尼日利亚拉各斯州马吉敦河鱼类、水和沉积物（粗砂）样品中的放射性核素污染水平评估

《Environmental Health Insights》：Radionuclide Contamination Levels in Fish, Water and Sediment (Sharp Sand) Samples From Majidun River, Lagos State, Nigeria

　　

摘要：马吉敦社区位于尼日利亚拉各斯州伊科罗杜，是一个人口密集的渔业定居点。流域内的城市化和工业活动引发了对污染的担忧，但目前尚无放射性基线数据。本研究旨在测定马吉敦河中鱼类、沉积物（粗砂）和水样中40K、226Ra和232Th的活度浓度，并评估相关的放射学健康影响。研究人员采集了30份鱼类、20份沉积物和15份水样，采用伽马能谱法（gamma-ray spectrometry）进行分析。针对沉积物计算了放射学危害指数，针对鱼类和水计算了待积有效摄入剂量（committed effective ingestion dose）。结果显示，鱼类中40K、226Ra和232Th的平均活度浓度分别为19.0 ± 8.5、3.1 ± 1.8和2.4 ± 1.6 Bq kg?1；沉积物中分别为381.1 ± 35.0、17.4 ± 5.9和12.4 ± 4.0 Bq kg?1；水中分别为23.2 ± 2.8、2.2 ± 2.0和1.7 ± 1.5 Bq L?1。沉积物浓度显著低于全球平均值，所有危害指数均在推荐限值内。来自鱼类的平均待积有效摄入剂量为0.0092 mSv y?1。来自水的年平均有效摄入剂量对于1岁、5岁、10岁、15岁和成人组分别为0.30、0.19、0.33、0.38和0.46 mSv y?1，均超过了世界卫生组织（WHO）0.1 mSv y?1的个人剂量标准。研究结论认为，粗砂用于建筑无放射学限制，测得的鱼类活度表明食用无放射学危害。然而，饮用水的摄入剂量在所有年龄组均超过个人剂量标准。作为首个放射性基线调查，该研究确定饮用水是监测和干预的优先对象。

一、研究背景与目的

马吉敦社区位于尼日利亚拉各斯州伊科罗杜，是一个以渔业为主的密集聚居区，同时也是粗砂采掘和锯木业的中心。随着城市化和工业活动的加剧，河流污染问题日益受到关注。此前关于马吉敦河的研究主要集中在水质理化参数、大型底栖动物和浮游动物组成等方面，但尚未有任何研究报道该河流中鱼类、沉积物（粗砂）和水体中天然放射性核素的污染水平。因此，研究人员开展了此项研究，旨在建立该区域的首个放射性基线数据，测定⁴⁰K、²²⁶Ra和²³²Th三种天然放射性核素的活度浓度，并评估其对当地居民和环境的放射学健康影响。

二、研究方法概述

研究人员将马吉敦河划分为上游（Ajaguro）、中游（Owotu）和下游（Ipakodo）三个河段，共采集20份沉积物、30份鱼类（涵盖10种当地常见消费物种）和15份水样。所有样品依据国际原子能机构（IAEA）推荐程序进行采集、制备和保存。样品经烘干、粉碎、密封储存28天以达到放射性平衡后，使用掺铊碘化钠NaI(Tl)探测器配合多道分析仪进行伽马能谱分析。通过能量和效率校准，计算各放射性核素的活度浓度。同时，基于活度浓度计算了多项放射学危害指数，包括空气吸收剂量率（D_R）、年有效剂量（AED）、镭当量活度（Ra_eq）、外照射危害指数（H_ex）和内照射危害指数（H_in），并依据ICRP和WHO推荐方法计算了鱼类和饮用水的待积有效摄入剂量。统计分析采用描述性统计、夏皮罗-威尔克正态性检验、单因素方差分析（ANOVA）及克鲁斯卡尔-沃利斯检验等方法。

三、研究结果

3.1 沉积物活度浓度、来源及放射学危害

沉积物中⁴⁰K、²²⁶Ra和²³²Th的平均活度浓度分别为381.1 ± 35.0、17.4 ± 5.9和12.4 ± 4.0 Bq kg^?1，均显著低于联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）报告的全球平均值。这一低值模式与研究区所在的达荷美盆地地质背景一致——该盆地以成熟的石英砂和黏土为主，缺乏富含铀和钍的抗风化物重矿物。所有放射学危害指数均远低于国际放射防护委员会（ICRP）推荐的限值，表明马吉敦河的粗砂用作建筑材料无放射学约束。

3.2 放射性核素沿河空间分布

沉积物中⁴⁰K和²³²Th的活度浓度在不同河段间存在显著差异，上游河段明显高于中游和下游。研究认为这可能由两个机制共同导致：一是下游受拉各斯潟湖潮汐影响，海相物质稀释了陆源碎屑；二是钾和钍主要赋存于碎屑矿物相，而镭则因吸附-解吸平衡而空间分布均匀。水中放射性核素未发现显著空间差异，表明溶解态和悬浮态物质在潮汐交换时间尺度上混合充分。

3.3 鱼类中放射性核素及食物链转移

鱼类中⁴⁰K、²²⁶Ra和²³²Th的平均活度浓度分别为19.0 ± 8.5、3.1 ± 1.8和2.4 ± 1.6 Bq kg^?1。其中⁴⁰K占主导地位，这与其在生物体内作为必需元素的生理作用一致。不同食性和栖息习性的鱼类之间活度浓度存在差异，底栖鱼类对²²⁶Ra和²³²Th的富集程度高于上层鱼类。从鱼类摄入的年平均待积有效剂量仅为0.0092 mSv y^?1，远低于1 mSv y^?1的公众剂量限值，表明食用该河鱼类无显著放射学风险。

3.4 饮用水的有效摄入剂量

水中⁴⁰K、²²⁶Ra和²³²Th的平均活度浓度分别为23.2 ± 2.8、2.2 ± 2.0和1.7 ± 1.5 Bq L^?1。基于ICRP年龄特异性剂量系数和WHO推荐的年饮水量，计算得出1岁、5岁、10岁、15岁和成人组的年平均有效摄入剂量分别为0.30、0.19、0.33、0.38和0.46 mSv y^?1。所有年龄组的剂量值均超过了WHO规定的0.1 mSv y^?1个人剂量标准，其中成人组超出近4倍，表明饮用水是该河流最主要的放射学暴露途径。

四、讨论与结论

研究人员指出，沉积物中放射性核素水平较低是由区域地质背景决定的，而非人为污染所致。虽然水中活度浓度本身并未超过WHO指导水平，但结合年龄特异性剂量系数和年饮水量后，所有年龄组的有效剂量均超标，其中²²⁶Ra是主要贡献者。研究强调，这是马吉敦河流域首次建立的放射性基线数据，填补了该区域的环境辐射安全空白。研究结论明确指出：粗砂用于建筑无放射学限制，鱼类食用无放射学危害，但饮用水在所有年龄组均超出个人剂量标准，应将其列为未来监测和干预的优先对象。