“日本10年前發(fā)生的核泄漏事故導(dǎo)致16萬(wàn)人流離失所，并劃出了12.5英里的禁區(qū)。那么，那些遭受核污染的土壤，日本是怎么處理的？它長(zhǎng)出的糧食到底安不安全？”
陳能場(chǎng)
廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所研究員
大家好，我是陳能場(chǎng)，來(lái)自廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所，今天跟大家分享的主題是《當(dāng)土壤遇見(jiàn)了核污染，我們?cè)撛趺崔k？》
土壤對(duì)人類非常重要，土壤和我們的關(guān)系就像水與魚的關(guān)系。它除了給我們提供糧食之外，還對(duì)我們的生態(tài)安全、生物多樣性、氣候變化以及水安全、能源安全都有非常重大的影響。比如對(duì)氣候變化，由于土壤是地球上第二大碳庫(kù)，所以土壤中一點(diǎn)點(diǎn)二氧化碳的變化就會(huì)影響到我們大氣的安全。
歷史上有很多的古文明，因?yàn)闆](méi)有善待土壤而消亡了，比如瑪雅文明和兩河文明。很多偉大的文明往往因?yàn)闊o(wú)法阻止土壤的退化而消亡。
現(xiàn)在人類活動(dòng)對(duì)地球上土壤的影響非常大，大體上已有38%的土壤因?yàn)槿祟惢顒?dòng)而嚴(yán)重退化，產(chǎn)生了包括土壤酸化、土壤鹽漬化、土壤沙漠化以及土壤污染等問(wèn)題。
今天跟大家討論的則是土壤核污染。
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土壤核污染為何可怕？
就在最近，日本要將120萬(wàn)噸的核廢水排入海洋，引起了國(guó)際輿論的爭(zhēng)議。
大家可能第一時(shí)間會(huì)想到日本10年前發(fā)生的核泄漏事故，那次的核事故導(dǎo)致了差不多16萬(wàn)人流離失所，并劃出了12.5英里（約20.1千米）的禁區(qū)。
2011年日本核泄漏
那么，那些遭受核污染的土壤，日本是怎么處理的？它長(zhǎng)出的糧食到底安不安全？
在講日本核污染土壤治理之前，先跟大家回顧一下核物理研究歷史上非常著名的6位科學(xué)家，分別是倫琴、貝克勒爾、居里夫婦、戈雷和西弗。
今天的演講會(huì)涉及到的兩個(gè)核輻射單位，就是用他們中兩人的名字命名的。
一個(gè)是貝克，是放射性活度單位，每秒一個(gè)原子核衰變產(chǎn)生的輻射，就叫1個(gè)貝克；另一個(gè)是人體遭受核輻射時(shí)的接收單位，每千克人體組織吸收1焦耳的能量就叫1西弗。貝克是一個(gè)原子單位，非常小，西弗則很大。
事實(shí)上，我們?nèi)祟惿钤谔烊惠椛淅铮總€(gè)人每年平均會(huì)接收2.4毫西弗的核輻射。國(guó)家規(guī)定我們每個(gè)人每年接收的輻射不能超過(guò)2.7毫西弗。
我們一年吃的食物、呼吸的空氣、還有喝的水，加起來(lái)所接受的輻射量大體上是0.25毫西弗；如果你在萬(wàn)米高空飛行，接受的輻射劑量是2微西弗/小時(shí)；如果你一天抽一包煙的話，一年會(huì)接收0.5-1毫西弗；你去照一次X光會(huì)接受0.1毫西弗左右，如果是全身CT會(huì)達(dá)到10毫西弗。
輻射之所以可怕，就是因?yàn)楫?dāng)你接收到1000毫西弗時(shí)，5%的人可能會(huì)患上癌癥，而達(dá)到10000毫西弗，即10西弗時(shí)，一周內(nèi)可能就會(huì)死亡。
2011年日本的核泄漏事故，泄漏了90萬(wàn)萬(wàn)億貝克的核物質(zhì)（放射物質(zhì)），它主要的核物質(zhì)是銫137，其放射量達(dá)到了廣島核事故的168倍。
日本福島核泄漏
日本的這次核事故主要放射出3種核物質(zhì)，分別是銫134、碘131和銫137。
碘131和銫134的半衰期都很短，分別是8.02天和2.07年。所謂半衰期就是這個(gè)物質(zhì)衰變到只有一半的量所需要的時(shí)間。所以這兩種物質(zhì)在短期內(nèi)都會(huì)衰變，從而不再產(chǎn)生核輻射的作用。
而最讓我們關(guān)心的是銫137，它的半衰期是30.1年，這意味著30年內(nèi)還會(huì)有顯著的核輻射。
我們?nèi)梭w主要接受兩種輻射，一種是外部輻射，比如來(lái)自醫(yī)療或者來(lái)自地表的核放射物質(zhì)對(duì)我們?nèi)梭w的輻射；另一種是內(nèi)部輻射，比如我們通過(guò)食物、飲水等將輻射的物質(zhì)吃到體內(nèi)去，從體內(nèi)產(chǎn)生的輻射。
而這些吃到人體中的輻射物質(zhì)在大人和小孩體內(nèi)的分布是不一樣的，小孩體內(nèi)在甲狀腺區(qū)域存在特別多。
切爾諾貝利核事故里面也有研究表明，如果孩子越小，在接受核輻射的情況下，他得甲狀腺癌的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)越高。
銫-127在成年人和小孩體內(nèi)器官積累量的差別 (Y. I. Bandazbervsky:Swiss Med. Wkly.,133,488（2003）)
人類歷史到現(xiàn)在主要有兩次最大的核事故，一次是1986年的切爾諾貝利核事故，一次是2011年日本的福島核事故，它們都達(dá)到了核事故最高等級(jí)，非常嚴(yán)重。
人類歷史上兩次最大的核事故
切爾諾貝利核事故的影響半徑達(dá)到了30公里，影響人口達(dá)到了13.5萬(wàn)人；而福島核泄露事故是20公里，影響人口達(dá)到了7.8萬(wàn)人左右。
至今為止，這兩個(gè)核事故發(fā)生地都還不能解除封鎖。至于什么時(shí)候可以解除？還不知道。所以核事故對(duì)人類的影響非常大。
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日本福島是如何治理核污染土壤的？
日本福島核泄露事故釋放出了大量的核放射性物質(zhì)。因?yàn)檫@個(gè)核電站建在海邊，所以有80%核物質(zhì)會(huì)直接或間接地泄露到海里，但有20%的核物質(zhì)依然留在陸地上，給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)非常大的問(wèn)題。
那80%泄漏進(jìn)海里的核物質(zhì)，大部分會(huì)順著洋流向東流去，一小部分則會(huì)隨著環(huán)流去到南部。當(dāng)年10月22日，在美國(guó)檢測(cè)到了日本3月11日核事故泄露的物質(zhì)，說(shuō)明其已到達(dá)美國(guó)。所以，由于整個(gè)環(huán)流是往東流去，這次核泄漏對(duì)我們中國(guó)沒(méi)有太大的直接影響。
而在陸地上的這20%核物質(zhì)，我們則需要考慮到它的存在狀態(tài)。
福島縣是一個(gè)森林覆蓋率很高的地區(qū)，達(dá)到了71%。它又地處于溫帶，所以它土壤中的礦物主要是云母以及云母演化的蒙脫石等，不像我們南方土地，大多是高嶺石。這兩個(gè)因素會(huì)極大地影響這些核物質(zhì)在土地上的過(guò)程和行為。
福島核泄漏對(duì)土壤造成的污染是非常大的。經(jīng)過(guò)半年以后再檢測(cè)土壤，發(fā)現(xiàn)它的影響輻射半徑達(dá)到750公里，最高的輻射量能達(dá)到5萬(wàn)貝克那么高，所以上到北海道，下到四國(guó)以及中國(guó)地區(qū)（日本地名）等都會(huì)受到核物質(zhì)的影響。
福島核泄漏的影響范圍與程度
而且經(jīng)過(guò)測(cè)算，需要治理的土壤量達(dá)到了2200萬(wàn)立方米，占日本一年總固體廢物量的20%。這個(gè)量非常大，所以雖然80%漂到海里去了，但這20%還在陸地上產(chǎn)生很大的影響。
經(jīng)過(guò)預(yù)計(jì)，到10年、20年、30年甚至100年之后，在當(dāng)年輻射量最嚴(yán)重的地方還會(huì)留下非常多的核泄漏物質(zhì)，這些地方還不能住人。
經(jīng)過(guò)評(píng)估，日本需要將全部受核污染影響最大的區(qū)域，包括12個(gè)鎮(zhèn)、鄉(xiāng)、村等進(jìn)行城市重建和土壤修復(fù)，這是一個(gè)很大的工程。
需要重建與修復(fù)的地區(qū)
下圖就是針對(duì)不同區(qū)域和類型進(jìn)行的土壤治理。
比如小學(xué)要拆掉，將土地進(jìn)行挖掘和平整；農(nóng)田則要清除覆蓋物，地表也要進(jìn)行挖掘處理；社區(qū)也要拆掉等。
道路、屋頂也都要如下圖進(jìn)行清洗，把沾有核物質(zhì)的物品清出來(lái)，拿去焚燒。
圖片來(lái)源：https://www.kumagaigumi.co.jp/news/2012/nw_120305_1.html
但焚燒會(huì)產(chǎn)生很多的飛灰，所以還要對(duì)飛灰進(jìn)行清洗，將那些沾有非常多核物質(zhì)的東西進(jìn)行減量化，最后拿到國(guó)家的處理場(chǎng)去處置。另外一些不含核物質(zhì)的就放到一般的處理場(chǎng)去。所以整個(gè)工程量是非常大的，單單土壤就有2200萬(wàn)立方米。
針對(duì)土壤，他們首先要拿著核檢測(cè)儀對(duì)土壤進(jìn)行調(diào)查，用ArcGIS或一些軟件把它做成地圖，甚至做成立體圖，然后進(jìn)行挖掘。
土壤調(diào)查與制圖
下圖就是一個(gè)正在挖掘的場(chǎng)面。
下圖可以看到要挖出來(lái)的土壤十分多，而且要裝在黑色的袋子里。因?yàn)楹谏拇幽軌驅(qū)⑤椛涞奈镔|(zhì)吸收下來(lái)，不會(huì)擴(kuò)散到外面去。
由于總共有2200萬(wàn)立方米的污染土壤，太多了，所以都放置在沒(méi)有人居住的廢棄房子周邊、道路旁邊。
有些甚至就近放在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的村里面，有些地方還要進(jìn)行進(jìn)一步的覆蓋。
所以如果你現(xiàn)在到福島去，可以看到非常壯觀的場(chǎng)面。
此外，因?yàn)楹宋镔|(zhì)會(huì)跟土壤結(jié)合，隨著大雨流到海里面去，所以一些核物質(zhì)含量比較低的，就堆積在海岸線上，用來(lái)做防護(hù)工程。
構(gòu)筑堤壩避免放射性物質(zhì)流入大海
對(duì)這些被核污染的土壤進(jìn)行治理，日本總共用了3種方法。
第一種是土壤清洗。土壤的形成是非常慢的，100年才能形成1-2.54厘米厚的土壤，所以這個(gè)土壤清洗完還要再回收利用。
下圖是土壤清洗的處理流程圖。
汽車將污染土壤載過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)鏟車，鏟到輸送帶上去，經(jīng)過(guò)篩分和水洗，水洗完進(jìn)行沉淀，沉淀后再用高速離心機(jī)進(jìn)行分離，然后再進(jìn)行浮選。經(jīng)過(guò)這樣處理，上面干凈的土壤就可以拿去再回收利用了。而下面富集核放射物質(zhì)的土壤要再由國(guó)家進(jìn)行一個(gè)長(zhǎng)期的最終的處理。
那含銫物質(zhì)的土壤怎么處理呢？最簡(jiǎn)單的方法即如下圖左側(cè)所顯示的：把土壤運(yùn)過(guò)來(lái)，如果黏土不多，只有4%，就連沙子一起下去洗，把沙子表面也洗干凈，就像左側(cè)的池里面；而剩下的沙還是有一些，比如說(shuō)百分之十幾的核物質(zhì)，就要進(jìn)行篩分，把不同粒徑的沙篩出來(lái)，因?yàn)椴煌降纳澈暮宋镔|(zhì)是不一樣的。最后再把最細(xì)小的那些黏土跟沉淀下來(lái)的黏土組合固化，用水泥封存，然后剩下的這些沙和清水就可以再回收利用。下圖右側(cè)是程序操作的場(chǎng)景，經(jīng)過(guò)這樣的處理，大體上99%的核放射性物質(zhì)就可以處理干凈。
下圖是一張?zhí)幚韴D，左上角開始挖后，就把土送去處理，下面中間就是一些洗好的泥土，這是一個(gè)非常大的工程。
我舉一個(gè)幼兒園的例子。一個(gè)幼兒園總共要挖的表面土壤有700平方米、5公分那么厚，因?yàn)楹宋镔|(zhì)主要在表面2- 5公分左右。它總共挖出來(lái)的土壤是6559公斤，經(jīng)過(guò)這樣處理，三分之二的核物質(zhì)就被去除掉了。
第二種方法是植物修復(fù)。即讓植物的根系將輻射物質(zhì)吸收出來(lái)，再進(jìn)行處理。
自切爾諾貝利事故以來(lái)，很多科學(xué)家就努力在想，用什么方法能把土壤中的核物質(zhì)取出來(lái)？結(jié)果發(fā)現(xiàn)有很多植物可以做到，其中一個(gè)就是向日葵。
所以在切爾諾貝利和日本福島，都種了非常多的向日葵。如下圖所示，在福島周邊種了數(shù)百萬(wàn)株的向日葵。
向日葵將核物質(zhì)提取出來(lái)后，就會(huì)被收割送去焚燒，然后再把核物質(zhì)富集起來(lái)處理。經(jīng)過(guò)這樣的初步處理之后，很多農(nóng)田可能就可以用來(lái)種東西了。
但是，我們還是會(huì)擔(dān)心種植時(shí)核物質(zhì)會(huì)進(jìn)入我們的食物里，所以怎樣在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面實(shí)現(xiàn)核安全呢？他們采取了很多的措施，這就是第三種方法，農(nóng)藝措施。
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)里核有兩種途徑進(jìn)入植物。一個(gè)是通過(guò)地上和空氣中的飄塵進(jìn)入到葉片里，另一個(gè)是通過(guò)土壤中的根系被吸收進(jìn)去。所以他們給農(nóng)民提出一個(gè)指南，指導(dǎo)其至少要采取的四種方法：
第一要深耕，這不僅可以讓核物質(zhì)充分混合稀釋，還能使其與土壤中的那些小顆粒緊緊地固定下來(lái)，這樣就可以起到稀釋和固定的作用。
第二要檢測(cè)和施入鉀肥。因?yàn)殁浐弯C是同一族的元素，它們都是一價(jià)元素，性質(zhì)非常相似，所以當(dāng)土壤加入足量的鉀，銫就很難進(jìn)入到我們的食物里。有一些地方在核事故之前的超標(biāo)率反而更高，就是因?yàn)闆](méi)有施鉀。
第三要防倒伏，收割的時(shí)候要遠(yuǎn)離地面，這樣可以避免食物接觸到土壤中的核物質(zhì)。
第四，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所用的化肥、有機(jī)肥等，要經(jīng)過(guò)充分的檢測(cè)，不要把核物質(zhì)帶到里面去。通過(guò)這樣一些方法，就可以把糧食做得更安全。
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治理過(guò)后的核污染土壤能否種出安全糧食？
大家可能都很關(guān)心，那糧食到底安不安全？
如下圖所示，在日本核事故發(fā)生的當(dāng)年，日本有2.2%的大米是超標(biāo)的（大米的安全限制是500貝克/公斤），但是到了2012年和2013年，超標(biāo)率突然大幅度下降，超標(biāo)率只有0.0008%和0.0003%，即100萬(wàn)袋里只有8袋、3袋超標(biāo)。到了2015年就只有0.00002%，即幾乎沒(méi)有超標(biāo)。而之后到現(xiàn)在則都是零污染的狀態(tài)。
所以通過(guò)這些方法能夠很好地控制銫137這一放射性物質(zhì)，生產(chǎn)出安全糧食。
除了稻米，其他蔬菜、肉類也都很安全。如下圖所示，在2011年時(shí)，食物都存在不同程度的超標(biāo)，但是到了2015年就全部達(dá)標(biāo)了。但是同時(shí)可以注意到最下面三行字是黑的，即像蘑菇、野菜、水產(chǎn)品以及野生動(dòng)物等，因?yàn)楹茈y控制，還有不同程度的超標(biāo)，特別是野生動(dòng)物。
所以整體來(lái)講，經(jīng)過(guò)這樣處理，福島那邊的糧食還是很安全的。
那為什么在這樣一個(gè)大量輻射的情況下，糧食會(huì)依然安全呢？這主要?dú)w結(jié)于與土壤性質(zhì)相關(guān)的兩個(gè)重要原因。
一個(gè)是因?yàn)楦u處于亞熱帶，所以土壤整個(gè)發(fā)育過(guò)程留下的礦物主要是云母原生礦物或者演化產(chǎn)生的次生礦物蒙脫石。云母在水分干燥的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生肉眼不可見(jiàn)的，非常細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)的開裂。這時(shí)銫就會(huì)像下圖一樣，塞到縫里面去出不來(lái)。所以云母能夠?qū)C牢牢地固定下來(lái)。
另一個(gè)原因就是因?yàn)殁浐弯C是非常強(qiáng)的相互拮抗物質(zhì)，所以在土壤中施入足量的鉀，銫的含量就會(huì)降低，就很難進(jìn)入到我們食物中去，如下圖所示。
所以在科學(xué)會(huì)議上，一位日本教授（石井慶造）說(shuō)，幸虧福島地處溫帶，土壤中的云母等黏土礦物能夠把核污染物（銫）充分固定下來(lái)，拯救了整個(gè)福島和旁邊的宮城兩個(gè)縣。
日本在治理核土壤污染做了非常大的努力。但不管怎么說(shuō)，核事故終究是一個(gè)核事故，給全球所有人帶來(lái)了不安和影響，它對(duì)人類、環(huán)境、生態(tài)、土壤都產(chǎn)生著非常遠(yuǎn)的影響。
近來(lái)，日本提出要將120萬(wàn)噸含氚的核廢水排到大海里，大家都感到恐怖不安，因?yàn)楹诵孤抖喽嗌偕贂?huì)影響到大家的生活。
人類生活在這片土地上，95%的食物都是直接或間接來(lái)自于土壤，所以聯(lián)合國(guó)在2015年設(shè)置了“世界土壤日”，呼吁大家保護(hù)土壤。
只有我們的土壤健康，糧食才能安全，人群才會(huì)健康，我們的社會(huì)才會(huì)健康！
謝謝大家。
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