11. Закономерности осаждения радионуклидов из атмосферы на земную поверхность.

12. Первичное удержание радиоактивности растительностью. Факторы, влияющие на этот процесс.

Первичное удержание – это отношение количества радиоактивных частиц, осевших на растения к общему количеству частиц, выпавших на данную площадь земли

α=δ_р / δ_в ,

где α – коэффициент первичного удержания (в долях единицы или в %)

δ_{р –} плотность радиоактивного загрязнения наземной массы растений (или количество радиоактивности в массе с единицы площади посева 1м²/га)

δ_{в –} плотность выпадений (количество радиоактивности, выпавшее на единицу площади посева)

α может изменяться от 0 до 95 %.

На растения радионуклиды оседают в следующих формах:

- газы

-аэрозоли

- оплавленные силикатные частицы грунта (нерастворимые в воде)

- карбонатные частицы (хорошо растворимые)

- частицы грунта.

Первичное удержание последующие потери радиоактивности, зависит от следующих факторов:

1. Площади поверхности растений и их способности удерживать частицы (прямая связь)

2. Плотность растительного покрова

3. Урожайность наземной массы

4. Морфология растений (форма, размер и ориентация листьев, особенности покровных тканей) – широкие, большие листья с горизонтальной ориентацией, опушенные – задерживают больше частиц.

5. Морфологические особенности культур (например, бобовые – до 80 % частиц задерживается листьями и 20%-стеблями; злаковые – до 75% - в пазухах листьев, а 25 % - на листьях).

6. Видовые особенности культур (пшеница задерживает 71%, ячмень 51%, картофель – 85%). Разница до 10 раз по видам.

7. Тип травостоя (естественный или сеянный). На травостоях лугов и пастбищ (естественные угодья) радионуклиды задерживаются на вегетативных органах и в отмершей массе – основа дернины. В зависимости от плотности травостоя задержание может составлять 70-90%. На окультуренных угодьях – задержание в 2 раза меньше (нет дернины, редкие посевы).

8. Защищенность товарной части растений от прямого контакта с частицами (зерно бобовых – створками, початки кукурузы – обертками, клубни картофеля – землей). Загрязнение возможно при уборке.

9. Фаза развития растений (онтогенез). Например, у зерновых, максим. Удержание частиц в фазу цветения и молочной спелости.

10. Метеоусловия. (Скорость ветра и относительная влажность воздуха вовремя и после выпадения частиц. При сухой ветренной погоде потеря частиц в 2-5 раз больше, чем при влажной безветренной погоде.)

11. Размер, количество, физико-химические состояния частиц (мелкие частицы до 80 мкм задерживаются сильнее крупных. Водорастворимые формы удерживаются в 4-7 раз прочнее, чем твердые нерастворимые частицы.)

На поверхности листьев радионуклиды могут находиться в свободном или поглощенном состоянии. При этом поглощение (сорбция) радионуклидов зависит от температуры, влажности воздуха, особенностей строения и возраста листьев, наличия или отсутствия кутикулы, от солевого или кислотного состава осадков.

13. Аэральное (некорневое) поступление радионуклидов в растения. Факторы, влияющие на поступление. Пути и механизм поступления.

Известно, что в растениях может накапливаться, не повреждая их и не снижая урожайность, такое количество радионуклидов, при котором растениеводческая продукция становится непригодной для использования в качестве продуктов питания человека. Радионуклиды в растения могут поступать через вегетативные органы — аэральный путь поступления и через корневую систему — корневой путь поступления. Аэральное поступление наиболее значимо при радиоактивном загрязнении воздушной среды сразу после радиационной аварии. 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, потому что одновременно с осаждением радионуклидов происходят потери радиоактивности. Степень удержания радиоактивных выпадений растительностью оценивается по величине первичного удержания, которая выражается отношением количества радиоактивных частиц, осевших на растения, к общему количеству радиоактивных частиц, выпавших на данную площадь.

На поверхности листьев радионуклиды могут находиться в свободном или сорбированном состоянии. Сорбция зависит от температуры и влажности воздуха и листьев, морфологии листьев, солевого состава и кислотности осадков, вида радионуклида и его формы.

Основными механизмами аэрального поступления радионуклидов являются ионно-обменные реакции и диффузия. Водорастворимые формы поступают с водой через цитоплазму в клетки основной ткани, через стенки клеток и межклетники, через клетки, расположенные над поверхностью жилок, через устьица. Чем толще кутикула, тем слабее происходит диффузия и ионно-обменные реакции. Поступление через устьица усиливается на свету, когда они открываются для дыхания растений. 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 через 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, поэтому 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. Это явление называется вторичным радиоактивным загрязнением растений, интенсивность которого оценивается по величине коэффициента ветрового подъема. Его величина зависит, в основном, от свойств атмосферы (плотности, турбулентности, температуры, давления, влажности, скорости движения воздуха над поверхностью почвы), от свойств почвы (гранулометрического и минералогического состава, влажности, плотности, структуры), от хозяйственной деятельности человека (обработка почвы, выпас скота, автомобильное движение), а также от рельефа и вида растительности. Вторичное загрязнение растительности происходит при пыльных бурях, при горении торфяников, лесов, лугов и сжигании послеуборочных остатков на полях сельскохозяйственных угодий.

Кроме ветрового переноса, причиной вторичного загрязнения может быть забрызгивание грязью нижних частей растений во время выпадения сильных дождей. Установлено, что максимальная высота подъема частиц от земли может достигать 40 см, поэтому такое загрязнение наиболее значимо для низкорослых видов растений. Вклад вторичного загрязнения в общее загрязнение может составлять для зерновых культур до 10-12%, а для овощных – 30% и более. Значительное вторичное загрязнение товарной части овощных и листовых культур радионуклидами происходит в период образования и роста плодов и листьев, злаковых культур – в фазах колошения, цветения и молочной спелости. Практически не загрязняется зерно бобовых и крестоцветных культур, кукурузы, так как оно защищено створками бобов, стручков и листьями, а также клубни и корнеплоды, защищенные почвой.

Проникновение радионуклидов в основные ткани листа зависит от следующих факторов:

– тип и форма выпадений (из аэрозолей и мокрых выпадений поступление больше, так как больше водорастворимых форм);

– погодных условий (осадки, влажность воздуха и листьев). При увеличении поступление усиливается.

– биологические и физиологические особенности листа (толщина кутикулы, опушенность, возраст, содержание воды). Максимальное поступление у молодых, неопушенных, имеющих тонкую кутикулу листьев.

Основным органом при аэральном поступлении радионуклидов в растения является лист. Небольшая часть радионуклидов может поступать через стебли, плоды, соцветия, через воздушные корни – у растений естественных ценозов.

Начальная фиксация радионуклидов на листьях происходит, во-первых, путем механического закрепления на листьях частиц (сухое выпадение) или капель (мокрое выпадение), во-вторых, путем сорбции радионуклидов поверхностью листа.

Основные механизмы поступления:

1. ионно-обменные реакции между ионами клеток листовой пластинки и ионами радионуклидов, находящихся на поверхности листа.

2. Диффузия – механизм проникновения при высокой концентрации радионуклидов.

Пути поступления радионуклидов в растение:

1. Через кутикулу и эпидермис листа в клетки основной ткани – паренхимы. (Водорастворимые формы поступают с водой через мембрану в цитоплазму клетки, т. е. поступление радионуклидов идет по симпласту. А часть радионуклидов поступает через стенки клеток и межклетники, т. е. по апопласту.)

2. Через клетки, расположенные над поверхностью жилок;

3. Через волоски (волосок вырост эпидермиса);

4. Через устьица (поступают газообразные формы и мельчайшие аэрозоли) – максимальное поступление на свету;

5. Через стенки клеток, по которым осуществляется транспирация (испарение воды);

6. Через цветок, завязь, плод.

Проникновение радионуклидов в основные ткани листа зависит от следующих факторов:

– тип и форма выпадений (из аэрозолей и мокрых выпадений поступление больше, так как больше водорастворимых форм);

– погодных условий (осадки, влажность воздуха и листьев). При увеличении поступление усиливается.

– биологические и физиологические особенности листа (толщина кутикулы, опушенность, возраст, содержание воды). Максимальное поступление у молодых, неопушенных, имеющих тонкую кутикулу листьев.

Часть радионуклидов остается в листьях, а часть распределяются по растению и находятся в других органах. Наиболее активно продвигаются одно- и двухвалентные катионы, т. е. среди радионуклидов цезий и стронций. Максимальная миграция у цезия. Интенсивно мигрируют по растению из листьев йод-131, попадает в растение, оседает на листьях в газообразной молекулярной форме. Миграционная способность тяжелых трансурановых элементов в 100 и 1000 раз ниже. Миграция по растению интенсивно происходит у молодых растений, у которых интенсивный обмен веществ.