Аналогичная закономерность получена в опытах с картофелем. При облучении растений в период клубнеобразования урожай клубней при облучении дозами 7 – 10 кР практически не снижается. Если растения облучаются в более раннюю фазу развития, урожай клубней уменьшается в среднем на 30 – 50 %. Кроме того, клубни получаются не жизнеспособными из-за стерильности глазков.

Облучение вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении зерновых культур в наиболее чувствительные фазы развития (кущение, выход в трубку) сильно снижается урожай, однако всхожесть получаемых семян существенно снижается, что даёт возможность не использовать их для посева. Если же растения облучают в начале молочной спелости (когда происходит формирование звена) даже в относительно высоких дозах, урожай зерна сохраняется практически полностью, однако такие семена не могут быть использованы для посева ввиду предельно низкой всхожести.

Таким образом радиоактивные изотопы не вызывают заметных повреждений растительных организмов, однако в урожае сельскохозяйственных культур они накапливаются в значительных количествах.

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 легкодоступен 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 ультра микроконцентрациях. 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 интенсивнее зернобобовыми культурами, чем злаковыми .

Поступление стронция–90 и цезия–137 в травостой на лугах и пастбищах определяется характером распределения в почвенном профиле.

В загрязнённой зоне, луга Рязанской области загрязнены на площади 73491 га, в том числе с плотностью загрязнения 1,5 Ки/км 2 - 67886 (36 % от общей площади), с плотностью загрязнения 5,15 Ки/км 2 - 5605 га (3%).

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.

Пойменная растительность в большей степени накапливает цезий – 137, чем суходольная. Так при загрязнении поймы 2,4 Ки/км 2 в траве было обнаружено

Ки/кг сухой массы, а на суходольной при загрязнении 3,8 Ки/км 2 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. Так установлено, что минеральное удобрение, внесённое в дозах N 90, Р 90, увеличивает концентрацию цезия – 137 в овощных культурах в 3 – 4 раза, а аналогичные внесения калия в 2 – 3 раза снижает его содержание. Положительный эффект на уменьшение поступления стронция – 90 в урожай зернобобовых культур оказывает содержание кальций содержащих веществ. Так, например, внесение в выщелочный чернозём извести в дозах, эквивалентных гидролитической кислотности, уменьшает поступление стронция–90 в зерновые культуры в 1,5 – 3,5 раза.

Наибольший эффект на снижение поступления стронция – 90 в урожай растений достигает внесением полного минерального удобрения на фоне доломита. На эффективность накопления радионуклидов в урожае растений оказывают влияние органические удобрения и метеорологические условия, а также и время их пребывание в почве. Установлено, что накопление стронция – 90, цезия – 137 через пять лет после их попадания в почву снижается в 3 – 4 раза .

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).

Накопление (вынос) радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической способности растений.

Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу, в конечном счете, 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.

Чтобы спланировать правильное использование загрязненных стронцием-90 почв, т. е. получить урожай, пригодный для употребления, следует воспользоваться одним из существующих методов прогноза возможного содержания стронция-90 в урожае сельскохозяйственных культур при выращивании их на загрязненных почвах. При использовании приведенных ниже методов необходимо помнить, что при расчете содержания стронция-90 в почве учитывается не весь стронций-90, а| только его обменная часть, т. е. растворимое количество.

1. Расчет с помощью коэффициента накопления

Коэффициент накопления (КН) представляет собой отношение содержания стронция-90 в единице массы растительной продукции к содержанию изотопа в единице массы почвы:

КН = содерж. стронция-90 в 1 кг продукта / содерж. стронция-90 в 1 кг почвы

Таблица 7

Средняя величина коэффициента накопления для основных сельскохозяйственных культур

Примечание: Коэффициент накопления для овощей приведен на сырую массу; для зерна и сена – при стандартной влажности.

При прогнозировании возможного содержания стронция–90 в сельскохозяйственных продуктах с помощью коэффициента накопления необходимо определить или рассчитать содержание его в 1 кг пахотного слоя почвы, а затем путем умножения этой величины на коэффициент накопления (табл.7) установить возможное содержание изотопа в 1 кг растительной продукции.

В табл. 8 приведены данные расчетов с помощью коэффициента накопления возможного содержания стронция-90 (в пикокюри на 1 кг продукта) в основных сельскохозяйственных культурах при плотности загрязнения почвы 1 кюри/км2 обменным (растворимым) стронцием-90. При большей или меньшей плотности загрязнения величины, приведенные в этой таблице, уменьшаются или увеличиваются в соответствующее число раз.

Таблица 8

Культура	Дерново-подзолистые почвы	Чернозем выщелоченный
Супесь	Легкий Суглинок	Средний Суглинок	Тяжелый Суглинок
Пшеница (зерно)	2310	1090	690	390	200
Картофель (клубни)	1150	560	330	190	100
Столовая свекла
(корнеплод)	3960	1910	1120	660	330
Капуста (кочан)	2970	1650	730	530	230
Огурцы (плоды)	1150	560	330	200	100
Томаты (плоды)	460	230	130	80	30
Клевер (сено)	66000	36300	36300	19800	6600
Тимофеевка (сено)	23100	11550	6600	3960	1980

Примечание. Содержание стронция-90 в овощах приведено на сырую массу

2. Расчет с помощью коэффициента дискриминации

Стронций-90 поступает из почвы совместно с кальцием и между ними в растении получается определенное соотношение, которое в большинстве случаев меньше, чем соотношение их в почве, т. е. стронция, как правило, переходит в растения несколько меньше, чем кальция. Отношение стронция к кальцию в любых объектах принято выражать в так называемых стронциевых единицах (с. е.). Одна с. е. равна пикокюри стронция-90 на 1 г кальция в любом продукте (1 с. е. = 1пикокюри стронция 90 / 1 г кальция ).

Отношение стронциевых единиц в растениях к стронциевым единицам в почве принято| называть коэффициентом дискриминации (КД):

КД = с. е. в растении / с. е. в почве

В среднем для основных типов почв средней полосы европейской Российской Федерации коэффициент дискриминации можно принять равным 0,9 для вегетативных органов и 0,5 для зерна (табл.9).

Таблица 9

Средняя величина коэффициента дискриминации (КД)

В среднем для основных типов почв средней полосы европейской территории России коэффициент дискриминации можно принять равным 0,9 для вегетативных органов и 0,5 для зерна (табл.9)

Содержание стронция-90 в с. е. в почве рассчитывают образом: по данным радиометрических измерений плотность радиоактивного загрязнения почвы и с учетом процента растворимости радиоактивных осадков рассчитывают содержание стронция-90 в кюри на 1 кг пахотного слоя почвы. Затем определяют величину с. е. в почве путем деления количества обменного стронция-90 в пКи в 1 кг почвы на количество обменного кальция в граммах.

В табл. 10 приведены расчеты возможного содержания стронция (в с. е.) в основных сельскохозяйственных культурах на разных типах почв при плотности загрязнения почвы I кюри/км2 стронцием-90 (в обменной форме). При большей или меньшей плотности загрязнения почвы величины, приведенные в таблице, уменьшают или увеличивают в соответствующее число раз.

Таблица 10

3. Расчет с помощью «метода проростков»

Размеры возможного накопления стронция-90 в конечном урожае можно определить непосредственно путем выращивания 20-дневных проростков на загрязненной почве в лабораторных условиях и последующего их анализа на содержание стронция. Содержание радиостронция в проростках умножают на определенный коэффициент (табл. 11) и получают возможное содержание радиостронция в урожае на загрязненной почве. Этот метод требует предварительного определения содержания обменного стронция-90 в почве.

Таблица 11

Коэффициенты для расчета накопления стронция-90 в урожае по содержанию его в 20-дневных проростках

Почву для выращивания проростков берут пробоотборником на глубине пахотного слоя, тщательно перемешивают, берут около 200 г и готовят для посева на ней испытуемые семена. Семян должно 1,5-2 г. В 20-дневном возрасте проростки аккуратно срезают на уровне почвы, слегка промывают в подкисленной воде и анализируют на содержание в них стронция-90 по существующим методикам.

6. Мероприятия по снижению накопления радиостронция в урожае

Поступление в организм человека мигрирующих по биологическим пищевым цепям радиоактивных продуктов деления может быть уменьшено путем определенного воздействия на переход от одного звена к другому. По-видимому наибольшая возможность ограничить передвижение радиоактивных веществ в последующие звенья заложена в звене пищевой цепи почва — растение.

Накопление радиоактивных продуктов деления, в частности стронция-90, в урожае можно снизить путем использования различных агрохимических, агротехнических и механических приемов.

Для почв нечерноземной полосы с высокой концентрацией водородных ионов и подвижного алюминия перспективно известкование почв. На дерново-подзолистых кислых почвах необходимо вносить повышенные дозы извести (1,5-2,0 дозы по гидролитической кислотности), что позволяет снизить содержание стронция-90 в растениях в 2-5 раз. Наибольший эффект на почвах, бедных магнием, будет при внесении доломитовой муки.

Уменьшить переход стронция-90 из почвы в растения можно внесением в почву органических удобрений (торфа, перегноя). Эффект снижения накопления стронция-90 от применения органических удобрений будет выражен более резко на супесчаных почвах и меньше на среднесуглинистых и тяжелосуглинистых. Поэтому применение торфа, перегноя, прудового ила, сапропеля рекомендуется на супесчаных и суглинистых почвах.

Применение минеральных удобрений в определенной системе под различные культуры может быть одним из способов снижения содержания радиоактивных изотопов стронция и цезия в сельскохозяйственной продукции. Снижение уровня загрязнения урожая продуктами деления с помощью удобрений может быть обусловлено рядом причин. К ним относятся:

1) увеличение урожая и тем самым разбавление содержания стронцияция-90 на единицу массы, т. к. установлено, что накопление стронция растениями находится в обратной зависимости от величины урожая;

2) повышение в почве содержания кальция и калия, внесенных с удобрениями;

3) закрепление стронция-90 в почве путем соосаждения с фосфатами при систематическом внесении фосфорных удобрений. Однако при внесении физиологически кислых удобрений на некоторых почвах увеличивается их кислотность, что может усилить накопление продуктов деления в растениях. Азотные удобрения надо применять в таких дозах, которые могут обеспечить наиболее высокие прибавки урожая в данных почвенно-климатических условиях.

Фосфорные и калийные удобрения следует вносить в дозах, несколько превышающих потребность растений в этих питательных элементах. При таком соотношении питательных элементов минеральные удобрения могут быть фактором, снижающим уровень загрязнения урожая сельскохозяйственных культур. Калийные удобрения снижают накопление цезия-137 в урожае как при поступлении его в растения из почвы, так и через листья.

На дерново-подзолистых почвах под зерновые следует вносить по 20-30 т/га, под пропашные — 40-60 т/га органических удобрений (навоз, торф, компосты), не содержащих радиоактивных веществ. Торф на ограниченной площади под овощные, особенно на легких почвах, можно вносить до 100 т/га. Известь на супесчаных и легких почвах следует применять в дозах 4-6 т/га, а на средних и тяжелых суглинках — до 10 т/га.

В табл. 12 приведены рекомендуемые дозы извести, органических и минеральных удобрений, внесение которых в загрязненную стронцием-90 почву обеспечит снижение его содержания в урожае сельскохозяйственных культур примерно в 5 раз, а на легких песчаных и суглинистых почвах — до 10 раз.

Культуры	Удобрения	Единица	Дерново-подзолистые почвы	Чернозем лесостепи
Супесчаные	Легкие Суглинки	Средние и тяжелые суглинки
Зерновые	Известь Органические	Т/га Действующего вещества	6	6	10	—
Зернобобовые	Известь Органические	Т/га Действующего Вещества	6	6	10	—
Картофель	Известь Органические	Т/га Действующего Вещества	6	6	10	—
Капуста	Известь Органические	Т/га Действующего Вещества	6	6	10	—
Столовая свекла	Известь Органические	Т/га Действующего Вещества	6	6	10	—

Существенное влияние на размеры поступления радионуклидов из почвы в растения, как уже отмечалось, может оказать их перераспределение по профилю почвы в момент механической обработки.

В том случае, если площадь лугов в хозяйстве большая и они являются основным поставщиком кормов для животных в пастбищный период и в зимнее время, для существенного снижения поступления радиоактивных веществ в корма вполне достаточными мероприятиями могут быть обработка лугов фрезерными машинами или тяжелыми дисковыми орудиями, а также перепашка лугов отвальными плугами с последующим посевом многолетних трав. При недостатке семян многолетних трав обработанные луга можно засевать однолетними кормовыми культурами.

Включение лугов, загрязненных радиоактивными веществами, в кормовые севообороты может быть вполне оправдано, т. к. система таких севооборотов предусматривает многократную обработку почвы, при которой радиоактивные вещества перемещаются с почвой и более прочно сорбируются ее минеральными компонентами по сравнению с дерниной на лугах. Кроме того, в севообороте имеется возможность подбирать для посева такие культуры, которые в относительно небольших размерах накапливают радиоактивные продукты деления.

С точки зрения дезактивации почв, загрязненных радиоактивными веществами, определенный интерес представляет своевременная уборка растений, на которую в первую очередь оседают радионуклиды при прохождении радиоактивного облака.

Агрономическое значение удобрений в условиях радиоактивного

загрязнения не изменяется, но они приобретают новое, дополнительное

качество. Установлено, что удобрения могут как способствовать уменьшению размеров поступления радиоактивных веществ из почвы в растения, так и стимулировать поглощение отдельных нуклидов корнями растений.

Накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных растений существенно изменяется в зависимости от комплекса условий, которые могут складываться в природной обстановке. Известно, что при одинаковом уровне радиоактивного загрязнения на различных почвах поступление нуклидов в растения и накопление их в урожае будут неодинаковыми. Это связано с многими факторами: механическим и минералогическим составом почв, наличием в поглощающем комплексе обменных катионов, кислотностью почвенного раствора, количеством органических веществ, а также биологическими особенностями растений, произрастающих на загрязненной территории.

Опыты с внесением минеральных удобрений на естественных лугах расположенных на черноземных почвах, показали, что они не могут рассматриваться в качество средства, ограничивающего поступление радиостронция из почвы в растения. Однако в случае перепашки на глубину 25 см и посева многолетних трав внесение суперфосфата может оказать положительное влияние на уменьшение размеров поступления радиостронция из пахотного слоя почвы в растения. Азот очевидно, может стимулировать поступление стронция-90 в растения.

По имеющимся данным, из кислых почв радиостронций и радиоцезий поступают в растения в больших количествах по сравнению с почвами нейтральными. В связи с этим широко известный в агрономической практике прием — известкование кислых почв — не только создает условия для лучшего роста растений, но и является одновременно средством существенного ослабления поглощения радионуклидов растениями из почвы.

Существенное влияние на переход цезия-137 из почвы в растения оказывают соли калия.

Внесение в почву органических удобрений обычно уменьшает поступление в растения стронция-90, цезия-137, церия-144 и рутения-106, причем наибольший эффект можно ожидать на почвах легкого механического состава. Особенно резко накопление радионуклидов снижается совместным внесением в дерново-подзолистые почвы органических и известковых удобрений, которых проявляются в течение ряда лет. Это мероприятие следует рассматривать как одно из наиболее действенных среди других агрономических приемов, направленных на снижение поступления радионуклидов из почвы в растения и одновременно на увеличение урожая сельскохозяйственных культур.

При ведении сельского хозяйства на землях, загрязненных радиоактивными веществами, следует соблюдать правила по использованию местных удобрений, которые сами могут стать источником активного загрязнения почвы и растений. Навоз, компост и зола, полученные с участков с высокой плотностью загрязнения, не должны использоваться на полях с низким уровнем радиоактивности. Эти удобрения следует вносить лишь на поля с более высоким уровнем загрязнения под посевы технических культур. При одинаковой плотности загрязнения земель органические удобрения, полученные с естественных лугов, не должны вноситься в пахотные земли, т. к. это неизбежно приведет к повышению загрязненности радионуклидами пахотных земель. Не следует вносить загрязненные радиоактивными веществами органические удобрения на поля овоще-картофельных севооборотов, т, к. получаемая продукция идет непосредственно в пищу человека.

Среди других агрономических и культуротехнических мероприятий, направленных на уменьшение поступления радиоактивных веществ в растения лугов и исключение возможности заглатывания радионуклидов с поверхности почвы животными при выпасе, заслуживает внимания метод нанесения на поверхность лугов тонкого слоя торфа, глины или других материалов, не загрязненных радиоактивными веществами.

Как уже отмечалось, радиоактивные продукты деления поглощаются различными видами растений с неодинаковой интенсивностью. При этом наблюдается прямая корреляция между поглощением растениями кальция и радиостронция, а также между калием и радиоцезием. Такие кальциефильные растения, как клевер, люцерна, вика, горох и другие бобовые культуры, обычно интенсивно поглощают радиостронций и в значительных количествах накапливают его в вегетативных органах. Злаковые же культуры, поглощающие кальций в сравнительно небольших количествах, мало накапливают радиостронция. Распределение радиоактивных продуктов деления в хозяйственной части урожая различных культур в пересчете на единицу массы продукта отличаться на порядок величин и больше (табл. 13).

Таблица 13

Накопление стронция-90 различными растениями по отношению к содержанию стронция-90 в тимофеевке луговой (в %)

Сравнительно невысокие размеры накопления стронция-90 характерны для зерна бобовых и злаковых культур, клубнеплодов и корнеплодов. Вегетативные же органы растений, особенно бобовых отличаются высокой концентрацией радионуклида.

При расчете содержания стронция-90 в урожае на кальций (стронциевые единицы) имеет место существенное перераспределение размеров загрязнения отдельных культур и хозяйственной части урожая. Вегетативные органы бобовых культур, например, оказываются в более выгодном положении, чем тимофеевки луговой, а клубни картофеля и корнеплоды свеклы находятся в равном положении с тимофеевкой луговой и лишь зерно овса и гороха по-прежнему отличалось наименьшим содержанием стронция-90 на 1 г кальция.

Материалы, приведенные в таблице 13, отражают некоторые закономерности накопления стронция-90 различными сельскохозяйственными культурами.

Совершенно очевидно, что соответствующим подбором культур и их сортов, а также использованием определенной части урожая можно ограничить поступление радиоактивных веществ в рацион сельскохозяйственных животных и человека.

Введение

Загрязнение территории Республики Беларусь радионуклидами после аварии на ЧАЭС

1 Влияние ёмкости катионного обмена и содержание обменных катионов в почве на поступление радионуклидов в растительность

2 Влияние кислотности почв на поступление радионуклидов в растительность

3 Влияние содержания в почве органического вещества на поступление радионуклидов в растительность

4 Влияние режима увлажнения на поступление радионуклидов из почвы в растительность

Изучение накопления радионуклидов в травостое лугов различного режима увлажнения

1 Цель, задачи, материал и методика исследований

2 Анализ результатов исследований

Литература

Введение

Наша страна богата лесами, озерами, реками, поражает многообразием животного и растительного мира, несмотря на то, что территория Республики Беларусь не большая.

Известно, что основными силами природы являются тяготение, электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействия. Сильное взаимодействие ничто иное как радиоактивность.

Радиация является одной из потенциально опасных сил. Человек научился использовать радиоактивные вещества для своего блага: диагностика, получение электрической энергии и др.

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.

В результате катастрофы на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглось более 1,8 млн. га сельскохозяйственных угодий, т.е. около 20% их общей площади. В настоящее время радиационная обстановка определяется, в основном, двумя техногенными радионуклидами - цезием-137 и стронцием-90, которые являются химическими аналогами калия и кальция соответственно, и поэтому они легко включаются в процессы миграции в биосфере.

Это привело к ухудшению здоровья людей, животного мира, загрязнению почвы, озер, рек. Резко сократились посевные площади, снизился сбор сельскохозяйственных культур, и уменьшилось количество скота. Ликвидировано 54 колхоза и совхоза, закрыто 9 заводов агропромышленного комплекса, прекратили хозяйственную деятельность еще около 300 народно-хозяйственных комплекса, свыше 600 школ и детских садов, около 100 больниц, свыше 500 объектов торговли, общественного питания и бытового обслуживания. Однако, несмотря на уже сделанные многочисленные оценки и прогнозы, последние нельзя считать окончательными.

В значительной мере от последствий на ЧАЭС пострадали флора и фауна. Последствия радиоактивного загрязнения для окружающей среды после аварии можно разделить на две группы:

лучевое поражение сообществ растений и животных

накопление радионуклидов, в концентрации, представляющих опасность не только для растений и животных, но и для человека, который так или иначе их потребляет и использует для питания.

Размеры лучевого радиационного повреждения могут быть различными в зависимости от плотности загрязнения. При очень высоких плотностях загрязнения наблюдается полная гибель отдельных экосистем.

Цель курсовой работы: Оценить влияние агрохимических характеристик почвы на накопление 137Cs и 90Sr в растительности.

Задачей является установление корреляционной связи загрязнения почвы по 137Cs и 90Sr и агрохимических характеристик: ёмкости катионного обмена и содержание обменных катионов; кислотности почв; содержания в почве органического вещества и режима увлажнения.

1. Загрязнение территории Республики Беларусь радионуклидами после аварии на ЧАЭС

апреля 1986 года на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС произошел взрыв ядерного реактора. Этот день поделил жизнь населения до и после Чернобыля. Чернобыльская катастрофа самая крупнейшая в свете катастрофа, на нашей планете. В реакторе находилось 190,2 тонны ядерного горючего, в окружающую среду было выброшено около 4 тонн (1018 Бк радионуклидов йода, цезия, стронция, плутония и других, без учета газов). Особую, опасность в первые дни представлял Иод-131.

В результате аварии на четвертом блоке Чернобыльской АЭС во внешнюю среду поступили радиоактивные вещества общей активностью около 10 ЭБк. Радиоактивные выбросы привели к значительному загрязнению местности, населенных пунктов, водоемов. Загрязнение территории Беларуси с плотностью свыше 37 кБк/м2 цезием-137 составило 23% ее площади. Эта величина для Украины составляет 5%, России - только 0,6%.

Результаты почвенного обследования земель республики показали, что наиболее загрязненными в результате катастрофы на ЧАЭС оказались Гомельская, Могилевская и Брестская области.

В соответствии со статьей 4 Закона О правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению после катастрофы на Чернобыльской АЭС территория Республики Беларусь разделена на зоны в зависимости от радиоактивного загрязнения почв радионуклидами и величины среднегодовой эффективной дозы (табл. 1.1).

Зона эвакуации (отчуждения) - территория вокруг Чернобыльской АЭС, с которой в 1986 году в соответствии с существовавшими нормами радиационной безопасности было эвакуировано население (30-километровая зона и территория, с которой проведено дополнительное отселение в связи с плотностью загрязнения почв стронцием-90 выше 3 Ки/кв. км и плутонием-238, 239, 240 - выше 0,1 Ки/кв. км);

Зона первоочередного отселения - территория с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 40 Ки/кв. км либо стронцием-90 или плутонием-238, 239, 240 соответственно 3,0; 0,1 Ки/кв. км и более;

Зона последующего отселения - территория с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 15 до 40 Ки/кв. км либо стронцием-90 от 2 до 3 Ки/кв. км или плутонием-238, 239, 240 от 0,05 до 0,1 Ки/кв. км, на которых среднегодовая эффективная доза облучения населения может превысить (над естественным и техногенным фоном) 5 мЗв в год, и другие территории с меньшей плотностью загрязнения вышеуказанными радионуклидами, где среднегодовая эффективная доза облучения населения может превысить 5 мЗв в год;

Зона с правом на отселение - территория с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 5 до 15 Ки/кв. км либо стронцием-90 от 0,5 до 2 Ки/кв. км или плутонием-238, 239, 240 от 0,02 до 0,05 Ки/кв. км, на которых среднегодовая эффективная доза облучения населения может превысить (над естественным и техногенным фоном) 1 мЗв в год, и другие территории с меньшей плотностью загрязнения вышеуказанными радионуклидами, где среднегодовая эффективная доза облучения населения может превысить 1 мЗв в год;

Зона проживания с периодическим радиационным контролем - территория с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 1 до 5 Ки/кв. км либо стронцием-90 от 0,15 до 0,5 Ки/кв. км или плутонием-238, 239, 240 от 0,01 до 0,02 Ки/кв. км, где среднегодовая эффективная доза облучения населения не должна превышать 1 мЗв в год.

По результатам радиологического обследования площади сельскохозяйственных угодий, загрязненных цезием-137 с плотностью > 1 Ки/км2, составляет более 1,8 млн га, 90Sr с плотностью загрязнения > 0,3 Ки/км2 - около 0,5 млн га, из которых 1437,9 тыс. га используются для сельскохозяйственного производства.

Таблица 1.1 - Зонирование территории Республики Беларусь по уровню радиоактивного загрязнения и величины дозовых нагрузок на население

Наименование зоныЭквивалент доза, мЗв/годПлотность загрязнения, кБк/м2137Сs90SrPu-238, -240Зона проживания с периодич. радиац. контролем< 137-1855,55-18,50,37-0,74---- с правом на отселение< 5 > 1185-55518,5-740,74-1,85----последующего отселения> 5555-184074-1111,85-3,7----первоочеред. отселения> 1840> 111> 3,7----отчуждения (эвакуации)территория вокруг ЧАЭС, с которой в 1986 году было эвакуировано население

Выпавший в результате аварии радиоцезий на 50 - 98% оказался в почве в «фиксированном состоянии». Доля водорастворимых его форм не превысила 2-3%. Стронций-90, напротив, отличался более высоким содержанием подвижных форм. Только на водорастворимые формы пришлось порядка 19% его общего содержания.

В начальный период после аварии основная масса радионуклидов сконцентрировалась в верхнем 5-сантиметровом слое почвы. Здесь содержалось 70-90% цезия-137 и 50 - 70% стронция-90. В почвах с признаками избыточного увлажнения глубина проникновения нуклидов составила 8 - 17 см.

К 2000 г. в дерново-подзолистых супесчаных почвах цезий-137 достиг глубины 22 см, а стронций-90 - 28 см. Однако содержание их здесь в ненарушенных почвах весьма незначительно. На обрабатываемых землях радионуклиды распределены в пахотном горизонте довольно равномерно. Вторичное горизонтальное перераспределение радионуклидов связано с эрозией почв. В зависимости от ее интенсивности содержание радионуклидов в пахотном слое на пониженных элементах рельефа может повышаться до 75%.

1.1 Влияние ёмкости катионного обмена и содержание обменных катионов в почве на поступление радионуклидов в растительность

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 поступления и через корневую систему - корневой путь поступления .

Поведение радионуклидов в почвах в процессах обменного поглощения подчиняется тем общим законам, которые были установлены классическим учением К. Гедройца о поглотительной способности почв. Однако процесс сорбции, в котором участвуют радионуклиды, характеризуется тем, что сорбируемое вещество находится в микроколичествах, т. е. в предельно низких концентрациях. Поэтому в данном случае существует очень широкое отношение между величиной емкости поглощения почвы и степенью ее заполнения радиоактивными нуклидами. Следовательно, в процессе поглощения микроколичества радионуклидов не конкурируют за места на поверхности сорбента, так как по отношению к ним насыщенность сорбента всегда остается очень низкой.

К свойствам радионуклидов, определяющим их распределение между твердой и жидкой фазами почвы, относятся заряд иона и его знак, радиус гидратированного иона, энергия гидратации иона, форма соединений, а также способность к комплексообразованию и гидролизу. Каждая почва в естественном состоянии содержит определенное количество обменно-поглощенных катионов Са, Н, Mg, Na, К, NH4 и др. В большинстве почв среди них преобладает Са, и Квторое место занимает Mg, в некоторых почвах в поглощенном состоянии содержится немного Naи NH4 .

Для 137Csхарактерны процессы селективной сорбции, а также необменной сорбции твердой фазой почв. Способность почв фиксировать цезий в значительной степени определяется содержанием в почве лабильных глинистых минералов. Наибольшей способностью к фиксации калия, аммония и цезия обладают гидрослюды типа иллита.

Для Cs+в зависимости от условий, определяющим обменным катионом может стать как калий, так и аммоний. Причем аммоний преобладает в восстановительных условиях донных отложениях и в торфяно-болотных почв. А на поведение 90Sr оказывает влияние органическое вещество почвы. Радионуклид присутствует в почвах в основном не в виде индивидуальных соединений с органическими веществами неспецифической природы и собственно гумусовыми кислотами, а сложных комплексов, в состав которых входят также Ca, FeиAl.

Существует обратная зависимость накопления 90Sr в растениях от емкости поглощения почв и содержания обменного кальция. С увеличением содержания обменного кальция и величины емкости поглощения доступность 90Sr растениям

снижается. Поступление 137Сs из почвы в растения определяется суммой поглощенных оснований и количеством обменного калия в почве. На почвах с низкой суммой поглощенных оснований и относительно небольшим количеством

обменного калия происходит более интенсивное поглощение 137Сs растениями, чем на почвах, имеющих более высокие эти показатели .

Известно, что чем больше в ППК обменного калия, тем быстрее происходит закрепление 137Сsв ППК и уменьшение его коэффициента перехода в растения. Коэффициент перехода цезия в растения при низком содержании обменного калия (К2О = 40-80 мг/кг почвы), может уменьшаться всего на 20-60%, а при высоком содержании К2О может снижаться до 70%. Насыщение дерново-подзолистой почвы обменным калием выше оптимального уровня (300 мг/кг почвы) не сопровождается снижением поступления 137Сsв растения. Для торфяно-болотных почв оптимальный уровень содержания в почве обменного калия не должен превышать 1000 мг/кг почвы. Чем больше в почве обменного калия, тем меньше коэффициента накопления 90Sr. Однако эта зависимость менее выражена, чем для коэффициента накопления 137Сs.

Поступление радионуклидов зависит от времени и форм нахождения в почве, от концентрации доступных форм в корнеобитаемом слое.

После аварии на ЧАЭС наиболее интенсивно поступление цезия происходило в первые 2 года. К концу 5-го года содержание обменного цезия в почве уменьшилось в 3 и более раз и вышло на стационарный уровень. 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, поэтому он находится в водорастворимой и обменной формах, которые хорошо доступны для корневого усвоения.

1.2 Влияние кислотности почв на поступление радионуклидов в растительность

Установлена отрицательная зависимость между содержанием обменного кальция, уровнем кислотности почвенного раствора и поступлением в растения стронция-90. Чем больше в почве обменного кальция и чем меньше кислотность почвенного раствора, тем меньше коэффициенты перехода стронция-90 в растения. Эта закономерность проявляется и при поступлении цезия-137 в растения, но связь менее сильная. Для многолетних бобовых злаковых трав, кукурузы и картофеля коэффициенты корреляции находятся в пределах от -0,52 до -0,93. Особенно тесная связь исследуемых параметров наблюдается на дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах, а также на аллювиальных песчаных и слоистых почвах. С поступлением 137Сs эта связь также проявляется, но слабее. Для торфяно-болотных почв характерна та же закономерность, что и для дерново-подзолистых.

Таблица 1.2 - Влияние кислотности почв на содержание цезия-137 в кормах

КультурыПродукцияВлажностьрН KCl3,9-4,34,3-4,7Более 4,7Травы естественных сенокосовсено1620,016,514,4сенаж5510,78,87,7силос756,04,94,3зеленая масса824,33,53,1Многолетние злаковые травысено1616,414,611,0сенаж558,77,85,9силос754,94,33,3зеленая масса823,53,12,4

Содержание 90Sr в урожае многолетних злаковых трав на торфяно-болотной почве в зависимости от уровня кислотности при плотности загрязнения 37 кБк/м2, КП позволяющего существенно уменьшить поступление 90Srв растения за счет антагонизма катионов, что способствует частичному переводу радионуклидов в необменное состояние. Однако, как видно из данных таблицы 1.3 и рис. 1.1, более информативным является содержание в почвах обменного кальция, чем показатель их обменной кислотности. Коэффициенты перехода радионуклидов из супесчаных почв снижаются в 1,7-2,0 раза по мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы .

Рис. 1.1 - Влияние плодородия дерново-подзолистых супесчаных почв на поступление радионуклидов в многолетние злаковые травы, Бк/кг (1989-1993 гг.)

Таблица 1.3 - Влияние кислотности почвы на Кп 137Cs и 90Sr в многолетних злаковых травах

РадионуклидырН KCl4,6-5,05,1-5,55,6-6,06,1-6,56,6-7,07,1-7,8СаО, мг/кг почвы5507401044168020081984137Cs5,7±0,25,3±0,25,3±0,13,7±0,32,9±0,33,0±0,290Sr12,4±0,412,0±0,38,0±1,77,2±0,87,2±0,37,0±0,1

По мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы Кп137Cs и 90Srснижается в 1,5-2 раза. Изменение кислотности почвенного раствора от кислого интервала (рН = 4,5-5,0) к нейтральному (рН = 6,5-7,0) снижает переход стронция-90 в растения в 2-3 раза.

Дальнейшее насыщение почвы свободными карбонатами кальция сдвигает реакцию в щелочной диапазон, однако это уже не сопровождается уменьшением поступления радионуклидов в растения.

На карбонатных почвах коэффициент накопления стронция-90 снижается до 3-х раз, потому что происходит необменная фиксация 90Srс образованием карбонатных солей. На этих почвах Кп137Csувеличивается до 4-х раз, т.к. здесь 137Csсвязывается водорастворимыми органическими соединениями, которые легко его освобождают в виде доступных ионов. Установлено, что чем больше насыщенность почвы обменными основаниями, тем меньше коэффициент перехода 137Csи 90Srв растения.

Торфяно-болотные почвы бедны по содержанию калия, кальция и магния. Как правило, это кислые почвы, поэтому Кп137Csи 90Srна этих почвах в 5-20 раз больше, чем на дерново-подзолистых.

Оптимальные показатели кислотности (рН) колеблются в значительных пределах и зависят от типа и гранулометрического состава почвы, обеспеченности ее гумусом и набора культур в севооборотах. На основании исследований, проведенных в республике, определены оптимальные параметры реакции почв (рН в КCl) в зависимости от гранулометрического состава, которые на дерново-подзолистых почвах составляют:

глинистые и суглинистые - 6,0-6,7,

супесчаные - 5,8-6,2,

песчаные - 5,6-5,8.

На торфяно-болотных и минеральных почвах сенокосов и пастбищ оптимальные параметры составляют соответственно 5,0-5,3 и 5,8-6,2 .

Установлено, что минимум накопления радионуклидов в урожае различных культур чаще всего соответствует оптимальному уровню реакции почвенной среды и степени насыщенности почв основаниями, которые достаточны и необходимы для обеспечения максимально возможного урожая соответствующих культур. Это позволяет использовать величину pHKCl (которая систематически определяется агрохимической службой на каждом рабочем участке поля) в качестве интегрального показателя насыщенности почв основаниями при прогнозе доступности растениям радионуклидов, особенно 90Sr.

Известкование является одним из наиболее важных приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий. При внесении в кислую почву извести в почвенном растворе резко уменьшается концентрация водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что влияет на доступность радионуклидов растениям, особенно 90Sr.

Эффект снижения поступления радионуклидов в урожай от известкования в дозах, рассчитанных для нейтрализации полной гидролитической кислотности, в сочетании с удобрениями колеблется в больших пределах. Это зависит от многих факторов, а именно: гранулометрического состава, степени кислотности почв, обеспеченности их гумусом, элементами минерального питания и других свойств, а также биологических особенностейвозделываемых культур .

Известкование кислых почв направлено не только на ограничение поступления радионуклидов в растениеводческую продукцию, но и повышение плодородия почв, а также урожая. Действие извести более заметно в длительных стационарных полевых опытах на кислых дерново-подзолистых почвах. Таким примером может быть стационар Гомельской опытной станции, заложенный в 1986 году на среднекислой, бедной питательными веществами и гумусом дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве с плотностью загрязнения 137Cs - 296 кБк/м2.Известкование в дозах из расчета нейтрализации полной гидролитической кислотности на фоне N90P90K90 снизило содержание 137Csв зерне и соломе озимой ржи в 2 раза. Повышение дозы извести до уровня 1,5 гидролитической кислотности (6,5 т/га), равно как и повторное известкование в 1992 году из расчета нейтрализации полной гидролитической кислотности, способствовало некоторому снижению накопления137Csтолько в соломе. Эти данные согласуются с результатами исследований Бондаря П.Ф., Лощилова Н.А., Дутова А.И., показавших, что дополнительное внесение мелиорантов с целью снижения поступления 137Csв урожай на произвесткованных почвах является малоэффективным агротехническим приемом .

Обобщение большого количества экспериментальных данных позволило сделать вывод, что минимальное накопление радионуклидов в растениеводческой продукции при прочих равных условиях возделывания сельскохозяйственных культур отмечено при оптимальной реакции почвенной среды. В этой связи основной целью известкования на землях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, является нейтрализация кислотности почвы и насыщение ее поглощающего комплекса кальцием и магнием.

Основная потребность в известковых удобрениях определяется в соответствии с «Инструкцией определения дополнительной потребности материально-технических ресурсов для сельского хозяйства в зоне радиоактивного загрязнения» . На минеральные земли с плотностью загрязнения 137Cs 5,0 и более Ки/км2 (185 кБк/м2) и 90Sr 0,3 и более Ки/км2 (11 кБк/м2) и на торфяные почвы с плотностью загрязнения 137Csболее 1,0 Ки/км2 (37 кБк/м2) и 90Srболее 0,15 Ки/км2 (5,5 кБк/м2) предусматривается дополнительное внесение извести с целью ускоренного доведения реакции почв до оптимальных значений. На дерново-подзолистые супесчаные почвы с рН 5,6-6,0 и плотностью загрязнения 137Cs 1-5 Ки/км2 (37-185 кБк/м2) дополнительное выделение извести предусматривается для поддержания кислотности в оптимальном диапазоне рН. Все почвы I-II групп кислотности подлежат первоочередному известкованию в связи с высоким переходом радионуклидов в растения.

Таким образом, внесение извести является традиционным эффективным способом снижения поступления радионуклидов 90Srи 137Csиз почвы в растения. При этом в почвенном растворе резко уменьшается концентрация водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что снижает доступность радионуклидов растениям, особенно 90Sr.

1.3 Влияние содержания в почве органического вещества на поступление радионуклидов в растительность

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. Гумус - это совокупность органических соединений, находящихся в почве, но не входящих в состав живых организмов или их остатков, сохраняющих анатомическое строение. Гумус составляет 85-90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности. Гумус составляют индивидуальные (в том числе специфические) органические соединения, продукты их взаимодействия, а также органические соединения, находящиеся в форме органо-минеральных образований . Повышенная биологическая доступность радионуклидов на торфяно-болотных почвах связана со способностью органического вещества фиксировать ионы радионуклидов на поверхности органических коллоидов, поэтому не обеспечивается прочная сорбция радионуклидов и увеличивается их доступность растениями. Кроме этого на торфяно-болотных почвах повышена кислотность почвенного раствора, что обеспечивает хорошую растворимость солей радионуклидов и их доступность растениям.

Наиболее доступны для растений радионуклиды, находящиеся в почве в растворенном виде. Однако растения могут извлекать химические элементы, в том числе и радионуклиды, из твердой фазы почвы. Кислые корневые выделения растений способны растворять относительно подвижные формы радионуклидов, связанные в минерально-обломочной фракции почв и растворимые в слабых кислотах (обменные, сорбционные и др.). Сорбция на гумусовом веществе с последующим переходом в необменные формы делает радионуклиды слабо доступными для растений.

По данным учёных НИРУП «Институт почвоведения и агрохимии», весьма эффективным способом снижения поступления радионуклидов и нитратов в урожай сельскохозяйственных культур являются медленнодействующие удобрения (карбамид и сульфат аммония с добавками гуматов). Применение этих удобрений позволяет в среднем снизить содержание 137Cs на 20%, а 90Sr на 12% в урожае большинства сельскохозяйственных культур по сравнению с обычными формами азотных удобрений (аммиачная селитра, мочевина) при увеличении урожайности на 25%. На тех почвах, где основная масса радионуклидов прочно связана в гумусовых горизонтах, наблюдается снижение коэффициентов накопления растениями радионуклидов (КН) .

Также проведено изучение распределения 137Сs и 90Sr по группам и молекулярно-массовым фракциям гумусовых веществ. При взаимодействии радионуклидов с органическими соединениями происходит образование сложных органо-минеральных комплексов и комплексно-гетерополярных солей. Исследовано влияние органическихлиганд на молекулярно-массовое распределение углерода, радиоцезия и радиостронция. Изучено поступление 137Сs и 90Sr в растения под влиянием искусственных комплексонов и гуминовых кислот, а также из разных органо-минеральных источников из водных растворов, так из различных почв.

Диапазон различия в содержании органического вещества в пределах одной разновидности почв на большинстве опытных участков может быть невелик. Повышение содержания гумуса в дерново-подзолистых супесчаных почвах от минимального (1,0-1,5%) до оптимального (2,0-3,0%) сопровождалось снижением в 1,5 раза поступления 137Сs и 90Sr в многолетние травы.

Таблица 1.4 - Влияние содержания гумуса в дерново-подзолистых супесчаных почвах на поступление радионуклидов в многолетние злаковые травы, КП (1989-1993 гг.)

РадионуклидыСодержание гумуса, %1,0-1,51,6-2,02,1-3,03,1-3,5137Сs5,9±0,45,6±0,24,7±0,53,4±0,390Sr15,9±0,315,7±0,412,2±1,18,2±0,9

В зоне радиоактивного загрязнения может быть оправданным и поддержание более высокого уровня содержания гумуса в почве (3,1-3,5%) для дальнейшего снижения поступления радионуклидов в продукцию при наличии дешевых источников органического вещества.

Представление о противоположных функциях разных фракций гумусовых кислот помогает понять особенности миграции элементов.

Вывод о противоположном действии гуминовых и фульвокислот нашел подтверждение и при исследовании форм нахождения радионуклидов, образовавшихся во время катастрофы на Чернобыльской АЭС . Высокую радиоактивность наблюдали лишь в пробах природных вод высокой цветности, т.е. с большими содержаниями фульвокислот. При фазовом химическом анализе почв района Чернобыля показано, что основная доля радионуклидов связана с труднорастворимыми фракциями, прежде всего с гуминовыми кислотами почвы. В условиях Украины и Белоруссии тенденция к удерживанию радионуклидов в почвах значительно сильнее, чем тенденция к их рассеянию поверхностными водами.

Итак, можно сделать вывод,что:

гуминовые кислоты обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам загрязняющих и рудных элементов, а также изотопных носителей долгоживущих радионуклидов: 1 г гуминовых кислот сорбирует 30 мг цезия, 18 мг стронция, 18 мг меди, 60-150 мг свинца, 80 мг хрома, 300 мг ртути, 300-600 мг золота, 85-100 мг палладия.

гуминовые кислоты - эффективный геохимический барьер, ограничивающий подвижность ионов металлов.

миграционная способность элементов в конкретных ландшафтных условиях зависит от состава гумусовых кислот почв и вод и во многом определяется конкуренцией процессов комплексообразования ионов металлов с фульво- и гуминовыми кислотами .

1.4 Влияние режима увлажнения на поступление радионуклидов из почвы в растительность

Известно, что количество катионов цезия и стронция, вытесняемых из почвы в раствор, при постоянной концентрации возрастает с увеличением объема раствора, что предполагает повышенное накопление радионуклидов растениями .

Общеизвестно увеличение перехода 137Сs и 90Sr в травы естественных сенокосов на переувлажненных почвах по сравнению с сеяными травами на автоморфных почвах. Однако здесь оказывает влияние комплекс факторов, включая различия в окультуренности почв, видовом составе трав, удобрениях и др. Имеются сведения, что при разных режимах увлажнения почв могут не изменяться коэффициенты накопления радионуклидов растениями, но возрастает общий вынос радионуклидов за счет увеличения биомассы растений .

Рерих П.А. и Моисеев И.Т. установили, что поступление 137Сs в зерновые и крупяные культуры на выщелоченных черноземах находится в обратной корреляционной зависимости от суммы осадков за вегетационный период и запасов влаги в метровом слое почвы .

Для определения влияния режима увлажнения почв на поступление радионуклидов в растения в 1992-1994 гг. проводились исследования на сенокосах Ветковского, Лоевского и Хойникского районов Гомельской области (табл. 1.5) . На одном типе почв, различающихся степенью гидроморфизма и, следовательно, режимом увлажнения, подбирались участки сенокосов сходного ботанического состава трав. Влажность почв в период максимального роста и уборки трав различалась и составляла, соответственно, 4,5, 14,8 и 21,7%. Кислотность почв трех участков была близкой к оптимальной, а содержание обменных катионов кальция повышалось по мере возрастания степени увлажнения. Доля обменных форм 137Сs последовательно повышалась от 9,6% на автоморфных до 10,7 на глееватых почвах и до 12,3% - на глеевых. Одновременно многократно возрастал переход 137Сs и 90Sr из почвы в растения ежи сборной. Долевое содержание водорастворимых и обменных форм 90Sr также заметно повышалось на временно избыточно увлажненных и глееватых супесчаных почвах.

Таблица 1.5 - Влияние режима увлажнения почв и форм нахождения радионуклидов на их переход в растения ежи сборной (Хойникский район, 1994 г.)

ПоказательДерново-подзолистые суглинистые почвы, развивающиеся на легких суглинкахВременно избыточно увлажненныеГлееватыеГлеевыеpH KCl5,84,874,25Содержание в почве К2О110142148СаО620520260MgO270114300Содержание 137Cs в почве Бк/кг131013701600В т.ч. в вытяжках, %H2O0,040,040,041M CH3COONH49,610,712,31M HCl9,89,413,66M HCl80,5679,8674,03Содержание 137Cs в растениях Бк/кг305070Ku0,020,040,04Содержание 90Sr в почве Бк/кг120170270В т.ч. в вытяжках, %H2O4,53,15,91M CH3COONH445,250,451,01M HCl43,740,842,66M HCl6,65,71,5Содержание 90Sr в растениях Бк/кг240550900Ku23,23,3

Повышенный переход 137Сs в растения ежи сборной по мере нарастания степени гидроморфизма наблюдался и на большом массиве осушенных дерново-заболоченных песчаных почв в Лоевском районе Гомельской области (табл. 1.6 и рис. 1.3). Здесь также отмечено заметное увеличение

доли обменных форм 137Сs на глеевых почвах по сравнению с временно избыточно увлажненными и глееватыми. В значительно большей степени (до 27 раз) различались коэффициенты накопления 137Сs растениями ежи сборной.

Таблица 1.6 - Влияние гидроморфности дерновых заболоченных песчаных почв на переход 137Сs в растения ежи сборной (Лоевский район, 1993 г.)

ПоказательСтепень гидроморфности почвВременно избыточно увлажненныеГлееватыеГлеевыеpH KCl5,55,65,9Содержание в почве обменных катионов мг.экв/ 100г почвы Са2,464,688,8Mg1,111,011,9гумус, %132017401400Содержание 137Cs в почве Бк/кг0,10,10,9В т.ч. в вытяжках, % H2O3,53,317,51MCH3COONH413,010,65,01MHCl76,283,070,56MHCl76,283,070,5Содержание 137Cs в растениях Бк/кг27813737951Ku0,210,795,68Урожай сена ц/га19,030,348,1

Если учесть, что урожай сена увеличивался с повышением степени увлажнения почв, то суммарный вынос радионуклида с гектара площади на дерново-глееватых почвах был в 6 раз, а на дерново-глеевых - в 54 раза выше, чем на временно избыточно увлажненных почвах. Проведенные исследования показали, что осушение не обеспечивает единого режима влажности почв всего массива и не устраняет имеющихся различий в увлажнении между почвенными разновидностями.

Рис. 1.2 - Влияние гидроморфности дерновых заболоченных песчаных почв на переход радионуклидов в растения ежи сборной, Бк/кг

В результате осушения режим влажности дерново-глеевых почв приближается к оптимальному. Это значит, что оптимум влажности почвы длится 100 дней, уровень грунтовых вод (УГВ) колеблется в пределах 1,13-1,59 м, в дерново-глееватых почвах оптимум увлажнения - 90 дней, УГВ - 1,35-1,79 м. На повышенных элементах рельефа, где развиты временно избыточно увлажненные почвы, больше период иссушения, здесь оптимум влажности почвы наблюдается только в течение 70 дней, а УГВ колеблется в пределах 1,60-2,35 м. Исследуемые почвы характеризуются низким содержанием обменного калия и типичным повышением содержания обменных форм кальция и магния, а также содержания гумуса по мере нарастания степени увлажнения почв. Все почвы характеризовались близким уровнем плотности загрязнения 137Сs, в пределах от 481 до 518 кБк/м2. Учеты урожая проводились в 20-кратной повторности на посевах ежи сборной третьего года пользования.

Для изучения причин значительных различий переходов радионуклидов в кормовые культуры (многолетние злаковые травы), возделываемые в хозяйствах загрязненной зоны, нами проведены исследования по определению форм нахождения радионуклидов в почвах в зависимости от типа почвообразования, характера и степени увлажнения почв на рыхлых и связных почвообразующих породах. В таблице 1.7 приведены результаты определений форм нахождения 137Сs .

Таблица 1.7 - Формы нахождения 137Сs в дерновых заболоченных и дерново-подзолистых заболоченных почвах, % (1995 г.)

ПочвыH2OCH3COONH41M HCl6M HClДерновые, временно избыточно увлажненные, развивающиеся на песках0,0310,68,780,7Дерново-глееватые развивающиеся на песках0,4819,115,764,7Дерново-глеевые, развивающиеся на песках0,524,026,748,8Дерновые, временно избыточно увлажненные карбонатные, развивающиеся на легких суглинках0,013,18,088,9Дерново-глееватые карбонатные, развивающиеся на легких суглинках0,045,14,390,6Дерново-глеевые карбонатные, развивающиеся на легких суглинках0,036,03,590,5Дерново-подзолистые, временно избыточно увлажненные, развивающиеся на легких суглинках0,049,69,880,6Дерново-подзолисто-глееватые, развивающиеся на легких суглинках0,0410,79,479,9Дерново-подзолисто- глеевые, развивающиеся на легких суглинках0,0712,313,674,0НСР 0950,0072,383,078,56

Первое, что можно отметить, - это преобладание фиксированной формы 137Сs, которая составляет 48-90% в разных почвах. Второе - более высокое содержание 137Сs в обменной и непрочно фиксированной формах в почвах более увлажненных позиций. Третье - самое высокое содержание прочнофиксированных форм 137Сs в дерновых заболоченных карбонатных почвах. В таблице 1.8 приведены результаты определения форм наховождения90Sr в исследуемых почвах.

Особенностью высоких переходов этого элемента из почвы в растения, как уже установлено и подтверждается нашими данными, является то, что значительная часть 90Sr находится в подвижной форме. Причем в почвах, развивающихся на песчаных породах, доля прочнофиксированной фракции несколько меньше, чем на суглинистых, но во всех почвах содержание этой фракции уменьшается с увеличением увлажнения.

Таблица 1.8 - Формы нахождения 90Sr в дерновых заболоченных и дерново-подзолистых заболоченных почвах (1995 г.)

ПочвыH2OCH3COONH41M HCl6M HClДерновые, временно избыточно увлажненные, развивающиеся на песках9,563,720,46,4Дерново-глееватые развивающиеся на песках14,967,614,84,7Дерново-глеевые, развивающиеся на песках11,168,912,27,8Дерновые, временно избыточно увлажненные карбонатные, развивающиеся на легких суглинках4,140,943,411,6Дерново-глееватые карбонатные, развивающиеся на легких суглинках9,142,440,38,2Дерново-глеевые карбонатные, развивающиеся на легких суглинках6,948,141,13,9Дерново-подзолистые, временно избыточно увлажненные, развивающиеся на легких суглинках4,545,243,76,6Дерново-подзолисто-глееватые, развивающиеся на легких суглинках3,150,440,85,7Дерново-подзолисто- глеевые, развивающиеся на легких суглинках5,951,042,61,5НСР 0951,44,73,92,1

Следует также отметить более низкое содержание обменной формы 90Sr в дерновых заболоченных карбонатных почвах при любой степени увлажнения. Насыщение поглощающего комплекса этих почв свободными карбонатами сдвигает реакцию среды в щелочной диапазон, обеспечивая минимум подвижности радионуклидов в почвах. Увеличение степени гидроморфизма способствует усилению динамичности элементов, что приводит к большей доступности радионуклидов для произрастающих трав. Двухлетние исследования БелНИИ мелиорации и луговодства показали также большую значимость учета влажности почвы и определяющего ее уровня грунтовых вод в поглощении радионуклидов сельскохозяйственными растениями. При этом первостепенное значение имеет расстояние загрязненного слоя почвы от УГВ. Наибольшее поглощение радионуклидов многолетними трава-ми происходит при расстоянии уровня воды 35-55 см от загрязненного слоя почв.

Как правило, осушенные массивы на загрязненной радионуклидами территории Белорусского Полесья представлены почвенными комплексами, включающими на одном сельскохозяйственном поле севооборота торфяные, торфяно-болотные, сработанные торфянисто-глеевые и песчаные почвы. При этом пониженные формы рельефа представлены торфяными и торфяно-глеевыми почвами, а повышенные - торфянисто-глеевыми и песчаными. Исследования показали, что минимальное загрязнение растительной продукции на комплексах таких почв достигается при поддержании уровня грунтовых вод на глубине 0,9-1,2 м от средней отметки поверхности поля. Диапазоны уровня грунтовых вод подобраны так, чтобы водопотребление основных видов растений на 30% обеспечивалось из подпахотного слоя почвы. При этом меньшие значения уровня грунтовых вод необходимо поддерживать при выращивании трав, более глубокие - при выращивании зерновых и пропашных культур. Общим правилом поддержания оптимального режима увлажнения загрязненных радионуклидами почв должно стать нахождение динамического равновесия, обеспечивающего, с одной стороны, максимальный урожай и тем самым «ростовое разбавление» радионуклидов, с другой - уменьшение объема почвенного раствора.

По данным наших исследований, переход радиоцезия в многолетние злаковые травы повышался в 10-27 раз на дерново-глеевых и дерново-подзолисто-глеевых почвах по сравнению с автоморфными и временно избыточно увлажняемыми разновидностями этих почв. Практика подтвердила установленные закономерности. В зоне загрязнения, где преобладают переувлажненные дерново-подзолистые песчаные и торфяные, типичные для Полесья почвы, высокая степень загрязнения травяных кормов, молока и мяса наблюдается даже при относительно низких плотностях загрязнения: 137Сs - 7,4-185 и 90Sr - 11,1-7,4 кБк/м2. В то же время на окультуренных участках лессовидных и моренных суглинков Могилевской области продукцию с допустимым содержанием радионуклидов удается получать при плотности загрязнения 137Сs 740 кБк/м2.

Таким образом, приведенные данные показывают исключительно высокую значимость учета степени гидроморфизма почв при прогнозе содержания радионуклидов в продукции сенокосов и пастбищ как на естественных заболоченных, так и на осушенных почвах. Учет степени гидроморфизма почв необходим и при долгосрочном прогнозе очищения почв от радионуклидов.

Детальное изучение вопросов, влияющих на поведение долгоживущих радионуклидов в различных почвах Беларуси, позволяет сделать следующее заключение:

За период наблюдений с 1986 по 1997 г. мощность экспозиционной дозы (МЭД) на постоянных пунктах наблюдений значительно снизилась. В первые послеаварийные месяцы этот процесс был обусловлен распадом короткоживущих радионуклидов. В отличие от Гомельской области на постоянных пунктах наблюдений Могилевской наблюдался меньший изначальный размер МЭД и более плавное ее снижение в последующие годы, что объясняется характером выпадения радионуклидов. Факторы, влияющие на течение миграционных процессов в почве, оказывают косвенное влияние и на параметры МЭД.

Для всех почв характерно извлечение водой незначительной доли (0,3-0,7%) 137Сs. В обменной форме, легко доступной корневой системе растений, его содержание колеблется в пределах от 2,1 до 10,4%. Ближний при определенных условиях резерв радиоцезия, потенциально доступного для растений, составляет 14,0-23,8% валового его содержания. Основная доля радионуклида (69,8-82,0%) находится в прочносвязанной форме, в том числе и внедренной в кристаллическую решетку глинистых минералов. Доступность растениям 137Сs со временем существенно уменьшается в процессе «старения» радионуклида и фиксации его в почве. За период с 1987 по 1993 г. доля подвижного радиоцезияуменьшилась с 29-74% до 5-29% валового (т.е. в среднем более чем в 3 раза). В последние годы скорость фиксации 137Сs уменьшилась. Для 90Sr характерно преобладание легко доступных для растений обменной и водорастворимой форм, которые в сумме составляют 53-87% валового содержания. Доля прочносвязанной фракции, извлекаемой 6М HCl, невелика и колеблется от 3 до 19%. Обнаруживается высокая биологическая доступность 137Сs на торфяно-болотных почвах. Содержание 137Сs в водной вытяжке на порядок выше, чем его содержание в аналогичной вытяжке на минеральных почвах. Выявлены различия, связанные со степенью минерализации торфяной массы.

На всех изучаемых типах почв происходит, хотя и медленно, миграция вниз по профилю 137Сs и 90Sr. С увеличением степени увлажнения почв, темпы миграции увеличиваются. В почвах с ненарушенной дерниной основное количество радионуклидов содержится в 0-5-сантиметровом слое, а в почвах сельскохозяйственного использования практически все количество 137Сs находится в пахотном горизонте.

Скорость миграции 90Sr значительно выше, чем 137Сs, что связано с физико-химическими особенностями этих радионуклидов. Наличие вторичного загрязнения почв и растений радионуклидами за счет их горизонтальной миграции очевидно, и его необходимо учитывать в сельском хозяйстве. Гранулометрический состав почв в значительной степени определяет их поглотительную способность. Сорбционная способность почв зависит от степени дисперсности почвенных частиц. Коэффициенты перехода радионуклидов в растения, произрастающие на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в 1,5-2 раза ниже по сравнению с дерново-подзолистыми песчаными почвами.

2. Изучение накопления радионуклидов в травостое лугов различного режима увлажнения

Результаты многолетних исследований говорят о высоких размерах накопления радионуклида, особенно 137Сs, травостоем кормовых угодий на торфяно-болотных почвах. Так, если для дерново-подзолистых супесчаных почв величина коэффициента пропорциональности составляет для многолетних знаковых трав 05-3, то для торфяно-болотных почв 3,4-8.

Для рационального использования таких кормовых угодий в условии радиоактивного загрязнения необходимо:

проводить прогноз содержания Cs и Sr в кормах (зеленая масса, сено) с учетом плотности загрязнения и основных агрохимических свойств почв;

увеличить их продуктивность;

обеспечить получения дешевых кормов, отвечающих РДУ-99 по содержанию радионуклидов, за счет применения различных агротехнических и агрохимических мероприятий.

В ряде нормативных документов, действующих на территории Белоруссии, России и Украины, в условиях производства на загрязнённых территориях для прогноза содержания 137Сs и 90Sr в сельскохозяйственных культурах и кормах на всех типах почв используются только два агрохимических показателя: содержание подвижного калия (для прогноза 137Сs) и величина обменной кислотности рН (КСl) (для прогноза 90Sr)

В работах ряда отечественных и зарубежных учёных приводятся данные, свидетельствующие о наличии более тесной корреляционной зависимости между коэффициентами перехода 137Сs и 90Sr и другими агрохимическими показателями луговых почв (гидролитической кислотностью, содержанием MgO и СаО, содержанием гумуса, степенью насыщенности основаниями и др.)

2.1 Цель, задачи, материал и методика исследований

Цель работы: 1. Установить корреляционные зависимости между величиной перехода 137Сs и 90Sr в травостои низинных лугов и основными агрохимическими свойствами торфяно-болотных почв.

Составить уравнения линейной и множественной регрессии, позволяющие прогнозировать величину коэффициентов перехода радионуклидов и степень загрязнения травостоя в отдаленный период после аварии на ЧАЭС.

На протяжении периода 1995-2005 изучали влияние основных агрохимических свойств торфяно-болотных почв на изменение величины коэффициентов перехода цезия и стронция в естественный травостой и урожай многолетних злаковых трав.

На наблюдательных площадках проведен учет урожая многолетних трав и отбор пробных снопов в 4-хкратной повторности 2 раза в год для определения удельной активности радионуклидов, а также почвенных образцов на глубину пахотного горизонта для определения основных агрохимических показателей.

Почвенная, радиологическая и агрохимическая характеристики торфяно-болотных почв на наблюдательных площадках представлены в табл. 2.1

Таблица 2.1 - Радиологическая и агрохимическая характеристики торфяно-болотных почв наблюдательных площадок

№Разновидность т-б почв низинного типаПлотность загрязненияАгрохимические показатели137Сs90SrЗольностьpHP2O5K2OCaoMgOИоккБк/м2%мг/кг почвы11Торфяно-глеевая (40 см) на хорошо разложившихся тростниково-осоковых торфах20866335,1260152107906720,435Торфяно-глеевая (40 см) на хорошо разложившихся осоково-тростниковых торфах26182515,4181284101806700,5118Торфяно-глеевая (40 см) на хорошо разложившихся шейхцер-осоковых торфах314113435,3235193122206540,4813Торфяно-маломощная (50 см) на средне разложившихся осоковых торфах11444205,1624321116707140,657Торфяно-маломощная(60 см) на хорошо разложившихся древесно-осоковых торфах, подстилаемых песками235-727,3427421141808601,0014Торфяно-маломощная (65 см) на средне разложившихся осоковых торфах8339205,3498502124508100,721Торфяно-маломощная (70 см) на слаборазложившихся гипново-тростниково-осоковых торфах18947175,1290202127507620,4615Торфяно-маломощная (80 см) на среднеразложившихся осоковых торфах7341205,2645593124808160,762Торфяно-маломощная (105 см) на хорошоразложившихся гипново-тростниково-осоковых торфах12045175,1432163134908040,5116Торфяно-маломощная (120 см) на хорошо разложившихся гипново-тростниково-осоковых торфах12641295,1437207105807140,524Торфяно-маломощная (150 см) на средне разложившихся осоково-тростниковых торфах14057245,2369443126508760,626Торфяно-маломощная(200 см) на хорошо разложившихся древесно-осоковых торфах2506516,55,64766601237510850,83Эта таблица свидетельствует о наличии более тесной корреляционной связи между плотностью загрязнения цезием и стронцием и другими агрохимическими показателями. Можно проследить, зависимость содержания радионуклидов от глубины почв низинного типа и агрохимических показателей. Максимальное количество радионуклидов содержится в Торфяно-глеевая (40 см) на хорошо разложившихся шейхцер-осоковых торфах. При этом на этой почве сравнительно низкий показатель калия, фосфора и Иок по сравнению с другими агрохимическими показателями. Минимальное количество зарегистрировано на Торфяно-маломощная (80 см) на среднеразложившихся осоковых торфах. Здесь наблюдаются выше средних агрохимические показатели.

Плотность загрязнения торфяно-болотных почв137Сs и 90Sr и основных агрохимические показатели определяли по общепринятым методикам. Степень окультуренности почв определяли с помощью интегрированного показателя - индекса агрохимической окультуренности (Иок), используемого для количественной оценки плодородия почв, варьируемого в пределах от 0,2 до 1,0 и рассчитанного с учетом обменной кислотности, содержания подвижных форм оксидов фосфора и калия по следующей формуле:

Иок= (pH-3,5)/4,8+ (P2O5-100)/2100+(K2O-100)/2700

радионуклид почва травостой увлажнение

Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения рассчитывали коэффициенты пропорциональности Кп:

Кп=(Бк/кг):(кБк/м2)

Полученные данные обрабатывались методом дисперсионного и регрессионного анализов с использованием компьютерного программного обеспечения . Коэффициент перехода цезия и стронция в зависимости от типа тровостоя отображены в таблице 2.2 и 2.3

Таблица 2.2 - Коэффициент перехода 137Сs в основные виды кормов в зависимости от обеспечения калием торфяно-болотных почв

Тип травостояСодержание подвижного калия мг/кг почвыменее 250251-500501-1000Более 1000Низинные торфяно-болотные почвы мощностью торфа более 1мСено (влажность 16%)Естественный злаково-разнотравный27,7617,7210,609,54Сеянный злаковый7,994,853,373,05Сеянный бобово-злаковый7,204,363,032,74Сенаж (влажность 55%)Естественный злаково-разнотравный14,849,485,675,1Сеянный злаковый4,274,163,142,85Сеянный бобово-злаковый3,843,752,832,55Силос (влажность 75%)Естественный злаково-разнотравный8,265,273,162,84Сеянный злаковый2,381,441,00,9Сеянный бобово-злаковый2,141,290,910,82Зеленая масса (влажность 82%)Естественный злаково-разнотравный5,963,802,272,05Сеянный злаковый1,711,040,720,65Сеянный бобово-злаковый1,540,950,650,6Низинные торфяно-болотные почвы мощностью торфа менее 1мСено (влажность 16%)Естественный злаково-разнотравный22,2114,188,487,63Сеянный злаковый6,393,882,72,44Сеянный бобово-злаковый5,763,492,422,19Сенаж (влажность 55%)Естественный злаково-разнотравный11,877,584,544,08Сеянный злаковый3,423,332,512,28Сеянный бобово-злаковый3,073,02,262,04Силос (влажность 75%)Естественный злаково-разнотравный6,614,222,532,27Сеянный злаковый1,91,150,80,72Сеянный бобово-злаковый1,711,030,730,66Зеленая масса (влажность 82%)Естественный злаково-разнотравный4,773,041,821,64Сеянный злаковый1,370,830,580,52Сеянный бобово-злаковый1,230,760,520,48

В данной таблице можно проследить связь между содержанием подвижного калия и типом травостоя.

Коэффициент перехода 137Сs больше в естественно злаково-разнотравном сене, влажностью 16% с содержанием калия менее 250 мг/ кг почвы. Самый низкий в сеянобобово злаковом травостое зеленой массы, влажностью 82% при содержании обменного калия более 1000 мг/кг почвы. Также можно отметить, что коэффициенты перехода отличаются и от мощности торфа. Меньше всего по всем показателям коэффициент на низинных торфяно-болотных почвах менее 1м.

Таблица 2.3 - Коэффициент перехода 90Sr в основные виды кормов в зависимости от величины обменной кислотности торфяно-болотных почв

Тип травостояpH (KCl)менее 4,54,5-5,55,6-6,0более 6,0Низинные торфяно-болотные почвы мощностью торфа более 1мСено (влажность 16%)Естественный злаково-разнотравный20,0016,5114,4013,68Сеянный злаковый16,3514,5511,0010,45Сеянный бобово-злаковый23,7021,0915,9515,16Сенаж (влажность 55%)Естественный злаково-разнотравный10,698,837,77,32Сеянный злаковый8,747,785,885,6Сеянный бобово-злаковый12,6711,288,538,12Силос (влажность 75%)Естественный злаково-разнотравный5,954,914,294,07Сеянный злаковый4,874,333,273,1Сеянный бобово-злаковый7,066,274,744,5Зеленая масса (влажность 82%)Естественный злаково-разнотравный4,283,543,082,93Сеянный злаковый3,53,122,362,24Сеянный бобово-злаковый5,084,523,453,25Низинные торфяно-болотные почвы мощностью торфа менее 1мСено (влажность 16%)Естественный злаково-разнотравный22,0018,1615,8415,05Сеянный злаковый17,9916,0112,111,5Сеянный бобово-злаковый26,0723,217,5516,68Сенаж (влажность 55%)Естественный злаково-разнотравный11,769,718,478,05Сеянный злаковый9,618,566,476,16Сеянный бобово-злаковый13,9412,419,388,93Силос (влажность 75%)Естественный злаково-разнотравный6,555,44,724,48Сеянный бобово-злаковый7,776,95,214,95Зеленая масса (влажность 82%)Естественный злаково-разнотравный4,713,893,393,22Сеянный злаковый3,853,432,62,46Сеянный бобово-злаковый5,594,973,83,58

Коэффициент перехода 90Sr больше в естественно злаково-разнотравном сене, влажностью 16% с величиной обменной кислотности рН менее 4,5. Самый низкий в сеяно-бобово-злаковом травостое зеленой массы, влажностью 82% с величиной обменной кислотности рН более 6. Также можно отметить, что коэффициенты перехода отличаются и от мощности торфа. Меньше всего по всем показателям коэффициент на низинных торфяно-болотных почвах более 1м.

Таким образом, проанализировав таблицы 2.3 и 2.2, можно сделать вывод, что содержание радионуклидов больше в сухом травостое и различается от мощности торфа, если радиостронций накапливается больше в почвах с мощностью торфа менее 1 метра, то радиоцезий, наоборот, более 1 метра.

Установлено, что величина коэффициента перехода в травостой низинного луга зависит от насыщенности почвенно-поглощающего комплекса торфяно-болотных почв калием; изменения величины обменной кислотности; содержанием органического вещества; степени ее окультуренности.

Выявлена тесная связь между коэффициентом перехода 137Сs в травостой низинных лугов и следующими агрохимическими показателями: содержанием подвижного калия (r=-0,79);степенью окультуренности (r=-0.76);содержанием органического вещества (r=0,73);

Sr в травостой низинных лугов и следующими агрохимическими показателями: содержанием подвижного калия (r=-0,77);степенью окультуренности (r=-0,75);содержанием органического вещества (r=0,65);величина обменной кислотности (r=0,73)

По результатам многолетних исследований рассчитаны коэффициенты перехода радионуклидов в травяные корма из торфяно-болотных почв в зависимости от содержания подвижного калия и величины обменной кислотности pH, а также составлены уравнения линейной и множественной регрессии, позволяющие рассчитывать коэффициенты перехода радионуклидов в травостой по основным агрохимическим показателям этих луговых почв. Уравнения регрессии представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Уравнения регрессии для определения величины Кп137Сs и 90Sr в травостои низинных лугов на торфяно-болотных почвах

137Сs90SrКп137Сs=-0,39K2O+34,53R2=0,62Кп90Sr=0,069K2O+10,07R2=0,59Кп137Сs=-62,05Иок+56,11R2=0,58Кп90Sr=-10,43Иок+13,56R2=0,56Кп137Сs=6,61Орган.в-во-525,4R2=0,53Кп90Sr=0,97Орган.в-во-72,45R2=0,42Кп137Сs=124Т-100,04R2=0,27Кп90Sr=0,26Т-17,95R2=0,49Кп137Сs=-36,12рН+214,07R2=0,26Кп90Sr=0,0014Са-9,02R2=0,36Кп137Сs=-229,9-6,19рН-0,22К2О+3,5Орган.в-воR2=0,64Кп90Sr=-11,53-3,94рН-0,12К2О+0,56Орган.в-воR2=0,52

2.2 Анализ результаты исследований

Минимальные величины коэффициентов перехода 137Сs (2,0-3,0) и 90Sr (6,0-10,0) в травостои низинных лугов наблюдаются при достижении оптимальных значений агрохимических свойств почв (величина обменной кислотности pH- 5,5-6,0; содержание подвижного калия- 1000-1200, подвижного фосфора- 800-1000 мг/кг почвы) и высоком уровне почвенного плодородия торфяно-болотных (Иок-0,9-1,0) за счет применения агрохимических и агротехнических приемов их улучшения (контрмер).

Для прогноза содержания радионуклидов в травостоях низинных лугов в отдаленный периодпосле аварии целесообразно использовать коэффициенты перехода 137Сsи90Sr, установленные не только по содержанию подвижного калия (137Сs) и величине обменной кислотности (Кп90Sr) торфяно-болотных почв, но и величине комплексного агрохимического показателя - индекса окультуренности почв, учитывающих несколько почвенных характеристик одновременно.

Выводы

Авария на Чернобыльской АЭС повлекла за собой масштабное загрязнение земель Республики Беларусь. Загрязнение территории Беларуси с плотностью свыше 37 кБк/м2 цезием-137 составило 23% ее площади. В настоящее время радиационная обстановка не намного улучшилась. Наблюдается содержание радионуклидов в растительность за счёт их поступления и закрепления из почвы. Учитывая медленную миграцию радионуклидов в почвах, нельзя твердо говорить о чистом от радионуклидов урожае.

Т.к. радионуклиды цезий и стронций являются природными заменителями калия и кальция, то установлена корреляционная связь накопления137Сs и90Sr в растениях от емкости поглощения почв и содержания обменного калия и кальция. Чем больше в почве присутствует обменного калия, тем интенсивнее происходит закрепление цезия. Также установлено, что чем больше в почве обменного кальция и чем меньше кислотность почвенного раствора, тем меньше коэффициенты перехода стронция-90 в растения. С содержанием гумуса также можно проследить связь: чем больше в почве содержится гумуса и следовательно гуминовых кислот - тем быстрее происходит процесс связывания радионуклидов в нерастворенные соединения

В целом также оказывает влияние и комплекс факторов, включая различия в окультуренности почв, видовом составе трав, удобрениях и др. При разных режимах увлажнения почв могут не изменяться коэффициенты накопления радионуклидов растениями, но возрастает общий вынос радионуклидов за счет увеличения биомассы растений.

Литература

1.Агеец В.Ю. Система радиоэкологических контрмер в агросфереБеларуси. - Минск: Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие «Институт радиологии», 2001. 1. -250 с.

.Аненков Б.Н. Основы сельскохозяйственной радиологии / Б.Н. Аненков, Е.В. Юдинцева. - М.: Агропромиздат, 1991. - 270 с.

.Афанасик Г.И. Влияние водного режима почвы на интенсивность поступления радионуклидов в растительную продукцию // Мелиорация переувлажненных земель: Сб. науч. работ.-1995.- Т.XLII . С. 29-44.

.Афанасiк Г.I. Механiзм уплыву воднагарэжымуглебы на iнтенсiўнасцьпаступленнярадыёнуклiдаў у раслiны // ВесцiАкадэмii аграрных навукБеларусi. - 1995. - №4. С. 8-12.

.Афанасик Г.И. Проблемы мелиорации и использования загрязненных радионуклидами почв / Судас А.С., Алексеевский В.Е. // Основные положения концепции сельскохозяйственного производства в зоне радиоактивного загрязнения выбросами Чернобыльской АЭС: Материалы науч. конф. / Акад. с.-х. наук им. В.И. Ленина. - Минск, 1990. С. 65-67.

.Беларусь и Чернобыль: второе десятилетие: Сб. МЧС Беларуси / Под ред. И.А. Кеника. - Барановичи, 1998. - 92 с

.Богдевич И.М. Основы ведения сельского хозяйства / Агеец В.Ю, Фирсакова С.К. // Экологические, медико-биологические и социально-экономические последствия катастрофы на ЧАЭС в Беларуси /Под ред. Е.Ф. Конопли, И.В. Ролевича. - Минск, 1996. - С. 52-102.

.Богдевич И.М. Рациональное использование загрязнённых радионуклидами почв Беларуси / Шмигельская И.Д., Тарасюк С.В. // Природные ресурсы. - 1997. - №4. - С.15 - 28.

9.Bogdevich I.M. Accumulation of radionuclides of cesium-137 and strontium-90 by farm crops depending on soil properties / AgeyetsV.Yu., Shmigelskaya I.D. // Belarus-Japan Symposium "Acute and Late Consequences of Nuclear Catastrophes: Hiroshima-Nagasaki and Chernobyl",

.Бондарь П.Ф., Дутов А.И. Параметры перехода радиоцезия в урожай овса на произвесткованной почве в зависимости от применения минеральных удобрений и химических мелиорантов // Проблемы сельскохозяйственной радиологии: Сб. науч. тр. / Украинский науч.-исслед ин-т с.-х. радиологии; Под ред. Н.А. Лощилова. - Киев, 1992. - Вып. 2. - С. 125-132.

.Дорожко С.В. Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность/ Ролевич И.В., Пустовит В.Т.// В 3 ч.: пособие для студентов Вузов. Минск: Дикта, 2010.- 291 с.

.Инструкция определения дополнительной потребности материально-технических ресурсов для сельского хозяйства в зоне радиоактивного загрязнения. - Минск, 1999. - 26 с.

.Круглов, В.А. Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность / В.А. Круглов, С.П. Бабовоз, В.Н. Пилипчук и др. / Под ред. В.А. Круглова. - Минск: Амалфея, 2003. - 368 с

.Лисовский Л.А. Радиационная экология и радиационная безопасность / Лисовский Л. А. Мозырь: МГПИ, РИФ «Белый ветер», 1997. 52 с.

.Люцко, А.М. Чернобыль: шанс выжить / А.М. Люцко, И.В. Ролевич, В.И. Чернов.- Минск: Полымя, 1996. -181 с

.Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. - М.: Атомиздат, 1974.- 215 с.

.Пироговская Г.В. Медленнодействующие удобрения. - Минск: Белорус. научно-исслед. ин-т почвоведения и агрохимии. -2000.- 287 с.

.Проблемы радиологии загрязненных территорий / Юбилейный тематический сборник/ Цыбулько Н.Н., Черныш А.Ф. // РНИУП «Институт радиологии». Минск, 2006. - Вып. 2. - С. 221-232.

.Путятин Ю.В., Влияние различных видов известковых удобрений на переход радионуклидов в растениеводческую продукцию /Клебанович Н.В. // Почва - удобрение - плодородие: Материалы межд. науч.-произв. конф. /Белорус. науч.-исслед. ин-т почвоведения и агрохимии. - Минск, 1999. - С. 200-202.

.Радиационная безопасность:учебник / Г.А.Чернуха, Н.В. Лазаревич, Т.В.Лаломова. Горки: БГСХА, 2005. 100 с.

.Радиобиология: Методические указания /Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Сост. Н.В. Лазаревич. Горки, 2007. 20 с.

.Рерих Л.А., Моисеев И.Т. Влияние основных агрометеорологических факторов на поступление радиоцезия в растения // Агрохимия. - 1989. - №10. - С. 96-99.

.Ролевич И.В., Пустовит В.Т. Дорожко С.В., Ролевич И.И. «Радиационная Безопасность.Курс лекций» Минск «Дикта», 2010

.Руководство по ведению агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель Республики Беларусь на 1997-2000 гг. /Под ред. И.М. Богдевича. - Минск, 1997.- 76 с.

.Сельскохозяйственная радиоэкология/Под ред. Алексахина Р.М. и Корнеева Н.А. - М.: Экология, 1992. -400 с.

.Смеян Н.И. Оценка плодородия почв Белоруссии. -Мн., 1989. -359с.

.Холин Ю.В. Гумусовые кислоты как главные природные комплексообразующие вещества: науч. Журнал «Наука и просвещение» 2001 №4 - 27 с

.Шмигельская И.Д., Агеец В.Ю. Накопление радионуклидов растениями в зависимости от направленности процессов почвообразования и степени гидроморфизма// Почвы, их эволюция, охрана и повышение производительной способности в современных социально-экономических условиях: Материалы I съезда Белорус.общества почвоведов. / Акад. аграр. наук. Белорус. науч.-исслед. ин-т почво-ведения и агрохимии. - Минск; Гомель, 1995. - С. 272.

.Экологические аспекты применения удобрений продлённого срока действия с добавками биологически активных веществ в Республике Беларусь / И.М. Богдевич, Г.В. Пироговская, И.А. Богомаз, Г.В. Наумова // Коллоидная химия в решении проблем окружающей среды: Тез.докл. международ. конф. Санкт - Петербург, 1994- С. 127.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Радиоактивный стронций может поступать в растения двумя путями: аэральным, через надземные органы растений, и корневым.

Доля радионуклидов, осевших на поверхности растений при аэ-ральном поступлении на единице площади, от общего их количества, выпавшего на эту площадь, называется первичным удерживанием. Не только разные виды растений, но и разные органы и части растений обладают различной способностью удерживать выпавшие из атмосферы радионуклиды. Поданным Б.Н. Анненкова и Е.В. Юдинцевой (1991), первичное удерживание водного раствора 90 8г яровой пшеницей составило: для листьев - 41%, для стеблей - 18, для мякины - 11 и для зерна - 0,5%. Такая высокая удерживающая способность связана с тем, что радионуклиды в атмосферных осадках находятся в очень малых концентрациях (ультрамикроконцентрациях) и в таких условиях быстро и полно сорбируются на большинстве поверхностей, включая и листовую поверхность. Однако это возможно только в случае выпадения водорастворимых форм радионуклидов и не распространяется на загрязнения твердыми пылевидными частицами, например топливными. Время удаления с дождем и ветром половины задержанных радионуклидов с травянистых растений для зон умеренного климата составляет примерно 1-5 недель.

• 908г не только сорбируется на поверхности растений, но может и частично проникать в ткани надземных органов. Однако, несмотря на то что стронций аналог кальция, необходимого для метаболизма растений, процессы эти происходят медленно, и интенсивность их значительно ниже, чем при аэральном поступлении 137 С5.
• 908г характеризуется высокой подвижностью в системе «почва-растение». При одинаковой плотности загрязнения поступление 90 8г из почв в растения в среднем в 3-5 раз выше, чем 137 Сз, хотя при поступлении этих радионуклидов в растения из водных растворов более подвижным оказывается 137 Сз. Главной причиной этих различий является характер взаимодействия радионуклидов с почвой - 137 Сз в большей степени сорбируется в почве необменно, тогда как 90 8г находится в почве в основном в обменной формах.

Корневое поступление 90 8г зависит от свойств почв и биологических особенностей растений и колеблется в очень широких пределах: коэффициенты накопления (Кн) могут различаться в 30-400 раз. На разных типах почв Кн 90 8г варьируют для одной и той же культуры от 5 до 15 раз. В целом, чем больше емкость поглощения почв, выше содержание органического вещества, тяжелее механический состав почвы и в минеральной части хорошо представлены глинистые минералы, обладающие высокой поглотительной способностью, тем ниже коэффициенты перехода 90 8г из почвы в растения. Максимальные коэффициенты накопления наблюдаются на торфяных почвах и минеральных почвах легкого механического состава - песчаных и супесчаных, а минимальные - на плодородных тяжелосуглинистых и глинистых почвах (серых лесных и черноземах). Повышенному переходу радионуклида в урожай культур способствует переувлажнение почв.

Среди многих почвенных свойств кислотность и содержание обменного кальция оказывают основное влияние на поступление 90 8г в растения. С увеличением кислотности интенсивность поступления радионуклидов в растения возрастает в 1,5-3,5 раза. С увеличением содержания обменного кальция накопление 90 8г в растениях, напротив, уменьшается.

На карбонатных почвах происходит необменная фиксация 90 8г, и это приводит к снижению накопления его в растениях в 1,1-3 раза. Например, в карбонатном черноземе по сравнению с выщелоченным в 1,5-3 раза ниже содержание водорастворимого 90 8г и на 4-6% выше количество необменного 90 8г.

Скорость переноса 90 8г в звене «почва-растение» и далее по трофическим цепочкам зависит от содержания сопровождающих его носителей: изотопного (стабильного стронция) и неизотопного (стабильного кальция). При этом роль кальция для транспорта радионуклида важнее, чем стронция, так как количество первого существенно больше, чем второго. Например, концентрация стабильного стронция в почве равна в среднем 2-3 10 _3 %, а кальция - около 1,4%.

Для оценки перемещения радиоактивного стронция в биологических объектах используют отношение содержания 90 8г к Са, которое принято выражать в стронциевых единицах (с.е.).

1 с.е. = 37 мБк 90 8г/г Са.

Отношение стронциевых единиц в растениях к стронциевым единицам в почве называют коэффициентом дискриминации (КД):

КД = с.е. в растении / с.е. в почве.

Дискриминации стронция и кальция по отношению друг к другу не происходит, когда количество атомов 90 8г и кальция из почвы в растения переходит в одинаковом соотношении. Однако довольно часто при переходе 90 8г от одного звена к другому наблюдается снижение его содержания по отношению к кальцию. В этом случае говорят о дискриминации стронция по отношению к кальцию. В наи-

более типичных почвах средней полосы европейской части Российской Федерации коэффициент дискриминации колеблется от 0,4 до 0,9 для вегетативных органов растений и от 0,3 до 0,5 - для зерна (табл. 5.15; Корнеев, 1972; Рассел, 1971).

Таблица 5.15

Средняя величина коэффициента дискриминации (КД)

Отношение 90 8г к кальцию в зерне всегда меньше, чем в соломе, а в листьях свеклы и моркови меньше, чем в корнеплодах. На почвах, богатых обменным кальцием, коэффициент дискриминации обычно выше, чем на почвах с низким содержанием кальция, что связано с конкуренцией этих элементов при поступлении в растения. Это важно учитывать при выращивании кормовых культур, так как в кормах должно быть не только низкое содержание радиоактивного стронция, но и высокое содержание кальция, который препятствует поступлению 90 Бг в организм животных.

На накопление 90 Бг в растениях оказывают влияние их биологические особенности. В зависимости от вида растения накопление 90 8г в биомассе может отличаться от 2 до 30 раз, а в зависимости от сорта - от 1,5 до 7 раз.

Минимальное накопление 90 8г происходит в зерне и клубнях картофеля, максимальное - в бобовых и зернобобовых культурах. Если сравнить коэффициенты накопления 90 Бг в злаковых и бобовых культурах, то у бобовых они будут значительно выше (табл. 5.16).

Таблица 5.16

Коэффициенты перехода 90 Бг в разные сельскохозяйственные культуры на дерново-подзолистых супесчаных почвах (Бк/кг)/(кБк/м 2)

90 8г накапливается в основном в вегетативных органах растений. В зерне, семенах и плодах его всегда значительно меньше, чем в других органах. Причем стронций преимущественно накапливается не в корнях, а в надземных частях растений.

В порядке убывания концентрации 90 Бг полевые культуры распределяются следующим образом:

• зерновые, бобовые и зернобобовые: яровой рапс > люпин > горох > вика > ячмень > яровая пшеница > овес > озимая пшеница > озимая рожь;
• зеленая масса: бобовые многолетние травы > злаково-зернобобовые травосмеси > клевер > люпин > многолетние бобово-злаковые смеси > горох > многолетние злаковые травы > вика >

> рапс яровой > горохо-овсяная смесь > вико-овсяная смесь >

> кукуруза;

Естественные ценозы: разнотравье > осоки > злаково-разнотравные > разнотравно-злаковые > злаковые > мятлик луговой > ежа сборная.

Концентрация радиоактивного стронция в культурах зависит от содержания кальция в растениях. Из табл. 5.17 (Маракушкин, 1977, цит. по: Пристер, 1991) видно, что чем выше в культуре содержание кальция, тем больше в них накапливается 90 8г.

Таблица 5.17

(полевой опыт с постоянным уровнем загрязнения почвы)

Распределение корневой системы растений также оказывает влияние на накопление 90 8г. Например, такие плотнокустовые злаки, как овсяница овечья и мятлик полевой, накапливают 90 8г в 1,5- 3,0 раза больше, чем корневищные злаки - пырей ползучий и костер безостый. Это связано с тем, что у плотно кустовых злаков узел кущения находится на поверхности почвы и образующиеся молодые корни оказываются в самом верхнем загрязненном слое почвы. У корневищных злаков узел кущения и соответственно новые корни образуются на глубине 5-20 см, где содержание 90 8г в природных экосистемах значительно ниже. Культуры с неглубоким распределением корневой системы всегда больше загрязнены радионуклидом.

Травы с естественных лугов имеют выше концентрации 90 8г в биомассе, чем сеяные травы, что объясняется большей подвижностью радионуклида в верхнем дерновом горизонте почвы, где он находится в более доступной для растений форме, чем в минеральных горизонтах почвы.

в лесных экосистемах. При аэральном загрязнении лесных экосистем 90 8г надолго остается прочно закрепленным в наружных покровах древесных растений. Он характеризуется малой подвижностью и при листовом загрязнении практически не перемещается по тканям и проводящим путям растений.

Однако накопление 90 8г через корни, в отличие от ассимиляции через листья, намного более выражено и в древесной, и в травянистой растительности. Со временем это приводит к заметному накоплению радиостронция во всех частях растений, включая древесину. У хвойных пород деревьев накопление радионуклидов за счет корневого поступления проявляется заметно слабее, чем у лиственных. Наиболее значительно 90 8г поглощается осиной, рябиной обыкновенной, крушиной ломкой, ивами, лещиной обыкновенной. Более высокое накопление 90 8г по сравнению с |37 Сз характерно также для ели, дуба, клена, березы, липы.

Соотношение 90 8г: 137 С5 в древесине со временем существенно изменяется, от 0,2-0,7 во время аэрального загрязнения до 6-7 при преобладании корневого поступления. Это связано с тем, что |37 Сз в отличие 90 8г легче перемещается по органам растений после попадания на поверхность листьев, чем через корни, так как он прочно сорбируется почвой. 90 8г находится в почве в более доступной форме. Так, отмечают, что через 5-7 лет после загрязнения лесов Чернобыльской зоны содержание 90 Бг в древесине увеличилось в 5- 15 раз по сравнению с первым годом (Клековкин, 2004). Корневое поглощение 90 8г усиливается на гидроморфных почвах.

1.2 Накопление радионуклида стронция – 90 в почвах и растениях

Продовольственное и техническое качество продукции – зерна, клубней, масличных семян, корнеплодов, получаемой от облучённых растений, сколько- либо существенно не ухудшается даже при снижении урожая до 30-40 %.

Содержание масла в семенах подсолнечника и лотса зависит от дозы облучения, получаемой растениями, и фазы их развития в момент начала облучения. Аналогичная зависимость наблюдается и по выходу сахара в урожае корнеплодов облучённых растений свеклы. Содержание витамина С в плодах томатов, собранных с облучённых растений, зависит от фазы развития растений в период начала облучения и дозы облучения. Например, при облучении растении во время массового цветения и начала плодоношения дозами 3 – 15 кР содержание в плодах томатов витамина С повышалось по сравнению с контролем на 3 – 25 %. Облучение растений в период массового цветения и начало плодоношения дозой до 10 кР затормаживает развитие семян у формирующихся плодов, которые обычно становятся бессемянными .

Аналогичная закономерность получена в опытах с картофелем. При облучении растений в период клубнеобразования урожай клубней при облучении дозами 7 – 10 кР практически не снижается. Если растения облучаются в более раннюю фазу развития, урожай клубней уменьшается в среднем на 30 – 50 %. Кроме того, клубни получаются не жизнеспособными из-за стерильности глазков.

Облучение вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении зерновых культур в наиболее чувствительные фазы развития (кущение, выход в трубку) сильно снижается урожай, однако всхожесть получаемых семян существенно снижается, что даёт возможность не использовать их для посева. Если же растения облучают в начале молочной спелости (когда происходит формирование звена) даже в относительно высоких дозах, урожай зерна сохраняется практически полностью, однако такие семена не могут быть использованы для посева ввиду предельно низкой всхожести.

Таким образом радиоактивные изотопы не вызывают заметных повреждений растительных организмов, однако в урожае сельскохозяйственных культур они накапливаются в значительных количествах.

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 легкодоступен 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 ультра микроконцентрациях. 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 интенсивнее зернобобовыми культурами, чем злаковыми .

Поступление стронция–90 и цезия–137 в травостой на лугах и пастбищах определяется характером распределения в почвенном профиле.

В загрязнённой зоне, луга Рязанской области загрязнены на площади 73491 га, в том числе с плотностью загрязнения 1,5 Ки/км 2 - 67886 (36 % от общей площади), с плотностью загрязнения 5,15 Ки/км 2 - 5605 га (3%).

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.

Пойменная растительность в большей степени накапливает цезий – 137, чем суходольная. Так при загрязнении поймы 2,4 Ки/км 2 в траве было обнаружено Ки/кг сухой массы, а на суходольной при загрязнении 3,8 Ки/км 2 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. Так установлено, что минеральное удобрение, внесённое в дозах N 90, Р 90, увеличивает концентрацию цезия – 137 в овощных культурах в 3 – 4 раза, а аналогичные внесения калия в 2 – 3 раза снижает его содержание. Положительный эффект на уменьшение поступления стронция – 90 в урожай зернобобовых культур оказывает содержание кальций содержащих веществ. Так, например, внесение в выщелочный чернозём извести в дозах, эквивалентных гидролитической кислотности, уменьшает поступление стронция–90 в зерновые культуры в 1,5 – 3,5 раза.

Наибольший эффект на снижение поступления стронция – 90 в урожай растений достигает внесением полного минерального удобрения на фоне доломита. На эффективность накопления радионуклидов в урожае растений оказывают влияние органические удобрения и метеорологические условия, а также и время их пребывание в почве. Установлено, что накопление стронция – 90, цезия – 137 через пять лет после их попадания в почву снижается в 3 – 4 раза .

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).

Накопление (вынос) радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической способности растений.

Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу, в конечном счете, 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 слабощелочных. 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.