Пойменная
растительность в большей степени накапливает цезий – 137, чем суходольная. Так
при загрязнении поймы 2,4 Ки/км2 в траве было обнаружено Ки/кг сухой массы, а на
суходольной при загрязнении 3,8 Ки/км2 в траве содержалось Ки /кг.
Накопление
радионуклидов травянистыми растениями зависит от особенностей строения дернины.
На злаковом лугу с мощной плотной дерниной содержание цезия – 137 в фитомассе в
3 – 4 раза выше, чем на разнотравном с рыхлой маломощной дерниной.
Культуры с
низким содержанием калия меньше накапливают цезия. Злаковые травы накапливают
меньше цезия по сравнению с бобовыми. Растения сравнительно устойчивы к
радиоактивному воздействию, но они могут накапливать такое количество
радионуклидов, что становятся не пригодными к употреблению в пищу человека и на
корм скоту.
Поступление
цезия – 137 в растения зависит от типа почвы. По степени уменьшения накопления
цезия в урожае растения почвы можно расположить в такой последовательности:
дерново-подзолистые супесчаные, дерново-подзолистые суглинистые, серая лесная,
чернозёмы и т.д. Накопление радионуклидов в урожае зависит не только от типа
почвы, но и от биологической особенности растений.
Отмечается, что
кальциелюбивые растения обычно поглощают больше стронция – 90,чем растения
бедные кальцием. Больше всего накапливают стронций – 90 бобовые культуры,
меньше корнеплоды и клубнеплоды, и ещё меньше злаковые.
Накопление
радионуклидов в растении зависит от содержания в почве элементов питания.
Таким образом,
миграция радионуклидов во многом зависит от типа почвы, её механического
состава, водно-физических и агрохимических свойств. Так на сорбцию
радиоизотопов влияют многие факторы, и одним из основных являются механический
и минералогический состав почвы. Тяжёлыми по механическому составу почвами
поглощённые радионуклиды, особенно цезий – 137, закрепляются сильнее, чем
лёгкими. Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических
условий (количества осадков). [5]
Радиоактивные
вещества попадающие в атмосферу, в конечном счёте концентрируются в почве.
Через несколько лет после радиоактивных выпадений на земную поверхность
поступления радионуклидов в растения из почвы становится основным путём
попадания их в пищу человека и корм животным. При аварийных ситуациях, как
показала авария на Чернобыльской АЭС, уже на второй год после выпадений
основной путь попадания радиоактивных веществ в пищевые цепи - поступление
радионуклидов из почвы в растения.
Радиоактивные
вещества, попадающие в почву, могут из неё частично вымываться и попадать в грунтовые
воды. Однако почва довольно прочно удерживает попадающие в неё радиоактивные
вещества. Поглощение радионуклидов обуславливает очень длительное (в течение
десятилетий) их нахождение в почвенном покрове и непрекращающееся поступления в
сельскохозяйственную продукцию. Почва как основной компонент агроценоза
оказывает определяющее влияние на интенсивность включения радиоактивных веществ
в кормовые и пищевые цепи.
Поглощение
почвами радионуклидов препятствует их передвижению по профилю почв, проникновению
в грунтовые воды и в конечном счёте определят их аккумуляцию в верхних
почвенных горизонтах.
Механизм
усвоения радионуклидов корнями растений сходен с поглощением основных
питательных веществ – макро и микроэлементов. Определённое сходство наблюдается
в поглощении растениями и передвижения по ним стронция – 90 и цезия – 137 и их
химических аналогов – кальция и калия поэтому содержание данных радионуклидов в
биологических объектах иногда выражают по отношению к их химическим аналогам, в
так называемых стронциевых и цезиевых единицах.
Радионуклиды Ru – 106, Ce – 144, Co – 60 концентрируются
преимущественно в корневой системе и в незначительных количествах передвигаются
в назёмные органы растений. В отличие от них стронций – 90 и цезий – 137 в
относительно больших количествах накапливаются в наземной части растений.
Радионуклиды,
поступившие в подземную часть растений, в основном концентрируются в соломе
(листья и стебли), меньше – в мягкие (колосья, метёлки без зерна. Некоторые
исключения из этой из этой закономерности составляет цезий, относительное
содержание которого в семенах может достигать 10 % и выше общего количества его
в надземной части. Цезий интенсивно передвигается по растению и относительно в
больших количествах накапливается в молодых органах, чем очевидно вызвана
повышенная концентрация его в зерне.
В общем
накопление радионуклидов и их содержание на единицу массы сухого вещества в
процессе роста растений наблюдается такая же закономерность, как и для
биологически важных элементов: с возрастом растений в их надземных органах
увеличивается абсолютное количество радионуклидов и снижается содержание на
единицу массы сухого вещества. По мере увеличения урожая, как правило,
уменьшается содержание радионуклидов на единицу массы.
Из кислых почв
радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из
почв слабокислых, нейтральных и слабо щелочных. В кислых почвах повышается
подвижность стронция – 90 и цезия – 137 снижается прочность их растениями.
Внесение карбонатов кальция и калия или натрия в кислую дерново-подзолистую
почву в количествах, эквивалентных гидролической кислотности, снижает размеры
накопления долгоживущих радионуклидов стронция и цезия в урожае.
Существует
тесная обратная зависимость накопления стронция – 90 в растениях от содержания
в почве обменного кальция (поступление стронция уменьшается с увеличением
содержания обменного кальция в почве).
Следовательно,
зависимость поступления стронция – 90 и цезия –137 из почвы в растения довольно
сложная, и не всегда её можно установить по какому-либо одному из свойств, в
разных почвах необходимо учитывать комплекс показателей.
Пути миграции
радионуклидов в организм человека различны. Значительная их доля поступает в
организм человека по пищевой цепи: почва – растения – сельскохозяйственные
животные – продукция животноводства – человек. В принципе радионуклиды могут
поступать в организм животных через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и
поверхность кожи. Если в период
радиоактивных выпадений
крупных рогатый скот находится на пастбище, то поступление радионуклидов может
составить (в относительных единицах): через пищеварительный канал 1000, органы
дыхания 1, кожу 0,0001. Следовательно, в условиях радиоактивных выпадений
основное внимание должно быть обращено на максимально возможное снижение
поступления радионуклидов в организм сельскохозяйственных животных через
желудочно-кишечный тракт.
Так как
радионуклиды поступая в организм животных и человека могут накапливаться и
оказывая неблагоприятное воздействие на здоровье и генофонд человека необходимо
проводить мероприятия, снижающие поступление радионуклидов в
сельскохозяйственные растения, снижение накопления радиоактивных веществ в
организмах сельскохозяйственных животных. [1]
Особенности
поведения радиоактивных элементов в почве и растениях приводят к так называемой
биогенной сепарации, которая проявляется в различном изотопном составе
загрязненной почвы и произрастающих на ней растений. Распределение
радионуклидов по их органам строго специфично и зависит от подвижности данного
элемента в растении, его доступности, биологических особенностей растения и т.
д.
Вопрос о
поступлении и распределении в растениях (особенно древесных) различных
радиоизотопов изучен недостаточно, что объясняется отчасти трудностями
определения радионуклидов в растениях вследствие незначительного их
содержания. А между тем изучение поведения различных радиоактивных веществ,
особенно долгоживущих, имеет немаловажное значение для лесного хозяйства, так
как дает возможность оценить радиобиологические эффекты, связанные с их
транспортом в системе почва—растение, и получить прогнозные данные для
разработки лесохозяйственных мероприятий на загрязненных радионуклидами
территориях (создание лесных культур, заготовка хвойно-витаминной муки,
селекция древесных растений и т. д.).
Из выпавших в
результате аварии на ЧАЭС радионуклидов наибольший интерес для лесного
хозяйства представляют 90Sr и 47Cs, которые при
соответствующих условиях могут активно включаться в древесную растительность
корневым путем, в значительной мере влиять на ее жизнедеятельность и
определять степень использования. Большинство других радиоактивных изотопов (103Ru,
106Ru, 144Ce и. др.) усваивается корневыми системами в
небольших количествах и с точки зрения загрязнения растительной продукции
несущественно. Поэтому необходимо было оценить роль основных лесообразующих древесных
растений в вертикальной миграции радионуклидов по содержанию радиоактивных
веществ в различных органах растений и почве в зависимости от уровня ее
загрязнения, установить вклад основных продуктов распада в корневое питание
опытных растений. Принималось во внимание, что динамика накопления изучаемых
элементов отражает потребность растений в них.
Результаты
исследования показали, что из важнейших долгоживущих продуктов деления через
корневые системы в надземную часть древесных растении в наибольших количествах
поступали l37Cs и 134Cs. Они вносили основной вклад в
удельную радиоактивность растений (в зависимости от их вида и плотности
загрязнения почвы) — от 25 до 80% общей концентрации изучаемых элементов.
Поглощение цезия-134 и - 137 надземными органами растений шло примерно
одинаково (1 : 1). Некоторое несоблюдение этой закономерности при поступлении 134Cs
и 137Cs в хвою второго и третьего года жизни объясняется, по нашему
мнению, частичным поверхностным ее загрязнением. Наблюдается и определенная
видовая специфичность в поглощении цезия-134 и цезия-137 из почвы.
Максимальная аккумуляция этого элемента отмечена в листьях березы, несколько
меньшая — у дуба. Близкие концентрации цезия обнаружены в фотосинтезирующих
органах осины, ольхи, хвое сосны первого года жизни. Относительно высокое
содержание цезия-137 и цезия-134 (по сравнению с почвой) наблюдается в хвое
сосны обыкновенной второго года жизни.
Поглощение
радионуклидов растениями определяется еще и сорбционными процессами в почве.
Так, при поступлении из водного раствора в наибольших количествах поглощается 137Cs,
в меньшей степени — 90Sr, тогда как при поступлении из почвы
коэффициент накопления 137Cs намного меньше, чем 90Sr.
При
исследовании поступления 90Sr и 137Cs в древесные растения
из почв в Гомельской и Могилевской областях, загрязненных радионуклидами,
такой закономерности не выявлено. Наоборот, в значительно больших количествах
в надземную часть древесных растений поступает из почвы 137Cs.
Повышенная миграция 137Cs отмечалась и другими исследователями. Так,
известно, что 137Cs из дерново-подзолистых торфяных, супесчаных и
песчаных почв Белорусского Полесья поступает в травянистые растения
интенсивнее, чем 90Sr. На исследованных почвах наблюдается большее
(в среднем в 10 раз) по сравнению с 90Sr поступление I37Cs
в растения, о чем свидетельствует увеличение отношения 137Cs : 90Sr
(до 16 раз). Считается, что основной причиной значительного поступления 137Cs
в растительность данного региона является малая фиксирующая способность почв
по отношению к этому радионуклиду, что обусловлено особенностями их минералогического
состава (невысоким содержанием илистых фракций, почти полным отсутствием
глинистых минералов и высокой их гидроморфностью). Показано, что растениям доступен
не только 137Cs, находящийся в обменной форме, но и радионуклид в
необменной форме.
Сравнительное
перемещение радионуклидов в системе почва—растение удобно оценивать с помощью
коэффициентов накопления (отношение концентрации элемента в растении к
содержанию этого элемента в почве). При расчете коэффициентов нами
использовались данные о концентрации радионуклидов в верхнем (0—5 см) слое
почвы и листьях, где находится значительное количество исследуемых
радионуклидов.
Обнаружены
существенные различия в содержании радиоактивных веществ, обусловленные
неодинаковой избирательной поглотительной способностью древесных растений
(табл. 1). Наиболее высокие коэффициенты накопления (КН) характерны для
поступления цезия в березу (2,8—3,8). Коэффициенты накопления для дуба и осины
достаточно близки (1,39—1,56 и 1,42—1,44 соответственно). Мало различаются по
этому показателю и ольха с сосной. Наиболее высокий уровень потребления
стронция у дуба: коэффициент накопления равен 0,79. Близки к нему осина и ольха.
Минимальная аккумуляция этого элемента отмечена у сосны (КН = 0,45). Береза по
этому показателю занимает промежуточное положение (КН = 0,50). Потребление
других радиоактивных элементов (церия, плутония, рутения, празеодима) также
неодинаково.
Таблица 1
Коэффициенты накопления радионуклидов из почвы различными из древесными
породами
Объект
исследования
Элемент
90Sr
Pu
144Се
144Pr
106Ru
134Cs
137Cs
Береза
Осина
Дуб
Ольха
Сосна
0,50
0,60 0,79 0,60 0,45
0,30
0,09 0,18 0,22 0,19
1,44
1,66 1,37 1,12 0,73
2,79
2,72
0,29 0,73
1,52
0,83
0,53 0,88
2,85
1,42 1,39 0,53 0,48
3,82
1,44 1,56 0,71 0,74
Таблица 2.
Содержание элементов питания в различных древесных растениях, %
Объект
исследования
Элемент
Са
К
Береза
Осина
Дуб
Ольха
Сосна
1,43
0,68
1,16
0.71
0,33
0,36
1,42
1,11
0,39
0,53
Проведено
сравнение поступления в исследуемые древесные растения изотопов стронция и
цезия и их аналогов — калия и кальция, так как известно, что поведение
стронция-90 в системе почва—растение сходно с миграцией кальция — его основного
неизотопного носителя, а цезия-134 и -137 — с калием. Установленные кафедрой
почвоведения МГУ закономерности в содержании калия и кальция в листьях
исследуемых нами древесных пород в основном справедливы и для радиоактивных
изотопов стронция-90 и цезия-134 и -137 (табл. 2). Больше всего калия, кальция
и радионуклидов стронция и цезия поглощают и накапливают лиственные древесные
растения. Различия в поступлении и содержании радиоактивных изотопов цезия и
стронция, обусловленные биологическими особенностями древесных пород, сходны с
усвоением растениями их химических аналогов — кальция и калия. Сопоставление
данных табл. 3.3 и 3.4 показывает, что береза, осина и дуб накапливают в своих
фотосинтезирующих органах радиоактивный изотоп цезия (как неизотопный калий) в
количествах, превышающих их содержание в почве. Накопление радиоактивного
стронция из почв идет слабее, чем накопление кальция, но видовая специфичность
в основном сохраняется. [5]
Дубравы по
степени загрязнения они сильно отличаются друг от друга. Так, экспозиционная
доза излучения па уровне почвы в 1986 г. была 13 — 710 мкР/ч, загрязненность
почвы — 185,2 и 112,4. Экспозиционная доза излучения в 1987 г. снизилась в 5—7
раз, активность почвы — в 8—14 раз. В последующие годы отмечено дальнейшее
снижение обоих показателей. В 1993 г. экспозиционная доза излучения снизилась
до 46—ПО мкР/'ч, активность почвы—до 1.7— 7,2 Ки/км2.
В напочвенном
покрове дубрав широко распространены орляк обыкновенный, плауны, мхи и
представители следующих семейств: лютиковых, розоцветных, гречишных,
гераниевых, зонтичных, брусничных, первоцветных, норичниковых, сложноцветных,
мареновых, ситниковых, лилейных, злаковых. Для исследования были взяты орляк
обыкновенный, плаун булавовидный, герань кроваво-красная, буквица
лекарственная, ожика волосистая, ландыш майский, купена лекарственная, вейник
наземный, овсяница овечья.
Растения живого
напочвенного покрова, произрастающие в дубравах, обладали в 1987 г. несколько
меньшей общей γ -активностью, чем в 1986 г., но разница у
растений-эдификаторов и ястребинки зонтичной составила 50%, у остальных
различия достигали 10—100 раз. По данным 1987 г., КНР снизились почти у всех
видов. Максимальные значения зафиксированы в мае у марьянника дубравного,
минимальные — у ландыша майского, буквицы лекарственной, купены лекарственной.
К 1990 г. общая активность травянистой и полукустарничковой растительности была
равна (Ки/кг): у орляка 3-10-7, мха Шребера — 8,5 -10-7,
черники — 1,4-10-7, марьянника лугового — 9,8-10 8, майника
двулистного—1,8-10 6, овсяницы овечьей — 5,5-10. В 1988 г. у растений живого напочвенного
покрова колебались в следующих пределах: у орляка обыкновенного от 0,74 до
1,24, у марьянника дубравного от 0,24 до 2,71, у герани кроваво-красной от 0,02
до 0,82, у буквицы лекарственной от 1,30 до 6,21, у ожики волосистой от 0,02
до 2,12, у ландыша майского от 0,02 до 0,52, у купены лекарственной от 0,02 до
1,12, у овсяницы овечьей от 0,02 до 0,71, у горичника горного от 0,02 до 0,59,
у вейника наземного от 0,02 до 0,71.
Анализ
полученных данных показывает, что наблюдается снижение удельной
гамма-активности у всех видов растений живого напочвенного покрова. Необходимо
отметить, что при загрязнении почв дубрав до 50 Ки/км2 растения
семейства лилейных обладают большей активностью по сравнению с остальными.
Увеличение плотности загрязнения в 2—10 раз приводит к адекватному увеличению
активности вейника наземного. Общая -γ -активность растительности живого
напочвенного покрова к 1990 г. если и снизилась, то очень незначительно.
Данные γ -
спектрометрического анализа показывают, что в 1987 г. в слое почвы 0—5 см
присутствовали следующие элементы: 144Се — 3,0-10-8
Ки/кг; I06Ru — 3,0-10-8; 134Cs — 1,4- 10-8;
При проведении
сравнительного анализа по накоплению изотопов цезия и стронция-90 в разные
(1988 и 1992) годы исследований можно отметить снижение содержания изотопов
цезия в растениях в 1,5—10 раз в зависимости от вида. Содержание стронция-90
увеличилось у орляка обыкновенного от 250 до 6850 Бк/кг (ПП 38), ландыша
майского — от 322 до 2540 (ПП 9), черники —от 740 до 7700 Бк/кг (ПП 13).