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