5.9. Радиоактивное загрязнение почв

С началом развития атомной энергетики и массового ис­пытания ядерного оружия в атмосфере (50-60 гг. XX века) особую актуальность приобрела проблема радиоактивного загряз­нения.

Под радиоактивным загрязнением почв. Понимается увеличение концентрации радиоактивных веществ в почвенной толще вследствие антропогенной деятельности.

В отличие от химического радиоактивное загрязнение не оказывает токсического действия на объекты живой природы; оно не вызывает никаких существенных изменений свойств почв, в частности рН, емкости ППК, уровня минерального пита­ния. В связи с тем, что массовая концентрация радионуклидов в почве чрезвычайно мала, пороговый эффект их накопления в растениях отсутствует.

Негативными последствиями радиоактивного загрязнения являются:

- прямое воздействие ионизирующего излучения на компо­ненты почвенно-растительного покрова, животных и человека;

- ограничение возможности использования загрязненных почв в народнохозяйственной деятельности.

При поступлении в биосферу больших количеств радиоак­тивных веществ возможно формирование дозовых нагрузок на биоту, приводящих к радиоактивному поражению природных и агроэкосистем.

Радиоактивное загрязнение почв обусловливают две большие группы радионуклидов: естественные (или природные) и искусственные (или техногенные). Концентрация есте­ственных радионуклидов в почвах увеличивается за счет тех­нологических процессов, связанных с добычей, переработкой и складированием природного сырья, производством и внесени­ем удобрений, сжигания угля на тепловых электростанциях и т.д.

Добыча и переработка урана. Содержание урана в промышленных урановосодержащих рудах составляет в среднем 0.1-0,2%, в разработанных месторождениях на территории СНГ - 0,05-0,1%, т.е. более 99,9% составляют радиоактивные отхо­ды.

Наибольшую опасность в этом случае представляют эле­менты 3-х радиоактивных семейств: ²³⁵U, ²³⁸U, ^23гТп и продукты их распада. Источниками загрязнения территории радиоактив­ными элементами на этапах добычи урана являются:

• карьеры, шахты, хранилища;

• твердые рудные остатки, гидратные осадки и пульпы, которые образуют хвостохранилища;

• применение рудных пород в качестве местных строи­тельных материалов.

Загрязнение почв естественными радионуклидами проис­ходит также в процессе эксплуатации ТЭС, работающих на угле. При этом возможны следующие пути поступления радио­нуклидов в почву:

• аэрозольные выпадения;

• при утилизации золоотвалов.

Например, по некоторым данным, за 20 лет работы ТЭС содержание радионуклидов в почве на прилегающей террито­рии, радиусом 5-10 км, повышается в 1,3-3 раза по сравнению с фоном.

Неизбежно радиоактивное загрязнение почв естественны­ми радионуклидами в результате производства и применения удобрений. Калийные удобрения являются источником до­полнительного поступления ⁴⁰Кв почву (содержание К в почве составляет 37-1100 Бк/кг, в удобрениях примерно 6000 Бк/кг), фосфорные - U и продуктов его деления. Природные фос­фориты, как правило, содержат в 10-100 раз больше урана, чем его среднее содержание в земной коре.

Загрязнение почв естественными радионуклидами отмечается при добыче нефти и газа. Источником загрязнения в этом случае являются пластовые воды.

В ряду биологически значимых искусственных радионук­лидов поглощение одной и той же почвой возрастает в ряду ^mRu> ⁹⁰Sr> ¹⁴⁴Ce> ¹³⁷Cs. Механизм поглощения различных радионуклидов почвой неодинаков. Для изотопов стронция в наибольшей степени характерно поглощение по обменному типу. Для редкоземельных радионуклидов, таких как Се, Ru, Zn, обменное поглощение имеет второстепенное значение. Они обычно образуют труднорастворимые гуматы, фосфаты, карбонаты и т.д., которые отличаются меньшей растворимо­стью, чем соответствующие соединения Са.

Радионуклиды поступают на поверхность почвы в составе аэрозолей, частиц диспергированного топлива, оплавленных частиц почвы. Все это сказывается на растворимости радиоак­тивных выпадений. Максимальная доля растворимой фракции отмечается в составе глобальных выпадений, от 30 до 90%, в зависимости от химической природы радионуклида. В ряду же радионуклидов она максимальна у Cr и Sr.

Влияние состава и свойств на поведение радионуклидов следующее. Так, для одного и того же радионуклида поглоще­ние почвой возрастает в ряду: подзолы > дерново-подзолистые песчаные > дерново-подзолистые суглинистые > серые лес­ные > черноземы. Такая последовательность обусловлена увеличением в данном ряду содержания илистой фракции.

Подвижность радионуклидов в почвенном блоке находится в зависимости от реакции среды (подкисление приводит к увеличению миграционной подвижности), содержания пылеватых и илистых фракций минералогического состава и коррелирует с содержанием органического вещества в почвах.

На интенсивность миграции радионуклидов в почвенном профиле оказывает влияние гидрологический режим почв. В почвах гидроморфного ряда интенсивность миграции радио­нуклидов почти на порядок выше, и они проникают на большую глубину.

В почвах залежи и заболоченных лугов повышенное коли­чество радионуклидов отмечается в верхней двух-, трехсантиметровой толще.

В почвах агроценозов основное количество радионуклидов сосредоточено в пахотном слое, где оно распределено доста­точно равномерно; в подпахотной толще оно резко падает.

Доступность радионуклидов для растений. Биологиче­ская доступность радионуклидов оценивается на основании та­ких количественных показателей, как коэффициент накопления (КН) и коэффициент перехода (КП).

При широком диапазоне плотностей загрязнения и значи­тельном разнообразии почвенных условий на загрязненной территории в целом наиболее удобно пользоваться таким по­казателем, как коэффициент перехода радионуклидов в расте­ния.

Наибольшее влияние на накопление радионуклидов рас­тениями оказывают тип почвы и ее гидрологический режим, за­тем тип фитоценоза и возраст древостоя. Кратность различий в накоплении радионуклидов (на примере ¹³⁷ Cs, в зависимости от этих факторов) составляет в среднем 100-10-4-1,5 раза соответственно.

В ряду типов почв на загрязненной территории наиболь­шей доступностью радионуклидов характеризуются торфяно-глеевые разности, затем, по мере убывания величин КП ¹³⁷Cs,

-торфяно-подзолистые> огленные серые лесные -> черноземы>дерново-подзолистые

Минимальный КП ¹³⁷Cs в растения в целом наблюдается на черноземных почвах. Это связано с тем. что эти почвы характеризуются в основном тяжелым гранулометрическим со­ставом, обогащены глинистыми минералами, т.е. минералами, способными к необменному закреплению радионуклидов.

Другим, не менее значимым фактором, определяющим величины коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в растения, является тип фитоценоза. В хвойных фитоценозах (сосняках, ельниках) наблюдаются в 10 раз больше КП ¹³⁷Cs во все структурные компоненты древостоя, чем в лиственных лесах. Объясняется это тем, что почвы лиственных лесов насыщены основаниями, больше содержат обменного калия, а также характеризуются менее кислой реакцией среды.

Меры борьбы с радиоактивным загрязнением почв. Ин­дивидуальные дозы облучения и уровни загрязнения продукции считаются главными критериями для определения уровня вмешательства и контрмер, направленных на снижение нега­тивных последствий радиоактивного загрязнения. Они делятся на три категории (Тихомиров. Щеглов, 1997):

• ограничение обычной деятельности;

• применение мелиорантов или мелиоративных мер;

• стратегия использования загрязненной территории и продукции.

Эти контрмеры являются в основном административными и включают комплекс запретов или ограничений на разные ви­ды народнохозяйственной деятельности в зависимости от ве­личины плотности загрязнения.

В лесах и парках налагается запрет на поселение загряз­ненных насаждений. Период налагаемых ограничений зависит от плотности загрязнения и мощности экспозиционной дозы. Он может варьировать от нескольких недель до нескольких десятков лет. Ограничение вводится на лесоводство и использование продукции леса.

Агропромышленное производство на загрязненных территориях также организуется в соответствии с плотностью загрязнения угодий и разбивкой территории по принципу зониро­вания (в зависимости от загрязненности территории).

К числу наиболее эффективных мер в растениеводстве относится подбор видов и сортов растений с минимальным уровнем накопления радионуклидов. В животноводстве важную роль играет откорм животных чистыми кормами, а также ис­пользование специальных добавок сорбентов (ферроцинов) подавляющих переход радионуклидов в молоко. Контрмерой является также переработка загрязненной продукции.

Важной мерой является применение мелиорантов и ме­лиоративных мероприятий, в частности, внесение органических и минеральных удобрений, извести, различных сорбентов. Из­весткование почвы, внесение цеолитов, вермикулита, органики. калийных и других удобрений предпринимается с целью насыщения почвы химическими аналогами радиоактивных элемен­тов и уменьшения потенциала связывания радионуклидов, т.е. снижения коэффициентов их перехода в растения.

В земледелии существенное снижение их накопления рас­тениями достигается путем агротехнических приемов: вспашки с оборотом пласта, плантажной вспашки, т.е. значительном за­глублении радиоактивных веществ (Алексахин и др., 2000).

На загрязненных лесных территориях предусматривается создание специальных заповедников (например, Полесский радиоэкологический заповедник). Создание новых лесных плантаций эффективно на сильно загрязненных пахотных угодьях, которые длительное время не могут быть использова­ны в сельском хозяйстве.