ЭКОЛОГИЯ / Литература / РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

4.1. Наземные экосистемы

Таблица 45 – Содержание радионуклидов в надземной массе лекарственных растений, Бк/кг (Караваева, Молчанова, 1998)

Примечание. 1 – зона Белоярской АЭС, 2 – контрольный участок.

Как и в организме животных, распределение радионуклидов в разных частях растений неодинаково. Так большая часть искусственных радиоизотопов концентрируется в вегетативных частях растений и корнях, а меньшая – в семенах (табл. 46).

Таблица 46 – Содержание искусственных радионуклидов в культурных сельскохозяйственных растениях (в % на единицу массы,

по А.И. Ильенко, Т.П. Крапивко, 1989)

В древесине деревьев обычно накапливается меньше радионуклидов, чем в листьях или хвое. Коэффициент концентрации радиоизотопов в разных частях дерева зависит также от его вида (см. табл. 47).

Таблица 47 – Коэффициенты концентрации 137Cs в различных частях деревьев

(Рябов и др., 1997)

191

Коэффициенты концентрации радиоизотопов у молодых деревьев выше, чем у старых, поскольку у последних обменные процессы замедленны. Коэффициенты накопления цезия-137 у разных ягод различаются в 2-3 раза (см. табл. 48).

Таблица 48 – Коэффициенты накопления 137Cs ягодами (по Рябову и др., 2001)

4.1.1.Радионуклиды в искусственных агробиогеоценозах

Решение основных экологических вопросов в случаях загрязнений местности в чрезвычайных ситуациях связано в основном с искусственными агробиогеоценозами.

Радиоактивные частицы, находящиеся в нижних слоях атмосферы (в тропосфере), осаждаются на растительный и почвенный покров в течение нескольких часов, а стратосферного происхождения – в течение длительного периода – десятки лет (примерно 10% от общего количества ежегодно после выброса в стратосферу). Они выпадают в результате вымывания атмосферными осадками («мокрое выпадение») или в виде сухих частиц за счет гравитационных сил, вертикального движения воздушных масс и турбулентной диффузии («сухое» отложение). Максимальное выпадение наблюдается в весенне-летний период (около 60% годового отложения), менее интенсивное выпадение – в осенне-зимний период. Известно, что основное количество долгоживущих радионуклидов стронция и цезия попало в атмосферу до заключения в 1963 году Московского договора о запрещении испытания ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.

Миграция радиоактивных частиц, выпавших на поверхность земли, происходит по биологическим цепочкам, начиная от внекорневого поступления их в растительный биоценоз по определенным закономерностям.

192

4.1. Наземные экосистемы

Радиоактивные вещества, попадающие на вегетирующие посевы, задерживаются на растениях, оседают на поверхности почвы. Первичное удерживание зависит от плотности растительного покрова, морфологии растений, размеров и агрегатного состояния радиоактивных веществ, метеорологических условий в момент выпадения радиоактивных осадков.

По мере увеличения запаса растительной массы на единицу площади повышается степень удерживания радионуклидов.

Таблица 49 – Первичное удерживание радионуклидов, % от нанесенного количества

Первичное удержание водорастворимых форм РВ в 4-7 раз выше, чем нерастворимых. С увеличением размера частиц уменьшается их удерживание растениями. Различные сельскохозяйственные культуры обладают неодинаковой способностью удерживания РВ.

Таблица 50 – Величина первичного удерживания РВ сельскохозяйственными культурами, %

У некоторых растений хозяйственно ценные части урожая достаточно надежно защищены от загрязнения – зерно бобовых культур, просо, риса, ячменя, овса, початки кукурузы, клубни картофеля, корнеплоды.

Неодинаковая способность растений к первоначальному удержанию РВ обуславливает большие различия в уровнях загрязнения урожая.

193

Наиболее высоким содержанием 90Sr на единицу массы отличаются вегетативные органы растений (десятки и сотни раз выше, чем в зерне, клубнях и корнеплодах), в зерне гречихи наблюдается максимальная концентрация, минимальная – в зерне гороха.

Выпадение 90Sr и 137Cs наиболее опасно для овощных культур, причем радиоцезий включается в метаболизм растений.

При выпадении РВ на луговую и пастбищную растительность значительная их часть задерживается в нижней части растений и в верхнем слое прикорневой дернины, откуда поступают в растения через основание стебля и поверхностные корни, также образуют «дернинный резервуар».

РВ, попадающие в почву, частично вымываются и загрязняют грунтовые воды, но почва довольно прочно удерживает их и обеспечивает очень длительное их нахождение в почвенном горизонте и поступление в сельскохозяйственную продукцию за счет почвенного поглощающего комплекса (ППК).

Гранулометрический состав почвы влияет на закрепление РВ в почве следующим образом:

–тяжелые почвы сильнее закрепляют поглощенные радионуклиды, чем легкие;

–радионуклид 137Cs поглощается и удерживается почвой в большей степени, чем 90Sr.

Минералогический состав почвы также оказывает существенное влияние на эти процессы. Наибольшей поглотительной способностью

обладают минералы монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд, наименьшей – каолинитовой группы. Поглощенный 137Cs в отличие от 90Sr прочнее сорбируется минералами.

Механизм усвоения радионуклидов корнями растений сходен с поглощением основных питательных веществ – макро- и микроэлементов. Определенное сходство наблюдается в поглощении растениями и передвижении по ним 90Sr и 137Cs и их химических аналогов – кальция и

калия. В наибольших количествах поглощается растениями 137Cs, значительно меньше – 90Sr, еще в меньших количествах – 60Co, 106Ru, 144Ce,

147Pm (концентрируются преимущественно в корневой системе). Радионуклиды, поступившие в надземную часть растений зерновых культур, в основном концентрируются в соломе (листья и стебли), меньше – в мякине (колосья, метелки без зерна). С возрастом растений в их надземных органах увеличивается абсолютное количество радионуклидов и снижается содержание на единицу массы сухого вещества.

194

4.1. Наземные экосистемы

После накопления радиоактивных веществ растениями начинает работать следующее звено перемещения радионуклидов, а именно миграция их в организм животных и человека (рис. 16). Дикие и домашние животные, потребляя загрязненную растительную пищу, накапливают радионуклиды, которые тут же начинают разрушать их организм изнутри. Не все дикие животные одинаково накапливают радиоактивные цезий и стронций. Меньше всего их концентрируют животные, питающиеся листьями кустарников. К таковым относится, например, лось. В мясе этого животного в 10-12 раз меньше радиоцезия, чем в мясе кабана, промышляющего в лесной подстилке.

Выпадение радионуклидов из радиоактивного облака

ЧЕЛОВЕК

Рис. 16. Схема движения радионуклидов по пищевым цепочкам

Очень важно уметь грамотно наладить сельскохозяйственное производство на загрязненных радионуклидами землях. Все мероприятия должны быть направлены на защиту населения и животных, т.к. радиорезистентность растений на порядок или два порядка выше по сравнению с млекопитающими (табл. 51, 52).

Радиочувствительность бактерий и простейших составляет 10003000 Гр, а бактерий Micrococcus radiodurens, обитающих в каналах ядерных реакторов, – до 106 Гр.

Радиочувствительность сельскохозяйственных культур определяется по снижению урожайности на 50% при облучении от всходов до цветения, данные представлены в таблице 52.

195

Таблица 51 – Летальные дозы облучения биологических объектов, Гр

Таблица 52 – Радиочувствительность основных сельскохозяйственных культур

196

4.1. Наземные экосистемы

Действие ионизирующей радиации на растительные клетки обусловлено ионизацией молекул, при которой образуются ионы и свободные радикалы из молекул воды, неорганических и органических соединений.

Химический этап взаимодействия энергии с веществом начинается с образования в облученных клетках активных радикалов и перекисей, энергично вступающих в химические реакции с ненарушенными молекулами других веществ клетки. Третий этап действия радиации на живую клетку – биологический.

Радиационно-химические изменения ведут к нарушению во всех частях и биологических структурах клетки – происходят изменения в молекулярных структурах ядер клеток, в хромосомном аппарате, в ДНК и РНК.

Далее следуют изменения физиологических функций клеток, повреждение ядерного аппарата, нарушение ростовых процессов, появление внешних морфологических аномалий и изменение генома, нарушается согласованный процесс ДНК – РНК – белок. Поражение ДНК обуславливает мутагенное действие радиации, обуславливают хромосомные аберрации (перестройки), разрывы и другие нарушения.

Хотя клетка реагирует на излучение как единое целое, цитоплазма обладает сравнительно высокой чувствительностью, а ядро проявляет высокую чувствительность даже к небольшим дозам ионизирующей радиации.

Различные хромосомные нарушения являются одной из основных причин задержки митоза и гибели клеток. Избирательность действия ИИ на различные ткани определяется законом Бергонье-Трибондо, согласно которому более радиочувствительны интенсивно делящиеся клетки (меристемные, ростковые клетки).

Очень важна способность клеток и тканей – противостоять неблагоприятным и повреждающим воздействиям ИИ, в ответ на которые включаются процессы репарации (восстановления).

Радиочувствительность разных видов и сортов растений колеблется в широких пределах.

Критические дозы облучения семян на порядок выше, чем вегетирующих травянистых растений. Для большинства вегетирующих растений критическая доза оценивается 1-5 крад, а летальная – в 5-10 крад, соответствующие дозы для облучения составляют 30-50 крад.

Радиорезистентность (радиоустойчивость) растений в разные периоды онтогенеза колеблется в значительной степени и составляет в последовательностях:

197

1)семена молочной спелости – восковой спелости – полной спелости – покоящиеся – возрастает;

2)семена покоящиеся – прорастающие – всходы – снижается;

3)всходы – заложение вегетативных органов – заложение оси соцветия – возрастает;

4)от заложения оси соцветия и перехода к генеративному состоянию – формированию элементов цветка – спорогенез – повышается;

5)от спорогенеза до гаметогенеза – снижается.

Снижение урожайности зерна озимых культур в зависимости от гамма-облучения в разные фазы развития представлено в таблице 53.

Зерновые бобовые культуры обладают наибольшей радиочувствительностью в период бутонизации.

Продовольственное и техническое качество сельскохозяйственной продукции существенно не ухудшается даже при снижении урожайности до 30-40% от контроля (необлученных растений).

Содержание белка и клейковины в зерне пшеницы, рассчитанное на единицу массы, не снижается.

Снижение масличности семян подсолнечника (на 8-27%) наблюдается при облучении растений в фазы генеративного развития дозами 3- 10 крад.

Аналогичная закономерность наблюдается и по выходу сахара в урожае корнеплодов.

Посевные и посадочные качества семян и клубней снижаются. При облучении картофеля до периода бутонизации и цветения клубни получаются безростковыми из-за высокой радиочувствительности промеристематических клеток, но они по содержанию крахмала и по вкусовым качествам не отличаются от обычных клубней. Данные по снижению полевой всхожести до 50% представлены в таблице 54.

198

4.1. Наземные экосистемы

Таблица 54 – Дозы облучения, при которых семена непригодны для посева

4.1.1.1.Особенности ведения сельскохозяйственного производства в ближайший период после выпадения радиоактивных осадков

До выяснения радиационной обстановки и получения необходимых инструкций, специальных указаний необходимо население и обслуживающий персонал укрыть в защитных сооружениях на 2-4 дня (до получения результатов и информации об уровнях радиации на местности). За этот период происходит значительное уменьшение радиоактивности.

Таблица 55 – Снижение радиоактивности продуктов ядерного деления с течением времени, в условных единицах

Животных в этот период необходимо загнать в помещение, принять меры по предотвращению выпаса скота на загрязненных пастбищах, по попаданию РВ в помещение через вентиляционные системы. Продолжительность стойлового безвыгульного содержания скота определяется конкретной радиационной обстановкой и периодом года. При радиоактивных выпадениях в зимне-стойловый период проблем с кормлением скота не должно быть, если заготовлено достаточное количество кормов. Если какие-то корма подвергаются под открытым небом радиоак-

199

тивному загрязнению, поверхностный слой кормов легко удалить до начала использования.

Более сложные вопросы в животноводстве возникают при выпадении РВ в летне-пастбищный период, особенно в молочном скотоводстве. Для производства молока с низким содержанием радионуклидов рекомендуется сформировать группу высокопродуктивных животных и скармливать им в условиях стойлового содержания заведомо чистые в отношении РВ кормов (силос, сенаж, грубые и концентрированные корма, заготовленные на зимний стойловый период). При отсутствии запасов этих кормов в последующие периоды после загрязнения РВ нужно организовать зеленый конвейер из посевов озимых, многолетних и однолетних трав, прежде всего, с культурных угодий, так как при выпасе молочного скота на естественных пастбищах с низким запасом биомассы вместе с травой и дерниной в организм животных и в продукцию животноводства поступает больше радионуклидов.

С получением данных радиационных разведок и с учетом уровня загрязненности территории РВ, они подразделяются на отдельные зоны. Все мероприятия по ведению сельского хозяйства ведутся с учетом этих зон, т.е. уровня радиационного загрязнения территории.

При аварии на предприятиях ядерной промышленности выделяют следующие зоны (первая цифра по «Ветеринарным правилам обеспечения радиационной безопасности животных и продукции животного происхождения ВП 13.7.13» от 12 июля 1999 г.; вторая – по НРБ-99 – «2.6.1. Ионизирующее излучение. Радиационная безопасность. Нормы радиационной безопасности. СП 2.6.1.758-99»):

1)зона выборочного радиационного контроля – уровень внешне-

го радиационного фона на границе зоны не более 0,03 мР/ч (возможная величина годовой эффективной дозы населения, которая может быть получена при отсутствии мер радиационной защиты от 1 мЗв до 5 мЗв);

2)зона жесткого, сплошного радиационного контроля (или зона ограниченного проживания населения) – 0,03-0,1 мР/ч (возможная величина годовой эффективной дозы населения, которая может быть получена при отсутствии мер радиационной защиты от 5 мЗв до 20 мЗв);

3)зона отселения – 0,1-3 мР/ч (возможная величина годовой эффективной дозы населения, которая может быть получена при отсутствии мер радиационной защиты от 20 мЗв до 50 мЗв);

4)зона отчуждения – более 3 мР/ч (возможная величина годовой эффективной дозы населения, которая может быть получена при отсутствии мер радиационной защиты более 50 мЗв).

200