Оценка влияния радионуклида цезий-137 на экологическое состояние почв и растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка влияния радионуклида цезий-137 на экологическое состояние почв и растений

Степанова Л.П.

Аннотация

Природные и агроценозы Орловской области в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году подверглись значительному радиоактивному загрязнению. Высокая плотность загрязнения радионуклидом цезий-137 (5-15 Кu/кмІ) выделяется на территории области небольшими по площади пятнами в Болховском, Дмитровском, Троснянском, Знаменском районах.

Проведение исследований на серых лесных почвах среднесуглинистого гранулометрического состава под лесными насаждениями и пашней позволило установить интенсивность накопления радионуклида Cs-137 почвой и различными видами растений. Максимальное накопление радионуклида наблюдается в почвах, занятых лесозащитными насаждениями, а здесь, в свою очередь, - в слое лесной подстилки, где колебания в содержании радионуклида цезий-137 - в пределах 377-592 Бк/кг, в минеральной части почвы содержание радионуклида снижается до 429-540 Бк/кг. почва гранулометрический насаждение радионуклид

Ключевые слова: РАДИОНУКЛИД ЦЕЗИЙ-137, ПЛОТНОСТЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ, ПОЧВА, ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ, МИГРАЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ

После аварии на Чернобыльской АЭС, приведшей к загрязнению обширных территорий, особый интерес представляет исследование влияния плотности загрязнения, концентрации и подвижности радионуклидов, в частности, цезия-137, в природных и агроландшафтах на здоровье человека.

Цезий-137 относится к числу биологически подвижных в сельскохозяйственных цепочках. Cs-137 - один из самых дозообразующих радионуклидов. По степени радиационной опасности он относится к среднетоксичным среди продуктов деления.

Большая подвижность Cs-137 определяется тем, что это радиоизотопы щелочного элемента, химического аналога биогенно важного элемента К, который является в природных системах химическим носителем Cs-134 и Cs-137. Степень окисления в любых компонентах природной среды +1. Способен наряду с ионообменным связыванием к необменной сорбции (фиксации) твердой фазой почв. Причина фиксации - взаимодействие ионов Cs+ с кристаллической решеткой некоторых глинистых минералов. Основной фракцией, ответственной за сорбцию Cs-137 в почве, является ил. На почвах всех типов больше кислоторастворимого (необменного) стронция. Содержание различных форм Cs-137 в серой лесной среднесуглинистой почве составляет (в %): обменная- 9,3; необменная-5,8; фиксированная - 84,9 [1].

Значительные успехи достигнуты в математическом описании миграции из почв радионуклидов. Подвижность радионуклидов в почвах принято оценивать с помощью коэффициента распределения (Кр), равного отношению равновесной концентрации радионуклидов в твердой фазе почвы и почвенном растворе.

Интенсивность накопления радионуклидов в растениях принято оценивать с помощью коэффициента накопления (Кн). Эта величина равна отношению концентрации радионуклида в растении и почве. Согласно Алексахину Р.М., по накоплению растениями химические элементы разделяются на 5 групп: с сильным накоплением (Кн > 10); слабым накоплением (1-10); отсутствием аккумуляции (0,1- 1,0); со слабой дискриминацией при переходе из почвы (0,01-0,1) и сильной дискриминацией (Кн < 0,01) [2].

Из техногенных радионуклидов растения интенсивно усваивают из почвы Sr-90, значительно слабее Cs-137. Аккумуляция из почвы Sr-95, Ru-103, Ru-106, Ce-141, Ce-144 очень незначительна. Крайне плохо растения накапливают из почвы Ru-239, Am-241, радионуклиды урана. Если аккумуляцию растениями радионуклидов из почвы определяют в расчете на золу растений, то соответствующие отношения называют коэффициентом биологического поглощения (КБн). Часто используют на практике коэффициент перехода (Кп), равный отношению концентрации радионуклидов в растениях к плотности загрязнения почвы. Обычно его выражают в БК/кг и БК/м².

Природные и агроценозы Орловской области в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году подверглись значительному радиоактивному загрязнению. Информация о масштабах загрязнения различных районов региона радионуклидом цезий-137 приведена в картограмме (рис. 1). Как видно из данных картограммы, высокая плотность загрязнения радионуклидом Cs-137 (5-15 Кu/км²) выделяется на территории области небольшими по площади пятнами в Болховском, Дмитровском, Троснянском, Знаменском районах. При этом большая часть сельскохозяйственных угодий (74%) имеет плотность загрязнения менее 1 Кu/км² 25,5% сельхозугодий - от 1 до 5 Кu/км². В таблице 1 приведены площади сельхозугодий, пашни и сенокосов Орловской области с разбивкой по интервалам плотности загрязнения цезием-137.

Рис. 1. Распределение почв Орловской области по плотности загрязнения цезием-137

Таблица 1. Дифференциация площадей сельхозугодий, пашни и сенокосов Орловской области по интервалам плотности загрязнения цезием-137

Интерес представляют данные по плотности загрязнения радионуклидами территории Мценского района (табл. 2).

Таблица 2. Источники, характер и размеры вредных воздействий на окружающую среду на территории Мценского района

На территории Мценского района загрязнена цезием-137 территория площадью 14685 га, в том числе с плотностью загрязнения выше 5 Кu/км² - `1,1%; 26,1% площади земель имеет плотность загрязнения от 2 до 4,99 Кu/км², половина площади земель, загрязненных радионуклидом, характеризуется плотностью загрязнения от 1 до 2 Кu/км². Таким образом, радиоактивное загрязнение является фактором, влияющим как на экологическое состояние природной среды и агроэкосистем, так и на здоровье человека.

Воздействие радиации на растения проявляется по-разному. Так, Якимчук Р.А. и др. сообщают, что даже через 13 лет после аварии на ЧАЭС мутационная изменчивость в зоне отчуждения достоверно превышает стандартный уровень. В то же время хорошо известен факт стимулирующего эффекта малых доз на различные процессы у живых организмов [1].

Изучение биологического действия повышенного естественного радиационного фона в последние годы приобретает особое значение в связи с возрастанием радиационного фона на некоторых территориях России после аварии на Чернобыльской АЭС. Биота этих регионов получает повышенные суммарные дозы радиации. Одним из аспектов этой проблемы является формирование адаптивного ответа клеток и целых организмов к ионизирующему излучению, который развивается у них и их потомства после действия радиации в малых дозах. Повышение радиорезистентности облучаемых в малых дозах популяций растений, снижение их радиочувствительности происходит в результате отбора из популяций более радиорезистентных форм и проявления физиолого-биохимической радиоадаптации организмов.

Проведенные нами исследования изменения уровня загрязнения почвы на территории Думчинского лесничества показали, что в серых лесных почвах и в растениях содержание радионуклида зависит от исходного уровня плотности загрязнения территории, видового состава произрастающей растительности и характера землепользования.

Проведение исследований на серых лесных почвах среднесуглинистого гранулометрического состава под лесными насаждениями и пашней позволило установить интенсивность накопления радионуклида Cs-137 почвой и различными видами растений.

Максимальное накопление радионуклида наблюдается в почвах, занятых лесозащитными насаждениями, а здесь, в свою очередь, наибольшее содержание радионуклида отмечается в слое лесной подстилки, где колебания в содержании радионуклида цезий-137 - в пределах 377-592 Бк/кг, в минеральной части почвы содержание радионуклида снижается до 429-540 Бк/кг (табл. 3).

Таблица 3. Содержание радионуклидов в почве на территории Думчинского лесничества, Бк/кг

В пахотных почвах содержание радионуклида цезий-137 ниже в среднем в 1,3 раза и колеблется в пределах от 342 до 418 Бк/кг. Если сравнить изменение содержания радионуклида в серой лесной среднесуглинистой почве на пашне и под естественной лугово-травянистой растительностью, то можно сделать вывод о снижении уровня загрязнения цезием-137 почвы на пашне.

Хозяйственная деятельность, связанная с нарушением почвенного покрова, создает опасность миграции радионуклидов за пределы загрязненной зоны. Интенсивная механическая обработка пахотных почв, внесение удобрений, большая кислотность и ежегодное отчуждение биомассы растений с урожаем, влияние лесозащитных насаждений на улучшение микроклимата способствуют снижению плотности радиоактивного загрязнения почвы [3].

Живые организмы обладают аппаратами разгрузки от излишних в данный момент жизни химических элементов, о чем свидетельствуют изменения степени минерализации и состава растворенных веществ в атмосферных осадках, прошедших через кроны деревьев, выделение растительным покровом тяжелых металлов в атмосферу (что обусловливает формирование аэрогеохимических аномалий над рудными месторождениями), улетучивание химических элементов с фитонцидами, а также при транспирации. Растения реагируют не только на повышенное содержание элементов в золе, но и на характер их распределения между отдельными органами: избыток элементов «складируется» в корнях, коре, т.е., преимущественно, в одревесневших тканях.

Все эти процессы заслуживают тщательного изучения не только физиологами, но и биогеохимиками и почвоведами, так как в результате прижизненных выделений химических элементов и освобождения их после отмирания между определенными группами макро- и микроорганизмов устанавливаются геохимические связи.

Специфика распределения радионуклидов по элементам лесного биогеоценоза определяет высокую способность леса задерживать и препятствовать распространению радионуклидов.

Интерес представляют данные по накоплению и миграции радионуклида Сs-137 в кустарниковой растительности, представленной малиной и шиповником. Как видно из таблицы 4, по величине коэффициентов накопления и перехода радионуклида из почвы в растение можно сделать вывод о низкой способности растений к накоплению радионуклида, но обусловливает благоприятные условия для его перехода из твердой фазы почвы.

Таблица 4. Интенсивность накопления и подвижность радионуклида Cs-137 в растительном покрове на серых лесных почвах

Исследования показали влияние видовых особенностей растений на накопление цезия-137. Минимальное накопление радионуклида отмечено на пашне в зерне ячменя и вегетативной массе многолетних бобовых трав. Естественная луговая травянистая растительность, произрастающая под пологом лесных насаждений, накапливала его с разной интенсивностью. Максимальное накопление отмечается в вегетативной массе подорожника (3,44 Бк/кг) и сухостойном разнотравье (4,81 Бк/кг). По накоплению Cs-137 растения можно расположить в следующем порядке: разнотравье (сухостой) > подорожник > хвощ > чистотел > шиповник > малина > гриб белый > ромашка полевая > медуница.

Радионуклиды поглощаются разными частями древесных пород с разной интенсивностью. Из данных таблицы 5 видно, что осина отличается большей способностью к накоплению радионуклидов в коре дерева (0,50 Бк/кг), у лиственницы максимум накопления радионуклида - в хвое, а у дуба - в коре и листьях.

Таблица 5. Распределение радионуклида Cs-137 в различных частях дерева, Бк/кг

Таким образом, можно сделать вывод, что лесозащитные лесные полосы, выполняя свои защитные функции в борьбе с эрозией, в накоплении влаги, улучшении теплового режима почвы, обусловливают перераспределение радионуклидов в почвах под лесозащитными насаждениями и на пашне.

На накопление радионуклидов лесной растительностью из почвы влияют свойства почв и биологические особенности растений.

Таким образом, чем полнее радионуклиды закрепляются почвенно-поглощающим комплексом, тем в меньшей степени они вымываются осадками и мигрируют в почвенном профиле и в относительно меньших количествах поступают в растения.

Аккумулирование радионуклида цезий-137 в почвах зависит не только от плотности загрязнения территории, но и связано с водным режимом почв, содержанием гумуса, гранулометрическим составом. Накопление радионуклида растениями зависит от видового состава растений, породы древесной растительности. В разных частях дерева отмечается разная интенсивность накопления радионуклида. Это обстоятельство определяет участие радионуклида цезий-137 в пищевых цепях: почва- растения -животное - человек и ответные реакции организма человека.

Список использованных источников

1. Якимчук Р.А., Моргун В.В. Мутагенная активность радионуклидных загрязнений в зоне аварии на Чернобыльской АЭС // Физиология и биохимия культурных растений. - 2011, т. 43, №4. - С. 279-285.

2. Алексахин Р.М., Булдаков Л.А., Губанов В.А. и др. Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры. Под общей ред. Л.А. Ильина и В.А. Губанова. - М.: ИздАТ. - 2001 - 752 c.

3. Степанова Л.П., Тихойкина И.М., Цыганок Е.Н. Экологические проблемы земледелия // Вестник ОрелГАУ. - 2012, №1 (34). - С. 11-18.

Размещено на Allbest.ru