Радиоактивное загрязнение растений

Ознакомьтесь с лекционным материалом, кратко законспектируйте

При ведении сельскохозяйственного производства на заг­рязненных радионуклидами почвах необходимо ограничить их поступление в растения и через все биологические цепоч­ки — в организм человека.

Образующиеся в процессе ядерных реакций продукты деления тяжелых ядер представляют собой смесь более 200 изотопов 35 химических элементов. У более чем двух третей изотопов период полураспада менее одного дня. Со време­нем в смеси продуктов деления начинают преобладать дол­гоживущие радионуклиды стронций-90 (период полураспада 28 лет) и цезий-137 (период полураспада 30 лет).

Радиоактивное загрязнение растений

Радиоактивные изотопы стронция и цезия являются хи­мическими аналогами кальция и калия и отличаются вы­сокой биологической активностью. Они поступают в рас­тения из почвы и представляют опасность для человека. Поэтому необходимы мероприятия по уменьшению их по­ступления в растения.

Радиоактивное загрязнение растений. Известно, что в рас­тениях может накапливаться, не повреждая их и не снижая урожайность, такое количество радионуклидов, при котором растениеводческая продукция становится непригодной для ис­пользования. Радионуклиды в растения могут поступать через вегетативные органы (аэральный путь) и через корневую систе­му (корневой путь). Аэральное поступление наиболее значимо при радиоактивном загрязнении воздушной среды сразу после радиационного инцидента. При попадании радионуклидов в почву преобладает корневой путь поступления.

Механизм усвоения радионуклидов корнями растений подобен усвоению необходимых элементов питания. Главное отличие состоит в том, что радионуклиды находятся в почве в предельно низких концентрациях, а элементы питания — в более высоких концентрациях. Основное количество ра­дионуклидов извлекается корнями из почвенного раствора, а также из почвенно-поглощающего комплекса, с частицами которого тесно контактируют корневые волоски, или зона поглощения корня.

Величина накопления радионуклидов зависит от следую­щих основных показателей:

1) свойства радионуклидов и формы нахождения их в почве;

2) физико-химические параметры почвы;

3) биологические особенности растений;

4) агротехника возделывания;

5) погодно-климатические условия.

Поступление и распределение радионуклидов по рас­тению определяется их свойствами и участием в процессах обмена веществ. Также поступление радионуклидов зависит от концентрации доступных форм радионуклидов в корне­обитаемом слое. После аварии на ЧАЭС наиболее интенсив­но поступление радионуклидов цезия происходило в первые 2 года. К концу 5-го года содержание обменного цезия в почве уменьшилось в 3 и более раза.

Таким образом, со временем уменьшается содержание доступных для растений форм цезия-137 и снижается его поступление в растения. Подвижность и доступность строн­ция-90 практически не изменяется со временем, поскольку он находится в водорастворимой и обменной формах, которые хорошо доступны для корневого усвоения.

Среди почвенных характеристик наибольшее влияние оказывают гранулометрический и минералогический состав, агрохимические показатели почвы и режим увлажнения поч­вы. Чем больше в почве глинистых частиц, тем прочнее сорб­ция радионуклидов и тем меньше коэффициенты накопления радионуклидов растениями. На почвах тяжелого грануломет­рического состава с высоким содержанием глин радионукли­ды накапливаются в растениях в меньших количествах, чем на почвах легкого состава.

Все агрохимические показатели почвы, способствующие повышению сорбции радионуклидов почвой, снижают их

поступление в растения. Наиболее существенное влияние на поступление Cs-137 в растения на дерново-подзолистых поч­вах оказывает содержание обменных катионов К⁺, Mg²⁺, Са²⁺ и гумуса. Обменный калий оказывает конкурентное влияние на поступление цезия-137, т. е. чем больше обменного калия в почве, тем меньше поступление цезия-137.

Изменение кислотности почвенного раствора от кислого интервала (pH = 4,5—5,0) к нейтральному (pH = 6,5—7,0) сни­жает переход стронция-90 в растения в 2—3 раза.

На переход цезия и стронция в растения оказывает влия­ние органическое вещество почвы. Гумусовые кислоты, осо­бенно гуминовая кислота, образуют сложные комплексы с радионуклидами или гуматы, поэтому из органических ком­плексов доступность стронция снижается в 2—4 раза, а це­зия — в 1,5 раза.

Таким образом, показатели почвенного плодородия могут оказывать существенное влияние на накопление радионукли­дов всеми сельскохозяйственными культурами. Минималь­ный переход цезия-137 и стронция-90 в растения наблюдается на почвах с оптимальными параметрами их агрохимических характеристик.

На накопление радионуклидов растениями оказывают влияние различные биологические особенности растений, среди которых выделяют эволюционное происхождение рас­тений, или филогенез. Растения, имеющие раннее происхож­дение, накапливают больше радионуклидов, чем возникшие в поздние периоды. По накоплению радионуклидов отделы флоры располагаются в следующем убывающем порядке: ли­шайники > мхи > папоротники > голосеменные > покрытосе­менные. Различия по накоплению радионуклидов выявлены в пределах классов, семейств и видов.

Межвидовые различия могут достигать до 5—100 и более раз. Содержание цезия-137 в расчете на сухое вещество от­дельных культур может различаться до 50 раз, а накопление стронция-90 — до 30 раз при одинаковой плотности загрязне­ния почвы.

Сортовые различия в накоплении радионуклидов значи­тельно меньше (до 1,5—3 раз), но их также необходимо учитывать при подборе культур для возделывания в условиях ра­диоактивного загрязнения.

По накоплению радионуклидов в товарной части культу­ры располагаются в следующем убывающем порядке: корне­плоды, бобовые, картофель, крупяные, зерновые и овощные культуры. По накоплению стронция-90 выделяют сильнонакапливающие культуры (бобовые), средненакапливающие (крупяные) и слабонакапливающие (зерновые). Бобовые куль­туры накапливают радионуклидов в 2—10 раз больше, чем зерновые.

Высокие коэффициенты накопления радионуклидов и у многолетних трав естественных фитоценозов, видовой со­став которых зависит от типа и влажности почвы, при этом видовые различия в пределах одной экосистемы достигают 15—30 раз. Осоковые и осоко-злаковые ценозы, произраста­ющие на постоянно переувлажненных почвах, накапливают цезий-137 в 100 раз больше, чем злаковые ценозы. Высокие коэффициенты накопления характерны для разнотравья всех фитоценозов.

Накопление радионуклидов зависит от типа минерально­го питания, т. е. от потребности культур в калии, кальции и других элементах питания. Калиелюбивые культуры (свекла, картофель, овес, капуста) накапливают больше цезия, а каль­циелюбивые (люпин, люцерна, клевер, горох) — стронция.

В органах растений радионуклиды распределяются не­равномерно. Наименьшая концентрация радионуклидов от­мечается в генеративных органах, т. е. в семенах. При этом в самих семенах радионуклиды также распределяются неравно­мерно — максимальное накопление происходит в оболочках, кроющих чешуях, створках бобов и стручков. В корнеплодах наиболее высокое накопление радионуклидов в головке, ко­жице и сердцевине. В клубнях картофеля максимальное на­копление в кожуре.

Накопление радионуклидов зависит от места расположе­ния, типа и мощности корневой системы. Растения с мочко­ватой и корневищной корневой системой, расположенной в верхних слоях почвы, накапливают больше радионуклидов,

чем растения со стержневой системой, которая проникает в более глубокие и «чистые» почвенные горизонты.

Кроме свойств радионуклидов, почвенных характерис­тик и биологических особенностей растений, на накопление радионуклидов значительное влияние оказывает технология возделывания культур, т. е. система обработки почвы, внесе­ние извести, минеральных и органических удобрений.

Для оценки поступления радионуклидов из почвы в рас­тения чаще всего используется такой показатель, как коэф­фициент перехода (К_п). Коэффициент перехода — это отноше­ние содержания радионуклида в растительной массе (Бк/кг) к поверхностной активности почвы (кБк/м²). Справочные значения этих коэффициентов приведены в Рекомендациях по ведению агропромышленного производства в условиях ра­диоактивного загрязнения земель Республики Беларусь.

Значения коэффициентов перехода дифференцированы в зависимости от типа и разновидности почв, культуры, содер­жания подвижного калия в почве и ее кислотности. Их значе­ния определяют экспериментально путем обработки резуль­татов многолетних полевых опытов, а также анализов расти­тельных и почвенных образцов, взятых на производственных посевах по единой методике.

Коэффициенты перехода позволяют расположить сель­скохозяйственные культуры в порядке убывания содержания радионуклидов в продукции.

Убывающий ряд культур по накоплению ^l37Cs:

• в зерне: люпин > горох > вика > рапс > овес > просо > ячмень > пшеница > озимая рожь;

• в соломе: овес > ячмень > яровая пшеница > озимая пшеница > озимая рожь;

• в зеленой массе, клубнеплодах, клубнях: многолетние зла­ковые травы > люпин > рапс > многолетние бобово-злаковые смеси > клевер > горох > горохо-овсяная смесь > вико-овсяная смесь > кукуруза > картофель > кормовая свекла;

• в сене многолетних злаковых трав: костер безостый > тимофеевка > мятлик луговой > ежа сборная > овсяница > райграс пастбищный;

• в естественных ценозах, осоковые > осоково-злаковые > злаковые.

Убывающий ряд культур по накоплению ⁹⁰Sr:

• в зерне: яровой рапс > люпин > горох > вика > ячмень > яровая пшеница > овес > озимая пшеница > озимая рожь;

• в соломе: ячмень > яровая пшеница > озимая пшени­ца > овес > озимая рожь;

• в зеленой массе, клубнеплодах и клубнях: клевер > лю­пин > горох > многолетние злаковые травы на пойменных землях > многолетние бобово-злаковые смеси > вика > рапс яровой > горохо-овсяные смеси > вико-овсяные смеси > тра­вы естественных сенокосов > кукуруза > кормовая свекла > картофель;

• в травах: разнотравье > осоки > мятлик луговой > ежа сборная.