随着我国工业化进程的加快和经济的快速发展，海洋资源的开采和利用越来越受到重视^[1-2]，尤其是对伴生放射性矿产资源的开发利用日益频繁。由此产生的大量天然放射性核素如铀(U)、钍(Th)、镭-226 (²²⁶Ra)及其子体迁移扩散至环境中^[3]，并通过陆地河流输入^[4]、大气沉降^[5]等方式进入海洋。放射性物质产生的辐射与生物体的组织、细胞发生相互作用，可能导致细胞损伤、DNA损伤、癌症等健康问题，从而导致海洋环境质量恶化^[6-7]。近年来，公众对海洋环境放射性污染的关注持续上升^[8]。铀、钍半衰期长达几亿年，作为三大天然放射系之二的母体，其衰变的子体种类众多，包括极毒组的钋-210(²¹⁰Po)、镭-226、镭-228 (²²⁸Ra)等^[9]。陆源输入是海洋中铀、钍及其子体主要来源之一^[10]。鉴于铀、钍的独特性质，它们在海洋沉积物的核素迁移扩散、污染源溯源、颗粒物沉降等研究中的示踪能力备受关注^{[4, 6, 11]}。海洋生物作为海洋生态系统的重要组成部分，如果遭受过高的辐射剂量，可能会导致其死亡、繁殖障碍、基因突变等，对整个海洋生态系统产生严重的影响^[12-13]。因此，对海洋生物辐射剂量进行评价，有助于指导人类活动，减少对海洋生态环境的破坏^[14-15]。

国内外针对海洋放射性核素铀、钍的相关研究数量众多。Okubo等^[16]对北太平洋中纬度海域钍-230 (²³⁰Th)和钍-232 (²³²Th)含量及分布开展研究，结果表明海水中钍-230分布受水体运移和清除过程的显著影响。钍-230主要来源于陆源物质的输入，其分布与沉积物和颗粒物的输运密切相关。Fiévet等^[17]在英吉利海峡开展放射性核素向海洋生物群转移的动态模拟，使用浓度因子和生物半衰期进行研究，结果显示不同类型海洋生物的放射性核素浓度因子存在显著差异。丁敏霞^[10]对深圳近岸海域海水、沉积物和海产品中钍-232、镭-226、钾-40 (⁴⁰K)等核素的放射性水平及其分布进行研究，并对居民食用海产品所致待积有效剂量进行估算，结果表明该海域放射性核素水平处于本底水平，食用海产品导致的内照射剂量远低于限值，对人体健康无影响。杜金秋等^[18]对渤海海域沉积物中铀-238、钍-232、镭-226等核素的放射性水平和垂直分布进行研究，结果表明渤海沉积物陆源输入影响由西南向东北延伸，海源物质影响向东部外海增强；渤海北部和南部受河流输入影响，沉积物输入不稳定且近几十年波动明显。刘广山等^[19]对胶州湾海域沉积物铀-238 (²³⁸U)、钍-228 (²²⁸Th)、镭-228等放射性核素的含量分布和沉积速率进行研究，发现该海域沉积物放射性核素含量较高，沉积速率为0.64-1.74 cm/a。崔守信等^[20]对厦门邻近海域海水和沉积物中铀-238、镭-226、锶-90 (⁹⁰Sr)等核素的放射性水平及分布进行研究，并对海水和沉积物进行分级评价，结果显示该海域海水及海洋沉积物放射性核素的活度水平处于我国海洋放射性水平变化范围以内，海水放射性环境质量为2级，海洋沉积物放射性环境质量为1级，均属于安全级别。

北部湾海域位于我国南海西北部地区，东临雷州半岛，西靠越南，地理位置优越，入海河流众多，拥有丰富的海洋资源^{[1, 6-7, 21]}。目前对北部湾海域的放射性研究，主要集中于沉积物中天然放射性核素分布特征及来源解析。如毛远意等^[15]对白龙半岛附近海域沉积物中铀-238、钍-228、镭-226等放射性核素含量和分布进行研究，并对沉积物中辐射剂量水平进行评估，结果显示该海域放射性核素的含量水平与我国其他近岸海域接近，γ辐射吸收剂量和平均年有效剂量当量均与世界平均水平相当；林武辉等^[22]对北部湾近岸部分区域沉积物中铀-238、镭-226、镭-228、钾-40进行放射性水平和分布研究，结果显示北部湾沉积物中放射性核素来自地壳风化和河流运输，在北部湾沿防城港、钦州湾至雷州半岛近岸海域呈“蝴蝶”状分布。何华^[13]对北部湾表层沉积物铀-238、钍-232、钚(Pu)和铯-137(¹³⁷Cs)等放射性核素的分布特征进行研究，结果表明该海域天然放射性核素的比活度与其他海域相近，且其空间分布在北部湾内呈现“T”字形特征，从雷州半岛西侧向南延伸至海南岛西侧。尽管已有关于北部湾海域海洋放射性环境的研究，但是至今尚未有专门针对北部湾大范围海域放射性核素铀、钍含量分布，海洋放射性环境质量分级及生物辐射剂量评价方面的全面且系统的研究。故本研究以北部湾近岸海域的海水和表层沉积物为对象，分析放射性核素的含量/活度浓度水平及空间分布特征，以进一步全面了解北部湾海域的海洋放射性环境状况；同时，评估铀、钍对海洋生物的辐射剂量并计算其辐射剂量贡献占比，以揭示放射性物质对海洋生物的影响程度，旨在为我国核能开发利用过程中的海洋环境保护和相关保护措施的制定提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 样品采集与处理

海水及表层沉积物采集参照《辐射环境监测技术规范》(HJ 61-2021)^[23]和《近岸海域环境监测技术规范第一部分总则》(HJ 442.1-2020)等规范的相关要求执行。具体方法如下。①海水采用定点采样方式。当船体到达采样站位后，首先根据风向和流向，立即将采样船周围海面划分成船体沾污区、风成沾污区和采样区3部分，然后在采样区采样^[24]。盛样的聚乙烯桶先用海水洗涤3次再用于采样。海水样品采用加入化学试剂保存法，按预处理要求加入化学试剂，在自然条件下密封保存^[23]。②表层沉积物在海水取样区域采集。待海水采样完成后，使用抓斗工具采集海底表层沉积物，取到所需样品量，装入样品袋^[24]。将采集到的表层沉积物样品装入聚乙烯塑料袋中，密封保存。样品送到实验室后，转移至样品盘中静置一段时间，除去上面的澄清液和异物，烘干水分，研磨至60目后转移至聚苯乙烯瓶中密封保存，避免交叉沾污^[23]。

海水与表层沉积物为同一站位采集，共22个采样站位。采样站位信息见图 1。

1.2 放射性核素分析

海水中铀采用激光荧光法^[25]，以WGJ-Ⅲ型微量铀分析仪(杭州大吉光电仪器有限公司)测定，典型探测限为0.02 μg/L。海水中钍先采用氢氧化铁共沉淀，经N-235-二甲苯萃取，盐酸反萃后，使用偶氮胂Ⅲ做显色剂，采用UV-2600型紫外可见分光光度计(日本岛津公司)测定^[26]，典型探测限为0.02 μg/L。

沉积物中铀、钍的测量方法^[27-28]如下：将预处理后的表层沉积物样品在105 ℃条件下烘干，粉碎过筛，装入样品盒中称重，密封放置21 d，使用GR6022型(美国Canberra公司)和GEM-C7080-LB-C型(美国ORTEC公司)的高纯锗γ能谱仪进行测量，铀、钍的典型探测限分别为10.4、4.17 Bq/kg。

1.3 评价方法 1.3.1 环境质量和环境效应评价

环境质量和环境效应评价依据余雯等^[29]提出的海洋放射性环境质量评价方法和门武等^[30]开发的海洋放射性环境效应评价方法及其配套软件(MREQA V1.0)进行。该软件包括海洋放射性环境效应、海洋放射性环境质量分级和低放废物长期排放的潜在风险评价方法3个模块^[20]。使用海洋放射性环境质量分级模块将海洋放射性环境质量分为1-4级，将本次调查所得的海水和表层沉积物中铀、钍的最高值输入软件后，即可自动生成海洋放射性环境质量等级评估结果。同样地，通过海洋放射性环境效应模块，输入相同的铀、钍最高值数据，可以获得放射性环境效应评价结果。

环境质量评价方法^[29]涉及3个导出活度浓度限值(DCL₁-DCL₃)，先将本研究中海水、沉积物中铀、钍活度浓度最高值(MAX)与对应的第1级导出活度浓度限值(DCL₁)进行比较，若低于DCL₁，那么海水和沉积物的放射性环境质量为第1级；若高于DCL₁，则再与第2级导出活度浓度限值(DCL₂)进行比较，若低于DCL₂，那么海水和沉积物的放射性环境质量为第2级；若高于DCL₂，则继续与第3级导出活度浓度限值(DCL₃)进行比较。通过以上比较，分别得到海水和沉积物的放射性环境质量等级。

环境效应评价方法^[30]涉及海洋生物体辐射剂量，计算公式为

$ D=D_{\text {int }}+D_{\text {ext }}, $

(1)

$ D_{\mathrm{int}}=\sum\limits_i C_i \times D C C_{\mathrm{int}}^i, $

(2)

$ D_{\text {ext }}=\sum\limits_z V_z \sum\limits_i C_{z i} \times D C C_{\text {ext }}^i, $

(3)

式(1)至(3)中，D为总辐射剂量率，D_int、D_ext分别为内、外照射剂量率(μGy/h)；C_i是参考生物中核素i的平均活度浓度(Bq/kg_鲜重)；DCCⁱ_int为核素i内照射剂量转换系数；V_z是居留因子，表示生物在某种介质中居留时间的百分比；C_zi是居留点z的环境介质中核素i的最高核素浓度(Bq/L或Bq/kg)；DCCⁱ_ext为核素i外照射剂量转换系数。参考生物及其辐射剂量模型信息参数参照文献[30]。

当缺少参考生物体内核素活度浓度时，可使用浓集系数CR计算：

$ C_i=C R_i \times W_i, $

(4)

式(4)中，CR_i是核素i的浓集系数，W_i是水体中核素i的活度浓度(Bq/L)。浓集系数CR值的选取参照文献[30]。

1.3.2 铀、钍对海洋生物辐射剂量的贡献占比计算

先分别计算铀、钍对生物的总辐射剂量率，再与铀、钍共同对生物的总辐射剂量率进行比较，得到铀、钍对海洋生物辐射剂量的贡献占比。

1.4 数据处理与分析方法

采用Microsoft Excel 2016软件对数据进行整理，采用Origin 2024b软件的Correlation Plot模块对数据进行Spearman相关性分析及统计分析图绘制。Spearman相关性分析中，当P值小于0.05时，认为结果具有统计学显著性。采用ArcGIS 10.8软件中的反距离权重法对海水和沉积物中铀、钍进行空间插值分析。海水中总铀、总钍含量与活度浓度的换算参照文献[6]的方法。

2 结果与分析 2.1 海水中铀、钍含量与表层沉积物中铀、钍活度浓度

海水和表层沉积物中铀、钍测量统计结果见表 1。海水中铀、钍含量的均值分别为(2.66±0.25)、(0.255±0.076) μg/L，海水中铀含量约为钍含量的10倍；表层沉积物中铀-238、钍-232活度浓度的均值分别为(41.6±19.2)、(39.7±17.6) Bq/kg，差异不大。

2.2 海水和表层沉积物中铀、钍的空间分布

海水中铀、钍的空间分布情况见图 2。铀含量较高的海水点位在防城江、茅岭江、钦江、大风江以及南流江等陆地河流入海口附近，表明北部湾海域海水中铀的来源与陆地入海河流有很大的关系，该区域海水中的铀主要是通过陆源输入进入海洋。铁山港附近海域铀含量较低，可能与九洲江带来的稀释作用有关。北部湾近岸海域海水中铀的含量差异不大，整体上分布均匀，陆源输入的铀含量与海水中的铀含量相当，但其输入并未显著改变海水中铀的总体含量和分布特征[图 2(a)]。钍含量高值(x+σ≥0.331 μg/L)监测点位主要分布在防城江、茅岭江、钦江、大风江以及南流江等入海河流交汇区域以及琼州海峡入湾洋流南上区域[图 2(b)]。

表层沉积物中铀、钍的空间分布情况见图 3。在防城江入海口西南侧沿岸往东至南流江入海口，监测到铀-238活度浓度偏高，说明近岸海域沉积物中铀-238很可能来源于防城江、茅岭江、钦江、大风江以及南流江的陆源输入[图 3(a)]。在防城江西南侧出现钍蓄积的现象，从此处沿岸往东至南流江入海口，表层沉积物中钍-232活度浓度偏高，表明近岸海域沉积物中钍-232也很可能来源于防城江、茅岭江、钦江、大风江以及南流江的陆源输入[图 3(b)]。

在雷州半岛西南侧海域也出现海水中钍和表层沉积物中铀的高值区，该区域没有大型陆地河流入海，这些异常很可能源自琼州海峡方向的物质输送[图 2(b)、图 3(a)]。海水和表层沉积物中铀、钍分布整体呈现近岸高、离岸低，西部高、东部低的特征。

2.3 海水和表层沉积物中铀、钍的相关性分析

海水和表层沉积物中铀、钍的相关性分析结果如图 4所示。海水中铀、钍不存在显著相关性，而表层沉积物中铀、钍呈现显著正相关(相关系数为0.94)。由于本研究采集的沉积物均取自海底表层，所以铀、钍的主要来源为陆源输入和大气沉降。陆源输入的淡水、泥沙和大气沉降颗粒物进入海水后，绝大部分泥沙和大气沉降颗粒物直接沉降，而其余部分则在海水中溶解后，与淡水输入的可溶性铀、钍一起再发生化学沉降，从而导致铀、钍的沉降趋势一致。

2.4 海洋放射性环境质量分级

海水和表层沉积物的放射性环境质量分级结果见表 2。海水放射性环境质量处于第1级，属于安全级别，表示海洋环境海水放射水平处于海洋环境的本底范围以内。沉积物放射性环境质量处于第2级，仍然属于安全级别，表明海洋沉积物放射性水平虽然超出本底范围，但还未危害到人类及海洋生物的健康，仍在人类的安全浓度限值以内。

2.5 海洋放射性环境效应评价

海洋放射性环境效应评价结果见表 3。海水和表层沉积物中铀、钍对海洋生物的辐射剂量很低，远低于对水生生物的剂量限值规定^[31]，环境效应评价结果为无效应。可见，北部湾近岸海域海水和表层沉积物中铀、钍对海洋生物基本无影响。

2.6 铀、钍对海洋生物辐射剂量的贡献占比

铀、钍对海洋生物辐射剂量的贡献占比见图 5。北部湾近岸海域中铀对大型藻类、多毛纲蠕虫以及底栖软体动物辐射剂量的贡献占比为60%左右，对维管植物、涉水禽鸟、爬行动物和海葵/珊瑚辐射剂量的贡献占比为74%-90%；钍对浮游植物、哺乳动物和浮游动物辐射剂量的贡献占比为90%以上，对甲壳动物(虾和蟹)、底栖鱼类和中上层鱼类辐射剂量的贡献占比为64%-81%。以上结果表明，海洋生物所受的来自铀或钍的天然辐射剂量，其主导核素高度依赖于生物种类。铀是大型藻类、多毛纲蠕虫、底栖软体动物、维管植物、涉水禽鸟、爬行动物和海葵/珊瑚辐射剂量的主要贡献者；而钍则是浮游生物、哺乳动物、甲壳动物和鱼类辐射剂量的主要贡献者。相对于钍，铀对底栖生物的辐射剂量贡献更大，可能与沉积物富集作用相关，而钍则可能主要通过水体悬浮颗粒或食物链影响浮游生物和游泳生物。

3 讨论 3.1 北部湾近岸海域与其他海域铀、钍水平的对比

对于海水样品，北部湾近岸海域铀含量(2.21-3.21 μg/L)与南海海域^[32](0.07-4.40 μg/L)处于同一量级，均值[(2.66±0.25) μg/L]与南海海域(2.71 μg/L)相当；钍含量(0.116-0.422 μg/L)与南海海域^[32](0.04-0.77 μg/L)处于同一量级，均值[(0.255±0.076) μg/L]与南海海域(0.28 μg/L)相当。对于沉积物样品，北部湾近岸海域铀-238活度浓度(11.9-72.8 Bq/kg)与白龙半岛临近海域^[15](12.0-87.0 Bq/kg)相近，均值[(41.6±19.2) Bq/kg]略低于白龙半岛临近海域[(48.3±20.2) Bq/kg]；钍-232活度浓度范围(13.5-92.6 Bq/kg)略大于白龙半岛临近海域^[15](13.2-72.9 Bq/kg)，均值[(39.7±17.6) Bq/kg]低于白龙半岛临近海域[(46.1±13.4) Bq/kg]。以上对比表明，北部湾近岸海域海水和沉积物铀、钍均为环境本底水平，处于我国海洋放射性水平变化范围以内。

3.2 北部湾近岸海域铀、钍的来源及联系

本研究中，北部湾近岸海域入海口附近分布有海水和表层沉积物中铀、钍高值区，说明北部湾近岸海域中铀、钍的主要来源为陆源输入。这一结果与文献中有关北部湾沉积物来源，以及近岸海域表层沉积物中铀、钍来源于陆源输入的研究结论一致^{[6-7, 11]}。陆源输入的铀、钍在进入北部湾近岸海域后，发生直接沉降和化学沉降过程，二者沉降速率一致，较好地保存了来自地壳的原始信号，表明铀、钍具有一定的同源性^[33]。

3.3 后续研究方向

基于本研究对北部湾近岸海域放射性核素铀、钍的初步分析结果，为完善该区域海洋放射性环境评估体系，未来可重点开展以下3个方向的研究。

① 提高辐射剂量评价的准确性和适用性。本研究依据文献[30]的方法进行海洋生物辐射剂量效应评价，测量了海水中铀、钍的含量和表层沉积物中铀、钍的活度浓度，但并未开展相关海洋生物中铀、钍活度浓度的测量。值得注意的是，本研究在进行海洋生物辐射剂量评价时，使用的浓集系数等参数均为文献推荐值，而非本研究区域相关生物实测数据。因此，后续研究应开展相关海洋生物铀、钍数据监测，并通过北部湾近岸海域实际情况进行修正，增强评价适用性，使评价结果更加可靠。

② 加强其他核素研究。开展北部湾近岸海域中其他放射性核素，如镭-226、铅-210(²¹⁰Pb)、钋-210和钾-40等天然放射性核素，锶-90、铯-137、钚(Pu)同位素等人工核素的研究，使得北部湾近岸海域的海洋放射性环境和生物辐射剂量评价更加全面、准确，为海洋环境保护和监管提供更科学的数据支撑。

③ 加强对北部湾铀、钍来源的研究。铀、钍为天然放射性核素，广泛存在于岩石和矿物中，经过风化作用、降雨侵蚀及人类活动进入陆地河流，最终汇集到海洋中。虽然北部湾近岸海域的铀、钍主要来源为陆源输入，但是尚未开展具体的来源分析。河流入海口是陆源物质进入海洋的重要通道，研究此区域的铀、钍浓度和形态变化，有助于揭示其迁移规律。后续研究可开展入海河流流域矿产开发与工业活动的铀、钍来源识别，为针对性的污染控制措施的制定提供科学依据。

4 结论

本研究全面分析了北部湾近岸海域海水和表层沉积物中天然放射性核素铀、钍的含量水平和空间分布特征，并对海洋放射性环境质量和海洋放射性环境效应进行评估，主要结果如下。

① 北部湾近岸海域海水中铀、钍含量分别为2.21-3.21 μg/L[均值为(2.66±0.25) μg/L]、0.116-0.422 μg/L[均值为(0.255±0.076) μg/L]。表层沉积物中铀-238、钍-232的活度浓度分别为11.9-72.8 Bq/kg[均值为(41.6±19.2) Bq/kg]、13.5-92.6 Bq/kg[均值为(39.7±17.6) Bq/kg]。与我国其他海域对比，北部湾近岸海域海水中铀、钍含量与沉积物中铀、钍活度浓度均为环境本底水平，处于我国海洋放射性水平变化范围以内。海水和表层沉积物中铀、钍的分布均呈现西高东低，近岸高、离岸低的趋势。海水和表层沉积物中铀、钍的主要来源可能为陆地入海河流和琼州海峡的输入。

② 北部湾近岸海域海水放射性环境质量处于第1级，表层沉积物放射性环境质量处于第2级，均为安全级别。源自北部湾沿岸入海河流携带和核技术利用工业排放的放射性核素并未引起北部湾近岸海域海洋放射性污染。北部湾近岸海域海水和表层沉积物中铀、钍对海洋生物基本无影响。铀在沉积物中的富集使其对底栖生物影响更大，而钍则可能主要通过水体悬浮颗粒或食物链影响浮游生物和游泳生物。

本研究为北部湾近岸海域放射性研究提供了关键基础数据，也为北部湾海域海洋辐射环境监管提供了依据，并为我国核能开发和利用过程中的海洋环境保护、相应保护措施的制定以及海洋资源的利用提供了科学支撑。