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

4.2. Радионуклиды в искусственных агробиогеоценозах

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

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

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

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

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

Таблица 49 – Первичное удерживание радионуклидов, % от нанесенного  количества

Фаза развития

Масса растений
на 1 м2, кг

90Sr

137Cs

Кущение

0,1

24

16

Выход в трубку

0,3

28

24

Цветение

0,6

52

48

Молочная спелость

0,8

48

62

Восковая

0,9

50

62

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

 

Таблица 50 – Величина первичного удерживания РВ
сельскохозяйственными культурами, %

Культура

Водорастворимые формы

Нерастворимые формы

Пшеница яровая

71

13

Ячмень яровой

51

19

Овес

51

12

Просо

51

10

Горох

74

31

Гречиха

39

Картофель

25

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

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

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

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

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

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

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

– тяжелые почвы сильнее закрепляют поглощенные радионуклиды, чем легкие;

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

Минералогический состав почвы также оказывает существенное влияние на эти процессы. Наибольшей поглотительной способностью обладают минералы монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд, наименьшей – каолинитовой группы. Поглощенный 137Cs в отличие от 90Sr  прочнее сорбируется минералами.

Механизм усвоения радионуклидов корнями растений сходен с поглощением основных  питательных веществ – макро- и микроэлементов. Определенное сходство наблюдается в поглощении растениями и передвижении по ним 90Sr  и 137Cs и их  химических аналогов – кальция и калия. В наибольших количествах поглощается растениями 137Cs, значительно меньше – 90Sr, еще в меньших количествах – 60Co, 106Ru, 144Ce, 147Pm  (концентрируются преимущественно в корневой системе). Радионуклиды, поступившие в надземную часть растений зерновых культур, в основном концентрируются в соломе  (листья и стебли), меньше – в мякине (колосья, метелки без зерна). С возрастом растений в их надземных органах увеличивается абсолютное количество радионуклидов и снижается содержание на единицу массы сухого вещества.

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

Рис. 16. Схема движения радионуклидов по пищевым цепочкам

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

Радиочувствительность бактерий и простейших составляет 1000-3000 Гр, а бактерий Micrococcus radiodurens, обитающих в каналах ядерных реакторов, – до 106  Гр.

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

 

Таблица 51 – Летальные дозы облучения биологических объектов, Гр

Вид

ЛД50/30

ЛД100/30

Морская свинка

1,5-3,0

4,0-6,0

Мышь

4,6-7,5

7,0

Крыса

5,0-7,0

10,0

Овца

1,5-4,0

5,5-7,5

Ягнята до 3 мес.

1,5-3,0

6,0

Крупный рогатый скот

1,6-5,5

6,5

Телята до 5 мес.

2,0-5,5

8,0

Свинья

2,5-3,0

4,5

Поросята до 2 мес.

2,5-6,0

Лошадь

3,5-4,0

5,0-6,5

Осел

2,1-5,5

7,5

Коза

2,5

Верблюд

2,5-4,0

4,0-6,0

Собака

2,0-3,5

4,0-5,0

Кошка

5,0-7,5

8,0

Щенки до3 мес.

4,5-7,0

8,0-10,5

Человек

2,5-5,5

4,0-6,0

Обезьяна

2,5-6,0

8,0

Летучая мышь

5,0-8,0

9,5

Хомяк

5,5-8,0

-

Полевка

6,0-9,0

9,0-10,0

Суслик

6,0-9,5

9,0-11,5

Сурок

8,0-10,0

11,0-12,0

Кролик

10,0-13,0

14,0

Монгольская песчанка

-

15,0-18,0

Птицы, рыбы

8,0-20,0

-

Насекомые

10,0-100,0

-

Змеи

80,0-200,0

-

Растения

10-1500

 

Таблица 52 – Радиочувствительность основных сельскохозяйственных культур

Сельскохозяйственные культуры

Экспозиционная доза, Р

Горох, озимая рожь

2000

Пшеница, ячмень, овес, подсолнечник

3000

Гречиха, просо, томаты

5000

Лен

10000

Картофель

15000

Сахарная свекла, турнепс

20000

Капуста, морковь, столовая свекла

25000

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

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

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

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

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

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

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

Радиочувствительность разных видов и сортов растений колеблется в широких пределах.

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

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

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

2) семена покоящиеся – прорастающие – всходы  – снижается;

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

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

5) от спорогенеза до гаметогенеза – снижается.

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

 

Таблица 53 – Снижение урожайности зерна озимых культур, %

Фаза развития

Доза облучения, Р

1000

2000

3000

Кущение

5

25

55

Выход в трубку

25

55

80

Колошение

15

20

28

Цветение

8

13

21

Молочная спелость

5

7

9

Полная спелость

0

0

0

 

Зерновые бобовые культуры обладают наибольшей радиочувствительностью в период бутонизации.

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

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

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

Аналогичная закономерность наблюдается и по выходу сахара в урожае корнеплодов.

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

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

Культуры

Фазы развития

Доза, Р

Зерновые озимые

1. Выход в трубку, колошение, цветение

2. Всходы, кущение

2500

1000

Зерновые яровые

1. Цветение

2. Всходы, кущение, выход в трубку, колошение

2500

7000

Кукуруза

Выметывание метелки, цветение

7000

Горох

1. Всходы, бутонизация, цветение

2. Созревание

23500

20000

   4.2.1. Особенности ведения сельскохозяйственного производства в ближайший период после выпадения радиоактивных осадков
   4.2.2. Ведение сельскохозяйственного производства в период «йодной опасности»
   4.2.3. Ведение сельскохозяйственного производства в период поверхностного загрязнения почвы радиоактивными веществами
   4.2.4. Ведение сельскохозяйственного производства в период корневого поступления РВ в растения
   4.2.5. Прогнозирование поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию

Предыдущая