了 2013 年北太平洋公海渔场的柔鱼受福岛核电站核泄漏的影响情况,并对不同胴长的柔鱼进行对比分析,研究表明137Cs 在柔鱼中有较高的富集,针对不同组织含量分析可发现,含量最高的组织为内脏;同时其对柔鱼体内富集分布进行初步研究,对柔鱼胴长与放射性核素的关系进行讨论,但是未对柔鱼具体生活阶段的核素差异进行分析34。Men等3进行了更详尽的研究,在福岛核电站泄露之前,柔鱼的体内并没有检测到110mAg 以及134Cs。核电站事故发生后,柔鱼体内检测到110mAg 且相比于其他放射性核素活性活度较高,该结果证明了柔鱼对110mAg 的具有较强的富集能力。随着时间的推第 3 期李孟奇等:福岛核泄漏对北太平洋海洋生物的影响研究进展7 移,人工放射性核素呈现出逐渐减小的趋势,而天然放射性核素,特别是210Po,在海水中检测出几个数量级的剂量率,远高于人工放射性核素的活性活度,2种核素之间剂量率的变化可能存在潜在联系3。Men 等16对北太平洋海域的游泳生物的研究中,确定了生物内部剂量远大于外部剂量的影响,且人工放射性核素含量远低于天然放射性核素含量39-40。而环境中核素的变化以及再次影响生物的机制尚未明确。针对中高级营养级的物种,Men 等9选择鲯鳅(Coryphaena hippurus)进行研究,研究2011 年1 月至2012 年 9 月福岛核事故发生早期太平洋鲯鳅中的134Cs、137Cs 以及110mAg 的3 种核素的分布含量,并计算鲯鳅体内的放射性 Cs 的生物浓度因子,且估算了福岛核电站事故前的鲯鳅中的137Cs 水平,研究显示 3 种放射性核素在鲯鳅中的放射性水平随着时间的推移急剧上升随后有下降趋势。与此同时,Men等16采样调查了放射性核素对 2012 年 36 月捕获的柔鱼(Ommastrephes bartramii)、黑须唇飞鱼(Chei-lopogon pinnatibarbatus)、蛇鲭(Gempylus serpens)、紫?魟(Pteroplatytrygon violacea)、卵圆疣鳞鲀(Canthider-mis maculatus)、小甘鲹(Seriolina nigrofasciata)、青石?斑鱼(Epinephelus awoara)、蓝 猪 齿 鱼(Choerodonazurio)、月斑眶棘鲈(Scolopsis vosmeri)和网纹东方?鲀(Takifugu reticularis)等 10 种生物样本的放射性影?响16,主要测量了其中的人工放射性核素,研究得出134Cs 含量为 0 0.12 Bqkg-1,137Cs 含量为 0 0.22 Bq kg-1,110mAg 为0 2.29 Bq kg-1,90Sr 为0 0.12 Bq kg-1。在考虑内外暴露途径的情况下,内部暴露(生物自身富集)的影响大于外部暴露(外界环境影响)的影响18。2.3.3 高营养级生物对于高营养级的生物来说,放射性核素在其体内积累程度较高,可更为便利地进行研究,Men等32选择大青鲨作为典型物种,对 20112018 年间134Cs、137Cs 以及110mAg 放射性污染、时间变化、母胎转移、组织分布和辐射剂量等方面进行研究。结果表明,大青鲨体内放射性核素污染短时间内急剧上升且随着时间的推移呈现出减少的趋势,134Cs与137Cs 的分布倾向于肌肉之中,110mAg 则分布于肠道之中,其中134Cs、137Cs 会随母体转移到胎儿中去,大青鲨体内胎儿活性活度为母体的 30%,大青鲨体内核素活性活度137Cs134Cs110mAg,在器官中的含量分布大小为肌肉肠道骨骼35。110mAg 仅在肠道中发现,放射性 Cs 则多分布于肌肉当中。综上所述,在北太平洋食物链中的中高低营养级的研究都有涉及,并在各个营养级的海洋生物富集核素的能力相对复杂,主要受到二方面影响:一方面是环境因素,如温度、盐度等环境指标,以及周围整体环境的变化,另一方面则是生物之间复杂的机制,如捕食量、被捕食者对于放射性核素浓集量、捕食者对于核素的吸收、不同核素在不同生物体内的存在形式分布情况等15,22-23。2.4 不同营养级生物对人工放射性核素的吸收差异 对营养级之间关系的研究,Wen 等11讨论了大青鲨、柔鱼以及鲯鳅之间的联系与区别。研究对比134Cs、137Cs 的活性活度,20112018 年,除 2011年 12 月外生物体内的人工放射性核素活性活度最高的为大青鲨,其次是鲯鳅、柔鱼,造成上述差异的原因主要为鱼类吸收大量周围海水来补偿渗透水损失,放射性 Cs 的特性类似于钾,溶解于海水中的高水平矿物质,易被鱼类吸收,而柔鱼与周围环境具有相等的渗透压,对周围海水吸收能力较差;另一种原因是在通过食物网转移的方式不同,生物体内的放射性水平与它们在食物链的等级有相对应的关系。同时 Wen 等11讨论了110mAg 的活性关系,110mAg 与放射性 Cs 在生物体内活性相反,柔鱼鲯鳅大青鲨,也与食物链中的等级呈现相反的关系,相关原因可能与以上原因相同。同时它们有着不同的洄游模式,因此接触的污染海水存在差异,但相关机理较为复杂9,34,40。对太平洋海域中的主要经济物种,Belh-aret 等29利用尺寸结构食物网模型的研究中对 13个物种进行数值模拟,这些物种按照营养级估计了它们在受到福岛核电站泄露之后的影响后,恢复到原来放射性水平所需的时间。首先污染主要影响较低水平的营养级,比如以浮游生物幼虫为食的生物,该层次营养级平均在事故发生后的 3 4 个月达到最大值,之后较高营养级(以低营养级的生物为食)在事故发生后 6.5 9 个月内达到最大值,这说明低营养级的鱼类物种吸收速度较快。当所有物种达到最大值之后,生物体内积累的最大值相似29。研究表明营养级较高物种体内积累核素要 14 年左右恢复到事故前的水平,不同物种所恢复的时间也存在较大差异。唐峰华等34在研究柔鱼时,与鲨鱼、鲯鳅等进行对比,发现放射性 Cs 的含量与营养级有一定的相关性,但影响因素过于复杂并未下定论31,35。8 生态毒理学报第 18 卷这种趋势的不同大多是因为摄食差异,以及不同生境下的生存差异等引起的,且生物对于放射性核素的净化速率也跟生物种群之间的特异性相关。Bel-haret 等29则在研究中指出放射性核素在生物体内的积累与体型大小有关,体型越大积累得越多,利用模型研究时也显示出该趋势26,29。该结论与其他模型模拟以及生物实验一致37-38。2.5 海洋生物对核辐射的吸收剂量目前相关研究表明,福岛核辐射对海洋生物产生影响的最保守吸收剂量率为 10 Gyh-1(符号“Gy”,为戈瑞(Gray),单位质量受照物质所吸收的平均电离辐射能量;Gy h-1,即测量地每小时吸收辐射剂量值)9,32,39,而在海洋生物对福岛放射性核素吸收剂量率的研究中,根据研究区域不同分为太平洋公海区域以及日本福岛核电站附近的近海海域。在北太平洋公海海域,Men 等3,9,32研究了西北太平洋公海海域内的柔鱼、鲯鳅和大青鲨的辐射剂量率。研究表明,它们最高辐射剂量分别为 0.063Gy h-1、0.7 nGy h-1和 0.14 Gyh-1,远远小于保守吸收剂量率,但限于样本采集数量以及样本个体大小,其结果可能存在较大误差,需要后续进一步研究。在日本福岛核电站附近的近海海域中,经过长期检测发现,一些站点有一定数量的物种吸收剂量率高于保守吸收剂量值,例如,在 2013 年 2 月底和 3月初于福岛核电站港口入口处捕获的底栖鱼类,它们134Cs 和137Cs 的吸收剂量率分别在 17 44 Gyh-1、32 82 Gy h-1之间,高于保守吸收剂量率41。以上相关数据表明,公海海域内福岛放射性核素在生物体内的吸收剂量率较低,初步研究结果显示,目前不排放核废料情况下已不会对公海海洋生物产生不利影响。而日本福岛核电站近海海域,生物之间的吸收剂量率根据采样站点以及物种的不同存在巨大差异,初步判断相关核排放行为会对生物本身产生不利影响,具体影响程度都还有待进行更深入的研究。3 结论与展望(Conclusion and foresight)本文总结了福岛放射性核素的运输机制及分布情况,以及福岛放射性核素对海洋生物的影响研究进展,认为放射性核素对生物体的研究已证明:摄食是生物体吸收放射性核素的主要途径,生物体对放射性核素的富集情况有所不同,主要与生物体自身特性以及放射性核素的特点有关,以往的研究表明福岛放射性核素释放早期在北太平洋生物体内积累程度较高,但随着时间推移积累程度逐渐减小,但对于生物体的持续性影响研究较少。并对后续研究福岛放射性核素对海洋生物影响的未来研究提出以下几个研究方向。(1)未来应聚焦于多物种乃至整个食物网的生物放射性核素情况分析,同时对各营养级物种之间的放射性核素转移关系进行深入探索。另外,还可聚焦于生物个体情况,如某种核素会对生物体内组织产生何种影响,对整个生物体产生何种影响,以及核素向下一代转移情况等。(2)在相关模型研究中,放射性核素向生物体转移过程已较好地向数学模型转化。但对于核素在食物链中的转移;对海洋生物或整个生态系统长期影响的参数化进程还有待开发。因此后续研究要重视北太平洋海域的数据收集,为后续模型优化提供依据。(3)近期日本福岛方面正在准备进行后续再次排放核废水相关事宜,这种行为将会给太平洋海域带来持续影响,未来要重新且持续对北太平洋海洋生物进行研究,因此对整个环境以及生物中放射性核素数据收集十分重要,需进一步重视。通信作者简介:方舟(1988),男,博士,副教授,主要研究方向为海洋生态毒理学。参考文献(References):1 Povinec P P,Gera M,HolyK,et al.Dispersion of Fuku-shima radionuclides in the global atmosphere and the o-cean J.Applied Radiation and Isotopes:Including Data,Instrumentation and Methods for Use in Agriculture,In-dustry and Medicine,2013,81:383-3922 Bailly du Bois P,Laguionie P,Boust D,et al.Estimationof marine source-term following Fukushima Dai-ichi acci-dent J.Journal of Environmental Radioactivity,2012,114:2-9 3 Men W,Wang F F,Yu W,et al.Impact of the FukushimaDai-ichi nuclear power plant accident on the neon flyingsquids in the Northwest Pacific from 2011 to 2018 J.Environmental Pollution,2020,264:1146474 郭皓,杜金秋.海洋核污染与核素迁移J.海洋开发与管理,2014,31(7):83-86,955 Kumamoto Y,Aoyama M,Hamajima Y,et al.Radioce-sium in the western subarctic area of the North Pacific O-cean,Bering Sea,and Arctic Ocean in 2015 and 2017 J.Polar Science,2019,21:228-2326 Aoyama M,Kajino M,Tanaka T Y,et al.134Cs and137Csin the North Pacific Ocean derived from the March 2011第 3 期李孟奇等:福岛核泄漏对北太平洋海洋生物的影响研究进展9 TEPCO Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant acci-dent,Japan.Part two:Estimation of134Cs and137Cs in-ventories in the North Pacific Ocean J.Journal of Ocea-nography,2016,72(1):67-767 林武辉,余克服,杜金秋,等.日本福