13759 (Использование активного ила в качестве удобрения сельскохозяйственных культур в условиях радиоактивного загрязнения территории), страница 4

Почвенный путь радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных растений и их урожая

После прекращения радиоактивных выпадений загрязнение урожая сельскохозяйственных культур происходит главным образом в результате поступления радионуклидов в растения из загрязненной почвы. Источником радиоактивного загрязнения почвы, так же как и растительности, являются радиоактивные выпадения из атмосферы. В зависимости от продолжительности выпадений загрязнения почвы сельскохозяйственных угодий может быть одноразовым или длительным (как, например, при глобальных выпадениях, продолжающихся в течение нескольких лет). В первом случае почвенный путь поступления радионуклидов в растения будет главным источником радиоактивного загрязнения урожая уже в следующем вегетационном сезоне после выпадения радиоактивных осадков. Во втором случае первые 2-4 года будет преобладать аэральный путь радиоактивного загрязнения растений, а в последующие годы – почвенный [42,47].

Радиоактивные вещества, осевшие на поверхность почвы, вступают во взаимодействие с почвенными частицами, и почва, как основной компонент агроценоза, оказывает определяющее влияние на характер миграции радионуклидов по биологическим цепочкам. Известно, что почва является хорошим поглотителем для многих химических веществ, в том числе и для радионуклидов [5,4].

Поглощение радионуклидов происходит сразу же при контакте их с почвой. Разные почвы обладают неодинаковой способностью к поглощению радионуклидов, но в целом поглощается не менее 50%, а во многих случаях значительно больше. Так, при внесении в дерново-подзолистую супесчаную почву растворимых форм радионуклидов было поглощено 66% стронция-90, 98% цезия-137, 98% церия-144, 94% кобальта-60, 49% рутения-106. Еще сильнее радионуклиды поглощаются черноземной почвой: стронций-90 - 96%, цезий-137 — 100%, церий-144 - 100%, кобальт - 60-91%, рутений - 106-61%.

Поглощение и фиксация радионуклидов почвой затрудняет их усвоение корневой системой. Поэтому поступление радионуклидов из почвы в растения в десятки раз меньше, чем из водного раствора, т.е. почва представляет собой мощный барьер на пути миграции радионуклидов по пищевым цепочкам [3,39].

Биологическая избирательная способность растений к усвоению различных химических веществ и различия физико-химических свойств радионуклидов обуславливают неодинаковые размеры поступления отдельных радионуклидов из почвы в растения (таблица 3) [5].

3. Концентрация радионуклидов в урожае ячменя при плотности радиоактивного загрязнения почвы 1 Кu/км2 (почва – выщелоченный чернозем)

Из числа приведенных в таблице 3 радионуклидов цинк-65 поступает из почвы в растения в максимальных количествах, как в вегетативные органы, так и в зерно. По концентрации в соломе цинк-65 превосходит рутений-106 в 860 раз. Можно отметить, что в большинстве случаев накопление радионуклидов в вегетативных органах значительно выше, чем в зерне: для кобальта-60 и рутения-106 характерно обратное - преимущественное накопление их в зерне. Отсюда следует, что радионуклидный состав радиоактивного загрязнения почв далеко не безразличен для радиоактивного загрязнения урожая. Существенное значение имеет также длительность жизни радионуклидов, загрязняющих почву. Долгоживущие радионуклиды (такие как стронций-90 и цезий-137) создают длительно действующие источники их поступления в растения и, напротив, короткоживущие, как, например, йод-131 с периодом полураспада около 8 дней, представляет значительно меньшую опасность для загрязнения урожая корневым путем, поскольку за период от начала вегетации растений до уборки урожая он практически исчезает в результате радиоактивного распада [42].

Поступление радионуклидов из почвы в растения и накопление их в урожае сельскохозяйственных культур в значительной мере зависит от биологических особенностей различных видов растений, что может быть обусловлено спецификой их минерального питания, характером распределения корневых систем, продолжительностью вегетационного периода. Приведенные в таблице 7 данные позволяют сопоставить степень радиоактивного загрязнения урожая различных сельскохозяйственных культур стронцием-90 и цезием-137 при поступлении их из почвы в растения. Достаточно отчетливо видно, что даже в пределах одной группы культур - зерновых злаков - различия в загрязнении зерна стронцием-90 могут достигать 50 раз (овес и кукуруза). По загрязнению цезием-137 эти различия значительно меньше. Самым высоким накоплением радионуклидов отличаются бобовые растения, в том числе и горох. В зерне кукурузы, проса, риса накапливаются минимальные количества стронция-90, однако по содержанию цезия-137 рис приближается к бобовым культурам. Надземные вегетативные органы загрязняются стронцием-90 примерно в 10 раз, а цезием -137 в 3-5 раз больше, чем зерно, плоды, клубни, корнеплоды. Очень высокими уровнями радиоактивного загрязнения отличаются кормовые травы [10,12,19].

4. Относительное накопление стронция-90 и цезия-137 в урожае сельскохозяйственных культур (относительно зерна озимой пшеницы, радиоактивное загрязнение которого принято равным единице)

Различия между сельскохозяйственными культурами по накоплению радиоактивных веществ в урожае могут быть использованы в условиях радиоактивного загрязнения территорий для снижения радиоактивного загрязнения получаемой продукции. Для этого необходимо подобрать для возделывания такие культуры и сорта, в урожай которых поступает минимальное количество радионуклидов [23,28].

Миграция радионуклидов по почвенному профилю, их биологическая доступность растениям в значительной мере определяются процессами взаимодействия их с почвой. К свойствам почвы, влияющим на поведение радионуклидов в почве и в системе почва-растение, относятся: кислотность почвы, величина емкости поглощения, количество и состав обменных катионов, содержание гумуса, минералогический состав почв.

С увеличением кислотности почвы уменьшается прочность связи поглощенных радионуклидов с почвенными частицами, и чем выше кислотность почвы, тем больше количество радионуклидов поступает в растения. Поэтому известкование кислых почв, нейтрализующее их кислотность, может в несколько раз снизить поступление радионуклидов в растения.

Из почв с большой емкостью поглощения, с высокой степенью насыщенности обменными катионами, с высоким содержанием гумуса радионуклиды поступают в растения в значительно меньших количествах, чем из почв с низкими значениями перечисленных показателей. Для радионуклидов стронция-90 и цезия-137 существенное значение имеет содержание в почве их химических аналогов кальция и калия, которые являются элементами питания растений. Поступление стронция-90 в растения обратно пропорционально содержанию обменного кальция в почве. Несколько менее четко эта закономерность проявляется для пары цезий-137 - калий. Внесение в загрязненные почвы минеральных удобрений, как правило, не оказывает существенного и однозначного влияния на период радионуклидов из почвы в растения. При внесении в почву обычно применяемых доз фосфорных и калийных удобрений поступление стронция-90 и цезия-137 в растения несколько снижается. Азотные удобрения либо не оказывают никакого влияния, либо незначительно увеличивают переход радионуклидов из почвы в растения [3,39,40].

Большое разнообразие почв является причиной значительных различий в поведении радионуклидов в почвах и накоплении их в растениях. Поэтому при возделывании сельскохозяйственных растений на разных почвах и в разных регионах может оказаться, что при одном и том же уровне радиоактивного загрязнения почв, величины радиоактивного загрязнения получаемого урожая могут различаться в десятки раз.

5. Среднее содержание стронция-90 (-109 Кu/кг) в урожае основных сельскохозяйственных культур на различных почвах при плотности загрязнения территории 1 Кu/км2

6. Среднее содержание цезия-137 (-109 Кu/кг) в урожае основных сельскохозяйственных культур на различных почвах при плотности загрязнения территории 1Кu/км2

Более того, даже на различных разновидностях одного и того же типа почв, накопление радионуклидов растениями также изменяется достаточно сильно. Например, содержание стронция-90 и цезия-137 в урожае пшеницы, выращенной на разных дерново-подзолистых почвах, варьирует в пределах пяти раз, а на черноземах - в пределах трех раз.