核污染對海洋生態系統的影響

高翔　劉西漢

海洋在人類社會發展中的地位至關重要。人類在開發海洋、利用海洋的同時，保護海洋生態環境已成為當前面臨的重要議題之一。隨著核能的不斷開發和核技術的廣泛應用，沿海核電站和船用核動力裝置排放的核廢物以及核事故造成的核泄漏，對海洋環境甚至人類社會產生了巨大破壞，其影響可長達數百年，甚至更長時間。

一、海洋核污染來源

海洋中的放射性物質包含天然放射性核素和人工放射性核素兩大類。天然放射性核素是自然界中天然存在的，包括鈾、釷和錒三大系列核素、宇生放射性核素以及單獨存在于海洋中的長半衰期核素，它們在海洋中的含量一般較穩定，通常視為環境本底。海洋中的人工放射性核素指由于人類活動進入海洋的放射性核素，來源及環境行為不同，不僅其含量往往具有很大差異，而且呈現顯著時空變化。海洋中的人工放射性核素主要來源于：一是核爆炸產生的放射性核素以放射性塵埃的形式進入海洋；二是核動力艦船以及核電廠的放射性核素通過反應堆冷卻水和廢液排放進入海洋，正常運行的核電，其污染物的產生、處理和排放都能得到有效控制，對環境幾乎不產生影響；三是少數核大國在太平洋等深海區域處置的放射性廢物；四是核醫學、科學研究來源的放射性核素，主要是指研究中產生的含放射性的液態流出物的排放；五是由于核事故的發生，放射性核素的意外核泄漏。近年來，核技術的應用越來越廣泛，核事故造成的放射性核素的泄露已經成為當前海洋核污染的主要來源。

二、海洋放射性核素的遷移轉化

放射性核素進入海洋后會與海水中的懸浮物質發生理化反應，包括絮凝形成膠體、被浮游生物濃集等，并以顆粒態或離子態存在于海水中，隨著海流在水平或垂直方向上發生遷移擴散，造成放射性核素在海水中的分布出現明顯的梯度特征。137Cs和90Sr半衰期較長，與生物體關系密切，是海洋核污染的主要指標。137Cs的半衰期為30.17年，在海水中以離子態存在，但容易和黏土性物質結合在一起，海底沉積物是其最終歸宿。90Sr的半衰期為28.6年，在海水中主要以陽離子形式存在，不易被懸浮物吸附，在海水中的遷移擴散主要取決于水體運動。另外，氚水（HTO）是氚（3H）的主要存在形式，其性質與水相同，進入海洋后可以極快速度影響整個海洋生態系統。

相對于海水、生物等介質，沉積物更易于富集污染物，是海洋中放射性核素遷移的最終歸宿。懸浮顆粒物是放射性污染物在水相與沉積相之間遷移的主要媒介，除少部分可作為濾食性海洋生物的食餌外，大部分最終沉降于水底成為沉積物。沉積物在海流和波浪的作用下發生水平、垂直遷移，水平方向上隨水體運動呈現空間變化，垂直方向上能不斷向深層滲入，最終埋沒于深層沉積物中。

三、核污染對海洋生物的影響

核輻射影響海洋生物生長及免疫能力，造成魚類多發疾病甚至死亡。核泄漏事故發生后最初幾周屬急性輻射階段（高劑量、短期），環境中存在大量能發射β射線的短壽命人工放射性核素，對生物產生高劑量率外部輻射。魚類在吸收大量核輻射劑量后幾天或幾周內可產生顯著的不可逆生物學損傷，并最終死亡。慢性輻射（低劑量、長期）可造成魚類多種生理、代謝指標惡化，損害魚體健康和舒適度，包括血液成分負面變化、對細菌/病毒感染的免疫反應減弱和延遲、對寄生蟲感染的抵抗力減弱以及器官或組織的功能出現障礙等。白細胞對輻射特別敏感，暴露通常會導致對提供免疫保護至關重要的免疫細胞數量下降［9］。寄生蟲感染等生態交互作用可顯著加重輻射對寄主種群的危害。同時已有研究證實慢性輻射能夠對海洋硬骨魚的肝功能和消化道造成損傷［10］。核輻射劑量率高于10 mGY/d時，生活在理想環境條件下的孤立魚類種群的發病率會大幅度提高。

核輻射影響海洋生物正常繁殖，造成漁業資源衰退。放射造成的繁殖能力損傷表現在延遲性成熟，減少生殖細胞的發生，降低魚卵質量和活力，甚至殺死魚卵等。在切爾諾貝利廢棄核電站的冷卻池中發現一種銀鯉的輻射暴露個體，較正常個體的不育率和性腺畸變率增高，受輻射個體子代的生殖系統發生畸變［11］。長期低劑量率γ射線輻射導致歐洲鰈的精巢質量顯著下降［12］，精子的發生量和存活率降低。魚類種群生殖能力隨著劑量率的增加而降低，核輻射劑量率到達25 mGY/d時不足以維持種群數量［13］。

海洋生物成為放射性核物質的載體，將核污染擴散至更多區域。海洋生物通過海水、攝食和體表吸收等途徑吸收并富集放射性核素，成為海洋核污染的攜帶者和傳播者。一方面海洋生物通過洄游或漂流將放射性污染物質帶到其他海區；另一方面通過攝食和食物鏈傳遞最終將放射性核素富集到高營養級生物體中。海洋植物和藻類對放射性核素有很強的濃集能力，如137Cs在藻類的濃度可高于周圍水體濃度的100～500倍。放射性核素通過攝食和滲透等方式在食物鏈之間遷移和累積，而通過水生生物殘骸等形式長期沉積于海底的放射性核素又可通過與海水界面的交換不斷釋放返回海洋。

四、核廢水排放對我國海域的影響

日本福島核電站于2011年3月11日發生核事故，此后十余年中核廢水不斷累積，至2023年已超過一百余萬噸［14］。2023年8月，東京電力公司正式將福島第一核電站核污染水排海。放射性物質能否擴散到中國海域、未來海產品是否安全等成為焦點。

目前，核廢水排放產生的生態風險僅限于局部海域。根據福島核電事故后各國在西北太平洋開展的海洋生物放射性監測調查及輻射劑量率評估結果，福島核電站事故后排污口附近的海洋生物受事故釋放的放射性核素影響的風險較大，小于30 km的近海海域的貝類和魚類存在風險，大于30 km的外海海域的海洋生物基本不存在輻射效應的風險，但部分魚類體內放射性含量相對于背景值有升高趨勢。［15］

近年來，為掌握海洋核污染的現狀和變化情況，中華人民共和國國家海洋局每年都組織開展我國近海及各核電站鄰近海域放射性水平監測。目前，中國近岸海域海洋放射性水平處于海域放射性本底范圍內，各海域放射性核素水平與參考值相比均在正常范圍內。［16］中國海洋環境尚未受到核污染的影響，但值得注意的是，放射性核素的遷移是一個長期的過程。根據海洋動力學相關成果，本次日本核電站排放的高輻射廢水進入海洋后，首先隨黑潮延伸體向東至東北方向輸運，進入北太平洋，影響太平洋東岸地區，繼而隨太平洋環流對整個環太平洋地區造成影響，再而擴散至全球海洋，引發全球層面的負面影響。

五、科學界應對核污染的行動

核廢水排放毫無疑問會對海洋生態環境及海洋生物造成嚴重負面影響。盡管當前僅影響局部海域，但長期來看，全球海洋均難以避免受到核廢水污染。為保障海洋生態安全和人身健康，全面、實時、準確掌握核污染程度及生態環境損害情況成為亟待解決的科學問題。因此，科學界倡議在以下方面加強開展人工放射性核素研究［17］。

第一，開展人工放射性核素沿食物鏈向上傳遞機制的研究。進行實驗室放射性測試和野外調查研究，精確計算人工放射性核素從海水到顆粒物和浮游生物，從浮游生物到魚類，從魚類到人類的轉移系數。

第二，開展攜帶人工放射性核素的海洋魚類洄游模式的研究。一些洄游魚類可能會將微量核素帶入未受影響地區的食物網。當發生放射性廢物處置或泄漏時，應考慮攜帶人工放射性核素的海洋魚類洄游，及時制定放射性核素處理方案，以及可能受放射性核素影響地區的海洋安全預案。

第三，開展慢性核輻射對魚類不同生活史階段影響的研究。一些人工放射性核素具有很長的半衰期，會對海洋魚類產生慢性核輻射，對海洋魚類生殖、發育等生理活動產生重要影響，應制定海洋輻射安全戰略，維護海洋漁業安全。

第四，更新或建立新的國際海洋核安全標準體系。國際海洋安全標準應充分考慮新情況、新成果。世界各沿海國家應定期開展聯合評估，達成共識，積極參與建立新的國際海洋安全標準，共同維護海洋生態系統的安全。

注釋：

①中華人民共和國農業農村部：《2022年全國漁業經濟統計公報》和《2021年全國漁業經濟統計公報》。

②中共中央 國務院印發《擴大內需戰略規劃綱要（2022—2035年）》，載于中華人民共和國中央人民政府網站2022年12月14日。

③參見中華人民共和國自然資源部：《2022年全國海水利用報告》，2023年9月24日。

④參見中華人民共和國自然資源部：《中國海洋經濟統計公報（2015—2022年）》，2016年3月7日至2023年4月13日。

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責任編輯：艾 嵐

基金項目：河北省科學院兩院合作項目“河北省濱海濕地互花米草擴散特征研究”（23105）

作者簡介：高翔（1988-），男，山東濰坊人，河北省科學院助理研究員，博士；劉西漢（1987-），男，河北清河人，河北省科學院副研究員，博士。