水泥生产设施周边农业土壤中的天然放射性及放射性健康风险评估

《Applied Radiation and Isotopes》：Natural radioactivity and radiological health risk assessment in agricultural soils in the vicinity of a cement production facility

　　

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  研究了阿达纳水泥厂周边农业土壤中的天然放射性核素（NORM）活度浓度。
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  ²³⁸U和²³²Th的平均活度浓度处于天然背景水平范围内。
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  ⁴⁰K的水平略高于全球平均水平，但仍位于典型自然范围内。
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  总有效剂量和终生癌症风险约为全球平均水平的三分之一。
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  研究结果表明，在可持续工业监测的模拟情景下，辐射暴露相对较低。

引言

由于工业制造、材料加工和基础设施运营会向周围的土壤、空气和水中释放放射性元素和含重金属的颗粒物等特殊排放物，因此这些领域成为环境研究的重要关注点（Manisalidis等人，2020；Saravanan等人，2022；Shetty等人，2023）。在此背景下，水泥行业作为全球基础设施发展的基础，因为混凝土是现代建筑、工业设施、道路和桥梁最广泛使用的结构材料（Kalafato?lu等人，2001；B?rbulescu和Hosen，2025）。水泥是混凝土的主要粘合剂，提供了使现代结构能够承受负荷的结构强度（B?rbulescu和Hosen，2025）。鉴于其普遍应用，评估水泥及其相关复合材料（包括混凝土块、烧结砖和耐火材料）的结构和辐射安全性对于公共卫生评估至关重要，这一点已通过多种建筑组件的基础监测研究得到证实（Turhan和Gürbüz，2008；Turhan，2008；Turhan等人，2011；Radic等人，2025）。全球每年的混凝土产量约为60亿吨，而这依赖于每年生产的超过40亿吨水泥（Mohamad等人，2022；B?rbulescu和Hosen，2025）。水泥行业在建筑行业和土耳其经济中也发挥着重要作用。土耳其拥有75家以上的水泥生产厂，年生产能力超过1.24亿吨（Türk?imento，2024）。2024年，土耳其成为全球第五大水泥生产国，水泥产量约为8900万吨（Türk?imento，2024）。

全球范围内，水泥生产行业被认为是一个可能造成环境污染（尤其是大气污染）的高风险行业（Addo等人，2014；B?rbulescu和Hosen，2025）。水泥生产涉及一系列工序，包括原材料开采、粉碎、研磨、通过窑炉烧制形成熟料以及最终研磨（Addo等人，2014）。颗粒物和粉尘排放物受到当地气象条件的影响，可能会污染周围环境和邻近的农田（Zeleke等人，2010；Rovira等人，2011；Ahmed和Abdullah，2012）。值得注意的是，水泥生产中使用的原材料（如石灰石、石膏、粘土、页岩灰、浮石和高炉矿渣）本身含有天然放射性核素（NORM）（Turhan，2008，2010；Turhan等人，2011；Gezer等人，2012）。因此，从水泥厂排放到环境中的粉尘中含有NORM。这种操作过程意味着工业设施周围的农业土壤可能会在长时间内积累NORM，突显了进行精确基线测量的必要性。

NORM包括含有原始放射性核素的物质，特别是铀（²³⁸U）和钍（²³²Th）及其衰变产物，以及钾放射性同位素（⁴⁰K）（Popic等人，2023）。在岩石、土壤、沉积物、灰尘和建筑材料等环境材料中发现的NORM及其衰变产物可能对人体健康有害（Zakaly等人，2024；Popoola等人，2025）。土壤是公众持续暴露于辐射的主要媒介，也是将悬浮颗粒物带入呼吸系统的媒介（Zakaly等人，2024）。农业表土中的放射性核素会随时间累积，并通过食物链传递，最终使当地居民通过摄入和吸入途径受到辐射影响（Zakaly等人，2024；Popoola等人，2025）。居住在 such 设施附近的公众可能会因意外摄入土壤或吸入重新悬浮的粉尘而受到外部伽马射线照射和内部（α、β和伽马辐射）的影响。因此，建立工业区周围农业土壤中NORM活度浓度的精确基线数据库对于公共卫生监测和长期风险评估至关重要。

迄今为止，多项国际研究评估了不同国家运营中的水泥厂周边土壤中的NORM状况及其相关健康风险（Avwiri，2005；Jibiri等人，2010；Addo等人，2014；Isinkaye等人，2015；El-Taher等人，2017；Usikalu等人，2018；Alasadi等人，2021；Yaseen和Najam，2023；Bello等人，2025）。然而，全面的文献回顾表明，目前还没有系统性的数据库或基于距离的比较研究来关注土耳其活跃水泥厂周边表土中的NORM活度浓度，也没有综合的多途径辐射健康风险评估。

为了解决这一科学空白，本研究旨在：（1）使用能量色散X射线荧光（EDXRF）光谱法分析阿达纳水泥厂周边不同距离梯度（1公里、2公里、3公里和4公里）采集的农业土壤样本中的铀（U）、钍（Th）和钾（K）元素浓度；（2）将这些数值转换为²³⁸U、²³²Th和⁴⁰K的基线活度浓度（基于长期平衡）；（3）通过估算总年有效剂量和相应的超额终生癌症风险，评估居住在阿达纳水泥厂附近的成年人的辐射健康风险（RHR）。本研究的新颖之处在于为土耳其的一个主要水泥厂区域提供了首个局部辐射基线数据库，建立了用于监测未来环境变化和支持可持续工业资源管理的强大参考框架。

章节节选

研究区域

阿达纳省位于土耳其地中海地区的东部，是土耳其第七大省份（图1）。该省的地理坐标为北纬35°–38°，东经34°–36°。该省人口约为228万，流域面积达13,844平方公里。阿达纳省是土耳其最重要的农业生产区之一，其丰富的农业潜力源于肥沃的土壤和多样的可种植作物。

物理化学性质

土壤样本的一些物理化学性质数值见表1。土壤样本的pH值介于5.8（中性偏酸）到7.6（略微偏碱）之间，平均值为6.8。电导率（EC）值范围为240至1790 μS cm^?1，平均值为637 μS cm^?1?1

结论

本研究首次评估了阿达纳水泥厂周边不同距离（1公里、2公里、3公里和4公里）农业土壤中的NORM活度浓度，以及居住在该工厂附近的成年人可能面临的辐射健康风险。分析结果显示：（1）农业土壤样本中²³⁸U和²³²Th的活度水平低于地壳平均水平；（2）土壤样本中⁴⁰K的活度水平

作者贡献声明

?eref Turhan：撰写 – 审稿与编辑，起草初稿，方法论制定，调查实施，数据统计分析。Ferhat Gezer：数据可视化，概念框架设计。Gamze S. Selamet：调查实施，数据分析。

伦理审批

不适用。

人工智能使用声明

在准备本研究的过程中，作者使用了Grammarly和人工智能工具（Gemini，版本1.5/2.0）来帮助提高文本的清晰度、结构性和可读性。使用这些工具后，作者对整个内容进行了审查、编辑和验证，以确保其准确反映了他们的想法和解释。作者对发表研究的完整性和原创性负全责。

资金来源

不适用。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究是喀斯塔莫努大学硕士论文的一部分，元素分析在喀斯塔莫努大学中央实验室进行。

?eref Turhan|Ferhat Gezer|Gamze S. Selamet