Аккумулирование радионуклидов растениями лесных фитоценозов
Аккумулирование радионуклидов растениями лесных фитоценозов
курсовой работы
«АККУМУЛИРОВАНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ РАСТЕНИЯМИ
ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ»
ОБЪЕМ РАБОТЫ:
общий объем работы составляет 30 печатных страниц, содержит 4 таблицы, список
использованных источников составляет 11 наименований.
Работа состоит
из введения, теоретических частей, заключения, списка использованных
источников.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
АККУМУЛИРОВАНИЕ, РАДИОНУКЛИДЫ, ФИТОЦЕНОЗЫ, ИЗЛУЧЕНИЕ, РАСТИТЕЛЬНОСТЬ.
ОБЪЕКТ
ИССЛЕДОВАНИЯ: растительные сообщества как аккумуляторы радионуклидов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
изучение аккумулирования растительностью радионуклидов в зонах радиоактивного
загрязнения.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Исходными данными для выполнения исследований явилась специальная научная
литература, всемирная сеть Интернет.
РЕЗУЛЬТАТЫ:
изучены особенности аккумулирования радионуклидов растительными сообществами в
зонах радиоактивного загрязнения.
АКТУАЛЬНОСТЬ выбранной темы курсовой
работы обусловлена тем, что в настоящее время важнейшая проблема сельского хозяйства в
условиях загрязнения почвы радиоактивными элементами – максимально возможное
снижение поступления этих веществ в растениеводческую продукцию и
предотвращение накопление их в организмах сельскохозяйственных животных..
ВВЕДЕНИЕ. 4
ГЛАВА 1 НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ. 6
1.1 Источники радиоактивного загрязнения. 6
1.2 Особенности аккумуляции радионуклидов растительностью.. 8
1.3 Накопление радионуклидов в почвах и растениях. 11
1.4 Пути миграции радионуклидов в окружающей среде. 15
Глава 2
Особенности аккумуляции радионуклидов различными фитоценозами.. 18
2.1 Аккумуляция радионуклидов растениями лесных
фитоценозов. 18
2.2 Особенности накопления радионуклидов растениями
живого. 22
напочвенного покрова в дубравах. 22
2.3 Миграция радионуклидов в сеяные луговые травы.. 25
2.4 Влияние внешнего облучения и поглощенных радионуклидов. 33
на жизнедеятельность растений. 33
Заключение. 2
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛитературЫ.. 5
В настоящее время и в перспективе особо остро
встаёт проблема экологической безопасности окружающей среды, экологически
безопасного природопользования при возрастающих антропогенных нагрузках.
Загрязнение
системы “почва – растения – вода” различными химическими веществами, а главным
образом твердыми, жидкими и газообразными отходами промышленности, продуктами
топлива и т.д. приводит к изменению химического состава почв.
Техногенные
выбросы радионуклидов в природную среду в ряде районов земного шара значительно
превышают природные нормы.
До недавнего
времени в качестве важнейших загрязняющих веществ рассматривались, главным
образом, пыль, угарный и углекислый газы, оксиды серы и азота, углеводороды.
Радионуклиды рассматривались в меньшей степени. В настоящее время интерес к
загрязнению радиоактивными веществами вырос, в связи с факторами появления
острых токсичных эффектов, вызванных загрязнением стронцием и цезием.
Чернобыльская
катастрофа повлияла на экологическую ситуацию во многих агроэкосистемах
Беларуси радиоактивное загрязнение охватило значительные площади: 411 тыс. га
(плотность загрязнения по 137Cs 5—15 К.и/км2). 216 тыс. га (15— 40 Ки/км2)'
28,3 тыс. га (40—80 Ки/км2), 4,4 тыс. га (80 Ки/км2). Долевое участие лугов и
пастбищ в этой градации — соответственно 156,2; 87,8; 12,1; 2,0 тыс. га.
Радионуклиды по цепочке “почва – растение – животное” попадают в организм
человека, накапливаются и оказывают не благоприятное воздействие на здоровье
человека.
Важнейшая
проблема сельского хозяйства в условиях загрязнения почвы радиоактивными
элементами – максимально возможное снижение поступления этих веществ в
растениеводческую продукцию и предотвращение накопление их в организмах
сельскохозяйственных животных. Решение этой задачи связано с комплексом
мероприятий, которые необходимо проводить в сельском хозяйстве. Основание для
проведения данных мероприятий является увеличение заболеваемости и смертности,
врожденных уродств и населения, проживающего на загрязнённых территориях.[ 1]
Развитие жизни на Земле всегда происходило в присутствии
радиационного фона окружающей среды. Радиоактивное излучение определяется
естественным радиационным фоном и искусственным. Естественный радиационный фон
– представляет собой ионизирующее излучение от природных источников
космического и земного происхождения, действующих на человека на поверхности
земли. Космические лучи представляют собой поток частиц (протонов,
альфа-частиц, тяжёлых ядер) и жёсткого гамма-излучения (это так называемое
первичное космическое излучение). При взаимодействии его с атомами и молекулами
атмосферы возникает вторичное космическое излучение, состоящее из мезонов и
электронов.
Естественные
радиоактивные элементы условно можно разделить на три группы:
1.
изотопы
радиоактивных семейств урана, тория и актиноурана;
2.
не
связанные с первой группой радиоактивные элементы – калий - 40, кальций – 48,
рубидий – 87 и др.;
3.
радиоактивные
изотопы, возникающие под действием космического излучения – углерод – 14 и
тритии.
Технически изменённый радиационный фон представляет собой
ионизирующее излучение от природных источников, претерпевших определённые
изменения в результате деятельности человека. Например, поступление
радионуклидов в биосферу вместе с извлечёнными на поверхность земли из недр
полезными ископаемыми (главным образом минеральными удобрениями), в результате
сгорания органического топлива, излучения в помещениях, построенных из
материалов, содержащих естественные радионуклиды, а также облучения за счёт
полётов на современных самолётах.
Излучение,
обусловленное рассеянными в биосфере искусственными радионуклидами,
представляет собой искусственный радиационный фон (аварии на АЭС, отходы
предприятий ядерной энергетики, использование искусственных ионизирующих
излучений в медицине, народном хозяйстве).
Радиоактивное
загрязнение природных средств в настоящее время обусловлено следующими
источниками:
-
глобально
распределёнными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытаний
ядерного оружия, проводивших в атмосфере и под землёй;
-
выбросом
радиоактивных веществ из 4-го блока Чернобыльской АЭС в апреле – мае 1986 года;
-
плановыми
и аварийными выбросами радиоактивных веществ в окружающую среду от предприятий
атомной промышленности;
-
выбросами
в атмосферу и сбросами в водные системы радиоактивных веществ с действующих АЭС
в процессе их нормальной эксплуатации;
-
привнесенной
радиоактивностью (твёрдые радиоактивные отходы и радиоактивные источники).
Атомная энергетика вносит весьма незначительный вклад в
изменение радиационного фона окружающей среды при нормальной работе ядерных
установок. АЭС является лишь частью ядерного топливного цикла, который
начинается с добычи и обогащения урановой руды. Отработанное в АЭС ядерное
топливо иногда подвергается вторичной обработке. Заканчивается процесс, как
правило, захоронением радиоактивных отходов. [2]
Но в результате
аварий на АЭС в окружающую среду могут попасть большое количество
радионуклидов. Возможны аварии с локальными загрязнения только технологических
помещений. Также случаются аварии, которые сопровождаются выбросом в окружающие
среду радиоактивных веществ в количествах, превышающие установленные пределы.
Большую опасность при этом имеют выбросы в атмосферу. Аварийный выброс в водную
среду, по мнению специалистов, менее вероятное событие и будет
характеризоваться более низкими уровнями воздействия.
Также большое
значение как источника радиации имеют ядерные взрывы. При испытаниях ядерного
оружия в атмосфере часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места
испытания, какая-то часть задерживается в нижнем слое атмосферы, подхватывается
ветром и переносится на большие расстояния. Находясь в воздухе около месяца,
радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю.
Однако, большая часть радиоактивного материала выбрасывается в атмосферу (на
высоту 10-15 км), где он остаётся многие месяцы, медленно опускаясь и
рассеиваясь по всей поверхности земного шара.
В настоящее
время большой вклад в дозу получаемую человеком вносят медицинские процедуры и
методы лечения, связанные с применением радиоактивности. Также проблемы могут
возникать при не правильной транспортировке радиоактивных отходов на комбинат
по переработке этих отходов, хранении жидких и твёрдых радиоактивных отходов.
Таким образом, из
всего выше сказанного можно сделать вывод, что в изменении радиационного фона
окружающей среды большой вклад вносят АЭС, ядерные взрывы и радиоактивные
отходы.
Между
плотностью загрязнения почв радионуклидами природно-растительных комплексов и
удельной радиоактивностью растений существует прямая зависимость. Например,
растения в 1990 г. имели следующую удельную радиоактивность: хвоя сосны—1,8-10-7
Ки/кг, черника — 1,2- К)-7, мох Шребера— 1,1-КН Ки/кг, ХЮ 6 и 2,9-10-6
Ки/кг соответственно. Плотность загрязнения почвы радионуклидами гамма-спектра
на этих пробах была равна 7,0 и 19,9 Ки/км2.
На луговых
пробных площадях, как и в лесных фитоценозах, аналогичная закономерность
соблюдалась только в идентичных типах луга, характеризующихся сходными
свойствами почв. Так, пойма р. Сож щучка дернистая имела удельную
радиоактивность 4,3-10-8 Ки/кг, осока пузырчатая—1,4-10-7,
клевер луговой — 5,5-Ю-8 Ки/кг. Показатели удельной радиоактивности
аналогичных растений на ПП 20 (Ветковский район, пойма р. Беседь) были
значительно. Плотность загрязнения почв радионуклидами на этих пробных
площадях была равна соответственно 4,2 и 17,1 Ки/км2.
Растения живого
напочвенного покрова аккумулировали эти радионуклиды по-разному: по аккумуляции
стронция-90 выделяется овсяница овечья (в 10 раз интенсивнее цезия-137), а также
лишайник олений мох (в 6 раз). В растениях в больших количествах обнаружены
изотопы церия, празеодима и рутения, хотя они и не относятся к биогенным
элементам. Их накопление соизмеримо с аккумуляцией стронция-90 и цезия-137. По
аккумуляции изотопов плутония в растениях лесных фитоценозов, особенно
сосняков, выделяется живой напочвенный покров, который концентрирует эти
радионуклиды на 1—2 порядка больше, чем сосна. Н^ луговых пробах подавляющее
количество видов концентрирует цезий-137, в меньшей степени — изотопы
стронция-90.
По изотопному
составу радионуклидов, содержащихся в природно-растительных комплексах, можно
проследить динамику общего содержания гамма-излучаюших радионуклидов в растениях.
С момента аварии удельная радиоактивность растительности непрерывно падала.
Значительные
колебания удельной радиоактивности отмечаются в самой близкой к аварийному
реактору точке д. Масаны. Это связано с распадом короткоживущих изотопов —
церия, празеодима и рутения, а также цезия-134.
В настоящее
время радиоактивность почв и растений определяется в основном радиоизотопами
цезия, стронция и плутония.
Следует
подчеркнуть, что с течением времени в почвах уменьшается подвижность цезия-137,
а стронция-90 возрастает. Это отражается на поступлении данных радионуклидов в
растения. Очевидно, что поступление цезия-137 в растения за 5 лет сократилось
в 5—10 раз, а стронция-90 возросло в такой же степени. Это обстоятельство
следует учитывать при использовании растительных ресурсов в зонах
радиоактивного загрязнения.
Для практики
лесного хозяйства очень важны сведения о закономерностях распределения
радионуклидов по органам растений. Установлено, что радионуклиды больше всего
скапливаются в хвоё (листьях), затем в коре, ветвях, меньше всего их в Древесине.
Следует
задуматься над тем, что при использовании «чистой» древесины мы получаем
большую массу отходов с высокой радиоактивностью, которые неизвестно куда
девать — то ли сжигать, то ли подвергать захоронению. Однако отходы — ценное
сырье, его нельзя терять, это неэкономично. Мы рекомендуем воздерживаться от
эксплуатации таких насаждений в ближайшие 30—60 лет до понижения
радиоактивности органов древесных пород до приемлемого уровня за счет
естественного распада радионуклидов. [5]
В лесных
фитоценозах картина несколько иная. Из напочвенного покрова в почву
возвращается примерно 50% радионуклидов, а из древесного яруса за счет опада
хвои, веток, шишек, коры в почву поступает около 5% радиоизотопов, или 0,1
Ки/км2. Общее поступление (возврат) радионуклидов в почву составляет
(с учетом живого напочвенного покрова) 0,46 Ки/км2.
Таким образом,
живой напочвенный покров, особенно травянистые растения, принимает более
активное участие в круговороте радионуклидов в природно-растительных
комплексах. В результате изучения круговорота радионуклидов в
природно-растительных комплексах можно составить схему распределения
радионуклидов между компонентами биогеоценоза. Наибольшей удельной
радиоактивностью обладает нижний ярус фитоценоза (мхи, лишайники, грибы), затем
идут травянистые виды, кустарнички, подлесок и подрост. Наименьшая удельная
радиоактивность характерна для древесного— верхнего — яруса фитоценоза. Это
связано с особенностями биологии и строения растений. В большем количестве
радионуклиды накапливаются в тех органах и тканях растений, в которых
происходит интенсивный обмен веществ и относительно высокий процент белка. В
одревесневевших органах и тканях, играющих проводящую роль, радионуклиды
накапливаются в меньших количествах. В связи с этим сильнейшими
биоконцентратами радионуклидов являются шляпочные грибы.
Значительная
часть радионуклидов находится в почве, как на поверхности, так и в нижних
слоях, при этом их миграция во многом зависит от типа почвы, её
гранулометрического состава, водно-физических и агрохимических свойств.
Основными
радионуклидами, определяющими характер загрязнения, в нашей области является
цезий – 137 и стронция – 90, которые по разному сортируются почвой. Основной
механизм закрепления стронция в почве – ионный обмен, цезия – 137 обменной
формой либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц
почвы.
Поглощение
почвой стронция – 90 меньше цезия – 137, а следовательно, он является более
подвижным радионуклидом.
В момент
выброса цезия – 137 в окружающие среду, радионуклид изначально находится в
хорошо растворимом состоянии (парогазовая фаза, мелкодисперсные частицы и т.д.)
В этих случаях поступления
в почву цезий – 137 легко доступен для усвоения растениями. В дальнейшем
радионуклид может включаться в различные реакции в почве и подвижность его
снижается, увеличивается прочность закрепления, радионуклид “стареет”, а такое
“старение” представляет комплекс почвенных кристаллохимических реакций с
возможным вхождением радионуклида в кристаллическую структуру вторичных
глинистых минералов.
Механизм закрепления радиоактивных изотопов в
почве, их сорбция имеет большое значение, так как сорбция определяет
миграционные качества радиоизотопов, интенсивность поглощения их почвами, а,
следовательно, и способность проникать их в корни растений. Сорбция
радиоизотопов зависит от многих факторов и одним из основных является
механический и минералогический состав почвы тяжёлыми по гранулометрическому
составу почвами поглощённые радионуклиды, особенно цезий – 137, закрепляются
сильнее, чем лёгкими и с уменьшением размера механических фракций почвы
прочность закрепления ими стронция – 90 и цезия – 137 повышается. Наиболее
прочно закрепляются радионуклиды илистой фракцией почвы.
Большему
удержанию радиоизотопов в почве способствует наличие в ней химических
элементов, близких по химическим свойствам к этим изотопам. Так, кальций –
химический элемент, близкий по своим свойствам стронцию – 90 и внесение
извести, особенно на почвы с высокой кислотностью, ведёт к увеличению
поглотительной способности стронция – 90 и к уменьшению его миграции. Калий
схож по своим химическим свойствам с цезием – 137. Калий, как неизотопный
аналог цезия находится в почве в макроколичествах, в то время как цезий – в
ультромикроконцентрациях. Вследствие этого в почвенном растворе происходит
сильное разбавление микроколичеств цезия – 137 ионами калия, и при поглощении
их корневыми системами растений отмечается конкуренция за место сорбции на
поверхности корней. Поэтому при поступлении этих элементов из почвы в растениях
наблюдается антагонизм ионов цезия и калия.
Кроме того
эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических условий (количество
осадков).
Установлено,
что стронций – 90 попавший на поверхность почвы, вымывается дождём в самые
нижние слои. Следует заметить, что миграция радионуклидов в почвах протекает
медленно и их основная часть находится в слое 0 – 5 см.
Накопление (вынос)
радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства
почвы и биологической особенности растений. На кислых почвах радионуклиды
поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв
слабокислых. Снижение кислотности почвы, как правило, способствует уменьшению
размеров перехода радионуклидов в растения. Так, в зависимости от свойства
почвы содержание стронция – 90 и цезия – 137 в растениях может изменяться в
среднем в 10 – 15 раз.
А межвидовые
различия сельскохозяйственных культур в накопление этих радионуклидов
наблюдается зернобобовыми культурами. Например, стронций – 90 и цезий – 137, в
2 – 6 раз поглощается интенсивное зернобобовыми культурами, чем злаковыми.
Поступление
стронция – 90 и цезия – 137 в травистой на лугах и пастбищах определяется
характером распределения в почвенном профиле.
На целинных
участка, естественных лугах, цезий находится в слое 0-5 см, за прошедшие годы
после аварии не отмечена значительная вертикальная миграция его по профилю
почвы. На перепаханных землях цезий – 137 находится в пахотном слое.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|