非人类物种辐射效应（effects of ionizing radiation on non-human species）核设施释放的放射性物质进入环境后，通过各种途径对非人类物种（指除人以外的物种，包括动、植物和微生物）生物个体及其种群产生的辐射生物效应。

非人类物种辐射效应可以划分为几大类：早期死亡、发病率增加、繁殖能力下降和遗传效应。一般假定发病率和生殖障碍是在比导致死亡低得多的剂量下出现。由于非人类物种存在自然选择，只有在特定环境条件下，当变异成为优点时，遗传效应才能在种群水平传播。生态系统是一个极其复杂的系统，对生态系统的效应通常是在种群或群落层次观察到的。但有关剂量效应的信息则通常是在个体这一层次获得的。

排放到环境中的放射性核素进入生态系统，会对野生生物种群产生慢性低剂量率照射。当构成种群的个体没有可觉察到的效应时，可能也没有种群水平的效应。同样，如果没有种群水平的效应，可能也不会有群落效应。余此类推，直至生物的各个水平。通常以生物种群为保护目标，保护的重点是受照剂量最大和（或）最敏感的种群。由此可见，应该考虑的是那些可能受长期、低水平辐射影响而且对生物种群延续具有影响的个体表征，包括死亡率、受精率、产卵率、生长率、活力和突变率等。

动物和植物对电离辐射敏感程度的范围很大。生物对辐射的敏感性与受照时所处的生命阶段有关。胚胎和未成熟型比成熟个体更为敏感。动物对电离辐射的敏感程度范围很宽。哺乳动物是最敏感的，其次是鸟类、鱼类、爬行动物和昆虫。高等植物对电离辐射最敏感，其次是苔癣、地衣、藻类等。植物的辐射敏感部分通常是位于根部和芽尖的分生组织，而对于树木，则是环绕树干的年轮。分生组织的这种浅表部分使其特别易受来自沉积放射性核素的辐射照射的损害。繁殖能力对种群的延续特别重要，是对放射性最敏感的种群性标志。

辐射生物效应的基本概念  电离辐射将能量传递给生物体引起的任何改变，统称为电离辐射生物效应（Ionizing radiation biological effect）。

辐射在生物体中诱发生物效应的靶均是DNA，所有DNA分子的直径约为2nm，辐射在其中的能量沉积是相似的。电离辐射可以诱发不同类型的DNA损伤，其中最重的是难以修复的DNA双着丝点断裂。细胞对辐射的敏感性差异显著，辐射敏感性也与细胞周期有关，不同器官或部位其敏感性也不相同。由于存在能量沉积的不均匀空间分布，因而在相同剂量下，其生物效应可能不同。可以运用相对生物效应（Relative Biological Effecd）定量化描述这种差异，该因子与所规定的特定生物体或组织中的生物学终点有关。高辐射剂量可以杀死大量细胞，从而损害活的器官和组织的功能，高于一定的阈剂量，确定性效应将发生，且效应的严重程度随剂量而增加。

辐射对生物的效应与辐射条件和照射水平密切相关。辐射条件可分为急性照射和慢性照射。急性照射（Acute exposure）指辐照在一段时间内发生，这个时间段比呈现任何明显的生物反应所需要的时间要短。慢性照射（Chronic exposure）指照射可在生物自然寿命期的大部分内持续发生，其时间函数的描述自然针对总剂量的估算。照射水平分为高水平照射和低水平照射。高水平照射（High exposure）指导致急性反应的照射，急性反应通常是一种严重的（和明显的）反应，最严重的是死亡。低水平照射（Low exposure）指只对生物正常死亡率和时间关系有边缘性和远期效应的照射，它会引起生物正常生物学过程的某些可觉察效应而不至造成对个体的任何明显损伤。事故下释放到环境中的放射性核素会随着事故的严重程度和发生情景不同，引起上述辐射照射的各种组合。

电离辐射对动物的效应   除了异常的大剂量照射情况外，哺乳动物的损伤或致死，大都是由于造血系统障碍和胃肠道粘膜紊乱所造成的。例如，哺乳动物受到10-15Gy的照射后，可在10天内死于胃肠道损伤。胃肠道综合症的LD50对小鼠、大鼠、猕猴和狗分别为12、11、9和8Gy。哺乳动物在受到1.6~10Gy（中线剂量）的全身照射后数周内死于骨髓功能衰竭（造血系统综合症）。鸟类LD50/30在4.6~30Gy。爬行类在辐射致死性和对急性辐射的敏感性方面比鸟类和哺乳类要小。昆虫对辐射的敏感性一般大大小于脊椎动物，引起昆虫成虫死亡所需剂量通常约为脊椎动物所需剂量的100倍。这种差异通常归因于昆虫成虫在发育中很少有细胞分裂和分化。在不同种类中，最终死因大都是粒细胞减少、血小板减少或淋巴细胞减少。在LD50/30和动物体重之间存在着相反的关系，大型动物的LD50/30约为1.6~2.5Gy，小型动物的LD50/30约为6-10Gy。各种家畜（山羊、绵羊、牛、马、驴和猪）的LD50为1.2~3.9Gy（中线剂量）。对于野生动物，出生率是比死亡率更为敏感的辐射表征参数，抑制繁殖率所需要的最小剂量可能还不到产生直接死亡所需剂量的1/10。

在水环境中，鱼类对急性辐射最为敏感，发育中的胚胎更是如此。在照射后60天中，海洋鱼类的急性照射LD50范围为10-25Gy，海洋无脊椎动物LD50范围的上限为几百Gy。

在水生生物中，繁殖效应是一个较为敏感的辐射效应指标。

       电离辐射对陆生植物的影响    植物的辐射损伤表现为形态或表现异常、结果少或产量低、繁殖能力丧失以及在强照射情况下的死亡。植物的辐射敏感性很宽，且通常与动物的敏感性范围相重叠。一般而言，大型植物比小型植物具有更高的辐射敏感性，按照辐射敏感性的递减顺序分别为针叶乔木、落叶乔木、灌木、草本植物、地衣和真菌。对急性辐射照射最不敏感的是苔藓、地衣、藻类和微生物。

高等植物的急性致死剂量范围为10~1000Gy（按整株植物平均的吸收剂量）；苔藓、地衣和单细胞等低等植物，都有很高的辐射耐受性，其致死剂量的上限可能要高出一个数量级。大量的研究表明，剂量率为1000~3000μGyh-1时，在最敏感的植物物种中已发现慢性照射的效应。有研究表明，在敏感植物中，400μGyh-1以下的慢性照射就会产生效应（尽管是轻微的），而在生存于天然植物群落内的更广泛的植物中，却不会有明显的有害效应。

       非人类物种辐射影响的评价方法和标准   ICRP（国际放射性防护委员会，International Commission on Radiation Protection）提出，生态环境保护的目的，是避免或减少有害辐射效应产生的几率，使其维持在这样一个水平，即对保持生物多样性的影响可以忽略、天然栖息地、群落和生态系统的健康和现状得到保护。因此电离辐射对非人类物种的影响，其评价标准是基于生物种群水平的安全建立的。

由于在自然界中存在大量的物种，为了评价辐射对生物的影响，有必要选择参考动、植物。参考动植物（Reference animals and plants，RAPs）是具有类似生命周期和照射特征的生物体（并不指具体的物种），是评价生物个体照射量、辐射剂量和能量响应的共同基础，并作为评价其它生物个体(如不同的照射途径、生物积累等)和种群的起点。

ICRP建议在选择参考动植物时，应考虑野生动植物的保护、渔业、农业和林业等的关键物种，并注意生态毒理学研究的要求、已有剂量效应研究资料以及公众和决策者对这些生物了解的程度等。

ICRP参考动物和植物工作组已经建立了12个种类的参考动植物，对其所属的种类、简要的生物学特性、辐射剂量率评价模型进行了阐述。它们是：鹿、啮齿动物、鸭、青蛙、淡水鱼、海洋比目鱼、海蜗牛、蜜蜂、蚯蚓、松树、草，以及褐海藻。对每一种参考动植物，都开发了相应的剂量学模式和参考环境条件。

为了建立电离辐射对生态环境影响的评价方法，欧共体15国于2000.11～2003.10，开展了FASSET计划，从环境剂量学、放射性核素在生态系统的转移、电离辐射生物效应、电离辐射的评价框架四个方面开展了协调研究，推荐了31种参考动植物，建立了相应的辐射生物效应数据库，对各种参考生物开发了内照射和外照射剂量计算方法等。在FASSET计划研究的基础上，为完善电离辐射对环境中生物和生态系统的影响评价方法，欧共体开展了“电离辐射的环境危害：评价与管理”（ERICA）（2004～2007）项目研究，围绕生物和生态系统保护，提供关于电离辐射的环境影响评价、危害特征及管理的一套完整方法，包括ERICA总方法和ERICA程序。

ERICA程序用于估算环境介质的活度浓度、生物的活度浓度及生物剂量，从而评价电离辐射对参考生物的危害。

ERICA程序分为三级筛选，一级筛选：将环境介质（水、沉积物或土壤、空气）中的放射性活度浓度与由生物剂量率限值反推出的环境介质浓度比较，计算累计风险商（Risk Quotiant），比值小于1，则认为是安全的，不需要进一步评价，比值大于1，则需要进一步评价；二级筛选结合特定厂址中生物的放射生态学参数、栖息特征等，估算生物受到的辐射剂量率，二级筛选中引入生物剂量率筛选水平（Screening value），取值为10（µGy·h-1）,其依据是假设参考生物在低于该剂量率水平的长期照射下，不会产生有害的辐射效应，二级筛选需要输入环境介质和参考生物的放射性活度浓度等。三级筛选是在二级筛选的基础上引入统计学方法，需要输入更多的参数，例如核素分配系数、核素浓度比CR值及其分布特征、辐射权重因子等，以计算参考生物具有统计学意义的辐射剂量率。

美国能源部（DOE）在2000年已形成了评价水生和陆生生物辐射剂量的技术标准，并提供相应的计算机程序。DOE评价生物剂量采用分级方法，包括三个层次：数据集成，包括明确评价区域及其特征，以及筛选所需要的水、沉积物和土壤中的放射性浓度数据；根据在生物浓度指南中列出的土壤、植物和水中放射性核素浓度限值，采用常用的筛选方法进行筛选，与生物浓度指南列出的放射性核素浓度限值和生物剂量限值进行比较；采用场址具体特征的参数和模式，进行分析和评价。

为了促进各国在环境辐射剂量估算领域的水平，IAEA发起了EMRAS II 研究计划（2009-2011）。其中：第4工作组是生物种群（剂量估算）模式化（Biota Modelling）组，其目的是对生物剂量估算模式进行比对和有效性研究；第5工作组是野生生物转移参数手册（Wildlife Transfer Coefficient Handbook）组，其目的是开发和建立一个在线的野生生物转移参数数据库；第6工作组是生物种群剂量效应模式化（Biota Dose Effects Modelling）组，目的是通过一系列亚组（Subgroups），建立动物和植物种群的照射与电离辐射效应的关系。

根据国际原子能机构（IAEA）、美国能源部（DOE）和联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）的相关报告（IAEA1992、USDOE2002 、UNSCEAR1996），对陆地动物建议的剂量率限值为40（µGy·h-1），对陆地植物和水生生物剂量率限值为400（µGy·h-1），其基本依据为：在全面考虑了长期放射性辐照对生物种群影响的现有数据后，可以得出这样的结论，即在生物种群中，小部分个体受到剂量率限值的辐照（因而整个种群受到的平均剂量率更低），在种群水平上不会有任何有害的效应，即：低于这个剂量水平（对于长期照射而言），不会对陆地植物和水生生物种群水平产生有害的影响。 

发展现状和发展趋势

ICRP在108出版物“环境保护：参考动物与参考植物的概念和运用”（Publication108，ICRP 2008）中详细阐述了环境保护体系，定义了一整套（12种）参考生物，并描述了其基本生物学和生活史特征。在ICRP108号出版物中，说明了在要求进行环境评价时，在辐射防护框架中如何使用参考生物（RAPs）导出启动管理行动（考虑水平）数值的方法。

2011年，CIRP出版了114号出版物“环境保护：参考动物和植物的转移参数”（ICRP Publiccation 114，2007），收集方便直接使用的转移参数（生物体与环境介质的放射性活度浓度比值，CR），并且假设已知环境介质（例如水体、沉积物、土壤或空气）中的放射性活度浓度（可直接测量，或者通过相关模式计算获得），当已知生物栖息环境中的核素活度浓度时，为估算参考动植物（RAPs）的整体生物放射性活度浓度提供参考。

2014年，ICRP出版了124号出版物“ICRP环境保护体系在三种不同照射情况（计划照射、应急照射和现有照射）下的运用”，阐述了ICRP环境保护的框架（保护目的、参考动植物、导出关注参考水平、照射途径）及其运用方法。其中导出关注参考水平DCRLs：（Consideration Reference Levels）定义为综合考虑了所有源项后，当生物种群受到的潜在有害效应可能需要关注时，对应的环境剂量率范围值。在这个范围，参考动植物的个体存在发生某些有害电离辐射效应的几率。结合其他相关信息，DCRLs可以用作这样的参考点，依据总体管理目标、现有动植物群落、以及生物种群受照的情况，告知（管理者）应在环境保护方面采取适当的措施。当剂量率在DCRL范围内，ICRP相信在代价和利益分析、以及后续后果得到保证的情况下，应作出努力降低照射（即最优化）。这样，在已有照射的情况下，DCRL水平可用作减轻环境照射的标准。对于计划照射，DCRL的下限值应作为一个区域内不同类型生物保护的参考点。由于生物可能同时受到其它不同放射源的照射，或者受到以往遗留放射源引起的照射，需要考虑可能的累积影响。对于现有照射和应急照射情况，如果剂量率高于相关DCRL范围，ICRP建议应将照射降低至相关生物种群的DCRL范围内，并充分考虑这样作产生的辐射和非辐射后果。

在核燃料循环设施（包括铀矿山、水冶厂、核燃料元件厂、后处理厂等）和核电厂的环境影响评价中，在核污染场址的环境整治、放射性废物运输、处置等活动的环境影响中，都涉及对非人类物种辐射影响的评估问题。

我国在非人类物种辐射影响研究方面已取得了一些进展，例如开展了放射性核素在野生动、植物的生态转移研究、非人类物种参考生物的筛选、某些野生动植物的辐射剂量评价方法研究。在我国的核设施环境管理中，目前尚没有建立放射性流出物对生态环境中非人类物种（野生动植物等）的辐射影响评价导则、辐射剂量评价标准，也没有建立系统的核素生态转移参数。

非人类物种辐射影响研究是辐射防护和环境保护涉及的新领域，还有许多关键科学问题有待研究，例如种群水平的辐射效应评估方法和模型、非人类物种的辐射权重因子、如何从个体的生物学终点辐射效应外推到种群水平的辐射效应、在现有、计划和应急照射条件下生物种群、群落和生态系统的辐射影响及其演变趋势等。

推荐书目：

     IAEA, 1992. Effects of ionising radiation on plants and animals at levels implidby current radiation protection standards. Technical Reports Series No.332. Vienna, International Atomic Energy Agency.

    UNSCEAR,1996. Sources and Effects of Ionising Radiating. Report to the General Assembly with Scientific Annexes. United Nations, New York, USA.

    USDOE, 2002. A graded approach for evaluating radiation doses to aquatic and terrestrial biota. Technical Standard DOE-STD-1153-2002, Washington DC, USA.

    ICRP, 2003. A Framwork for Asseessing the Impact of Ionizing Radiation on Non-human Species. ICRP Publication 91.Ann.ICRP 33(3).

Larsson, C-M., 2004. The FASSET framework for assessment of environmental impact of ionizing radiation in European ecosystems – an overview. J. Radiol.Prot. 24, A1–A12.

       ICRP, 2008. Environmental Protection: the Concept and Use of Reference Animals and Plants. ICRP Publication 103.Ann. ICRP 37(2-4).

     Larsson, C-M., 2008. An overview of the ERICA integrated approach to the assessment and management of environmental risks from ionizing contaminants.J. Environ.   

       Radioact. 99,1364–1370.J.E. Brown, B. Alfonso, R. Avila, et al.2008. 

       The ERICA Tool, Journal of Environmental Radioactivity 99（(2008) ,1371-1383.

       ICRP, 2014. Protection of the Environment under Different Exposure Situations.

       ICRP Publication 124.Ann. ICRP 43(1).