埃塞俄比亚Lege-Amara地表水灌溉区土壤与作物中天然放射性核素232Th、226Ra（238U系）和40K的辐射筛查：基线活度、土壤-蔬菜转移因子与摄入风险评价

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Radiological Screening of Naturally Occurring Radionuclides in Soil and Crops at a Surface Water-Irrigated Site: A Case Study from Lege-Amara, Ethiopia

　　

天然放射性物质（Naturally Occurring Radioactive Materials, NORMs）具有广泛的放射性核素，其分布依赖当地地质和人为活动。研究人员报道了通过采用NaI(Tl)闪烁探测器（thallium-activated sodium iodide scintillation detector）的γ射线能谱分析（gamma-ray spectroscopic analysis），从地表水灌溉的Lege-Amara农业区采集的配对土壤-蔬菜样品中²³²Th、²²⁶Ra和⁴⁰K的基线活度浓度。土壤样品中²³²Th、²²⁶Ra（²³⁸U系）和⁴⁰K的平均比活度浓度（Bq·kg^?1）分别为24.89±0.11、30.36±0.13、405.06±0.04；而根和块茎中对应浓度分别为4.35±0.14、10.59±0.23、39.80±0.24，鳞茎中为3.63±0.36、23.36±0.44、45.22±0.76，叶中为2.92±0.31、17.09±0.16、41.85±0.37，果实中²³²Th、²²⁶Ra（²³⁸U系）、⁴⁰K分别为3.82±0.66、9.90±0.09和23.63±0.05。虽然土壤活度浓度低于同一区域UNSCEAR（United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation，联合国原子辐射效应科学委员会）世界平均值，但若干作物物种中的浓度超过IAEA（International Atomic Energy Agency，国际原子能机构）通用农业土壤参考值。计算得到的²³²Th、²²⁶Ra（²³⁸U系）和⁴⁰K土壤向蔬菜平均转移因子（transfer factor, TF）分别为0.1734±0.0072、0.449±0.005和0.171±0.0025。由于该基线调查未直接分析灌溉水和农用化学肥料，本研究将原生地质、地表灌溉水和农用化学肥料的相对贡献作为假设提出。尽管如此，所有计算的放射性风险指数均远低于国际公认安全筛查水平。

该研究由Gebeyaw Endris Ahmed、Hailu Geremew Zeleke和Amare Chanie Gdelew完成。天然放射性物质（Naturally Occurring Radioactive Materials, NORMs）广泛存在于土壤、水、食物、空气、岩石及人体等环境中，主要涉及²³²Th衰变系、²³⁸U衰变系和⁴⁰K。农业土壤中天然放射性核素水平受当地地质、母土地球化学、矿物肥料、大气沉降和灌溉水质等因素影响。已有研究表明，农业土壤可能因长期施用磷肥和钾肥而出现²²⁶Ra和⁴⁰K的重新分布与累积；蔬菜可通过根系吸收放射性核素，并经食物链进入人体。Lege-Amara农业区使用Lege-Amara小地球坝地表水灌溉，每年可种植蔬菜达三季，但该地区土壤和作物中²³²Th、²²⁶Ra（²³⁸U系）和⁴⁰K的基线放射性数据缺乏，土壤-蔬菜转移因子及指示性摄入风险也未系统评价。因此，研究人员开展本研究，旨在测定配对土壤和蔬菜样品中上述核素活度浓度，计算土壤向蔬菜的转移因子（transfer factor, TF），并进行保守的放射性筛查剂量评估，以建立基线并评价当地膳食暴露的放射性筛查指标。研究结论显示，土壤活度总体低于UNSCEAR世界平均值，部分作物核素浓度超过IAEA参考值，但所有计算风险指数均低于国际安全筛查水平，来源贡献因未直接分析灌溉水和肥料而只能作为假设。

关键技术方法方面，研究地点位于埃塞俄比亚Borena区Lege-Amara小地球坝地表水灌溉农业区，面积约86 ha，坐标约为10°43′21″N—10°56′46″N、38°43′34″E—38°46′35″E，海拔2437—2843 m。采样于2026年1—3月旱季进行，在18个采样小区中按胡萝卜、洋葱、马铃薯、甜菜根、卷心菜和番茄6类作物，每类3个小区采集；每小区采集3株成熟蔬菜和3个根区表土芯（0—15 cm），混合为18个复合土壤样品和18个复合蔬菜样品。测量采用3″×3″ NaI(Tl)闪烁探测器、光电倍增管（photomultiplier tube, PMT）和多道分析器（multichannel analyser, MCA），以¹³⁷Cs和⁶⁰Co进行能量校准，使用IAEA认证参考物质进行效率与质量控制，样品密封30天以达到长期平衡，通过特征γ射线峰定量，并计算干重至鲜重转换、TF、镭当量活度（Ra_eq）、γ辐射水平指数（I_γ）、年摄入剂量（DIND）和过量终生癌症风险（ELCR）。

3.1 土壤样品中NORMs的活度浓度：通过NaI(Tl) γ能谱分析，土壤中²³²Th范围为8.42±0.09—40.08±0.95 Bq·kg^?1，平均24.89±0.11 Bq·kg^?1；²²⁶Ra（²³⁸U系）范围为20.08±0.25—48.12±0.62 Bq·kg^?1，平均30.36±0.13 Bq·kg^?1；⁴⁰K范围为138.63±0.06—602.31±0.46 Bq·kg^?1，平均405.06±0.04 Bq·kg^?1。最高²³²Th、²²⁶Ra和⁴⁰K分别出现在St3、So1和St1。平均²³²Th和²²⁶Ra低于世界平均值30和35 Bq·kg^?1，而⁴⁰K高于400 Bq·kg^?1。研究人员认为土壤放射性核素变化与土壤类型、成土作用、运输特征、降雨和地质性质有关。

3.2 蔬菜样品中NORMs的活度浓度：通过γ能谱测定，根和块茎蔬菜中²³²Th、²²⁶Ra（²³⁸U系）和⁴⁰K平均分别为4.35±0.14、10.59±0.23和39.80±0.24 Bq·kg^?1；鳞茎蔬菜平均分别为3.63±0.36、23.36±0.44和45.22±0.76 Bq·kg^?1；叶菜平均分别为2.92±0.31、17.09±0.16和41.85±0.37 Bq·kg^?1；果菜平均分别为3.82±0.06、9.90±0.09和23.63±0.05 Bq·kg^?1。根、块茎、鳞茎、叶和果菜中²³²Th和²³⁸U水平超过IAEA全球平均值，⁴⁰K是对总活度贡献最大的核素。按蔬菜类型平均，胡萝卜⁴⁰K最高，洋葱²³⁸U最高，马铃薯²³²Th最高，甜菜根总体较低。研究人员指出，不同作物之间的差异反映物种特异性吸收行为和植物生理因素，肥料施用历史、土壤地球化学和灌溉水质可能影响，但因未直接分析灌溉水和肥料，其贡献仍为工作假设。

3.3 干重活度浓度向鲜重基准的转换：研究人员采用IAEA推荐的干物质转换因子（conversion factor, CF）将干重活度转换为鲜重基准。按类别，根菜（胡萝卜和甜菜根）鲜重平均²³²Th、²²⁶Ra和⁴⁰K为0.33、1.32和4.80 Bq·kg^?1；马铃薯为1.45、1.76和7.18 Bq·kg^?1；洋葱为0.44、2.80和5.43 Bq·kg^?1；卷心菜为0.26、1.54和3.77 Bq·kg^?1；番茄为0.23、0.59和1.42 Bq·kg^?1鲜重。该转换用于后续膳食摄入剂量估算。

3.4 土壤向蔬菜样品的NORMs转移因子：通过一对一配对根区土壤与可食蔬菜样品，按干重对干重计算TF。根菜TF范围：²³²Th 0.04±0.016—0.26±0.029，²²⁶Ra 0.2±0.042—0.67±0.023，⁴⁰K 0.04±0.00—0.15±0.002；鳞茎洋葱：²³²Th 0.13—0.28，²²⁶Ra 0.56—0.67，⁴⁰K 0.15—0.31；块茎马铃薯：²³²Th 0.23—0.44，²²⁶Ra 0.24—0.40，⁴⁰K 0.05—0.12；叶菜卷心菜：²³²Th 0.09—0.11，²²⁶Ra BDL—0.9，⁴⁰K 0.12—0.20；果菜番茄：²³²Th 0.09—0.12，²²⁶Ra 0.16—0.55，⁴⁰K 0.03—0.06。总体²³⁸U的TF高于²³²Th和⁴⁰K，表明不同作物存在不同生物吸收倾向。

3.5 放射性剂量评估：基于土壤和蔬菜活度浓度，研究人员计算了Ra_eq、I_γ、DIND和ELCR。土壤Ra_eq范围为72.79±0.90—136.81±1.45 Bq·kg^?1，平均97.62±4.52 Bq·kg^?1，低于UNSCEAR推荐的370 Bq·kg^?1。I_γ范围为0.528±0.007—1.021±0.011，平均0.707±0.034，低于全球平均值1；个别番茄土样略高于1，但站点平均仍处于保守环境筛查阈值内。蔬菜DIND中，²³²Th为2.09±0.15—42.09±1.01 μSv·yr^?1，平均19.60±0.67 μSv·yr^?1；²²⁶Ra为9.92±0.32—255.09±4.80 μSv·yr^?1，平均90.21±0.88 μSv·yr^?1；⁴⁰K为0.77±0.006—10.93±0.18 μSv·yr^?1，平均4.86±0.03 μSv·yr^?1，均低于国际限值480 μSv·yr^?1。ELCR中，²³²Th为(0.007—0.15)×10^?3，平均0.069×10^?3；²²⁶Ra为(0.035—0.89)×10^?3，平均0.315×10^?3；⁴⁰K为(0.003—0.038)×10^?3，平均0.017×10^?3，均低于2.9×10^?4。研究人员强调，这些风险参数是保守的放射性筛查指标，不代表观察到的临床健康结局或直接因果健康效应。

讨论部分总结：研究讨论指出，Lege-Amara灌溉点土壤放射性核素平均活度总体低于UNSCEAR世界平均值，但多种蔬菜中²³²Th和²²⁶Ra（²³⁸U系）超过IAEA参考值；不同作物的TF差异明显，²³⁸U通常具有较高转移因子。由于灌溉水、农用肥料和当地膳食摄入率未直接采样分析，原生地质、灌溉水和肥料的相对贡献只能作为假设提出，不能确定明确来源或直接不良健康影响。所有计算的平均DIND和ELCR均低于国际筛查限值，表明通过食用这些蔬菜的放射性暴露风险在筛查层面较低；但个别作物和核素组分仍需谨慎解释，并应考虑多路径摄入。

研究结论翻译：该研究给出了埃塞俄比亚Borena地区Lege-Amara灌溉点土壤和常用食用蔬菜中天然放射性核素（²³²Th、²²⁶Ra（²³⁸U系）和⁴⁰K）的初步放射性评价。土壤样品中，²³²Th、²²⁶Ra（²³⁸U系）和⁴⁰K的平均活度浓度范围分别为8.42±0.09—40.08±0.95 Bq·kg^?1、20.08±0.25—48.12±0.62 Bq·kg^?1和138.63±0.06—602.31±0.46 Bq·kg^?1，这些值仍低于UNSCEAR建立的全球参考平均值。在蔬菜组织中，²³²Th活度浓度为1.2±0.38—8.98±0.09 Bq·kg^?1，²³⁸U为低于检测限（below detection limit, BDL）至31.29±1.02 Bq·kg^?1，⁴⁰K为16.55±0.02—69.82±0.98 Bq·kg^?1。虽然某些物种中单个放射性核素浓度超过参考水平，但总累积膳食风险评估表明，联合摄入参数应在既定基准限值下谨慎解释。土壤向蔬菜的转移因子范围为：²³²Th 0.04±0.016—0.44±0.007，²³⁸U BDL—0.9±0.024，⁴⁰K 0.03±0.00—0.31±0.005，表明不同栽培作物之间存在不同生物吸收趋势。由于本研究仅涉及土壤和作物的基线采样，未直接检查灌溉水、肥料或当地膳食摄入率，因此无法确定明确来源，也无法得出任何直接不良健康影响的结论。建议进行持续基线放射性监测，未来应包括多介质源路径建模，并直接采样灌溉水、农业投入品、当地消费模式和大气氡水平，以补充这一初步筛查评估。