Osobitosti akumulacije radionuklida vegetacijom. Stroncij u biljkama Migracija radionuklida u posijanim livadskim travama
7.3. Ulazak radionuklida u biljke
Poznato je da se takva količina radionuklida može akumulirati u biljkama, a da ih ne ošteti i ne umanji prinos, pri čemu biljna proizvodnja postaje neprikladna za korištenje. Radionuklidi mogu ući u biljke kroz vegetativne organe - zračni put ulaska i kroz korijenski sustav - korijenski put ulaska. Zračni unos je najznačajniji u slučaju radioaktivne kontaminacije zraka neposredno nakon radijacije. Kada radionuklidi uđu u tlo, prevladava korijenski put ulaska.
Tijekom onečišćenja iz zraka, radioaktivni aerosoli, otopljene silikatne i karbonatne čestice tla, čestice goriva i visoko radioaktivne “vruće” čestice koje su dio “suhih” i “mokrih” padavina talože se na prizemne organe biljaka. Radioaktivne padavine taložene na biljkama slabo su fiksirane u kopnenim organima, jer istovremeno s taloženjem nastaju i poljski gubici radioaktivnosti. Stupanj zadržavanja radioaktivnih padavina vegetacijom procjenjuje se vrijednošću primarne retencije, koja se izražava kao omjer broja radioaktivnih čestica taloženih na biljkama i ukupnog broja radioaktivnih čestica deponiranih na određenom području.
Primarno zadržavanje i kasniji procesi gubitka radioaktivnosti ovise o mnogim čimbenicima, uključujući veličinu čestica i vrstu ispadanja, površinu zadržavanja i gustoću vegetacije, morfologiju biljaka i tip bilja, prinos prizemne mase, meteorološke uvjete tijekom i nakon radioaktivnih padavina, itd. .
Maksimalni gubitak radioaktivnosti u vjetrovitom i kišnom vremenu. Male čestice i oblici topivi u vodi fiksiraju se 4-7 puta jače od velikih i čvrstih netopivih čestica. Gubici radioaktivnosti biljaka zbog svih čimbenika osim radioaktivnog raspada nazivaju se terenskim gubicima radioaktivnosti. Brzina uklanjanja radioaktivnih tvari iz vegetacijskog pokrivača karakterizira razdoblje polugubljenja, t.j. vrijeme koje je potrebno da 50% aktivnosti odnese kiša i otpuhne vjetar. Maksimalni gubitak radioaktivnosti javlja se u prva 2-3 dana, a za samo 7 dana smanjuje se za 70-90%. Gubici fiksnih radionuklida ne ovise puno o vremenskim uvjetima i određuju se svojstvima radionuklida i biološkim karakteristikama biljaka. Period polugubitka za slabo fiksiranu frakciju joda-131 je 14 dana, za cezij-137 - 14 dana, za stroncij-90 - 5 dana, a za jako fiksiranu frakciju ovih radionuklida - 27, 90 i 70 dana. , odnosno
Na površini listova radionuklidi mogu biti u slobodnom ili adsorbiranom stanju. Sorpcija ovisi o temperaturi i vlažnosti zraka i listova, morfologiji listova, sastavu soli i kiselosti oborine, vrsti radionuklida i njegovom obliku.
Glavni mehanizmi zračnog unosa radionuklida su reakcije ionske izmjene i difuzija. Oblici topljivi u vodi ulaze s vodom kroz citoplazmu u stanice glavnog tkiva, kroz stanične stijenke i međustanične prostore, kroz stanice koje se nalaze iznad površine vena, kroz stomate. Što je kutikula deblja, dolazi do slabije reakcije difuzije i ionske izmjene. Ulazak kroz stomate se pojačava izlaganjem svjetlu jer se otvaraju tijekom disanja. Na vegetaciji prirodnih livadskih cenoza radionuklidi se zadržavaju u donjem dijelu biljaka i u gornjem sloju busena. Ovdje postoji dodatna opskrba radionuklidima kroz podnožje stabljike i preko površinskog korijena, pa je vegetacija prirodnih livada više onečišćena radionuklidima od vegetacije obrađenih krmnih površina.
Nakon prodora u lišće, dio radionuklida ostaje u lišću, a dio se prenosi po cijeloj biljci i koncentrira u drugim organima. Kretanje radionuklida kroz biljku ovisi o fizikalno-kemijskim svojstvima radionuklida i, u manjoj mjeri, o biološkim karakteristikama biljaka. Radiocezij, koji je analog kalija, najaktivnije se kreće kroz biljku, dok su stroncij, rutenij i cerij koncentrirani u listovima u malim količinama. Prijenos ovih radionuklida iz listova u generativne organe je deset puta manji od prijenosa cezija.
Radionuklidi koji se talože na tlu kao dio raznih padavina mogu se podići vjetrom ili kišom i taložiti na vegetaciju. Ova pojava naziva se sekundarnom radioaktivnom kontaminacijom biljaka, čiji se intenzitet procjenjuje vrijednošću koeficijenta podizanja vjetra, definiranog kao omjer koncentracije radionuklida u zraku na visini od 1 m i gustoće površinske kontaminacije. tla. Njegova vrijednost ovisi uglavnom o svojstvima atmosfere (gustoća, turbulencija, temperatura, tlak, vlažnost, brzina kretanja zraka po površini tla), o svojstvima tla (granulometrijski i mineraloški sastav, vlažnost, gustoća, struktura), o ljudskoj gospodarskoj djelatnosti (obrada tla, ispaša stoke, promet vozila), kao i o topografiji i vrsti vegetacije. Sekundarno onečišćenje vegetacije događa se tijekom prašnih oluja, zapaljenih tresetišta, šuma i spaljivanja ostataka nakon žetve.
Osim prijenosa vjetrom, sekundarno onečišćenje može biti uzrokovano prskanjem blata po nižim dijelovima biljaka tijekom obilnih kiša. Maksimalna visina dizanja čestica od tla je oko 40 cm, stoga je takvo onečišćenje najznačajnije za niskorastuće biljne vrste. Doprinos sekundarnog onečišćenja ukupnom onečišćenju može biti 30% ili više. Značajno sekundarno onečišćenje tržišnog dijela povrća i lisnih usjeva radionuklidima se javlja tijekom formiranja i rasta plodova i lišća, žitarica - u fazama glavice, cvatnje i mliječne zrelosti. Zrno mahunarki i križanih kultura, kukuruz praktički nije kontaminiran, jer je zaštićen grahom, mahunama i lišćem, kao i gomolji i korijenski usjevi, zaštićeni tlom.
Mehanizam asimilacije radionuklida korijenjem biljaka sličan je asimilaciji esencijalnih hranjivih tvari. Glavni mehanizmi asimilacije radionuklida su reakcije ionske izmjene i difuzija. Glavna razlika je u tome što se radionuklidi nalaze u tlu u izrazito niskim koncentracijama, dok su hranjive tvari u većim koncentracijama. Glavnu količinu radionuklida korijenje izvlači iz otopine tla, kao i iz kompleksa koji apsorbira tlo, s čijim su česticama korijenske dlake, odnosno apsorpcijska zona korijena, u bliskom kontaktu. Apsorpcija iona korijenjem i njihovo kretanje prema biljci odvija se u tri faze. U prvoj fazi, ioni se adsorbiraju membranama apsorbirajućih stanica korijena. Adsorpcija je zamjenjiva i nezamjenjiva. Izmjenjivi ioni biljaka su H + i CO 3 2-, koji nastaju tijekom disocijacije ugljičnog dioksida koji se oslobađa tijekom disanja. Ion H + iz citoplazme prolazi kroz membranu s izlučevinama korijena i ulazi u izmjenu uglavnom s monovalentnim ionima otopine tla i česticama, gdje se mogu nalaziti radionuklidi. Kao rezultat te izmjene, ioni radionuklida ulaze u citoplazmu stanica dlake korijena. Mehanizam ulaska cezija-137 i stroncija-90 u korijenski sustav biljaka nije u potpunosti shvaćen. U prvoj fazi asimilacije radionuklida, kapacitet kationske izmjene korijena igra važnu ulogu; sadržaj izmjenjivačkih kationa, koji ovisi o sadržaju pektina i proteinskih tvari u membrani stanice korijena. Biljne vrste s visokim kapacitetom kationske izmjene korijena apsorbiraju više kationa kalcija iz otopine tla nego kationi drugih monovalentnih elemenata. Kapacitet kationske izmjene korijena u žitaricama je 10–23 meq/100 g suhog korijena, u mahunarkama je 40–60 meq/100 g suhog korijena. To može objasniti povećanu sposobnost mahunarki da akumuliraju kalcij i njegov kemijski analog stroncija. Postoji izravna veza između brzine opskrbe cezijem-137 i vrijednosti kapaciteta kationske izmjene korijena. Na primjer, kada se ispitnoj otopini dodaju ioni kalija i kalcija, kapacitet kationske izmjene staničnih stijenki može se povećati kao rezultat njezine zasićenosti tim kationima, pa se praktički ne događa adsorpcija iona cezija i stroncija na stanične stijenke. Pri visokoj koncentraciji kalija u otopini, kalijevi ioni ulaze pretežno kroz kalijeve kanale, stoga je opskrba cezijem značajno smanjena, t.j. cezij je diskriminiran u odnosu na kalij. U svim usjevima nedostatak izmjenjivog kalija u tlu dovodi do povećanja koeficijenta nakupljanja cezija u ječmu do 20 puta, u raži do 30 puta i u pšenici do 40 puta. Kad stroncij uđe, praktički nema diskriminacije po kalciju. Poznato je da nedostatak kalijevih iona u otopini također povećava ulazak stroncija u korijenje. Cezij više ulazi u korijenje biljaka nego stroncij. Utvrđeno je da ioni stabilnih i radioaktivnih elemenata mogu reagirati s komponentama membrane i stvoriti različite spojeve. U vezanom stanju, u sastavu tih spojeva, koji se nazivaju tvarima nosačima, ioni ulaze u citoplazmu, gdje se kompleks razgrađuje stvaranjem iona i tvari nosača. Ion migrira dalje duž biljke i uključuje se u metabolizam. Nositeljska tvar se ponovno vraća na membranu i pričvršćuje novi ion. U drugoj fazi ioni prodiru u vodljiva tkiva, t.j. traheide i ksilemske žile. U trećoj fazi dolazi do uzlaznog kretanja iona kroz žile ksilema s ksilemskim sokom u stanice i tkiva zemaljskih organa. Sastav soka ksilema uključuje vodu, organske i anorganske tvari, hranjive tvari i druge spojeve. Ksilemski sok se prenosi kroz biljku pritiskom korijena i transpiracijom. Tijekom transpiracije voda isparava, a sve tvari, uključujući radionuklide, ostaju u stanicama i tkivima zemaljskih organa. Brzina kojom se radionuklidi kreću kroz biljku ovisi o intenzitetu transpiracije. Za vrućeg i suhog vremena povećava se transpiracija, pa se može povećati sadržaj radionuklida u kopnenom dijelu biljaka. Izmjena iona između stanične stijenke korijenske dlake i čestica tla je teža od izmjene iona iz otopine tla. Pri niskoj koncentraciji radionuklida u tlu ulaze u biljke kao rezultat reakcija ionske izmjene. Pri visokoj koncentraciji radionuklida u tlu, glavni mehanizam ulaska je difuzija, pa se unos radionuklida može značajno povećati.
Iz korijena se cezij, kao monovalentni element, izlučuje brže od stroncija, koji se u korijenu može vezati u teško pokretne oblike. Dakle, radionuklidi su neravnomjerno raspoređeni u biljnim organima. Glavna količina radionuklida koncentrirana je u korijenu. Raspodjela u kopnenim organima biljaka je neujednačena. Na primjer, u zrelim biljkama graha Sr-90 je raspoređen na sljedeći način: u listovima 53-68%, stabljikama 15-28%, ljusci graha 12-25% i zrnu 7-14%.
Za procjenu unosa radionuklida iz tla u biljke koriste se različiti pokazatelji. Najčešće korišteni prijelazni faktori (Kp), kao i faktori akumulacije ili faktori koncentracije (Kn). Transfer faktor je omjer sadržaja radionuklida u biljnoj masi prema površinskoj aktivnosti tla, koeficijent akumulacije je omjer sadržaja radionuklida u biljnoj masi prema sadržaju radionuklida u tlu. Koeficijent akumulacije Sr-90 u različitim kulturama varira od 0,02 do 12, Cs-137 - od 0,02 do 1,1.
Ponekad se koristi koeficijent biološke apsorpcije koji pokazuje omjer koncentracije radionuklida u pepelu biljaka prema koncentraciji radionuklida u tlu. Brzina migracije radionuklida u lancu tlo–biljka ovisi o sadržaju njihovih izotopskih i neizotopnih nositelja. Koncentracija neizotopnih nosača u tlu je znatno veća od koncentracije izotopskih. Za procjenu prijenosa radioaktivnog elementa u odnosu na njegov stabilan nosilac u radioekološkim lancima koristi se koeficijent diskriminacije koji pokazuje promjenu omjera radionuklida i njegovog kemijskog analoga tijekom migracije kroz biološke lance, što se određuje formulom:
gdje je C koncentracija cezija-137 ili kalija u tlu i biljci.
Diskriminacija cezija s obzirom na kalij najznačajnija je u lancu tlo–biljka, a diskriminacija stroncija s obzirom na kalcij najznačajnija je u lancu hrana–životinja.
Količina akumulacije radionuklida ovisi o sljedećim glavnim pokazateljima: 1) svojstvima radionuklida i oblicima njihove prisutnosti u tlu; 2) fizikalno-kemijski parametri tla; 3) biološke karakteristike biljaka; 4) poljoprivredne tehnike uzgoja; 5) vremenske i klimatske prilike.
Unos i raspodjela radionuklida u biljci određen je njihovim svojstvima i sudjelovanjem u metaboličkim procesima. Ioni monovalentnih radionuklida apsorbiraju se iz vodene otopine intenzivnije od iona dvovalentnih i trovalentnih radionuklida. Poznato je da se 60 Co, 106 Ru i 144 Ce apsorbiraju 10 puta manje od cezija i stroncija. Iz čestica tla monovalentni ioni se neznatno apsorbiraju, jer su čvršće fiksirani. Kada se napaja iz vodene otopine, koeficijent akumulacije Cs-137 je znatno veći od koeficijenta akumulacije Sr-90. Kada se napaja iz kompleksa koji upija tlo, koeficijent akumulacije cezija-137 je mnogo manji od stroncija-90. To je zbog jače sorpcije cezija-137 od strane mineralnog dijela kompleksa koji apsorbira tlo. Ioni niske valencije se aktivnije i u većim količinama prenose u prizemni dio biljaka od iona visoke valencije, koji su u korijenu koncentrirani do 90-99%. Od cezija-137 i stroncija-90 koji su ušli u korijenje, 20-40% ostaje u korijenu, a 60-80% se prenosi u prizemne organe, gdje su neravnomjerno raspoređeni. Sličnost je pronađena u apsorpciji i promicanju cezija-137 i kalija, stroncija-90 i kalcija, kao i radiocezija i stabilnog cezija, radiostroncija i stabilnog stroncija kroz biljku. Razlika je zbog različitih oblika radionuklida u tlu. Većina radionuklida inducirane aktivnosti su biološki važni elementi u tragovima koji se akumuliraju uglavnom u korijenu, osim 65 Zn i 54 Mn koji se nakupljaju u prizemnom dijelu i reproduktivnim organima, gdje se Kn u kulturama mijenja i do 10 puta. Transurani radionuklidi imaju vrlo niske faktore akumulacije (n · 10 -2 - 10 -10), jer imaju ograničen ulazak u korijenje i prijenos iz njega u vegetativne organe. Akumulacija se smanjuje u nizu: neptunij > americij > kurij > plutonij.
Unos radionuklida ovisi o vremenu i oblicima prisutnosti u tlu, o koncentraciji raspoloživih oblika u korijenskom sloju. Nakon nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil, najintenzivniji dotok cezija dogodio se u prve 2 godine. Do kraja 5. godine sadržaj izmjenjivog cezija u tlu se smanjio za 3 ili više puta i dosegao stacionarnu razinu. Tako se s vremenom smanjuje sadržaj oblika cezija-137 koji su dostupni biljkama i smanjuje se njegov ulazak u biljke. Mobilnost i dostupnost stroncija-90 praktički se ne mijenja s vremenom, stoga je u vodi topivim i izmjenjivim oblicima, koji su dobro dostupni za asimilaciju korijena.
Od karakteristika tla najveći utjecaj imaju granulometrijski i mineraloški sastav, agrokemijski parametri tla i režim vlažnosti tla. Granulometrijski sastav utječe na sorpciju radionuklida, što ovisi o stupnju disperzije čestica. Što je više čestica gline u tlu, to je jača sorpcija radionuklida i niži su koeficijenti akumulacije radionuklida u biljkama. Na tlima teškog granulometrijskog sastava s visokim sadržajem glina radionuklidi se nakupljaju u biljkama u manjim količinama nego na tlima laganog sastava. Glavni utjecaj na akumulaciju radionuklida ima muljevita frakcija, koja uključuje glinene minerale skupine montmorilonita, hidroliskuse i liskune. Ovisno o vrsti tla, pri istoj gustoći onečišćenja Cs-137 i Sr-90, koeficijenti proporcionalnosti za ove radionuklide mogu se razlikovati do 2 ili više puta. Na primjer, Cp cezija-137 za krumpir na buseno-podzolskom pjeskovitom tlu je 0,08, a na buseno-podzolskom ilovastom tlu je 0,03. Za stroncij-90 koeficijenti proporcionalnosti na tim tlima iznose 0,33 odnosno 0,17. Koeficijenti akumulacije radionuklida na različitim tipovima tla s istom gustoćom površinske kontaminacije mogu se razlikovati 10-20 puta, a ponekad i do 100 puta. Cezij-137 je manje dostupan biljkama zbog svoje neizmjenjive sorpcije u kristalnim rešetkama minerala gline. Koeficijenti akumulacije cezija-137 i stroncija-90 na černozemskim tlima su 20, odnosno 10 puta niži nego na tlu sa podzolom. To je zbog činjenice da černozemi imaju bogat upijajući kompleks tla zasićen fizikalnom glinom, muljem, humusom i izmjenjivim kationima, što osigurava visoku sposobnost upijanja ovog tla i posljedično manji unos radionuklida u biljke. Na težim tlima Sr-90 se akumulira u biljkama 5-10 puta intenzivnije od Cs-137. U Polisiji prevladavaju pješčana ilovasta lagana buseno-podzolista i tresetno-mocvarna tla. Koeficijenti pretvorbe cezija-137 u biljke su ovdje 4-5 puta veći nego u drugim regijama Bjelorusije. Akumulacija Ss-137 i Sr-90 u biljkama istih usjeva ovdje se praktički ne razlikuje; Cs cezija-137 približno je jednak Cs stroncija-90, jer kada su minerali gline nedostatni, Cs-137 se u tim tlima nalazi u vodotopivom i izmjenjivom obliku. , botanički sastav biljaka koje stvaraju treset, kiselost otopina tla i prisutnost izmjenjivih kationa, vlažnost tla, dubina i mineralizacija podzemnih voda. Proučavani su obrasci akumulacije radionuklida na tresetnim tlima masiva Bragin i Khoiniki. Veći udio pepela u tlu, povećani sadržaj karbonata, minerala glinene frakcije, kao i niži sadržaj vlage u tlu Braginskog masiva doprinose manjem akumuliranju radionuklida u biljkama nego u tlima masiva Khoiniki. . Povećanjem debljine sloja treseta povećava se dotok cezija i stroncija u vegetaciju, jer. sadržaj pepela u tlu se smanjuje.
U proizvodnji poljoprivrednih proizvoda treba uzeti u obzir značajke akumulacije radionuklida u biljkama na različitim vrstama tla.
Dokazano je da svi agrokemijski pokazatelji tla, koji povećavaju sorpciju radionuklida tlom, smanjuju njihov ulazak u biljke. Većina agrokemijskih pokazatelja tla usko je povezana, pa stupanj djelovanja svakog pojedinog svojstva ovisi o utjecaju cijelog kompleksa. Sadržaj izmjenjivih kationa K+, Mg 2+, Ca 2+ i humusa, koji određuju kapacitet kationske izmjene i kiselost tla, ima najznačajniji utjecaj na opskrbu biljaka Cs-137 na busenovito-podzolastim tlima. Utvrđen je negativan odnos između koeficijenta prijelaza Cs-137 u biljke i sadržaja izmjenjivog kalija (K 2 O) u tlu. Izmjenjivi kalij ima kompetitivni učinak na unos cezija-137, t.j. što je više izmjenjivog kalija u tlu, manji je unos cezija-137. Poznato je da što je više izmjenjivog kalija u PPC, to je brža fiksacija cezija-137 u PPC i smanjenje njegovog koeficijenta prijenosa u biljke. Koeficijent prijelaza cezija u biljke pri niskom sadržaju izmjenjivog kalija (K 2 O = 40-80 mg/kg tla) može se smanjiti za samo 20-60 %, a pri visokom sadržaju K 2 O može se smanjiti do 70%. Zasićenost travnato-podzoličastog tla izmjenjivim kalijem iznad optimalne razine (300 mg/kg tla) ne prati smanjenje opskrbe biljaka cezijem-137. Za tresetno-močvarna tla optimalna razina izmjenjivog kalija u tlu ne smije prelaziti 1000 mg/kg tla. Što je više izmjenjivog kalija u tlu, to je niži koeficijent akumulacije stroncija-90. Međutim, ova ovisnost je manje izražena nego za koeficijent akumulacije cezija-137.
Utvrđen je negativan odnos između sadržaja izmjenjivog kalcija, razine kiselosti otopine tla i unosa stroncija-90 u biljke. Što je više izmjenjivog kalcija u tlu i što je niža kiselost otopine tla, to su niži koeficijenti pretvorbe stroncija-90 u biljke. Ovaj obrazac se također manifestira kada cezij-137 uđe u biljke, ali je veza manje jaka. Kako se sadržaj izmjenjivog kalcija povećava s 550 na 2000 mg CaO po kg tla, Kp Cs-137 i Sr-90 se smanjuje za 1,5-2 puta. Promjena kiselosti otopine tla iz kiselinskog raspona (rN = 4,5–5,0) u neutralnu (rN = 6,5–7,0) smanjuje prijenos stroncija-90 na biljke za 2–3 puta. Daljnje zasićenje tla slobodnim kalcijevim karbonatima pomiče pH u alkalni raspon, ali to nije popraćeno smanjenjem prijelaznog koeficijenta. Na karbonatnim tlima koeficijent akumulacije stroncija-90 opada i do 3 puta, jer dolazi do neizmjenjivačke fiksacije Sr-90 s stvaranjem karbonatnih soli. Na tim tlima se Kp Cs-137 povećava i do 4 puta, jer. ovdje je Cs-137 vezan organskim spojevima topivim u vodi, koji ga lako oslobađaju u obliku dostupnih iona. Utvrđeno je da što je veća zasićenost tla izmjenjivim bazama, to je manji koeficijent prijelaza Cs-137 i Sr-90 u biljke.
Tresetna tla su siromašna kalijem, kalcijem i magnezijem. U pravilu se radi o kiselim tlima, stoga je Cs-137 i Sr-90 Kp na tim tlima 5-20 puta veći nego na busen-podzolistim tlima.
Organska tvar tla utječe na prijelaz cezija i stroncija u biljke. Huminske kiseline, osobito huminske, tvore složene komplekse s radionuklidima ili humatima, pa se dostupnost stroncija iz organskih kompleksa smanjuje 2-4 puta, a cezija 1,5 puta. Povećana biološka dostupnost radionuklida na tresetnim tlima povezana je sa sposobnošću organske tvari da fiksira radionuklidne ione na površini organskih koloida, stoga nije osigurana stabilna sorpcija radionuklida i povećava se njihova dostupnost biljkama. Osim toga, na tresetnim tlima povećava se kiselost otopine tla, što osigurava dobru topljivost radionuklidnih soli i njihovu dostupnost biljkama.
Dakle, pokazatelji plodnosti tla mogu imati značajan utjecaj na akumulaciju radionuklida kod svih poljoprivrednih kultura. Utvrđeno je da se minimalni prijelaz Cs-137 i Sr-90 u biljke uočava na tlima s optimalnim parametrima njihovih agrokemijskih svojstava.
Režim vlažnosti tla ima veliki utjecaj na akumulaciju radionuklida u biljkama. Podaci o utjecaju vlage u tlu na unos radionuklida u biljke su dvosmisleni. Poznato je da se količina cezija i stroncija kationa istisnutih iz tla u otopinu povećava s povećanjem vlažnosti. To je zbog složene prirode međusobnog utjecaja vlage, svojstava tla i bioloških karakteristika biljaka na procese migracije radionuklida u lancu tlo–biljka. S povećanjem vlage u tlu povećava se udio vodotopivog i izmjenjivog Sr-90 i udio izmjenjivog Ss-137, pa se povećavaju faktori konverzije i sadržaj ovih radionuklida u vegetaciji. Utvrđeno je da se prijenos radiocezija u višegodišnje trave povećava 10-27 puta na hidromorfnim buseno-glejevitim i buseno-podzolisto-glejnim tlima u usporedbi s automorfnim i privremeno pretjerano navlaženim sortama ovih tala.
Na akumulaciju radionuklida u biljkama utječu različite biološke značajke biljaka, među kojima se izdvaja evolucijsko podrijetlo biljaka ili filogenija. Biljke ranog podrijetla akumuliraju više radionuklida nego biljke kasnih razdoblja. Prema akumulaciji radionuklida, odjeli flore su raspoređeni prema sljedećem silaznom redoslijedu: lišajevi > mahovine > paprati > golosjemenke > kritosjemenjače. Otkrivene su razlike u akumulaciji radionuklida unutar klasa, obitelji i vrsta. Razlike među vrstama mogu doseći i do 5-100 ili više puta. Sadržaj cezija-137 u odnosu na suhu tvar pojedinih usjeva može varirati i do 50 puta, a akumulacija stroncija-90 - do 30 puta uz istu gustoću onečišćenja tla. Sortne razlike u akumulaciji radionuklida su mnogo manje (do 1,5-3 puta), ali se moraju uzeti u obzir i pri odabiru usjeva za uzgoj u uvjetima radioaktivne kontaminacije. Prema akumulaciji radionuklida u komercijalnom dijelu usjeva raspoređeni su prema sljedećem silaznom redu: okopavi, mahunarke, krumpir, žitarice, žitarice i povrće. Prema akumulaciji stroncija-90 razlikuju se usjevi sa jakom akumulacijom (mahunarke), srednje akumulirajući usjevi (žitarice) i slabo akumulirajući usjevi (žitarice). Mahunarke akumuliraju radionuklide 2-10 puta više od žitarica. Poznato je da sorte intenzivnog tipa za formiranje usjeva zahtijevaju puno kalija. S manjkom kalija u tlu, njegov se nedostatak može nadoknaditi cezijem. Utvrđeno je da ozime žitarice i ranozreli jari usjevi akumuliraju manje radionuklida, jer tvore visok prinos biljne mase na koju se raspoređuju radionuklidi koji ulaze u biljku, tj. dolazi do biološkog razrjeđivanja radionuklida.
Visoki koeficijenti akumulacije radionuklida u višegodišnjim travama prirodnih fitocenoza, čiji sastav vrsta ovisi o vrsti i vlažnosti tla, dok razlike vrsta unutar jednog ekosustava dosežu 15-30 puta. Cezoze šaša i šaša-trave, koje rastu na tlima koja su stalno natopljena vodom, akumuliraju cezij-137 100 ili više puta više nego cenoze žitarica. Visoki koeficijenti akumulacije tipični su za raslinje svih fitocenoza.
Akumulacija radionuklida ovisi o vrsti mineralne ishrane, t.j. od potrebe usjeva za kalijem, kalcijem i drugim hranjivim tvarima. Usjevi koji vole kalij (cikla, krumpir, zob, kupus) akumuliraju više cezija, a kulture koje vole kalcij (lupin, lucerna, djetelina, grašak) više stroncija.
Značajan utjecaj na akumulaciju radionuklida ima ontogeneza ili faza razvoja biljke. Maksimalna akumulacija se opaža u ranim fazama razvoja, kada dolazi do intenzivnog rasta, praćenog aktivnom apsorpcijom hranjivih tvari, radionuklida i njihovim prijenosom u zemaljske organe. Primjerice, kod žitarica se maksimalno nakupljanje u prizemnoj masi događa u fazi bokovanja i u fazi dizanja. U fazama mliječne i voštane zrelosti dolazi do odljeva hranjivih tvari i radionuklida iz listova u zrno, gdje se sadržaj cezija može povećati i do 4 puta.
Radionuklidi su neravnomjerno raspoređeni u biljnim organima. Poznato je da je 90-99% rutenija, cerija i kobalta koncentrirano u korijenu. Koncentracija cezija i stroncija u korijenu može biti 20-40%, a 60-80% tih radionuklida ulazi u prizemne organe, gdje su neravnomjerno raspoređeni. Oko 80% radionuklida taloži se u listovima i stabljikama. Najmanja koncentracija radionuklida uočava se u generativnim organima, t.j. u sjemenkama, s maksimalnom akumulacijom u ljusci, prekrivajući ljuske, ljuske graha i mahuna. U korijenskim usjevima postoji velika akumulacija radionuklida u glavici, kožici i jezgri. Kod gomolja krumpira najveća je akumulacija u kožici. Treba napomenuti da je pri istoj gustoći onečišćenja tla u krumpiru sadržaj cezija-137 i stroncija-90 znatno niži nego u korijenskim usjevima. To je zbog činjenice da je gomolj modificirani izdanak, u koji hranjive tvari i radionuklidi dolaze iz zemaljskih organa. Korijen je modificirani korijen koji aktivno apsorbira i akumulira radionuklide.
Akumulacija radionuklida ovisi o mjestu, vrsti i debljini korijenskog sustava. Biljke s vlaknastim i rizomatoznim korijenskim sustavom smještenim u gornjim slojevima tla akumuliraju više radionuklida od biljaka sa sustavom štapa koji prodire u dublje i „čišće” horizonte tla.
Od klimatskih uvjeta najveći utjecaj na unos radionuklida imaju godišnja količina oborina, njihova raspodjela po mjesecima i zbroj pozitivnih temperatura. Maksimalni unos radionuklida bilježi se pri optimalnoj temperaturi i optimalnoj vlažnosti zraka, što osigurava intenzivan rast i razvoj biljaka.
Osim svojstava radionuklida, karakteristika tla i bioloških karakteristika biljaka, na akumulaciju radionuklida značajno utječe i tehnologija uzgoja usjeva, t.j. sustav obrade tla, primjena vapna, mineralnih i organskih gnojiva.
Postoji izravna veza između gustoće onečišćenja tla radionuklidima prirodnih biljnih kompleksa i specifične radioaktivnosti biljaka. Na primjer, biljke su 1990. imale sljedeću specifičnu radioaktivnost: borove iglice - 1,8-10-7 Ci / kg, borovnice - 1,2-K) -7. Gustoća onečišćenja tla radionuklidima gama spektra u ovim uzorcima iznosila je 7,0 i 19,9 Ci/km2.
Na oglednim površinama livada, kao iu šumskim fitocenozama, sličan obrazac uočen je samo na identičnim tipovima livada koje karakteriziraju slična svojstva tla. Dakle, poplavno područje Sozhchka busena štuka imala je specifičnu radioaktivnost od 4,3-10-8 Ci / kg, vezikularni šaš - 1,4-10-7, crvena djetelina - 5,5-10-8 Ci / kg. Pokazatelji specifične radioaktivnosti sličnih postrojenja na SP 20 (okrug Vetkovsky, poplavno područje rijeke Besed) bili su značajni. Gustoća onečišćenja tla radionuklidima na ovim pokusnim plohama iznosila je 4,2 odnosno 17,1 Ci/km2.
Biljke živog prizemnog pokrova akumulirale su ove radionuklide na različite načine: prema akumulaciji stroncija-90 izdvajaju se ovčji vijuk (10 puta intenzivniji od cezija-137), kao i lišaj od jelenske mahovine (6 puta). Izotopi cerija, prazeodima i rutenija pronađeni su u biljkama u velikim količinama, iako ne spadaju u biogene elemente. Njihova akumulacija je razmjerna nakupljanju stroncija-90 i cezija-137. Na temelju nakupljanja izotopa plutonija u biljkama šumskih fitocenoza, posebno u borovim šumama, izdvaja se živi pokrivač tla, koji ove radionuklide koncentrira za 1-2 reda veličine više od bora. U uzorcima livada velika većina vrsta koncentrira izotope cezija-137, a u manjoj mjeri i stroncija-90.
Na temelju izotopskog sastava radionuklida sadržanih u prirodnim biljnim kompleksima može se pratiti dinamika ukupnog sadržaja radionuklida koji emitiraju gama u biljkama. Od nesreće specifična radioaktivnost vegetacije kontinuirano pada.
Značajne fluktuacije specifične radioaktivnosti zabilježene su na najbližoj točki reaktoru za hitne slučajeve u selu Masany. To je zbog raspada kratkoživućih izotopa - cerija, prazeodima i rutenija, kao i cezija-134.
Trenutno je radioaktivnost tla i biljaka uglavnom određena radioizotopima cezija, stroncija i plutonija.
S vremenom se mobilnost cezija-137 u tlima smanjuje, a stroncij-90 povećava. To se očituje u unosu ovih radionuklida u biljke. Očito je da se opskrba biljaka cezijem-137 smanjila za 5-10 puta tijekom 5 godina, dok se stroncijem-90 povećala u istoj mjeri. Ovu okolnost treba uzeti u obzir pri korištenju biljnih resursa u zonama radioaktivne kontaminacije.
Za praksu šumarstva vrlo su važni podaci o obrascima raspodjele radionuklida u biljnim organima. Utvrđeno je da se radionuklidi najviše akumuliraju u iglicama (lišću), zatim u kori, granama, a najmanje u drvu.
Pri korištenju "čistog" drva dobivamo veliku masu otpada visoke radioaktivnosti za koji se ne zna kamo ga staviti - da li spaliti, ili zakopati. Međutim, otpad je vrijedna sirovina, ne može se bacati, neekonomičan je. Preporučamo suzdržati se od eksploatacije takvih nasada u sljedećih 30-60 godina dok se radioaktivnost organa vrsta drveća ne smanji na prihvatljivu razinu zbog prirodnog raspadanja radionuklida.
U šumskim fitocenozama slika je nešto drugačija. Otprilike 50% radionuklida vraća se u tlo iz pokrova tla, a oko 5% radioizotopa, odnosno 0,1 Ci/km2, dolazi u tlo iz sloja drveća zbog opadanja iglica, grana, češera i kore. Ukupni povrat radionuklida u tlo iznosi (uključujući živi pokrov) 0,46 Ci/km2.
Tako živi pokrivač tla, posebno zeljaste biljke, aktivnije sudjeluje u kruženju radionuklida u prirodno-biljnim kompleksima. Kao rezultat proučavanja cirkulacije radionuklida u prirodno-biljnim kompleksima, moguće je izraditi shemu raspodjele radionuklida između komponenti biogeocenoze. Najniži sloj fitocenoza (mahovine, lišajevi, gljive) ima najveću specifičnu radioaktivnost, a slijede zeljaste vrste, grmlje, šikara i šikara. Najniža specifična radioaktivnost karakteristična je za stablo-gornji sloj fitocenoze. To je zbog osobitosti biologije i strukture biljaka. Radionuklidi se u većim količinama nakupljaju u onim organima i tkivima biljaka u kojima postoji intenzivan metabolizam i relativno visok postotak proteina. U lignificiranim organima i tkivima koji imaju provodnu ulogu radionuklidi se nakupljaju u manjim količinama. U tom smislu, klobučari su najjači biokoncentrati radionuklida.
1.3 Akumulacija radionuklida u tlima i biljkama
Značajan dio radionuklida nalazi se u tlu, kako na površini, tako iu nižim slojevima, dok njihova migracija uvelike ovisi o vrsti tla, vodno-fizikalnim i agrokemijskim svojstvima.
Glavni radionuklidi koji određuju prirodu onečišćenja u našim krajevima su cezij - 137 i stroncij - 90, koji se razvrstavaju po tlu na različite načine. Glavni mehanizam za fiksiranje stroncija u tlu je ionska izmjena, cezij - 137 izmjenjivačkim oblikom ili vrstom ionsko-izmjenjivačke sorpcije na unutarnjoj površini čestica tla.
Apsorpcija stroncija - 90 u tlu je manja od cezija - 137, te je stoga pokretljiviji radionuklid.
U trenutku ispuštanja cezija-137 u okoliš, radionuklid je u početku u visoko topljivom stanju (parno-plinska faza, fine čestice itd.)
U tim slučajevima cezij-137 koji ulazi u tlo je lako dostupan za apsorpciju od strane biljaka. Radionuklid se u budućnosti može uključiti u različite reakcije u tlu te se smanjuje njegova mobilnost, povećava čvrstoća fiksacije, radionuklid „stari“, a takvo „starenje“ je kompleks kemijskih reakcija kristala tla s mogućim ulaskom radionuklida u kristalnu strukturu sekundarnih minerala gline.
Mehanizam fiksiranja radioaktivnih izotopa u tlu, njihova sorpcija je od velike važnosti, jer sorpcija određuje migracijske kvalitete radioizotopa, intenzitet njihove apsorpcije u tlu i, posljedično, njihovu sposobnost prodiranja u korijenje biljaka. Sorpcija radioizotopa ovisi o mnogim čimbenicima, a jedan od glavnih je mehanički i mineraloški sastav tla.Tala koja su teška po granulometrijskom sastavu, apsorbirani radionuklidi, posebno cezij - 137, fiksiraju se jače od svjetlosti. one i smanjenjem veličine mehaničkih frakcija tla povećava se snaga njihove fiksacije stroncija - 90 i cezija - 137. Radionuklide najčvršće fiksira mulj u tlu.
Veće zadržavanje radioizotopa u tlu olakšava prisutnost u njemu kemijskih elemenata koji su po kemijskim svojstvima slični ovim izotopima. Dakle, kalcij je kemijski element sličan po svojim svojstvima stronciju - 90 i unošenje vapna, osobito na tlima s visokom kiselinom, dovodi do povećanja apsorpcionog kapaciteta stroncija - 90 i do smanjenja njegove migracije. Kalij je po kemijskim svojstvima sličan ceziju - 137. Kalij se, kao neizotopni analog cezija, nalazi u tlu u makrokoličinama, dok je cezij u ultramikrokoncentraciji. Kao rezultat toga, mikrokoličine cezija - 137 su snažno razrijeđene u otopini tla kalijevim ionima, a kada ih apsorbira korijenski sustav biljaka, bilježi se konkurencija za mjesto sorpcije na površini korijena. Stoga, kada ti elementi dolaze iz tla, u biljkama se uočava antagonizam iona cezija i kalija.
Osim toga, učinak migracije radionuklida ovisi o meteorološkim uvjetima (oborinama).
Utvrđeno je da se stroncij - 90 koji je pao na površinu tla kišom ispire u najniže slojeve. Valja napomenuti da se migracija radionuklida u tlima odvija sporo i da je njihov glavni dio u sloju od 0-5 cm.
Akumulacija (uklanjanje) radionuklida poljoprivrednim biljkama uvelike ovisi o svojstvima tla i biološkim karakteristikama biljaka. Na kiselim tlima radionuklidi ulaze u biljke u znatno većim količinama nego iz slabo kiselih tla. Smanjenje kiselosti tla, u pravilu, pomaže u smanjenju veličine prijenosa radionuklida u biljke. Dakle, ovisno o svojstvima tla, sadržaj stroncija - 90 i cezija - 137 u biljkama može varirati u prosjeku 10 - 15 puta.
A međuvrsne razlike poljoprivrednih usjeva u akumulaciji ovih radionuklida uočavaju se u mahunarkama. Na primjer, stroncij - 90 i cezij - 137, mahunarke se apsorbiraju 2 - 6 puta intenzivnije nego žitarice.
Unos stroncija - 90 i cezija - 137 u zeljaste livade i pašnjake određen je prirodom raspodjele u profilu tla.
U netaknutim područjima, prirodnim livadama, cezij je u sloju od 0-5 cm, a tijekom proteklih godina nakon nesreće nije zabilježena njegova značajna vertikalna migracija duž profila tla. Na oranicama se cezij - 137 nalazi u obradivom sloju.
Poplavna vegetacija akumulira cezij-137 u većoj mjeri nego planinska vegetacija. Dakle, kada je poplavno područje zagađeno s 2,4 Ci/km2, u travi je pronađen Ci/kg suhe mase, a u travi je pronađen Ci/kg pri onečišćenju od 3,8 Ci/km2.
Akumulacija radionuklida u zeljastim biljkama ovisi o osobitostima strukture busena. Na livadi žitarica s debelim gustim busenom sadržaj cezija - 137 u fitomasi je 3-4 puta veći nego na livadi s rastresitim, tankim busenom.
Usjevi s niskim udjelom kalija akumuliraju manje cezija. Trave akumuliraju manje cezija u odnosu na mahunarke. Biljke su relativno otporne na radioaktivni utjecaj, ali mogu akumulirati tolike količine radionuklida da postaju neprikladne za prehranu ljudi i stoku.
Unos cezija - 137 u biljke ovisi o vrsti tla. Prema stupnju smanjenja akumulacije cezija u usjevu, biljke u tlu se mogu rasporediti u sljedećem redoslijedu: busen-podzolska pješčana ilovača, buseno-podzolična ilovača, siva šuma, černozem itd. Akumulacija radionuklida u usjevu ovisi ne samo o vrsti tla, već i o biološkim karakteristikama biljaka.
Primjećuje se da biljke koje vole kalcij obično apsorbiraju više stroncija - 90 od biljaka siromašnih kalcijem. Najviše se nakuplja stroncija - 90 mahunarki, manje korijena i gomolja, a još manje žitarica.
Nakupljanje radionuklida u biljci ovisi o sadržaju hranjivih tvari u tlu.
Dakle, na sorpciju radioizotopa utječu brojni čimbenici, a jedan od glavnih je mehanički i mineraloški sastav tla. Apsorbirani radionuklidi, posebice cezij-137, jače se fiksiraju na tlima teškog mehaničkog sastava nego na lakim tlima. Osim toga, učinak migracije radionuklida ovisi o meteorološkim uvjetima (oborinama).
1.4 Putovi migracije radionuklida u okoliš
Radioaktivne tvari koje se ispuštaju u atmosferu u konačnici su koncentrirane u tlu. Nekoliko godina nakon radioaktivnih padavina na zemljinu površinu, ulazak radionuklida u biljke iz tla postaje glavni put njihovog ulaska u ljudsku hranu i stočnu hranu. U izvanrednim situacijama, kako je pokazala nesreća u nuklearnoj elektrani u Černobilu, već u drugoj godini nakon padavina, glavni način ulaska radioaktivnih tvari u lanac ishrane je ulazak radionuklida iz tla u biljke.
Radioaktivne tvari koje ulaze u tlo mogu se djelomično isprati iz njega i ući u podzemne vode. Međutim, tlo prilično čvrsto zadržava radioaktivne tvari koje ulaze u njega. Apsorpcija radionuklida uzrokuje vrlo dugu (desetljećima) njihovu prisutnost u pokrovu tla i kontinuirano ispuštanje u poljoprivredne proizvode. Tlo kao glavna komponenta agrocenoze presudno utječe na intenzitet uključivanja radioaktivnih tvari u lance hrane i hrane.
Apsorpcija radionuklida u tlima onemogućuje njihovo kretanje po profilu tla, prodiranje u podzemne vode i u konačnici određuje njihovu akumulaciju u gornjim horizontima tla.
Mehanizam asimilacije radionuklida korijenjem biljaka sličan je apsorpciji glavnih hranjivih tvari - makro i mikroelemenata. Uočena je određena sličnost u apsorpciji biljaka i kretanju kroz njih stroncija - 90 i cezija - 137 i njihovih kemijskih analoga - kalcija i kalija, pa se sadržaj ovih radionuklida u biološkim objektima ponekad izražava u odnosu na njihove kemijske analoge. , u takozvanim jedinicama stroncija i cezija.
Radionuklidi Ru - 106, Ce - 144, Co - 60 koncentrirani su uglavnom u korijenskom sustavu i kreću se u malim količinama u prizemne organe biljaka. Nasuprot tome, stroncij - 90 i cezij - 137 nakupljaju se u relativno velikim količinama u kopnenom dijelu biljaka.
Radionuklidi koji su ušli u podzemni dio biljaka uglavnom su koncentrirani u slami (listovi i stabljike), manje - u mekoj (klasovi, metlice bez zrna. Neke iznimke od ovog uzorka su cezij čiji relativni sadržaj u sjemenu može doseći 10% a veća od svoje ukupne količine u nadzemnom dijelu Cezij se intenzivno kreće kroz biljku i akumulira se u relativno velikim količinama u mladim organima, što očito uzrokuje njegovu povećanu koncentraciju u zrnu.
Općenito, akumulacija radionuklida i njihov sadržaj po jedinici mase suhe tvari u procesu rasta biljaka uočava se isti obrazac kao i za biološki važne elemente: sa starenjem biljaka u njihovim nadzemnim organima, apsolutna količina radionuklida raste i sadržaj po jedinici mase suhe tvari se smanjuje. Povećanjem prinosa u pravilu se smanjuje sadržaj radionuklida po jedinici mase.
Iz kiselih tala radionuklidi ulaze u biljke u znatno većim količinama nego iz slabo kiselih, neutralnih i slabo alkalnih tla. U kiselim tlima povećava se mobilnost stroncija - 90 i cezija - 137, smanjuje se snaga njihovih biljaka. Unošenjem kalcijevih i kalijevih ili natrijevih karbonata u kiselo natrpano-podzolično tlo u količinama ekvivalentnim hidrolnoj kiselosti smanjuje se količina akumulacije dugovječnih stroncija i cezijevih radionuklida u usjevu.
Postoji blizak inverzni odnos između nakupljanja stroncija-90 u biljkama i sadržaja izmjenjivog kalcija u tlu (opskrba stroncija opada s povećanjem sadržaja izmjenjivog kalcija u tlu).
Slijedom toga, ovisnost unosa stroncija-90 i cezija-137 iz tla u biljke je prilično složena i nije je uvijek moguće utvrditi bilo kojim svojstvom, u različitim tlima potrebno je uzeti u obzir skup indikatora.
Putevi migracije radionuklida u ljudski organizam su različiti. Značajan dio njih ulazi u ljudsko tijelo kroz prehrambeni lanac: tlo - biljke - domaće životinje - proizvodi stoke
- Ljudski. U principu, radionuklidi mogu ući u tijelo životinja kroz dišne organe, gastrointestinalni trakt i površinu kože. Ako tijekom razdoblja
radioaktivni ispad goveda je na pašnjaku, tada unos radionuklida može biti (u relativnim jedinicama): kroz probavni kanal 1000, dišni organi 1, koža 0,0001. Stoga, u uvjetima radioaktivnih padavina, glavnu pozornost treba posvetiti maksimalnom mogućem smanjenju unosa radionuklida u organizam domaćih životinja kroz gastrointestinalni trakt.
Budući da se radionuklidi koji ulaze u organizam životinja i ljudi mogu akumulirati i negativno utjecati na ljudsko zdravlje i genofond, potrebno je poduzeti mjere za smanjenje dotoka radionuklida u poljoprivredne biljke, za smanjenje nakupljanja radioaktivnih tvari u tijelima poljoprivredne životinje.
Poglavlje 2 Značajke akumulacije radionuklida raznim fitocenozama
2.1 Akumulacija radionuklida u biljkama šumskih fitocenoza
Osobine ponašanja radioaktivnih elemenata u tlu i biljkama dovode do tzv. biogene separacije, koja se očituje u različitom izotopskom sastavu onečišćenog tla i biljaka koje na njemu rastu. Raspodjela radionuklida u njihovim organima je strogo specifična i ovisi o pokretljivosti tog elementa u biljci, njegovoj dostupnosti, biološkim karakteristikama biljke itd.
Problem unosa i raspodjele različitih radioizotopa u biljkama (osobito drvenastim biljkama) nije dovoljno istražen, što se dijelom objašnjava poteškoćama u određivanju radionuklida u biljkama zbog njihovog neznatnog sadržaja. S druge strane, proučavanje ponašanja različitih radioaktivnih tvari, posebno dugovječnih, nije od male važnosti za šumarstvo, jer omogućuje procjenu radiobioloških učinaka povezanih s njihovim transportom u sustavu tlo-biljka i dobivanje prediktivnih podatke za izradu šumarskih mjera na područjima kontaminiranim radionuklidima (izgradnja šumskih nasada, nabava crnogorično-vitaminskog brašna, selekcija drvenastih biljaka i dr.).
Od radionuklida nataloženih kao posljedica nesreće u Černobilu, za šumarstvo su od najvećeg interesa 90Sr i 47Cs, koji se pod odgovarajućim uvjetima mogu korijenom aktivno ugraditi u vegetaciju drveća, značajno utjecati na njegovu vitalnu aktivnost i odrediti stupanj koristiti. Većinu ostalih radioaktivnih izotopa (103Ru, 106Ru, 144Ce itd.) korijenski sustavi asimiliraju u malim količinama i beznačajni su s gledišta onečišćenja biljnih proizvoda. Stoga je bilo potrebno procijeniti ulogu glavnih drvenastih biljaka koje tvore šume u vertikalnoj migraciji radionuklida prema sadržaju radioaktivnih tvari u različitim biljnim organima i tlu, ovisno o stupnju kontaminacije, te utvrditi doprinos glavni proizvodi propadanja za ishranu korijena pokusnih biljaka. Uzelo se u obzir da dinamika nakupljanja proučavanih elemenata odražava potrebu biljaka za njima.
Rezultati istraživanja pokazali su da su l37Cs i 134Cs dospjeli u nadzemni dio drvenastih biljaka iz najvažnijih dugovječnih fisijskih produkata putem korijenskog sustava. Oni su dali glavni doprinos specifičnoj radioaktivnosti biljaka (ovisno o njihovoj vrsti i gustoći onečišćenja tla) - od 25 do 80% ukupne koncentracije proučavanih elemenata. Apsorpcija cezija-134 i -137 od strane nadzemnih organa biljaka bila je približno jednaka (1:1). Nepoštivanje ove pravilnosti pri ulasku 134Cs i 137Cs u iglice druge i treće godine života objašnjava se, po našem mišljenju, njegovom djelomičnom površinskom kontaminacijom. Također postoji određena specifičnost vrste u apsorpciji cezija-134 i cezija-137 iz tla. Maksimalna akumulacija ovog elementa zabilježena je u lišću breze, nešto manje - u hrastu. Slične koncentracije cezija pronađene su u fotosintetskim organima jasike, johe i borove iglice u prvoj godini života. Relativno visok sadržaj cezija-137 i cezija-134 (u usporedbi s tlom) uočava se u iglicama bijelog bora u drugoj godini života.
Apsorpcija radionuklida od strane biljaka također je određena sorpcijskim procesima u tlu. Primjerice, pri ulasku iz vodene otopine 137Cs se apsorbira u najvećim količinama, a 90Sr se apsorbira u manjoj mjeri, dok je pri ulasku iz tla koeficijent akumulacije 137Cs znatno manji od 90Sr.
Prilikom proučavanja unosa 90Sr i 137Cs u drvenaste biljke iz tla kontaminiranih radionuklidima u regijama Gomel i Mogilev, takav obrazac nije otkriven. Naprotiv, 137Cs iz tla u puno većim količinama ulazi u nadzemne dijelove drvenastih biljaka. Povećanu migraciju 137Cs primijetili su i drugi istraživači. Na primjer, poznato je da 137Cs iz travnato-podzoličnog treseta, pješčane ilovače i pjeskovitih tla bjeloruskog Polisja intenzivnije ulazi u zeljaste biljke od 90Sr. Na proučavanim tlima postoji veći (prosječno 10 puta) priljev I37Cs u biljke u odnosu na 90Sr, o čemu svjedoči povećanje omjera 137Cs:90Sr (do 16 puta). Smatra se da je glavni razlog značajnog unosa 137Cs u vegetaciju ovog područja nizak kapacitet fiksiranja tla u odnosu na ovaj radionuklid, što je posljedica osobitosti njihovog mineraloškog sastava (nizak sadržaj frakcija gline, gotovo potpuna odsutnost minerala gline i njihov visoki hidromorfizam). Pokazalo se da biljkama nije dostupan samo izmjenjivi 137Cs, već i radionuklid u neizmjenjivom obliku.
Komparativno kretanje radionuklida u sustavu tlo-biljka prikladno je procijeniti pomoću koeficijenata akumulacije (omjer koncentracije elementa u biljci i sadržaja tog elementa u tlu). Pri izračunu koeficijenata korišteni su podaci o koncentraciji radionuklida u gornjem (0-5 cm) sloju tla i lišću, gdje se nalazi značajna količina proučavanih radionuklida.
Utvrđene su značajne razlike u sadržaju radioaktivnih tvari zbog nejednake selektivne apsorpcijske sposobnosti drvenastih biljaka (tablica 1.). Najveći koeficijenti akumulacije (KN) tipični su za unos cezija u brezu (2,8-3,8). Koeficijenti akumulacije za hrast i jasiku su prilično blizu (1,39-1,56 odnosno 1,42-1,44). Mala je razlika u ovom pokazatelju između johe i bora. Hrast ima najveću razinu potrošnje stroncija: koeficijent akumulacije je 0,79. Aspena i joha su joj blizu. Minimalna akumulacija ovog elementa zabilježena je u boru (KN = 0,45). Breza zauzima srednje mjesto u ovom pokazatelju (KN = 0,50). Potrošnja ostalih radioaktivnih elemenata (cerij, plutonij, rutenij, prazeodim) također nije ista.
Tablica 1. Koeficijenti akumulacije radionuklida iz tla po raznim vrstama drveća
|
istraživanje | |||||||
0,50 0,60 0,79 0,60 0,45 | 0,30 0,09 0,18 0,22 0,19 | 1,44 1,66 1,37 1,12 0,73 | 2,85 1,42 1,39 0,53 0,48 | 3,82 1,44 1,56 0,71 0,74 |
Tablica 2. Sadržaj hraniva u raznim drvenastim biljkama, %
|
istraživanje | |||
Napravljena je usporedba unosa izotopa stroncija i cezija i njihovih analoga, kalija i kalcija, u proučavane drvenaste biljke, budući da je poznato da je ponašanje stroncija-90 u sustavu tlo-biljka slično migraciji kalcija. , njegov glavni neizotopni nosač, te cezij-134 i -137 - s kalijem. Pravilnosti u sadržaju kalija i kalcija u lišću proučavanih vrsta drveća, koje je ustanovio Odsjek za znanost o tlu Moskovskog državnog sveučilišta, u osnovi vrijede za radioaktivne izotope stroncija-90 i cezija-134 i -137 ( tablica 2). Najviše kalija, kalcija i radionuklida stroncija i cezija apsorbiraju i akumuliraju listopadne drvenaste biljke. Razlike u unosu i sadržaju radioaktivnih izotopa cezija i stroncija, zbog bioloških karakteristika vrsta drveća, slične su asimilaciji od strane biljaka njihovih kemijskih analoga - kalcija i kalija. Usporedba podataka u tablici. 3.3 i 3.4 pokazuje da breza, jasika i hrast akumuliraju u svojim fotosintetskim organima radioaktivni izotop cezija (kao ne-izotopni kalij) u količinama koje premašuju njihov sadržaj u tlu. Akumulacija radioaktivnog stroncija iz tla je slabija od nakupljanja kalcija, ali je specifičnost vrste uglavnom očuvana.
2.2 Značajke akumulacije radionuklida u živim biljkama
pokrivač tla u hrastovim šumama
Hrastove šume se međusobno jako razlikuju po stupnju onečišćenja. Tako je doza izloženosti zračenju na razini tla 1986. bila 13 - 710 μR / h, onečišćenje tla - 185,2 i 112,4. Izložena doza zračenja u 1987. smanjena je za 5-7 puta, aktivnost tla - za 8-14 puta. U narednim godinama zabilježeno je daljnje smanjenje oba pokazatelja. Godine 1993. doza izloženosti zračenju smanjena je na 46-PO µR/"h, aktivnost tla na 1,7-7,2 Ci/km2.
U prizemnom pokrivaču hrastovih šuma rasprostranjene su obična papučica, klupke, mahovine i predstavnici sljedećih obitelji: ranunculus, rosacea, heljda, geranija, kišobran, brusnica, jaglac, zugar, složenac, majeha, rogoz, ljiljan, žitarica. Za istraživanje smo uzimali običnu papučicu, toljastu mahovinu, krvavocrveni geranija, ljekovito početno slovo, dlakavu kiselicu, majski đurđevak, ljekovitu kupenu, mljevenu trsku, ovčiji vijuk.
Biljke živog pokrova tla koje rastu u hrastovim šumama imale su 1987. godine nešto nižu ukupnu γ aktivnost nego 1986. godine, ali je razlika u edifikacijskim biljkama i jastrebici bila 50%, u ostalima su razlike dostigle 10-100 puta. Prema podacima iz 1987. PR se smanjio kod gotovo svih vrsta. Maksimalne vrijednosti zabilježene su u svibnju u hrastu maryannik, minimalne - u svibskom đurđicu, početnom ljekovitom, kupljenom officinalisu. Do 1990. godine ukupna aktivnost zeljaste i polugrmljaste vegetacije bila je jednaka (Ci/kg): borovnica 3-10-7, šreberova mahovina - 8,5-10-7, borovnica - 1,4-10-7, livadski marjanik - 9,8- 10 8, dvolisna minka-1,8-10 6, ovčja vlasulja - 5,5-10. Godine 1988. u biljkama živog pokrova tla varirale su u sljedećim granicama: kod obične papučice od 0,74 do 1,24, kod hrasta maryannika od 0,24 do 2,71, u krvavocrvenog geranija od 0,02 do 0,82, na početnom slovu br. lijeka od 1,30 do 6,21, u dlakavoj kiselici od 0,02 do 2,12, u majskom đurđicu od 0,02 do 0,52, u kupeni officinalis od 0,02 do 1,12, u ovčjem vijuku od 0,02 do 0,0 u planinskom. do 0,59, u mljevenoj travi trske od 0,02 do 0,71.
Analiza dobivenih podataka pokazuje da postoji smanjenje specifične gama aktivnosti kod svih biljnih vrsta živog prizemnog pokrova. Treba napomenuti da kada je zagađenost tla hrastovih šuma do 50 Ci/km2, biljke obitelji ljiljana su aktivnije od ostalih. Povećanje gustoće onečišćenja za 2-10 puta dovodi do odgovarajućeg povećanja aktivnosti mljevene trske. Ukupna -γ - aktivnost vegetacije živog prizemnog pokrivača do 1990. godine, ako se smanjila, onda vrlo neznatno.
Podaci γ-spektrometrijske analize pokazuju da su 1987. godine u sloju tla od 0-5 cm bili prisutni sljedeći elementi: 144Se - 3,0-10-8 Ci/kg; I06Ru - 3,0-10-8; 134Cs - 1,4-10-8;
137Cs 4.3. 10-8; 90Sr - 6,6-10-8 (prosječni podaci).
Provođenjem komparativne analize nakupljanja izotopa cezija i stroncija-90 u različitim (1988. i 1992.) godinama istraživanja, može se uočiti smanjenje sadržaja izotopa cezija u biljkama za 1,5-10 puta, ovisno o vrsti. . Sadržaj stroncija-90 povećan je u običnoj papučici sa 250 na 6850 Bq/kg (PP 38), majskom đurđicu - sa 322 na 2540 (PP 9), borovnici - sa 740 na 7700 Bq/kg (PP 13) .
Koeficijenti akumulacije cezija-137 u biljkama živog prizemnog pokrivača šuma bokotinog hrasta bili su sljedeći: ovčji vijuk - preko 20, ramišija kosoboka, veronica officinalis, mljevena trska trava - 6, kupena officinalis, brusnica - 5, borovnica, Svibanj đurđica, brakon - 2, krvavi geranija crveni - 1; stroncij-90: ovčji vijuk - 7, mljevena trska trava - 5, officinalis veronica - 3, borovnice, officinalis kupena - 1, bracken - 7, officinalis kupena, krvavocrveni geranija - 5, đurđica - 3.
Tablica 3. Sadržaj izotopa u živim biljkama pokrivača u šumama bokonovog hrasta, Ci/kg
Biljka | Radionuklid |
||
Trska trava | |||
Rudnik s dva lista | |||
svibnja đurđica | |||
Klub mahovina | |||
Početno slovo ljekovito | |||
Ovčji vlasi | |||
Trska trava |
Prema ukupnoj gama aktivnosti, koeficijenti akumulacije u vegetaciji raspoređeni su na sljedeći način: mahovine> heljda, ljiljan, Compositae> geranium> jazbine> ranunculus> rosaceae> žitarice> rogoz> paprati> mahovine> brusnica, madder> zimzelen> kišobran.
2.3 Migracija radionuklida u posijanim livadskim travama
U vezi s uklanjanjem iz poljoprivredne proizvodnje značajnih površina prirodnih livada i pašnjaka onečišćenih radioaktivnim emisijama kao posljedica nesreće u Černobilu, problem dobivanja ekološki prihvatljivih proizvoda u područjima s relativno niskom (1-5 Ci/km2) razinom radionuklida u tlu postaje sve važniji.
Stvaranje sjenokoša na kontaminiranim područjima povezano je s razvojem sustava agrotehničkih mjera kojima bi se, s jedne strane, održala optimalna razina produktivnosti bilja i kakvoće krme, a s druge strane učinkovito smanjilo nakupljanje radionuklida u nadzemnoj masi krmnog bilja. Stoga smo, počevši od 1986. godine, u uvjetima travnato-podzoličnog pjeskovitog ilovastog tla Mozirskog okruga Gomeljske regije, proučavali utjecaj strukture agrocenoze, mineralnih gnojiva i obrade tla na migraciju glavnih radionuklida koji stvaraju dozu u sustav tlo-biljka. Radiološka istraživanja provedena su na pokusima pronađenim u zoni radioaktivne kontaminacije, koji su postavljeni 1985. godine u svrhu proučavanja agrotehničkih i agrofitocenotskih metoda za povećanje stabilnosti i produktivnosti agrocenoza višegodišnjih krmnih trava.
Nakon raspada kratkoživućih radionuklida 1987. godine, ekspozicijska doza zračenja na mjestu pokusa bila je 70-80 μR/h na visini od 1 m iznad površine tla, 80-100 μR/h na tlu. površine, gustoća radioaktivne kontaminacije u sloju tla bila je 0-5 cm iznosila je 4-4,5 Ci/km2. Tako je bilo moguće proučavati dinamiku migracije radionuklida u sadnicama livadske trave na neporemećenom tlu.
Eksperimenti su postavljeni prema sljedećim shemama.
Iskustvo 1. Pojedinačne usjeve i parne travnate mješavine na dvije podloge mineralne ishrane: 1) plavohibridna lucerna, 2) kombinirana nogavica, 3) trna bez šilja, 4) livadska trava, 5) lucerna + jež, 6) lucerna + krtica, 7) lucerna + timoteja.
Pokus 2. Pojedinačne usjeve mahunarki na pozadini P90K120: livadska djetelina, ružičasta djetelina, puzava djetelina, planinska djetelina, plava hibridna lucerna, srpasta lucerna, rogata koronet, sladić astragalus, pješčana djetelina.
Eksperiment je ponovljen tri puta. Područje pokusnih ploha je 15 i 2. Prije košnje uzeti su uzorci tla i biljaka. Radioekološki monitoring se provodio tijekom vegetacije 1986.-1988.
Uzimajući u obzir površinsku prirodu onečišćenja radionuklidima i njihovu slabu vertikalnu migraciju na automorfnim buseno-podzolistim tlima, 1989. godine proučavan je utjecaj oranja tla pod višegodišnjim travama na prirodu akumulacije radionuklida u organima novozasijanih biljaka. Za to je na kraju vegetacije 1988. godine zaoran busen pokusne plohe, a u proljeće 1989., nakon diskovanja i kultivacije, zasijane su travnate mješavine djeteline-ježeve i lucerne-ježeve. Pozadina mineralne ishrane je predsjetvena primjena pune doze N12oP9oKi2o, a zatim rezom - fosforno-kalijevih gnojiva (PSoKi2c). Kao kontrola poslužile su neorane površine sa starim biljem.
Utvrđeno je da se ukupna radioaktivnost tla pokusnih ploha u sloju od 0-5 cm konstantno smanjivala od svibnja do rujna 1986. u rasponu od 10~7-10~8 Ci/kg, dostižući relativno stabilnu razinu u svibnju. 1987. Specifična gama aktivnost Tlo (još nije poremećeno) od tada je odgovaralo gustoći onečišćenja od 2,6-3,0 Ci/km2 (pokus 1) i 2,1-2,3 Ci/km2 (pokus 2). Usporedba krivulja dinamike radioaktivnosti u tlu i zasijanim travama pokazuje da je oštrije smanjenje razine radioaktivne kontaminacije biljaka u usporedbi s tlom tijekom vegetacije 1986. posljedica ne samo propadanja kratkotrajnih biljaka. radionuklida, ali u velikoj mjeri i slabljenje površinske kontaminacije lišća trave radioaktivnim padavinama. Prema stupnju ove kontaminacije u svibnju 1986. godine dosta se jasno izdvaja skupina djetelina (livadna, puzava i ružičasta), kao i ptica rogata, što je povezano s pubescencijom lisne površine ovih biljaka.
Površinska kontaminacija lucerne, polumjeseca, astragala i esparzete bila je značajno manja od onečišćenja djetelina i ptičjih stabljika. Razlike su sačuvane uglavnom u biljkama 2. rezanja (srpanj 1986.) crvene i ružičaste djeteline, specifična radioaktivnost nadzemne fitomase bila je gotovo za red veličine viša od ostalih vrsta, a u 3. rezu (rujan 1986.) maksimalna radioaktivnost zabilježena je kod jako pubescentne planinske djeteline. Za razliku od mahunarki, u višegodišnjim travama (ježinac, bezošija, livadska timoteja) biljke 3. sječe 1986. već su se odlikovale redom nižim pokazateljima.
Poznato je da su vrste i sortne razlike u akumulaciji glavnih radionuklida koji stvaraju dozu (l37Cs i 90Sr) kod krmnog bilja teorijska osnova za razvoj ciljane selekcije poljoprivrednih biljaka kao metode fitomelioracije tla onečišćenog radioizotopima. i sredstvo za smanjenje sadržaja radionuklida u proizvodima. No, deaktivirajući učinak uklanjanja radioizotopa s nadzemnom masom biljaka s visokim akumulacijskim kapacitetom znatno je inferioran u smislu stupnja pročišćavanja tla od učinka prirodnog radioaktivnog raspada. Stoga odabir usjeva za plodorede i agrotehničke metode njihovog racionalnog uzgoja na kontaminiranim područjima i danas ostaje jedan od pravih načina dobivanja relativno "čistih" krmnih proizvoda. Prema S. K - Firsakova (1974), akumulacija 90Sr u zasijanim višegodišnjim žitaricama nakon mehaničkog uzgoja i ponovnog vlaženja buseno-podzolskog tla smanjena je za 5-16 puta, a tresetnog tla - za 14-31 puta u usporedbi s prirodnim livade.
Glavna poljoprivredna tehnika koja ograničava protok cezija-134 i cezija-137 iz tla u biljku - uporaba kalijevih gnojiva - povezana je s antagonističkom prirodom omjera cezija i kalija u otopini tla i učinkom "razrjeđivanje" u nadzemnoj masi biljaka. To je potvrđeno i u studijama bjeloruskih znanstvenika (Shuglya, Ageets, 1990.). Kalijeva gnojiva u kombinaciji s drugim gnojivima smanjuju dotok cezija-137 u poljoprivredne biljke za 2-20 puta. Neutralizacija kiselosti otopine tla vapnenjem smanjuje nakupljanje cezija-137 u usjevu za 2-4 puta, a na tlima lagane teksture povećanje doze fosfornih i kalijevih gnojiva na pozadini vapnenja smanjuje nakupljanje izotopa cezija u biljkama do 4-5 puta.
Nažalost, vrlo je kontradiktorno obrađena uloga dušičnih gnojiva u migraciji glavnih dozatora iz tla u gospodarski vrijedan dio krmnog zeljastog bilja. Mnoga istraživanja svjedoče o intenziviranju procesa migracije radioaktivnog cezija u nadzemne organe krmnog bilja, posebice na visokoplodnim tlima, pod utjecajem mineralnog dušika. Dakle, kada je dušik uveden u amonijevom obliku na černozem, koncentracija cezija-137 u grašku porasla je za 18-52%, a na tlu sa podzolom - za 72-83%. Istodobno, dušik uveden u obliku nitrata praktički nije utjecao na nakupljanje radioaktivnog cezija u usjevu. Kontradiktorne su i informacije o značaju mineralnog dušika u obnovi biljnih staničnih struktura nakon zračenja. Trenutno se smatra svrsishodnim koristiti dušična gnojiva kao dio cjelovitog mineralnog dodatka sa značajnom prevlašću kalija i fosfora na tlima kontaminiranim cezijem-137 i stroncijem-90 (Aleksakhin i sur., 1991.). Primjenu dušičnih gnojiva preporuča se provoditi u takvim dozama koje osiguravaju najveći porast prinosa u danim uvjetima tla.
S obzirom na neriješeni problem biljnih bjelančevina u Bjelorusiji (manjak probavljivih proteina u prosjeku je 20-25%, u vezi s tim se troškovi hrane za životinje povećavaju za 1,5 puta, a potrošnja hrane za 1,3-1,4 puta), vrlo je važno proučavanje uloge dušičnih gnojiva u migraciji radionuklida u sjemenske trave i regulacije tog procesa agrofitocenotskim metodama.
Istraživanja utjecaja sjetvene strukture i dušičnih gnojiva na akumulaciju radioizotopa cezija, stroncija i plutonija u nadzemnoj fitomasi lucerne i žitnih trava u monokulturama i mješovitim usjevima otkrila su niz karakteristika ovog procesa, kako zbog fitocenotskih čimbenika tako i zbog utjecaj mineralnog dušika unesenog u tlo u obliku potaše.salitra.
Utjecaj zajedničkog rasta na akumulaciju cezija-137 u nadzemnim organima lucerne i trava određen je sastavom vrsta trava: u travnatim mješavinama lucerne-ježeve i lucerne-grube u obje komponente povećava se unos cezija ( u lucerne za 30-78, u ježa za 15, u broma za 16%) u odnosu na njihove monokulture. Na bilju lucerne-timo-vile nisu zabilježene promjene. Primjena dušičnih gnojiva potaknula je ulazak l37Cs u biljke lucerne, ježa i grmlja u monokulturama, gdje je udio izotopa povećan za 54, 36 odnosno 16%, u usporedbi s izostankom dušične pozadine. U mješavini lucerne i grba, pokazatelji nakupljanja cezija su se, naprotiv, smanjili: u lucerni za 71, u repu za 21%. Isti učinak primijećen je i kod ježa pomiješanih s lucernom - uvođenje mineralnog dušika smanjilo je migraciju 137Cs za 22% u usporedbi s fosforno-kalijevom pozadinom. Tako je najmanja intenzivna migracija 137Cs i izostanak stimulativnog učinka dušičnih gnojiva na njega uočena u komponentama smjese lucerna-timoteja i u monokulturi timotija.
Značajno smanjenje (do 2-7 puta) akumulacije Sr unošenjem mineralnog dušika u tlo zabilježeno je u monokulturama lucerne i broma, kao i u komponentama travnatih mješavina lucerne i ljuske. .
U mješavini lucerne i ježa dušična gnojiva su povećala opskrbu 90Sr u nadzemnoj masi i komponente mahunarki i žitarica za 2,0-2,5 puta.
Kao što je poznato, smanjenje kontaminacije radioaktivnim fisijskim proizvodima biljne proizvodnje
uz pomoć unošenja melioransa postiže se osnovnim mehanizmima kao što su povećanje prinosa i time „razrjeđivanje“ sadržaja radionuklida po jedinici težine usjeva; povećanje koncentracije kalcija i kalija u otopini tla; fiksiranje radioizotopa u tragovima u tlu unošenjem odgovarajućih spojeva. A ako se naši rezultati o promjeni stupnja akumulacije 137Cs i 90Sr u sijanim travama pod utjecajem njihovog zajedničkog rasta i primjene dušičnih gnojiva mogu smatrati manifestacijom ovih mehanizama kroz fiziološke i biokemijske interakcije biljaka u agrocenoze i njihov utjecaj na okoliš tla, zatim proučavanje migracije plutonija u Sustav tlo-biljka uključuje razvoj pristupa koji utječu kako na kemiju tla tako i na mehanizme djelovanja biotičkih i agrokemijskih čimbenika na njegov ulazak u korijenje i nakupljanje u nadzemnih organa. Postoji ovisnost prijelaza plutonija u otopinu sa smanjenjem njegove sorpcije česticama tla o rasponu pH vrijednosti, mehaničkom sastavu i vodno-zračnom režimu tla.
Komparativna analiza sadržaja gama emitirajućih radionuklida u tlu i travi prije oranja (1988.) i nakon oranja busena (1990.) omogućuje procjenu učinkovitosti ove poljoprivredne tehnike u smanjenju migracije radioizotopa u biljke. Oranje, produbljivanje gornjeg (0-5 cm) sloja tla i naknadna obrada, uz zadržavanje stare tehnologije uzgoja trava, pridonijeli su „razrjeđivanju“ koncentracije radionuklida u korijenskom sloju tla. Ukupni sadržaj gama emitera u tlu smanjen je u prosjeku 1,8 puta zbog dvostrukog smanjenja koncentracije 137Cs i 134Cs, budući da su radioizotopi cezija činili više od 65% ukupne koncentracije. Drugi najvažniji radionuklid bio je 4aK, čije je učešće u ukupnoj gama aktivnosti tla prije oranja iznosilo 23%, a nakon obrade - 32%, tj. ne samo da se nije promijenilo, nego se čak i povećalo kao rezultat primjene kalijevih gnojiva prije oranja. ponovna sjetva trava , a zatim pokosno.
Dakle, na buseno-podzolistim tlima poljoprivrednih zemljišta s gustoćom onečišćenja od 2–5 Ci/km2, gama aktivnost sijanih trava određena je uglavnom s 40 K, čija koncentracija u tlu ostaje visoka zbog primjene fosfora. i kalijevih gnojiva sadržaj u fosfornim gnojivima je 70-120 B q / kg, a unošenjem kalijevih gnojiva u dozi od 60 kg / ha, 1,35-10 e Bq / kg kalija-40 ulazi u tlo.
Učinak oranja tla za ravnomjerno miješanje radionuklida u horizontu oranja može se očitovati uglavnom u žitaricama, budući da se upijajuća aktivnost korijenskog sustava mahunarki provodi kroz profil tretiranog sloja.
Analiza distribucije cezijevih radionuklida u korijenu i nadzemnim organima vrsta s kontrastnim svojstvima (kombinacija jež, bezostra i livadska lisica) pokazala je da pri primjeni dušičnih gnojiva na tlo dolazi do migracije cezijevih radionuklida iz korijena u nadzemni organi se povećavaju: ako je na pozadini bez dušika omjer specifične aktivnosti za cezij u korijenu i nadzemnoj masi bio 1:3 za ježa, i 5:1 za broma, tada na pozadini dušika - 1:20 odnosno 1:1 (tablica 4.9). Istodobno, u livadskom lisičaru ti su omjeri bili 6:1 na podlozi bez dušika i 16:1 s primjenom gnojiva.
Za detaljnije proučavanje značajki preraspodjele cezija između podzemnih i nadzemnih organa, proveden je vegetacijski pokus s unošenjem stabilnih izotopa cezija u tlo pod livadskim travama. Pokusi su provedeni u posudama Mitcherlich na dvije vrste tla: tresetno-močvarnom i buseno-gljastom ilovastom, odnosno pokrivali smo najčešća livadska tla. Shema pokusa: 7 vrsta livadnih trava na podlozi bez dušika i na pozadini primjene dušika. Prije punjenja posuda u tlo su unesena mineralna gnojiva u obliku soli: amonijev nitrat (na mineralnom tlu 1,71 g/posudi, na tresetu-0,40 g/posudi). Akumulacija radiocezija (Bq/kg) višegodišnjim travama
Tako je radioekološki monitoring u livadskim fitocenozama, proveden 1986.-1990. na pokusnim površinama prirodnih livada, u različitoj mjeri udaljene od nuklearne elektrane u Černobilu, te u agroekosustavima u pokusima sa sjemenskim biljem, omogućuje nam da izvučemo sljedeće zaključke.
1. Dotok radionuklida i njihovo nakupljanje u livadskoj vegetaciji tijekom razdoblja promatranja određivali su brojni čimbenici, uključujući količinu i elementarni sastav radioaktivnih padalina nakon nesreće i prirodu interakcije radionuklida s tlom, što je u velikoj mjeri utjecalo na njihova dostupnost biljkama, apsorpcija i migracija u nadzemne organe livadskih trava.
2. U razdoblju nakon nesreće, specifična radioaktivnost biljaka u livadskim fitocenozama kontaminirane zone, koju su uglavnom predstavljale asocijacije žitarica i žitarica, nakon naglog smanjenja 1986.-1987. zbog raspadanja kratkoživućih radionuklida, stabilizirao se na ispitnim plohama u regiji Gomel na razini od 10~8-10~6 Ci/kg, u Mogilevu - 10-9-10-8, u Minsku - 10- 9-10-8 Ci/kg;
4. Za niz dominantnih livadskih biljaka utvrđene su i međuvrsne i intraspecifične razlike u akumulaciji radionuklida. Intraspecifične razlike su najizraženije kada se uspoređuju razine akumulacije gama emitera na tresetnom i mineralnom tlu. Uz slične pokazatelje gustoće onečišćenja, specifična gama aktivnost nadzemne fitomase cenopopulacija iste vrste je u prosjeku za red veličine niža u tresetištu u odnosu na buseno-podzolna tla zbog visokog kapaciteta sorpcije tresetnog tla, koji je osigurana prisutnošću značajne količine huminskih i niskomolekularnih kiselina u njemu.
5. Najniži koeficijenti akumulacije radionuklida koji emitiraju gama, od kojih do 70-90% čine cezijevi radioizotopi, zabilježeni su u livadskim dominantama na tresetno-glejom tlu (0,4-1,5). Akumulacija gama emitera livadskom vegetacijom znatno je intenzivnija na mineralnim tlima.
6. Koeficijenti akumulacije radionuklida na istoj razlici tla mogu se značajno razlikovati (i do 4-6 puta) ne samo među predstavnicima različitih sustavnih skupina, već i među vrstama unutar iste obitelji, na primjer plavuša. Stoga je protuzakonito koristiti takvu taksonomsku jedinicu kao obitelj u usporednoj karakteristici akumulacije radionuklida livadskom vegetacijom. Analiza akumulacijskog kapaciteta livadskih trava u odnosu na pojedine radioizotope koji stvaraju dozu trebala bi se temeljiti na proučavanju morfoloških i fizioloških karakteristika svake dominante livadske zajednice, uzimajući u obzir koenotske omjere komponenti i vodeno-fizičkog stanja. i agrokemijski parametri edafotopa koji određuju koncentraciju izmjenjivih oblika radionuklida u otopini tla.
2.4 Učinci vanjskog izlaganja i apsorbiranih radionuklida
o biljnom životu
Rast, razvoj i produktivnost biljaka. Promatranja rasta i razvoja biljaka, provedena u prvim mjesecima nakon nesreće u neposrednoj blizini reaktora, gdje je palo dosta radioaktivnih padalina, a vrsta zračenja na pojedinim mjestima bila blizu akutnog, otkrila su pojedinačne anomalije. u morfogenetskom razvoju biljaka, osobito četinjača (borovi, jeli):
Gubitak sposobnosti rasta apikalnih (apikalnih) pupova, povećano stvaranje i rast novih pupova, uključujući i one u mirovanju;
Pojava divovskih iglica u lišću bora i smreke i divovskog hrasta, koje su se razlikovale od uobičajenih po dužini 2-3 puta i težini za 5-7 puta;
osipanje iglica prethodnih godina formiranja (2. i 3. godina) uz funkcioniranje iglica samo prve godine;
Gubitak geotropske osjetljivosti.
Uočene morfoze (gigantizam organa) su se često javljale u zoni od 10 km 1987.-1988. Godine 1991.-1992 zabilježen je drugi val gigantizma organa, za koji se vjeruje da je povezan s naknadnim nakupljanjem radionuklida u biljnim organima nakon nesreće. Postoje dokazi da su usjevi ozime raži i pšenice smješteni u neposrednoj blizini reaktora i kontaminirani s oko 1000 Ci/km2 karakterizirani sporim rastom i razvojem, imali su smanjen indeks lisne površine i zastavice za 40-50%.
Usjevi pšenice podvrgnuti akutnom zračenju u godini nesreće, u narednim godinama, dali su novu generaciju biljaka, među kojima su postojali mutirani oblici karakterizirani odsutnošću osti, gubitkom pojedinačnih klasića, cijepanjem klasića itd. Među njima se mogu pronaći i oblici korisni za uzgoj. Odvojene manifestacije morfoloških promjena u biljkama također su uočene u bjeloruskom sektoru 30-kilometarske zone.
Pri uzgoju poljoprivrednih biljaka na tlima onečišćenim radionuklidima do 77 Ci/km2 nisu zabilježene posebne promjene u njihovom rastu i razvoju. Glavne faze razvoja dogodile su se bez obzira na stupanj onečišćenja tla, morfološki parametri sjemena također su odgovarali normi. Zapažanja su se, naravno, odnosila na biljke dobivene iz "čistog" sjemena.
Doista, postoje dokazi da razine onečišćenja tla unutar 86 Ci/km2 ne utječu značajno na rast i razvoj biljaka. Međutim, ponovna sjetva sjemena psylliuma kronično ozračenog tri godine, usprkos stabilnosti klijavosti, težine 1000 sjemenki i sl., otkrila je skrivene promjene koje su se sastojale u nejednakoj reakciji biljaka na dodatno zračenje i neadekvatnoj slici kromosomskih aberacija u korijenski meristem. Dakle, pri onim gustoćama onečišćenja tla koje su bile u našim pokusima, treba očekivati pojavu pojedinih kvantitativnih promjena u metabolizmu kultiviranih biljaka.
Tablica 4. Produktivnost žute lupine u uvjetima onečišćenja tla radionuklidima.
|
opcija | Specifična γ aktivnost tlo, Bq/kg, X 103 | žetva sjemena | |||
|
bilje |
kontrolirati |
||||
Za sjetvu se godišnje koristilo sjeme "čistih" usjeva. Obračunavanje prinosa sjemena biljaka lupine (sorta BSHA 382) uzgojenih u šaržnom pokusu pokazalo je, u prosjeku tijekom dvije godine, blagi porast produktivnosti biljaka kako se povećavao stupanj onečišćenja tla radionuklidima (tablica 4.), što ukazuje na postojanje veze između ovih pokazatelja. Analizirajući pokazatelje produktivnosti, skloni smo vjerovati da su uočene promjene u određenoj mjeri uzrokovane malim razlikama u mehaničkom sastavu i razini plodnosti tla korištenih u pokusima.
Fotosinteza. Istraživanja su pokazala povećanu fotokemijsku aktivnost kloroplasta izoliranih iz biljaka koje su rasle u uvjetima visokog pozadinskog zračenja (izložena doza γ-zračenja 300-500 μR/h), sklonost povećanju sadržaja klorofila po jedinici suhog lista. mase i zabilježeno je smanjenje koncentracije topljivih proteina. Uočene su i neke promjene u razini aktivnosti RDF-karboksilaze. Niska hidrolitička aktivnost enzima razgradnje klorofila, klorofilaze, također svjedoči o povećanju aktivnosti fotosintetskog aparata biljaka koje rastu u uvjetima radioaktivne kontaminacije. Drugi važan pokazatelj učinka zračenja u tim uvjetima je povećanje aktivnosti peroksidaze. U listovima žute lupine uzgojenim u šaržnom pokusu nije bilo značajnijih promjena u pigmentnom aparatu (broj klorofila i aktivnost klorofilaze) prema varijantama - pokus nije uočen, međutim, s povećanjem stupnja onečišćenjem tla, postojala je tendencija povećanja brzine fotokemijskih reakcija u kloroplastima i peroksidacije lipida (enzim peroksidaza)
Asimilacija dušika. U žutoj vučici opskrba vegetativnih i reproduktivnih organa reduciranim dušikom odvija se na dva načina: simbiotskom fiksacijom atmosferskog dušika uz pomoć kvržičnih bakterija (Rhizobium) i obnavljanjem mineralnog dušika tla u korijenu i lišću te djelomično u stabljikama. Oba puta međusobno djeluju. Obnavljanje mineralnog dušika enzimom nitrat reduktazom počinje klijanjem sjemena i formiranjem korijenskog sustava i do razdoblja stabljike snosi glavno opterećenje u procesu opskrbe biljke reduciranim dušikom. Nakon faze pupanja, aktivnost ovog procesa brzo opada i vrlo se slabo očituje u sljedećim fazama. Aktivnost fiksiranja dušika razvija se zajedno s rastom kvržica na korijenu mahunarki, počevši od faze četiri lista. Postupno raste, doseže maksimum u fazi pupanja-cvjetanja. Dakle, u fazi pupanja-cvjetanja oba procesa se intenzivno odvijaju, a kvantitativna procjena njihove aktivnosti u ovom trenutku može okarakterizirati stanje metabolizma dušika u biljci.
Tla korištena u šaržnom pokusu uzeta su s različitih ploha, što je postavilo pitanje utjecaja razlika u plodnosti tla na razinu fiksacije dušika (osim gustoće onečišćenja). Kako bi se taj učinak oslabio, 1991. godine uveden je šaržni pokus 2, u kojem su se varijantama stvarale različite razine onečišćenja tla miješanjem uvjetno čistog tla (kontrola) s jako kontaminiranim tlom u omjeru 2,5:1 i 1: 1. Kao rezultat, dobivene su tri varijante kontaminacije cezijem: 0,7; 9,6 i 13,7 kBq/kg tla, od kojih je prva uzeta kao kontrola. Primljen 1991 - 1992. Rezultati su ukazivali na izvjesno povećanje aktivnosti fiksiranja dušika u uvjetima onečišćenja tla, ali su više bili trend. Aktivnost nitrat reduktaze u uvjetima različitog stupnja onečišćenja tla radionuklidima nije pokazala jasnu sliku promjena. Treba uzeti u obzir njegovu veliku ovisnost o sadržaju nitratnog dušika u tlu.
Pitanje utjecaja mogućih razlika u plodnosti tla na aktivnost fiksiranja dušika dodatno je proučavano kod uzgoja lupine na tlima različitog mehaničkog sastava i plodnosti bez radioaktivne kontaminacije. Pokusi su provedeni u vegetacijskom paviljonu IEB-a. Biljke vučice uzgajane su 1991. na mješavini travnato-podzolske pjeskovite i umjetno pripremljene humusne zemlje, uzete u istim omjerima kao i radioaktivno tlo u pokusu 2. Rezultati su pokazali blagi porast aktivnosti fiksiranja dušika kvržica pri rastu. lupina na umjetnom humusnom tlu i pri miješanju s pjeskovitom zemljom u omjeru 1:1. Povećanje plodnosti tla tako potiče fiksaciju dušika u kvržicama i smanjenje nitrata u lišću vučike.
Godine 1992. izveden je vegetativni pokus na tlima različitog mehaničkog sastava za uzgoj lupine. Kao što se može vidjeti, najniža aktivnost fiksacije dušika uočena je kod uzgoja lupine na pjeskovitom (šumskom) tlu i srednjoj ilovači. Pjeskovita, pjeskovita ilovasta i lagana ilovasta obradiva tla praktički se nisu razlikovala u razini aktivnosti fiksiranja dušika u kvržicama vučije.
Najvažniji enzim u asimilaciji reduciranog dušika, koji je odgovoran za njegovu ugradnju u aminokiseline, je glutamin sintetaza (GS), čija aktivnost u lišću karakterizira intenzitet stvaranja glutamina. Potonji, transaminacijom s a-ketoglutarnom kiselinom, stvara glutaminsku kiselinu. Dakle, aktivnost GS-a daje ideju o intenzitetu procesa uključivanja reduciranog dušika izravno u organske spojeve. Rezultati dobiveni 1990. godine nisu otkrili nikakve razlike u aktivnosti GS u lišću vučike ovisno o stupnju onečišćenja tla radionuklidima. Slični podaci dobiveni su i za ječam uzgojen u istim uvjetima.
Sastavni pokazatelj intenziteta metabolizma dušika u biljci je sadržaj dušika u njenim organima. Određivanje dušika Kjeldahlovom metodom u organima žute vučice sorte BSHA 382 i ječma sorte Zhodinsky 5 pokazalo je značajne razlike u biljnim organima. Kod lupine najveću koncentraciju dušika karakteriziraju gornji listovi (4 8-5,7% na suhu masu) i osi cvatova s cvjetovima (4,3-4,9%), a najnižu - stabljike (1,6-1,9%). U ječmu je također najveći sadržaj dušika bio u listovima zastavice (2,8-3,3%), a najmanji u stabljikama (0,8-1,2%). Fluktuacije koncentracije dušika u varijantama pokusa nisu bile sustavne i očito su bile uzrokovane drugim razlozima. Stoga se može zaključiti da nema utjecaja onečišćenja tla radionuklidima na sadržaj ukupnog dušika u biljkama lupine i ječma.
Dakle, na tlima s gustoćom onečišćenja do 80 Ci/km2 radionuklidi koje apsorbira lupina imaju određeni učinak na metabolizam dušika vegetativnih organa. Međutim, ovaj zaključak vrijedi samo za biljke uzgojene iz "čistog" sjemena, odnosno onih dobivenih u nedostatku radioaktivne kontaminacije tla.
Zaključak
Detaljno istraživanje bjeloruskih šuma pokazalo je da je kao rezultat nesreće u Černobilu više od 1700 tisuća hektara (četvrtina cjelokupne šumske površine) bilo izloženo radioaktivnoj kontaminaciji. Treba napomenuti da se teritorij smatra kontaminiranim ako gustoća padavina prelazi 1 Ci/km2 za cezij-137, 0,15 Ci/km2 za stroncij-90 i 0,01 Ci/km2 za plutonij-238,239,240. Više od 90% onečišćenog šumskog fonda spada u zonu onečišćenja cezijem-137 od 5 do 15 Ci/km2. U razdoblju prije nesreće, razina radioaktivne kontaminacije u šumama Bjelorusije dosegla je 0,2-0,3 Ci/km2 i određena je uglavnom prirodnim radionuklidima i umjetnim radionuklidima globalnih padavina nastalih kao rezultat testiranja nuklearnog oružja.
Od 88 šumarija koje postoje u republici, njih 49 je bilo podvrgnuto radioaktivnoj kontaminaciji u ovoj ili onoj mjeri, što je značajno promijenilo prirodu njihove gospodarske djelatnosti. Veliko onečišćenje šumskih kompleksa Bjelorusije oštro je ograničilo korištenje šumskih resursa, imalo negativan utjecaj na ekonomsko i socio-psihološko stanje stanovništva u cjelini.
U prvim danima nakon nesreće, do 80% radioaktivnih padalina je zadržano u nadzemnom dijelu sloja drveća. Tada je uslijedilo ubrzano čišćenje krošnji i debla pod utjecajem meteoroloških čimbenika, te je krajem 1986. godine do 95% radioaktivnih tvari zarobljenih u šumi već bilo u tlu, a najviše u šumskoj stelji. , koji je akumulator radionuklida. Daljnja brzina migracije radionuklida u dubinu tla ovisila je o vrsti vegetacijskog pokrova, vodnom režimu, agrokemijskim parametrima tla i fizikalno-kemijskim svojstvima radioaktivnih padavina. Provedene studije pokazale su da je trenutno glavni dio radioaktivnih padavina još uvijek koncentriran u gornjem horizontu tla, gdje se dobro zadržavaju organskim i mineralnim komponentama.
Onečišćenje šumske vegetacije ovisi o razini radioaktivnih padavina i svojstvima tla. Na hidromorfnim (prekomjerno navlaženim) tlima bilježi se veći stupanj prijelaza u sustavu "tlo-biljka" nego na automorfnim (normalno navlaženim) tlima. Što je plodnost tla veća, to manji udio radionuklida ulazi kako u šumsku sastojinu tako i u organizme prizemnog pokrivača (gljive, bobice, mahovine, lišajevi, zeljasta vegetacija).
Najvećim sadržajem radionuklida u raznim dijelovima krošnje stabla karakteriziraju iglice (lišće), mladi izbojci, kora, lijak; najmanja kontaminacija uočena je u drvu. Akumulatori radionuklida u šumskim zajednicama su gljive, mahovine, lišajevi i paprati. Šumska vegetacija apsorbira uglavnom cezij-137, stroncij-90. Transuranski elementi (plutonij-238,239,240 i americij-241) slabo su uključeni u procese migracije.
Stoga su šumski ekosustavi stalni izvor radionuklida koji ulaze u šumske proizvode, posebice hranu. Akumulacija radionuklida u šumskom voću i gljivama je 20-50 puta veća od njihovog sadržaja u poljoprivrednim proizvodima pri istoj razini radioaktivne kontaminacije. Istraživanja su pokazala da je doza zračenja uslijed konzumacije šumskih namirnica 2-5 puta veća od doza koje nastaje konzumacijom poljoprivrednih proizvoda. Štoviše, za razliku od poljoprivrednog zemljišta, šumskim kompleksima se loše gospodari u smislu smanjenja radijacijskog opterećenja primjenom različitih učinkovitih protumjera primjenom suvremenih tehnologija. Boravak u šumi povezan je i s dodatnim vanjskim izlaganjem, jer su šume bile prirodna barijera, a samim time i rezervoar radioaktivnih padavina. Problemi radijacijske sigurnosti u kontaminiranim šumskim područjima uglavnom se rješavaju restriktivnim mjerama.
Trenutno je sakupljanje gljiva i bobica na kontaminiranom području vrlo ograničeno i gotovo je potpuno zabranjeno u područjima s gustoćom padavina većom od 2 Ci/km2 za cezij-137. Međutim, razina sadržaja radionuklida u šumskim prehrambenim proizvodima s vremenom će se smanjivati zbog prirodnog radioaktivnog raspada i migracije radionuklida u dubinu tla. Preliminarni izračuni prognoze pokazuju da će se u 2015. godini koncentracija cezija-137 smanjiti na razinu dopuštenih normi.
Također treba napomenuti da je do sada razvijeno puno preporuka za prevladavanje trenutne krizne situacije u pogledu korištenja šumskih darova. Obećavajući način je umjetni uzgoj ekološki prihvatljivih gljiva i bobičastog voća, koji će smanjiti unos radionuklida u ljudski organizam, a time i rizik za javno zdravlje.
Radioaktivni stroncij može ući u biljke na dva načina: zračni, preko nadzemnih organa biljaka i korijenski.
Udio radionuklida taloženih na površini biljaka prilikom ulaska iz zraka po jedinici površine, od njihove ukupne količine koja je pala na ovu površinu, naziva se primarno zadržavanje. Ne samo različite vrste biljaka, već i različiti organi i dijelovi biljaka imaju različitu sposobnost zadržavanja radionuklida koji su ispali iz atmosfere. Podnio B.N. Annenkova i E.V. Yudintseva (1991), primarno zadržavanje vodene otopine od 90 8 g kod jare pšenice bilo je: za lišće - 41%, za stabljike - 18, za pljevu - 11 i za zrno - 0,5%. Ovako visok kapacitet zadržavanja posljedica je činjenice da su radionuklidi u atmosferskim oborinama u vrlo niskim koncentracijama (ultramikrokoncentracije) te se u takvim uvjetima brzo i potpuno apsorbiraju na većini površina, uključujući i površinu lista. Međutim, to je moguće samo u slučaju taloženja u vodi topivih oblika radionuklida i ne odnosi se na onečišćenje česticama, poput goriva. Vrijeme uklanjanja kišom i vjetrom polovice odgođenih radionuklida iz zeljastih biljaka za umjerene klimatske zone je otprilike 1-5 tjedana.
- 908g ne samo da se apsorbira na površini biljaka, već može djelomično prodrijeti i u tkiva nadzemnih organa. No, unatoč činjenici da je stroncij analog kalcija, koji je neophodan za metabolizam biljaka, ti se procesi odvijaju sporo i njihov je intenzitet znatno manji nego kod zračnog unosa 137C5.
- 908g karakterizira visoka mobilnost u sustavu "tlo-biljka". Pri istoj gustoći kontaminacije, unos 90 Sg iz tla u biljke je u prosjeku 3-5 puta veći od 137 Cs, iako se kada ti radionuklidi iz vodenih otopina uđu u biljke, 137 Cs se pokazuje pokretljivijim. Glavni razlog za ove razlike je priroda interakcije radionuklida s tlom – 137 Cs se u tlu u većoj mjeri sorbira neizmjenjivo, dok se 90 Sr u tlu nalazi uglavnom u izmjenjivim oblicima.
Korijenski unos 90 Sr ovisi o svojstvima tla i biološkim karakteristikama biljaka i varira u vrlo širokom rasponu: koeficijenti akumulacije (Kn) mogu se razlikovati 30-400 puta. Na različitim tipovima tla Kn 90 8r varira za isti usjev od 5 do 15 puta. Općenito, što je veći upijajući kapacitet tla, što je veći sadržaj organske tvari, to je teži mehanički sastav tla, a mineralni dio dobro je zastupljen mineralima gline s visokim upijajućim kapacitetom, to su niži koeficijenti prijenosa tla. 90 8 g iz tla u biljke. Maksimalni koeficijenti akumulacije uočavaju se na tresetnim tlima i mineralnim tlima laganog mehaničkog sastava - pjeskovita i pjeskovita ilovača, a minimalni - na plodnim teškim ilovastim i glinenim tlima (siva šuma i černozemi). Zalijevanje tla doprinosi povećanom prijenosu radionuklida u prinose usjeva.
Od mnogih svojstava tla, kiselost i sadržaj izmjenjivog kalcija imaju veliki utjecaj na unos 90 Sg u biljke. S povećanjem kiselosti, intenzitet unosa radionuklida u biljke povećava se za 1,5-3,5 puta. S povećanjem sadržaja izmjenjivog kalcija, akumulacija 908g u biljkama, naprotiv, opada.
Na karbonatnim tlima dolazi do neizmjenjive fiksacije od 90 8 g, što dovodi do smanjenja njegove akumulacije u biljkama za 1,1-3 puta. Primjerice, u karbonatnom černozemu, u usporedbi s luženim černozemom, sadržaj vodotopivih 90 8 g je 1,5-3 puta manji, a količina nerazmjenjivih 90 8 g veća je za 4-6%.
Brzina prijenosa 90 Sr u vezi "tlo-biljka" i dalje duž trofičkih lanaca ovisi o sadržaju pratećih nositelja: izotopnih (stabilni stroncij) i neizotopnih (stabilni kalcij). U ovom slučaju, uloga kalcija u transportu radionuklida je važnija od uloge stroncija, budući da je količina prvog značajno veća od količine potonjeg. Na primjer, koncentracija stabilnog stroncija u tlu je u prosjeku 2-3 10 -3%, a kalcija - oko 1,4%.
Za procjenu kretanja radioaktivnog stroncija u biološkim objektima koristi se omjer sadržaja 90 8g prema Ca, koji se obično izražava u jedinice stroncija(tj.).
1 s.u. = 37 mBq 90 8g/g Ca.
Omjer jedinica stroncija u biljkama prema jedinicama stroncija u tlu naziva se faktor diskriminacije(KD):
KD = s.u. u biljci / s.u. u tlu.
Diskriminacija stroncija i kalcija u međusobnom odnosu ne nastaje kada broj atoma 90 8 g i kalcij prijeđu iz tla u biljke u istom omjeru. Međutim, vrlo često, kada 90 Sr prijeđe s jedne veze na drugu, uočava se smanjenje njegovog sadržaja u odnosu na kalcij. U ovom slučaju se govori o diskriminaciji stroncija u odnosu na kalcij. U većini
U tipičnijim tlima srednje zone europskog dijela Ruske Federacije koeficijent diskriminacije kreće se od 0,4 do 0,9 za vegetativne organe biljaka i od 0,3 do 0,5 za žitarice (Tablica 5.15; Korneev, 1972; Russell, 1971) .
Tablica 5.15
Prosječna vrijednost koeficijenta diskriminacije (CD)
Omjer od 908g prema kalciju u zrnu uvijek je manji nego u slami, a u lišću repe i mrkve manji je nego u okopavim usjevima. Na tlima bogatim izmjenjivim kalcijem koeficijent diskriminacije je obično veći nego na tlima s niskim sadržajem kalcija, što je povezano s konkurencijom ovih elemenata pri ulasku u biljke. To je važno uzeti u obzir pri uzgoju krmnih kultura, budući da hrana za životinje treba sadržavati ne samo nizak sadržaj radioaktivnog stroncija, već i visok sadržaj kalcija, koji sprječava ulazak 90 Bg u organizam životinje.
Na akumulaciju 90 Bg u biljkama utječu njihove biološke karakteristike. Ovisno o vrsti biljke, akumulacija 90 8 g biomase može se razlikovati od 2 do 30 puta, a ovisno o sorti od 1,5 do 7 puta.
Minimalna akumulacija od 90 8 g javlja se u zrnu i gomoljima krumpira, maksimalna - u mahunarkama i mahunarkama. Usporedimo li koeficijente akumulacije od 90 Bg u žitaricama i mahunarkama, onda će u mahunarkama oni biti znatno veći (tablica 5.16).
Tablica 5.16
Koeficijenti prijenosa od 90 Bg na različite usjeve na travnato-podzolskim pjeskovitim ilovastim tlima (Bq/kg)/(kBq/m 2)
90 8g akumulira se uglavnom u vegetativnim organima biljaka. U žitaricama, sjemenkama i plodovima uvijek je mnogo manje nego u drugim organima. Štoviše, stroncij se uglavnom ne nakuplja u korijenima, već u zračnim dijelovima biljaka.
Silaznim redoslijedom koncentracije od 90 Bg, ratarski usjevi su raspoređeni na sljedeći način:
- žitarice, mahunarke i mahunarke: jara repica > lupina > grašak > graša > ječam > jara pšenica > zob > ozima pšenica > ozima raž;
- zelena masa: višegodišnje trave mahunarki > mješavine žitarica i mahunarki > djetelina > lupina > višegodišnje mješavine mahunarki > grašak > višegodišnje žitne trave > grahorica >
> jara repica > mješavina graška i zobi > mješavina grahorice i zobi >
> kukuruz;
Prirodne cenoze: začinsko bilje > šaš > trava-trava > bilje-žitarice > žitarice > livadska trava > šaš.
Koncentracija radioaktivnog stroncija u kulturama ovisi o sadržaju kalcija u biljkama. Iz tablice. 5.17 (Marakushkin, 1977., citirano u: Priester, 1991.) može se vidjeti da što je veći sadržaj kalcija u kulturi, to se u njima akumulira više 908g.
Tablica 5.17
(iskustvo na terenu sa konstantnom razinom onečišćenja tla)
Raspodjela korijenskog sustava biljke također utječe na akumulaciju 90 Sr. Na primjer, takve gusto grmolike trave kao što su ovčja vlasulja i plava trava akumuliraju 90 8 g 1,5-3,0 puta više od rizomatnih trava - puzava pšenična trava i krijes bez šiljaka. To je zbog činjenice da se kod gusto grmolikih žitarica čvor bokanja nalazi na površini tla, a nastali mladi korijeni nalaze se u najgornjem kontaminiranom sloju tla. Kod rizomatoznih trava na dubini od 5-20 cm nastaje čvor bokanja i, shodno tome, novi korijen, pri čemu je sadržaj od 90 8 g u prirodnim ekosustavima znatno manji. Usjevi s plitkim raspoređenim korijenovim sustavom uvijek su više kontaminirani radionuklidom.
Trave s prirodnih livada imaju veću koncentraciju od 90 8 g u biomasi od sijanih trava, što se objašnjava većom pokretljivošću radionuklida u gornjem horizontu busena tla, gdje je u obliku pristupačnijem biljkama nego u mineralnom tlu. horizonti.
u šumskim ekosustavima. Uz zračno onečišćenje šumskih ekosustava, 90 Sr ostaje dugo čvrsto fiksiran u vanjskim pokrovima drvenastih biljaka. Karakterizira ga niska pokretljivost i, uz onečišćenje listova, praktički se ne kreće kroz tkiva i putove biljaka.
Međutim, akumulacija 90 Sr kroz korijenje, za razliku od asimilacije kroz lišće, mnogo je izraženija i u drvenastoj i u zeljastoj vegetaciji. S vremenom to dovodi do zamjetnog nakupljanja radiostroncija u svim dijelovima biljaka, uključujući i drvo. Kod crnogoričnih vrsta drveća nakupljanje radionuklida uslijed unosa korijena je osjetno slabije nego kod listopadnih stabala. Najznačajnije 90 8g apsorbira jasika, planinski jasen, krhka krkavina, vrba i obična lijeska. Veća akumulacija od 90 8g u odnosu na |37 C3 također je karakteristična za smreku, hrast, javor, brezu i lipu.
Omjer 90 8g : 137 C5 u drvu se značajno mijenja tijekom vremena, od 0,2-0,7 tijekom zračnog onečišćenja do 6-7 uz prevlast unosa korijena. To je zbog činjenice da se |37 C3, za razliku od 90 Sr, lakše kreće kroz biljne organe nakon što udari u površinu lišća nego kroz korijen, jer ga tlo snažno upija. 90 8g je u tlu u pristupačnijem obliku. Tako se primjećuje da se 5-7 godina nakon onečišćenja šuma černobilske zone sadržaj 90 Bg u drvu povećao za 5-15 puta u odnosu na prvu godinu (Klekovkin, 2004.). Na hidromorfnim tlima pojačano je usvajanje 90 8 g korijena.
Sličan uzorak dobiven je u pokusima s krumpirom. Kada se biljke ozrače tijekom razdoblja gomolja, prinos gomolja praktički se ne smanjuje pri zračenju dozama od 7-10 kR. Ako se biljke ozrači u ranijoj fazi razvoja, prinos gomolja se smanjuje u prosjeku za 30-50%. Osim toga, gomolji nisu održivi zbog sterilnosti očiju.
Zračenje vegetativnih biljaka ne samo da dovodi do smanjenja njihove produktivnosti, već i smanjuje kvalitete sjetve sjemena u nastajanju. Dakle, zračenje vegetativnih biljaka ne samo da dovodi do smanjenja njihove produktivnosti, već i smanjuje kvalitete sjetve sjemena u nastajanju. Dakle, kada se žitarice ozrače u najosjetljivijim fazama razvoja (brušenje, nicanje u cijev), prinos je uvelike smanjen, ali je značajno smanjena klijavost dobivenog sjemena, što ga čini mogućim da se ne koristi za sjetvu. . Ako se biljke ozrači na početku mliječne zrelosti (kada se formira poveznica), čak i u relativno visokim dozama, prinos zrna je očuvan gotovo u potpunosti, ali se takvo sjeme zbog izrazito niske klijavosti ne može koristiti za sjetvu.
Dakle, radioaktivni izotopi ne uzrokuju zamjetnu štetu biljnim organizmima, ali se akumuliraju u značajnim količinama u prinosu usjeva.
Značajan dio radionuklida nalazi se u tlu, kako na površini tako iu nižim slojevima, dok njihova migracija uvelike ovisi o vrsti tla, njegovom granulometrijskom sastavu, vodno-fizikalnim i agrokemijskim svojstvima.
Glavni radionuklidi koji određuju prirodu onečišćenja u našim krajevima su cezij - 137 i stroncij - 90, koji se razvrstavaju po tlu na različite načine. Glavni mehanizam za fiksiranje stroncija u tlu je ionska izmjena, cezij - 137 izmjenjivačkim oblikom ili vrstom ionsko-izmjenjivačke sorpcije na unutarnjoj površini čestica tla.
Apsorpcija stroncija - 90 u tlu je manja od cezija - 137, te je stoga pokretljiviji radionuklid.
U trenutku ispuštanja cezija-137 u okoliš, radionuklid je u početku u visoko topljivom stanju (parno-plinska faza, fine čestice itd.)
U tim slučajevima cezij-137 koji ulazi u tlo je lako dostupan za apsorpciju od strane biljaka. Radionuklid se u budućnosti može uključiti u različite reakcije u tlu, a njegova mobilnost se smanjuje, povećava se čvrstoća fiksacije, radionuklid “stari”, a takvo je “starenje” kompleks kemijskih reakcija kristala tla s mogućim ulaskom radionuklida u kristalnu strukturu sekundarnih minerala gline.
Mehanizam fiksiranja radioaktivnih izotopa u tlu, njihova sorpcija je od velike važnosti, jer sorpcija određuje migracijske kvalitete radioizotopa, intenzitet njihove apsorpcije u tlu i, posljedično, njihovu sposobnost prodiranja u korijenje biljaka. Sorpcija radioizotopa ovisi o mnogim čimbenicima, a jedan od glavnih je mehanički i mineraloški sastav tla.Tala koja su teška po granulometrijskom sastavu, apsorbirani radionuklidi, posebno cezij - 137, fiksiraju se jače od svjetlosti. one i smanjenjem veličine mehaničkih frakcija tla povećava se snaga njihove fiksacije stroncija - 90 i cezija - 137. Radionuklide najčvršće fiksira mulj u tlu.
Veće zadržavanje radioizotopa u tlu olakšava prisutnost u njemu kemijskih elemenata koji su po kemijskim svojstvima slični ovim izotopima. Dakle, kalcij je kemijski element sličan po svojim svojstvima stronciju - 90 i unošenje vapna, osobito na tlima s visokom kiselinom, dovodi do povećanja apsorpcionog kapaciteta stroncija - 90 i do smanjenja njegove migracije. Kalij je po svojim kemijskim svojstvima sličan ceziju - 137. Kalij se, kao neizotopni analog cezija, nalazi u tlu u makrokoličinama, dok je cezij u ultra mikrokoncentraciji. Kao rezultat toga, mikrokoličine cezija-137 su snažno razrijeđene u otopini tla kalijevim ionima, a kada ih apsorbira korijenski sustav biljaka, bilježi se konkurencija za mjesto sorpcije na površini korijena. Stoga, kada ti elementi uđu iz tla, u biljkama se uočava antagonizam iona cezija i kalija.
Osim toga, učinak migracije radionuklida ovisi o meteorološkim uvjetima (oborinama).
Utvrđeno je da se stroncij-90, koji je pao na površinu tla, ispire kišom u najniže slojeve. Valja napomenuti da se migracija radionuklida u tlima odvija sporo i da je njihov glavni dio u sloju od 0-5 cm.
Akumulacija (uklanjanje) radionuklida poljoprivrednim biljkama uvelike ovisi o svojstvima tla i biološkim karakteristikama biljaka. Na kiselim tlima radionuklidi ulaze u biljke u znatno većim količinama nego iz slabo kiselih tla. Smanjenje kiselosti tla, u pravilu, pomaže u smanjenju veličine prijenosa radionuklida u biljke. Dakle, ovisno o svojstvima tla, sadržaj stroncija - 90 i cezija - 137 u biljkama može varirati u prosjeku 10 - 15 puta.
A međuvrsne razlike poljoprivrednih usjeva u akumulaciji ovih radionuklida uočavaju se u mahunarkama. Na primjer, stroncij - 90 i cezij - 137, mahunarke se apsorbiraju 2 - 6 puta intenzivnije nego žitarice.
Unos stroncija-90 i cezija-137 u travu na livadama i pašnjacima određen je prirodom raspodjele u profilu tla.
U zagađenoj zoni zagađene su livade regije Ryazan na površini od 73491 ha, uključujući one s gustoćom zagađenja od 1,5 Ci/km2 - 67886 (36% ukupne površine), s gustoćom zagađenja od 5,15 Ci/km2 - 5605 ha (3%).
U netaknutim područjima, prirodnim livadama, cezij je u sloju od 0-5 cm, a tijekom proteklih godina nakon nesreće nije zabilježena njegova značajna vertikalna migracija duž profila tla. Na oranicama se cezij - 137 nalazi u obradivom sloju.
Poplavna vegetacija akumulira cezij-137 u većoj mjeri nego planinska vegetacija. Dakle, kada je poplavno područje zagađeno s 2,4 Ci / km 2, pronađeno je u travi
Ki/kg suhe mase, a na suhom s onečišćenjem od 3,8 Ci/km 2 trava je sadržavala Ci/kg.Akumulacija radionuklida u zeljastim biljkama ovisi o osobitostima strukture busena. Na livadi žitarica s debelim gustim busenom sadržaj cezija - 137 u fitomasi je 3-4 puta veći nego na livadi s rastresitim, tankim busenom.
Usjevi s niskim udjelom kalija akumuliraju manje cezija. Trave akumuliraju manje cezija u odnosu na mahunarke. Biljke su relativno otporne na radioaktivni utjecaj, ali mogu akumulirati tolike količine radionuklida da postaju neprikladne za prehranu ljudi i stoku.
Unos cezija - 137 u biljke ovisi o vrsti tla. Prema stupnju smanjenja akumulacije cezija u usjevu, biljke u tlu se mogu rasporediti u sljedećem redoslijedu: buseno-podzolska pjeskovita ilovača, buseno-podzolična ilovača, siva šuma, černozemi itd. Akumulacija radionuklida u usjevu ne ovisi samo o vrsti tla, već i o biološkim karakteristikama biljaka.
Primjećuje se da biljke koje vole kalcij obično apsorbiraju više stroncija - 90 od biljaka siromašnih kalcijem. Najviše se nakuplja stroncija - 90 mahunarki, manje korijena i gomolja, a još manje žitarica.
Nakupljanje radionuklida u biljci ovisi o sadržaju hranjivih tvari u tlu. Utvrđeno je da mineralno gnojivo primijenjeno u dozama N 90, P 90 povećava koncentraciju cezija - 137 u povrtlarskim kulturama za 3-4 puta, a slične primjene kalija smanjuju njegov sadržaj 2-3 puta. Sadržaj tvari koje sadrže kalcij ima pozitivan učinak na smanjenje unosa stroncija - 90 u usjev mahunarki. Na primjer, unošenje vapna u izluženi černozem u dozama ekvivalentnim hidrolitičkoj kiselosti smanjuje opskrbu žitaricama stroncijem-90 za 1,5-3,5 puta.
Najveći učinak na smanjenje unosa stroncija - 90 u prinos usjeva postiže se unošenjem cjelovitog mineralnog gnojiva na pozadini dolomita. Na učinkovitost akumulacije radionuklida u prinosu usjeva utječu organska gnojiva i meteorološki uvjeti, kao i vrijeme njihovog boravka u tlu. Utvrđeno je da se akumulacija stroncija - 90, cezija - 137 pet godina nakon ulaska u tlo smanjuje za 3-4 puta.
Dakle, migracija radionuklida uvelike ovisi o vrsti tla, njegovom mehaničkom sastavu, vodno-fizikalnim i agrokemijskim svojstvima. Dakle, na sorpciju radioizotopa utječu brojni čimbenici, a jedan od glavnih je mehanički i mineraloški sastav tla. Apsorbirani radionuklidi, posebice cezij-137, jače se fiksiraju na tlima teškog mehaničkog sastava nego na lakim tlima. Osim toga, učinak migracije radionuklida ovisi o meteorološkim uvjetima (oborinama).
Akumulacija (uklanjanje) radionuklida poljoprivrednim biljkama uvelike ovisi o svojstvima tla i biološkom kapacitetu biljaka.
Radioaktivne tvari ispuštene u atmosferu na kraju završavaju u tlu. Nekoliko godina nakon radioaktivnih padavina na zemljinu površinu, ulazak radionuklida u biljke iz tla postaje glavni put njihovog ulaska u ljudsku hranu i stočnu hranu. U izvanrednim situacijama, kako je pokazala nesreća u nuklearnoj elektrani u Černobilu, već u drugoj godini nakon padavina, glavni način ulaska radioaktivnih tvari u lanac ishrane je ulazak radionuklida iz tla u biljke.