Основы радиоэкологии

На размеры перехода радионуклидов из почвы в растения влияет время 
взаимодействия их с почвами. При длительном взаимодействии наблюдается 
переход радионуклидов из обменной формы в необменную. Если радионуклиды 
присутствуют в почвах в обменной форме, они значительно интенсивнее 
поступают в растения,  чем при нахождении в необменной форме.

При поступлении ⁹⁰Sr в растения наблюдается закономерное уменьшение 
его содержания в урожае  по мере нахождения  в почве.

Коэффициет поступления ¹³⁷ Cs в урожае в первый год пребывания 
радионуклида в почве выше, чем в последующие годы. Это  обусловлено тем, что ¹³⁷ Cs длительном взаимодействии его с почвой переходит в прочносвязанное состояние.

Механизм усвоения радионуклидов корнями растений сходен с 
поглощением основных питательных веществ - макро- и микроэлементов. 
Главное отличие состоит в том, что в большинстве случаев радионуклиды во 
во внешней среде присутствуют в предельно низких концентрациях.

Для характеристики величины накопления радионуклидов в растениях при 
поступлении их из водного раствора и почв используется коэффициент 
накопления - отношение содержания радионуклида в единице растительной 
массы к содержанию его в единице массы почвы или единице объем раствора. 
При поступлении из водного раствора величина коэффициента накопления ¹³⁷Cs  
значительно выше, чем ⁹⁰ Sr, тогда как при поступлении из почвы коэффициент 
накопления ¹³⁷Cs  намного меньше, чем ⁹⁰ Sr.

При передвижении радионуклидов  по различным органам надземной части 
растений, сохраняются некоторые общие закономерности. Радионуклиды, 
поступившие в надземную часть растений, в основном концентрируются в 
соломе (листья и стебли), меньше - в мякине (колосья, метелки без зерна) и в 
небольших количествах в зерне.

В общем накоплении радионуклидов  и их содержании 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.

Размеры накопления радионуклидов  в растениях зависят от их 
биологических особенностей (видовых и сортовых). Наблюдается аналогия в поступлении в растения ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs и их химических аналогов кальция и калия. 
Растения, содержащие больше кальция, накапливают ⁹⁰Sr в повышенных 
количествах, а растения отличающиеся высоким содержанием калия, в 
большинстве накапливают ¹³⁷Cs .

Кроме того, поступление  радионуклидов зависит от распределения 
корневой системы в почве, продуктивности растений, продолжительности 
вегетационного периода и некоторых других биологических особенностей. В 
товарной части растениеводческой продукции (зерно, корнеплоды, клубни) на 
единицу сухой массы урожая больше всего ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs  содержится в      корнеплодах (столовая свекла, морковь) и бобовых культурах (горох, соя, вика), 
затем в картофеле, более низкое количество -в зерновых культурах.

Следует отметить существенную разницу в накоплении радионуклидов  в 
урожае озимых и яровых культур. Озимые зерновые культуры (пшеница, рожь) 
накапливают в 2-2,5 раза меньше ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, чем яровые зерновые культуры 
(пшеница, овес, ячмень). Это объясняется более высоким урожаем озимых, чем 
яровых.

Определенную опасность  для человека представляет потребление 
загрязненных радионуклидами овощных культур. Овощи в большинстве случаев поступают в пищу без переработки. ⁹⁰Sr больше всего накапливается в      корнеплодах столовой свеклы и меньше всего в плодах томатов и клубнях 
картофеля, что в известной мере связано с концентрацией кальция в этих частях 
урожая.

Более низкое содержание ⁹⁰Sr  в клубнях картофеля, чем в корнеплодах

свеклы и моркови, объясняется тем, что корнеплод - это видоизмененный корень, через который ⁹⁰Sr поступает в растение, клубень же картофеля - 
видоизмененный стебель, и радионуклид может поступать из почвы в 
надземную часть растения минуя клубни. В наружной части клубня картофеля 
(пробковая ткань) содержится в 3 раза больше ⁹⁰Sr  на 1г сухой массы, чем в 
остальной части клубня.

Межсортовые различия по концентрации радионуклидов в урожае 
зерновых и зернобобовых культур могут достигать 2-3 кратных величин. 
Содержание ⁹⁰Sr  в урожае озимой и яровой пшеницы в зависимости от сортовых 
особенностей может изменяться в 2 раза; озимого ячменя - в 1,4 раза; гороха - в 
2 раза; кукурузы - в 5 раз; сои - в 1,7 раз.

Содержание ¹³⁷Cs изменяется   соответственно: в урожае озимой и яровой пшеницы- в 2 раза; озимого ячменя - в 2,5 раза; гороха - в 1,5 раза; кукурузы - 
в 3 раза; сои - в 2,1.

3. Характеристика стронция

Решающую роль в загрязнении  растений играет аэральный путь - прямое 
осаждение радионуклидов на надземные части растений. Продолжительность 
острой фазы составляет до одного года после выброса. Степень радиоактивного 
загрязнения растений зависит от времени года, когда произошла авария. 
Наибольшие концентрации радионуклидов в растениях отмечают в тех случаях, 
когда радиоактивные выпадения происходят в весеннее и летнее время года (в 
период вегетации).

В  раннюю   фазу  аварии  не   исключено  лучевое   поражение 
сельскохозяйственных животных.

Вторую фазу радиационной аварии называют промежуточной, она 
охватывает 2-4 года после выброса. Для нее характерно снижение мощности 
дозы облучения, поэтому основную роль в загрязнении растений начинает 
играть поглощение радионуклидов из почвы. Радиологическая обстановка в 
атмосфере начинает стабилизироваться. По истечении 4-5 лет после аварийного 
загрязнения наступает отдаленная фаза, когда радиоактивное загрязнение 
растениеводческой продукции определяется долгоживущими радионуклидами 
(⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs).

Присутствие выброшенных  в окружающую среду ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs  приводит к 
тому, что радиационная опасность на загрязненных сельскохозяйственных 
угодьях сохраняется в течение очень длительного времени (десятки лет).

Для снижения концентрации радионуклидов  в сельскохозяйственных 
растениях могут быть использованы различные защитные мероприятия, 
которые можно разделить на две группы:

1 группа - традиционные (обычные,  общепринятые);

2группа - специальные.

Какие цели достигаются  при применении контрмер?

При применении мероприятий 1 группы (традиционные, общепринятые) 
одновременно достигаются две цели: сохранение и увеличение плодородия 
почвы, рост урожайности, улучшение качества продукции растениеводства с 
одной стороны, с другой стороны уменьшение перехода радиоактивных 
веществ из почвы в растения, и снижение концентрации радионуклидов в 
сельскохозяйственной продукции. Вторая группа контрмер - специальные 
мероприятия. Здесь ставится лишь одна задача - снизить концентрацию 
радионуклидов в сельскохозяйственной продукции. Это - удаление верхнего 
загрязненного радиоактивными веществами слоя почвы, глубокая вспашка с 
захоронением загрязненного слоя почвы, внесение в почву специальных 
мелиорантов, связывающих радионуклиды в труднодоступные для растений 
формы и т.п., которые иногда могут привести к определенному уменьшению 
урожайности растений и некоторому ухудшению плодородия почвы. Приемы 
по технологической обработке растениеводческой продукции, используемые 
для снижения содержания в ней радиоактивных веществ, классифицируются 
аналогичным образом - традиционные и специальные.

Практическое внедрение  любых приемов, направленных на ограничение 
поступления радионуклидов из почвы в растения, должно основываться на 
экономической эффективности и санитарно-гигиенической значимости этих

мероприятий.

Агрохимия - важнейший  способ уменьшения концентрации радионуклидов 
и   важнейший   путь   ограничения   поступления   радионуклидов   в 
сельскохозяйственные растения и далее в продукцию животноводства.

Химизация земледелия - это  внесение удобрений и различных  химических 
мелиорантов,   улучшающих   физико-химические   свойства   почвы   и 
увеличивающих ее плодородие. Они изменяют режим питания растений 
(усвоение минеральных элементов и радионуклидов как микропримесей), 
изменяют доступность радионуклидов для растений в результате происходящих 
в почве химических реакций. Использование минеральных и органических 
удобрений, добавление в почву извести и торфа, а также другие 
агромелиоративные мероприятия относятся к наиболее эффективным способам 
уменьшения концентраций радионуклидов в урожае. Эти мероприятия 
составляют основу комплекса средств защиты по профилактике внутреннего, а 
иногда и внешнего облучения при ликвидации последствий радиационных 
аварий на загрязненных сельскохозяйственных угодьях.

Агрохимические  способы  и   приемы  уменьшения  поступления 
радионуклидов в растения - это известкование кислых почв; внесение      повышенных доз калийных, фосфорно-калийных удобрений; внесение 
природных сорбентов (вещество, поглощающее другое вещество) в виде 
глинистых минералов; органических удобрений; комплексное использование 
различных минеральных и органических удобрений.

Минеральные и органические удобрения применяют для повышения 
урожайности сельскохозяйственных культур,  основываясь на общие 
рекомендации для каждой почвенно-климатической зоны. Для повышения 
урожая наиболее существенное значение имеют удобрения, содержащие 
питательный элемент, недостаток которого ограничивает урожай на данной      почве. Так, на черноземах повышение урожая ограничивает недостаток 
фосфора, а на выщелочных черноземах - малое количество азота. Внесение 
удобрений снижает концентрации радионуклидов в урожае.

Это обусловлено:

- улучшением условий  питания растений и связанным  с этим увеличением 
биомассы и тем самым «разбавлением» радионуклидов;

- повышением концентрации  в почве обменных катионов, в  первую очередь 
калия и кальция;

- усилением онтогонизма  между ионами радионуклидов и  ионами 
вносимых солей при корневом усвоении;

- изменением доступности для корневых систем радионуклидов вследствие 
перевода их в труднодоступные соединения и обменной фиксации в результате 
реакций радионуклидов с вносимыми удобрениями.

Уменьшение содержания радионуклидов в урожае зависит  от плодородия

почв: на бедных питательными веществами почвах, на почвах легкого  гранулометрического состава, почвах с небольшим содержанием гумуса снижение концентрации радионуклидов в растениях существенно выше, чем на плодородных почвах.

Длительное пребывание ⁹⁰ Sr (и ⁸⁹Sr) в обменной форме после попадания в почву обеспечивает его повышенную доступность для усвоения корневыми системами растений в течение продолжительного периода, поэтому необходима химическая мелиорация почв (внесение органических и минеральных удобрений, известкование кислых почв). Эффективность химической мелиорации заключается в отношении снижения перехода ⁹⁰ Sr в урожай от типа почв. Меньше всего поступает ⁹⁰ Sr под влиянием известкования и внесения удобрений на малоплодородных бедных гумусом и элементами минерального питания подзолистых, дерново-подзолистых и торфяных почвах, особенно легкого гранулометрического состава.

Снижает поступление  ⁹⁰ Sr в растения на кислых малоплодородных почвах внесение известковых удобрений. Известкование кислых почв также увеличивает плодородие, повышает урожай и способствует «разбавлению» радионуклида на единицу массы растительной продукции. Так, известкование кислых почв уменьшает накопление ⁹⁰ Sr в урожае бобовых (горох, клевер) в большей степени, чем в урожае злаковых (овес, ячмень, мятлик луговой, тимофеевка луговая).

На почвах легкого  гранулометрического состава для  уменьшения степени накопления ⁹⁰ Sr растениями необходимо применять органические удобрения. Так, внесение навоза на бедных гумусом почвах снижает поступление ⁹⁰ Sr в урожай пшеницы и ячменя на 80%. Можно применять совместное внесение в почву извести и органического удобрения. Это максимально уменьшает поглощение ⁹⁰ Sr растениями.

Местные органические удобрения (навоз, компост, перегной), а также  зола и торф, полученные на площадках  экспонированных к радиоактивным  выпадениям, могут содержать радионуклиды в довольно больших концентрациях. Поэтому неправильное использование таких удобрений может 
быть причиной вторичного загрязнения сельскохозяйственных угодий, в 
первую очередь огородов.

Следует избегать внесения местных удобрений с повышенным 
содержанием радионуклидов на отдельные чистые участки  почвы. 
Целесообразно применять органические удобрения с большой концентрацией 
⁹⁰Sr и  ¹³⁷Cs в севооборотах кормового производства, под технические культуры 
и на семенных участках.