Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии

Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.

Предыдущая

Раздел 4. Радиационная экология экосистем

4.1. Наземные экосистемы

Наземные экосистемы тесно связаны с почвой. Исследования в системе «почва – раствор» (Куликов и др., 1990) показали, что прочность поглощения почвой искусственных и естественных радионуклидов зависит, во-первых, от природы самих химических элементов, во-вторых, от свойств почвы и состава почвенных растворов.

Из всех естественных радионуклидов наиболее прочно связываются в почвах уран и торий, а из искусственных – плутоний, железо и цезий. Плутоний, стронций и цезий в целом довольно медленно мигрируют в вертикальном разрезе почв, о чем свидетельствуют данные распределения этих радионуклидов в почвах на территории ВУРС-а  (Мартюшов и др., 1995). Линейная миграция их составляет не более 1 см/год  (табл. 44).

Таблица 44Распределение радионуклидов в почвах на территории ВУРС-а
через 36 лет после аварии, % от содержания в слое 0-30 см
(Мартюшов и др., 1995)

Почва

Глубина, см

0-2

10-20

20-30

239Pu

90Sr

137Cs

239Pu

90Sr

137Cs

239Pu

90Sr

137Cs

Серые лесные   

73

55

68

14

26

23

13

19

9

Черноземные

60

42

60

31

34

29

9

24

11

Черноземно-луговые

86

71

78

10

21

20

4

8

2

Химические элементы существуют в почвах в растворенном и адсорбированном состояниях. В первом случае они легкодоступны для растений, а во втором – нет. Сорбционная способность почв зависит в первую очередь от их состава. Чем больше в почве органики (особенно гумуса) и илистых частиц, тем прочнее она фиксирует радионуклиды. Этими качествами обладают луговые почвы, которые хорошо связывают радиоизотопы. К снижению подвижности всех радионуклидов в системе «почва – раствор» приводит и увеличение времени взаимодействия почв с этими химическими элементами.

Большое влияние на поглощение радионуклидов почвой оказывает рH почвы и состав почвенного раствора. Поглощение почвой железа, церия, кобальта, иттрия с повышением рH снижается. Особенно это заметно в случае наличия в почвенном растворе ионов трехвалентного железа и алюминия, что связано с сорбцией радиоизотопов на коллоидах гидроокислов этих элементов, трудно сорбируемых почвами.

В Институте экологии растений и животных  УО  РАН были проведены опыты со сложными искусственными соединениями (комплексонами), которыми пропитывали почву, содержащую радионуклиды
(Куликов и др., 1990). В частности, использовался этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) с химической формулой  C10H16O8N2. Установлено, что в присутствии этого химиката резко снижается сорбция почвой железа, кобальта, иттрия, церия и в меньшей степени стронция. На сорбцию почвой цезия комплексен не оказывает влияния. В данном случае радионуклиды образуют с ЭДТА прочные соединения, которые остаются в почвенном растворе.

Примерно такой же эффект дают экстракты из опавших листьев. В присутствии этих экстрактов в почвенных растворах растворимость большинства радионуклидов увеличивается в 5-6 раз, что вызывает переход радионуклидов из почвы в почвенный раствор. Такое свойство растительных экстрактов объясняется способностью органических веществ переводить радиоизотопы в растворимые в воде комплексные соединения. Этот важный результат исследований можно использовать при дезактивации почв, содержащих указанные выше радиоизотопы. Однако при этом большая часть радиоактивного цезия остается в почве. Для извлечения из почвы радионуклидов рекомендуется использовать десорбенты, т.е. родственные катионы, способные вступать в такие же соединения, что и вытесняемые ими радионуклиды. Миграция радионуклидов в системе «почва – раствор» сильно зависит и от степени обводненности почв. Во влажной почве подвижность стронция возрастает в десятки раз по сравнению с почвами менее насыщенными водой. Проводились опыты по вытеснению радионуклидов из разных почв дистиллированной водой (Куликов и др., 1990). Оказалось, что радиоизотопы (особенно стронций) наиболее подвижны в почвах, обогащенных песчаной фракцией и наименее подвижны в дерново-луговых почвах.

Из этих экспериментов вытекает заключение, что почвы можно промывать от радионуклидов. Однако это чревато резким понижением их плодородия, поскольку при данной операции вместе с удаляемыми химическими элементами из почв уходит наиболее важная их часть – гумус.

Повышенная подвижность стронция, в сравнении с другими элементами, подтверждается и миграцией его в почвах по вертикали, на что указывают опыты с колонками (Куликов и др., 1990). В три металлические колонки высотой 30 см помещали увлажненную дерново-луговую почву, в поверхностный слой которой на глубину 2 см вносили радиоактивные элементы (стронций, цезий и церий). Коэффициент обводненности в первой, второй и третьей колонках составлял соответственно 0,2; 0,3 и 1. Эксперимент продолжался три месяца. В конце опыта из каждого двухсантиметрового слоя почвы были отобраны и проанализированы пробы.

Результаты показали, что вертикальная миграция стронция в почве возрастает с повышением ее обводненности. Этот радионуклид в первой колонке проник на глубину 6, во второй – 10 и в третьей – на 15 см. Глубина миграции цезия и церия не превышает 6 см и не зависит от степени увлажненности почвы.

Радионуклиды обладают способностью «старения». Такое свойство радиоактивного стронция было обнаружено А.И. Ильенко (1980). Наблюдения показали неизменное его содержание в 5-сантиметровом слое почвы в течение многих лет. В то же время концентрация этого радионуклида в скелете грызунов уменьшилась за этот же срок на 3 порядка. Ученые полагают, что это связано с постепенным переходом стронция в нерастворимые в воде  соли.

С результатами, полученными при изучении подвижности радионуклидов в системе «почва – раствор», хорошо согласуются данные вегетационных опытов в системе «почва – растение».

Стронций слабо фиксируется в почве. Большая часть его находится в почвенном растворе, поэтому он легко поступает в растения  В прямой зависимости от влажности почвы находится и биомасса растений. Следовательно, с повышением увлажненности почвы увеличивается общий (валовый) вынос радионуклидов растениями. Это обстоятельство с успехом используется при дезактивации почв. Радионуклиды переводятся из почвы в растения, дающие пышную зеленую массу. После этого следует их выкос и захоронение. Повышение температуры воды, используемой для полива, несколько увеличивает миграцию радионуклидов из почвы в растения.

Внесение в почву таких радионуклидов как железо, кобальт и иттрий совместно с искусственным комплексоном ЭДТА значительно повышает подвижность этих элементов, что вызывает увеличение поступления их в растения. Указанный комплексен почти не влияет на подвижность стронция, цезия и церия в системе «почва – растение».

Содержание радионуклидов в растениях зависит также от их индивидуальной способности избирательно аккумулировать в себе определенные химические элементы. В частности, некоторые представители растительных сообществ концентрируют радиоактивные вещества. К таким растениям относятся, в первую очередь, мхи и лишайники. М.Г. Нифонтовой (1997) установлено, что накопление радионуклидов этими растениями в значительной степени определяется уровнями радиоактивности глобальных атмосферных выпадений. Рисунок 15 четко демонстрирует увеличение концентрации радиоактивного цезия в этих растениях на целый порядок во время аварии на Чернобыльской АЭС 1986 года. Поэтому мохово-лишайниковую растительность рекомендуется использовать при проведении длительного радиоэкологического мониторинга окружающей среды.

Искусственные радионуклиды поступают в лишайники и мхи аэральным путем. Другие растения накапливают отдельные радионуклиды, заимствуя их преимущественно из почвы. В этом отношении интересна работа Е.Н. Караваевой и И.В. Молчановой (1998) о накоплении радионуклидов дикорастущими лекарственными растениями Ольховского болота в зоне влияния Белоярской АЭС, где наблюдается повышенная концентрация радионуклидов в почве. Некоторые виды лекарственных растений названного урочища (крапива двудомная, череда трехраздельная) накапливают значительные количества радиоизотопов стронция и цезия, тогда как другие травы, растущие рядом, этой способностью не обладают. Причем, если крапива накапливает оба радионуклида, то череда – преимущественно цезий.

Рис. 15.  Динамика содержания 137Cs в надпочвенном мохово-лишайниковом
 покрове (нижнее) и в почве (верхнее).  На графике четко выделяется
Чернобыльский пик (Нифонтова М.Г., 1997)

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

Виды растений

90Sr

137Cs

1

2

1

2

Иван-чай узколистный        

24

9

16

Крапива двудомная     

580

15

2043

12

Таволга вязолистная   

62

65

247

93

Горец змеиный        

61

15

678

40

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

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

Таблица 46 – Содержание искусственных радионуклидов в культурных
сельскохозяйственных растениях (в % на единицу массы,
по А.И. Ильенко, Т.П. Крапивко, 1989)

Части растений

Радионуклиды

90Sr

137Cs

114Ce

106Ru

Пшеница: семена           

4,26

4,8

0,2

0,1

вегетативные части      

90,03

78,2

3,0

4,2

корни            

5,71

17,0

96,8

95,7

Горох: семена           

1,45

21,4

2,4

вегетативные части      

73,95

52,8

6,8

корни            

24,6

25,8

90,8

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

Таблица 47 –  Коэффициенты концентрации 137Cs в различных частях деревьев
(Рябов и др., 1997)

Структурные
части дерева

Коэффициенты концентрации

сосна

дуб

береза

Кора

16,5

26,0

17,5

Камбий

50,0

6,2

16,0

Древесина

4,5

1,3

4,6

Ветки

13,0

9,8

20,0

Листья (хвоя)

86,0

32,0

68,0

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

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

Виды ягод

Коэффициенты накопления

Брусника                            

10

Клюква

13

Черника

7

Земляника

4

Малина

3

Предыдущая