63. Поступление радионуклидов в растительность луговых фитоценозов.

Факторы, влияющие на поступление

Известно, что в растениях может накапливаться, не повреждая их и не снижая урожайности, такое количество радионуклидов, при котором растениеводческая продукция становится непригодной для использования.

В растительность радионуклиды могут поступать:

1)через вегетативные органы (при радиационном инциденте, при вторичном загрязнении растительности). Аэральное поступление составляет 5-10 %.

2)через корневую систему по механизму ионно-обменных реакций при низкой концентрации радионуклидов в почве и по механизму диффузии при высокой концентрации радионуклидов в почве.

3)через воздушные корни из отмершей растительной массы. Ежегодно отмирает 30-50 % массы, которая концентрируется в дернинном слое. Из разложившейся биомассы радионуклиды выходят в подвижной форме, равномерно распределяются в корнеобитаемом слое. Поэтому в растительность естественных лугов поступает в 5-20 раз больше радионуклидов, чем в растительность агроценозов.

Аэральное поступление наиболее значимое при радиоактивном загрязнении воздушной среды сразу после радиационного инцидента. При попадании радионуклидов в почву преобладает корневой путь поступления.

При аэральном загрязнении на наземные органы растений оседают радиоактивные аэрозоли, оплавленные силикатные и карбонатные частицы грунта, частицы топлива, высокорадиоактивные "горячие" частицы, входящие в состав "сухого" и "мокрого" выпадения. Осевшие на растения радиоактивные выпадения слабо закрепляются в наземных органах, т. к. одновременно с осаждением происходят полевые потери радиоактивности. Степень удержания радиоактивных выпадений растительностью оценивается по величине первичного удержания, которое выражается отношением количества радиоактивных частиц, осевших на растения, к общему количеству радиоактивных частиц, выпавших на данную площадь.

Основными механизмами аэрального поступления радионуклидов являются ионно-обменные реакции и диффузия. Водорастворимые формы поступают с водой через цитоплазму в клетки основной ткани, через клетки, расположенные над поверхностью жилок, через устьица. Чем толще кутикула, тем слабее происходят диффузия и ионно-обменные реакции. Поступление через устьица усиливается на свету, когда они открываются при дыхании. На растительности естественных луговых ценозов радионуклиды задерживаются в нижней части растений и в верхнем слое дернины. Здесь происходит дополнительное поступление радионуклидов через основание стебля и поверхностные корни, поэтому растительность естественных лугов загрязняется радионуклидами сильнее, чем растительность окультуренных кормовых угодий.

После проникновения в листья часть радионуклидов остается в листьях, а часть разносится по растению и концентрируется в других органах. Продвижение радионуклидов по растению зависит от физико-химических свойств радионуклидов и в меньшей степени от биологических особенностей растений. Наиболее активно продвигается по растению радиоцезий, являющийся аналогом калия, а стронций, рутений и церий концентрируются в листьях в небольших количествах. Переход этих радионуклидов из листьев в генеративные органы в десятки раз меньше, чем цезия.

Радионуклиды, осевшие на почву в составе различных выпадений, могут подниматься ветром или дождем и оседать на растительность (вторичное радиоактивное загрязнение растений). Интенсивность вторичного загрязнения растений определяется по величине коэффициента ветрового подъема, определяемого как отношение концентрации радионуклида в воздухе на высоте 1 м к плотности поверхностного загрязнения почвы. Его величина зависит в основном от свойств атмосферы, почвы, хозяйственной деятельности человека, а также от рельефа и вида растительности. Вторичное загрязнение происходит при пыльных бурях, горении торфяников, лесов и сжигании послеуборочных остатков.

Кроме ветрового переноса причиной вторичного загрязнения может быть забрызгивание грязью нижних частей растений во время выпадения сильных дождей. Вклад вторичного загрязнения в общее загрязнение может составлять 30 % и более.

Для оценки поступления радионуклидов из почвы в растения используют различные показатели. Наиболее часто применяются коэффициенты пропорциональности (Кп), а также коэффициенты накопления (Кн).

Кп – отношение содержания радионуклида в растительной массе к поверхностной активности почвы. Кн – отношение содержания радионуклида в растительной массе к содержанию радионуклида в почве. Кп и Кн рассчитываются по следующим формулам:

Kн =Qраст. /Qпочв, Бк/кг; Кп = Qраст. /q, Бк/кг/кБк/м²

где Кн – коэффициент накопления;

Кп – коэффициент пропорциональности;

Qраст. – содержание радионуклидов в растении, Бк/кг

Qпочв. – содержание радионуклидов в почве, Бк/кг

q – плотность поверхностной загрязненности почвы, кБк/м².

Содержание радионуклидов определяют на различных гамма-спектрометрах (содержание Cs-137) и радиометрах (содержание альфа - и бета-излучающих радионуклидов).

Коэффициент накопления для Cs-137 – 0,02-1,1; для Sr-90 – 0,02-12.

Коэффициент пропорциональности экспериментально определен для всех с/х культур, для 4-х основных типов почв (дерново-подзолистой песчаной, супесчаной, суглинистой, торфяно-болотной) и дифференцированы в специальные таблицы в зависимости от обеспеченности почвы обменным калием и pH (таблицы опубликованы в "Руководстве по ведению сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения территории Беларуси").

На поступление радионуклидов в растительность оказывают влияние следующие факторы:

1.физико-химические свойства радионуклидов, время и форма нахождения радионуклидов в почве. В настоящее время поступление Sr в 5-10-15 раз выше, чем Cs, так как Sr более подвижен. На влажных торфяно-болотных лугах поступление Cs и Sr одинаково;

2.характеристика радиоактивного выброса в дальней и ближней зонах. Из аэрозольной компоненты дальней зоны доступность Cs была высокой в первые годы, затем снизилась по мере закрепления Cs в почве. Из топливной компоненты ближней зоны доступность Cs и Sr могла увеличиться по причине деструкции радиоактивных частиц и выхода из них Cs и Sr в доступных формах;

3.плотность загрязнения луга

4.тип и свойства почвы оказывают влияние через 2-5 лет после поступления радионуклидов в почву. Минимальное поступление Cs и Sr на суходольных лугах, сформированных на тяжелых глинистых почвах, где высокое содержание глинистых минералов, гидрослюд и обменных катионов. Максимальное накопление радионуклидов на легких песчаных и торфяно-болотных почвах. Чем выше плодородие почвы, тем меньше Кп и Кн. В зависимости от типа почвы Кн для конкретных культур различается по Cs в 5-15 раз.

Показатели почвенного плодородия могут существенно влиять на накопление радионуклидов всеми с.-х. культурами. Установлено, что минимальный переход Cs-137 и Sr-90 в растения наблюдается на почвах с оптимальными параметрами их агрохимических характеристик.

5.режим увлажнения почв. Количество катионов Cs и Sr, вытесняемых из почвы в раствор, возрастает с увеличением влажности. Это связано со сложным характером взаимовлияния влажности, свойств почвы и биологических особенностей растений на процессы миграции радионуклидов в цепи почва-растения. С увеличением влажности почвы возрастает доля водорастворимого и обменного Sr-90 и доля обменного Cs-137, поэтому увеличиваются коэффициенты перехода и содержание этих радионуклидов в растительности. Установлено, что переход Cs-137 в многолетние травы повышается в 10-27 раз на гидроморфных дерново-глеевых и дерново-подзолисто-глеевых почвах по сравнению с автоморфными и временно избыточно увлажняемыми разновидностями этих почв. По накоплению радионуклидов в растительности установлен убывающий ряд: болотные>пойменные> низинные>суходольные луга. Установлено, что многолетние травы сенокосов и пастбищ отличаются наибольшей способностью аккумулировать Cs и Sr. При этом на естественных, преимущественно заболоченных кормовых угодьях, видовой состав трав в основном определяется типом почв и степенью их увлажнения. Осоково-злаковые и особенно осоковые ценозы, произрастающие на постоянно переувлажненных пониженных элементах рельефа, накапливают Cs-137 до 100 раз больше, чем злаковые ценозы из ежи сборной и мятлика лугового. Различия в накоплении Sr-90 также существенны, но здесь травы ранжируются по мере уменьшения поступления радионуклида в следующем порядке: разнотравье, осоки, ежа сборная, мятлик (табл.14).

6.сроки и время использования луга. В 1-м укосе содержание радионуклидов в 1,5-3 раза больше, чем в последующих. Луга обкашивают в фазу цветения основных видов трав на высоком срезе (до 50 см).

7.расположение уровня грунтовых вод на осушенных землях. Для торфяных и торфяно-глеевых почв минимальный переход Cs и Sr происходит при расположении уровня грунтовых вод на глубине 90-120 см от поверхности почвы. Подъем уровня грунтовых вод на 40-50 см увеличивает Кп радионуклидов в 5-10 раз. При близком залегании грунтовых вод создается постоянное увлажнение. Поэтому увеличивается Кп. Затопление пойменных лугов способствует увеличению Кп.

8.биологические особенности растений. Различие по семействам составляет 50-100 и более раз, по видам – 20-50 раз. На переувлажненных лугах максимальное накопление в сене регистрируется в осоковых и осоко-злаковых ценозах, минимальное накопление – в злаковых ценозах. В злаковых ценозах накопление в 50-100 раз меньше, чем в осоковых. Большое количество Cs и Sr накапливается в разнотравье. Высокое накопление из разнотравья у следующих видов: лапчатка, щучка дернистая, тысячелистник, полевица белая, полынь горькая.

9.место расположения, тип и мощность корневой системы. Растения с мочковатой и корневищной корневой системой, расположенной в верхних слоях почвы, а также плотнокустовые злаки накапливают больше радионуклидов, чем растения со стержневой системой, которая проникает в более глубокие и "чистые" горизонты почвы.

10.климатические условия: годовое количество осадков, их распределение по месяцам и сумма положительных температур. Максимальное поступление радионуклидов наблюдается при оптимальных температуре и влажности, которые обеспечивают интенсивный рост и развитие растений.

11.технология возделывания культур, т. е. система обработки почвы, внесение извести, минеральных и органических удобрений. Анализ многолетних результатов исследований показал, что наиболее эффективными способами улучшения, позволяющими получать высокую прибавку урожая сена (70-75 ц/га) на низинных лугах, представленных торфяно-болотными почвами, является внесение доломитовой муки и повышенных доз калия в составе полного минерального удобрения N90P60K250 с последующим ежегодным внесением минеральных удобрений в дозе N90P60K120 под два укоса.