Некорневое поступление радионуклидов в сельскохозяйственные культуры и передача их по трофическим цепям

Радиоактивные вещества, попадая из атмосферы на земную поверхность, могут непосредственно поступать в растения, оседая на их надземных частях. Одни радионуклиды прочно сорбируются, другие смываются дождем, третьи проникают в растения и участвуют в обмене веществ в процессе их роста и развития.

Задержка растениями радиоактивных веществ, выпадающих из атмосферы, зависит от физических свойств выпадений (частицы, пары, роса, дождь или туман), дисперсности выпавшего материала и скорости роста растений.

Загрязнение рек, озер и других водоемов происходит в результате оседания радионуклидов на их поверхности и путем смыва их дождевыми осадками, паводковыми и другими водами.

Естественный травостой удерживает 30 - 40 % выпавшего количества гамма-излучающих нуклидов и около 30 % ¹³⁷Cs. Сеяные многолетние травы удерживают соответственно 20 - 40 и 7 - 15 %. На пашне сразу после выпадения более 97 % радиоактивных веществ сосредоточивается в верхнем двухсантиметровом слое. В дальнейшем происходит постепенная миграция радионуклидов в глубь почвы.

У травянистых видов идет значительное накопление изотопов цезия и стронция. Как показали наблюдения, растения естественных кормовых угодий всегда характеризуются более высокой удельной радиоактивностью, чем сеяные травы и различные сельскохозяйственные культуры. Объясняется это тем, что радионуклиды в почвах естественных кормовых угодий сосредоточены в основном в слое 0 - 5 см, создавая там высокую концентрацию радиоактивных изотопов в единице объема почвы. При перепашке почвы концентрация радионуклидов снижается, и создаются условия для их меньшей усвояемости растениями. Это подсказывает путь улучшения естественных кормовых угодий в условиях радиационного загрязнения.

Высокой подвижностью в растениях обладают радионуклиды Cs, I и Th, низкой — радионуклиды Sr, Се и Ва. Через листья в растения проникает от 20 до 60 % поверхностно нанесенного раствора ¹³⁷Cs, a ⁹⁰Sr — всего лишь сотые доли процента (Р. М. Алексахин и др.).

Большое значение в накоплении растениями радионуклидов имеет фаза вегетации. Листья молодых растений поглощают радионуклиды в значительно больших количествах, чем листья растений, заканчивающих рост и развитие. В среднем период времени, в течение которого содержание ⁹⁰Sr пастбищной растительности снижается вдвое, составляет 14 сут. Сведения о скорости полуочищения поверхностно загрязненных кормовых растений от радионуклидов имеют важное прикладное значение для составления прогноза вероятного уровня радиоактивного загрязнения растений и принятия обоснованных мер снижения поступления радионуклидов в кормовые культуры.

Сведения о количестве и длительности пребывания радионуклидов на стеблях имеют важное значение для определения рациональных сроков и технологии уборки урожая.

Радиоактивные вещества, выпавшие на поверхность почвы из атмосферы и осевшие с поверхности растений, могут служить существенным источником повторного механического их загрязнения уже после прекращения выпадения радиоактивных осадков. Загрязнение растений радиоактивной пылью происходит при поднятии ее с поверхности земли ветром, пасущимися животными, при разбрызгивании каплями дождя и обработке или уборке урожая сельскохозяйственными машинами.

При некорневом радионуклидном загрязнении растительности переход их из корма в организм животных и продукцию животноводства, как правило, выше, чем при корневом поступлении.

Накопление радионуклидов сильно зависит от типа почв: хуже они всасываются из сероземов и черноземов, а лучше всего из торфоболотных и легких почв (песчаные и подзолистые), красноземы и лугово-карбонатные почвы занимают промежуточное положение. При некорневом пути поступления более подвижным является ¹³⁷Cs. Поступление ⁹⁰Sr и других радионуклидов происходит при этом в десятки раз медленнее. При корневом поступлении наиболее подвижным является ⁹⁰Sr. ¹³⁷Cs сильнее сорбируется почвой и поэтому в относительно меньших количествах переходит из почвы в растения.

По корневому пути из почвы во все последующие годы после выпадения радионуклидов происходит загрязнение грибов, ягод, дикорастущих плодов, лекарственных и кормовых растении.

По способности к накоплению растениями радионуклиды образуют ряд:

⁶⁵Zn> ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ⁵⁹Fe > ¹⁴⁴Ce, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁵Zr > ²³⁹Pu, ¹⁴⁷Pm, ⁹¹Y, ²³⁵U.

Большинство искусственных радионуклидов прочно сорбируются почвенным поглощающим комплексом и включаются в биологический круговорот в сравнительно небольших количествах. Исключение составляют ⁶⁵Zn, ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr, отличающиеся наибольшей подвижностью в системе «почва - растение». Например, коэффициент накопления ⁶⁵Zn при переходе из воды в почву, а затем в траву пастбищ равен 440 (мкКи/г сырого вещества)/ (мкКи/мл воды), а цезия, кобальта и церия - лишь 0,19; 0,07 и 0,03 соответственно. На легких по механическому составу песчаных почвах накопление ¹³⁷Cs растениями в 40 -50 раз больше, чем ⁹⁰Sr. Из растворов поглощение корнями растений радионуклидов происходит в больших количествах, чем из почв.

Переход радионуклидов из почвы в растения во многом определяется их видовыми и сортовыми особенностями (строе­ние корневой системы, характер метаболизма).

Поглощение радионуклидов растениями из почвы зависит также от ее состава. Почвы тяжелого гранулометрического состава отличаются большей поглотительной способностью, чем легкие. Суще­ственное влияние на переход из почвы в растения ¹³⁷Cs оказывает содержание в ней органического вещества. Поступление этого радионуклида в растения из торфянистых почв больше, чем из минеральных, в несколько раз.

Перенос питательных веществ между трофическими уровнями называют пищевой цепью, пищевой сетью. Механизмы, с помощью которых растения и животные получают необходимые для их роста неорганические вещества из почвы, аналогичны тем механизмам, посредством которых радионуклиды поступают в биологические системы. Таким образом, естественные и искусственные радионуклиды стабильных химических элементов также циркулируют в биосфере по характерным биологическим цепям, проникая из внешней среды в организмы, а затем снова возвращаясь во внешнюю среду.

При непрерывных глобальных выпадениях наиболее высокие концентрации радионуклидов обнаруживаются в продукции растениеводства, меньшие - в продукции животноводства. Концентрация ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в кормах превосходит концентрацию в молоке соответственно в 100 и 30 раз, в мясе - в 50 и 10 раз. Наибольшей подвижностью в цепи «воздух - растение - животные — продукция животноводства» обладают ⁹⁰Sr, ¹³¹I и ^l37Cs, менее подвижны ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Се и изотопы U.

Наиболее короткий путь поступления радиоактивных продуктов деления в организм человека кроме непосредственного попадания из атмосферы - через сельскохозяйственные растения и животных. При этом продукты деления могут попадать в организм человека как непосредственно через растительную пищу, так и через животных, питающихся растениями, содержащими радиоактивные вещества.

Из радиоактивных продуктов деления в первый период наибольшую опасность представляют изотопы йода вследствие наиболее высокого относительного содержания их и значительной биологической токсичности. В последующем основную роль играют ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs из-за их относительно высокой энергии излучения, большого периода полураспада и способности активно включаться в биологический круговорот веществ (почва - растения - животные - человек). Эти изотопы способны надолго задерживаться в организме человека и животных. При поступлении с кормом в организм ⁹⁰Sr его постоянным неизотопным носителем служит кальций, а для ¹³⁷Cs — калий.

В организме животных калий и кальций представлены как макроэлементы. При исследовании закономерностей передвижения ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs от одного объекта биосферы к другому было замечено, что первый ведет себя сходно с кальцием, второй — с калием. Например, установлено, что при равных условиях в объектах биосферы, загрязненных радионуклидами, максимальная концентрация ⁹⁰Sr всегда обнаруживается в органах (продуктах), физиологически богатых кальцием (кости, яичная скорлупа), а максимальная концентрация ¹³⁷Cs - в объектах, богатых калием (например, мышцы).

Отметим, что многие вопросы закономерностей перехода радионуклидов в звеньях биологических цепей остаются еще слабо изученными.