Поведение радионуклидов в почве и их миграция в наземную флору и фауну

Поведение радионуклидов в почве и их миграция в наземную флору и фауну

Миграция радионуклидов при попадании их в почву зависит от ряда условий: физико-химических свойств отдельных изотопов и формы химических соединений, в которых они находятся, физико-химических свойств почвы, наличия в ней ионов, близких по химическим свойствам к попадающим в почву радиоизотопам, рН среды, характера движения грунтовых вод и т.п.

В состав почвы входят минеральные и органические вещества, вода и воздух, объединенные в сложную физико-химическую систему, которая обеспечивает растению механическую опору и снабжает его питательными веществами.

Вертикальный профиль почвы состоит из слоев (горизонтов), различающихся физико-химическими особенностями. Условно вы- деляют 3 типа горизонтов: самый верхний горизонт мощностью до 30-60 см (в черноземной зоне и более), где протекает большинство жизненных процессов; второй горизонт - подпочва - простирается до глубины 120-150 см; до глубины 180-210 см залегает слой рыхлой и частично выветренной материнской породы почвы.

Важнейшие физико-химические процессы, происходящие в почве и обеспечивающие ее плодородие, зависят главным образом от содержания в ней частиц с высокими ионообменными свойствами. Большая часть питательных веществ в почве содержится не в почвенной воде, а адсорбирована на поверхности почвенных частиц. Например, глинистые частицы в 1 м3 суглинка имеют суммарную поверхность более 1,6?106 м2. Способность отдельных разновидностей почвы адсорбировать катионы количественно определяется

емкостью поглощения, выражаемой в миллиэквивалентах катионов, необходимых для нейтрализации отрицательного заряда 100 г почвы при рН 7,0. Высокую емкость поглощения имеют глинистые почвы и чернозем, сорбционная способность которого обусловлена наличием в нем гумуса. Поглотительная способность песчаных почв гораздо меньше. Следует отметить важную особенность в процессе поглощения радионуклидов почвами: попадая в почву в ультрамалом количестве, радиоактивные элементы не конкурируют между собой за место на сорбирующей поверхности, поэтому обычно почвы по отношению к ним остаются, как правило, малонасыщенными. Некоторые изотопы, например стронций и цезий, могут переходить из обменной формы в необменную благодаря их включению в кристаллическую решетку присутствующих в почвах минералов, солей фосфатов, сульфатов и других малорастворимых соединений.

Установлено, что осколочные продукты при попадании на поверхность почвы прочно фиксируются в ее верхнем слое. Проник- новение их вглубь обычно пропорционально количеству дождевых осадков. Указанный процесс протекает медленно, и даже в местах, где количество осадков значительно, проходит несколько лет, прежде чем радиоизотопы накопятся в нижележащих слоях в заметном количестве. Так, из выпавшего после испытаний ядерного оружия количества 90Sr до 80% удерживается в верхнем слое почвы толщиной до 5 см и лишь малая его доля проникает глубже 15 см. Сказанное в полной мере относится и к 137Cs. При вспыхивании радиоактивные продукты по всей толще обработанной почвы рас- пределяются равномерно.

Важную роль в перераспределении изотопов, попавших на поверхность земли, играют топографические и климатические усло- вия. С крутых склонов радионуклиды вместе с частицами почвы могут сноситься потоками атмосферных осадков, накапливаясь на пониженных участках рельефа и попадая в воду. В миграции изотопов имеют значение процессы, наблюдаемые при ветровой эрозии почвы и т.д.

В результате загрязнения почвы радионуклидами они поступают в наземную растительность - первый путь. В целом за счет ме- ханического распределения, в том числе и растительностью, почва теряет в год до 2,5% 90Sr и 0,7% 13Сs.

Радиоактивные изотопы, находящиеся в почве, как правило, переходят в корневые системы точно так же, как и стабильные изотопы тех же элементов. Если химические свойства стабильных и радиоактивных элементов одинаковы, они поступают в растение в исходной пропорции. Так, при выращивании растений на простых неорганических растворах, содержащих кальций и стронций, соотношение этих элементов сохраняется и в растениях. Степень усвоения стронция растениями из почвы зависит от его химической формы, физиологических потребностей растений и физикохимических свойств. Чем прочнее радиоизотоп фиксируется в почве, тем меньшее его количество попадает в растение. Например, овес, выращенный на песке, накапливал 90Sr в несколько раз больше, чем овес, произрастающий на тяжелом суглинке. При этом из глинистого песка поступало 8-10%, а из тяжелого суглинка - 1% всего 90Sr, внесенного в почву. Относительное накопление растениями различных элементов из почв выглядит следующим образом:

Sr > I > Ва > Cs, Ru > Се > Y, Pm, Zr, Nb > Pu.

Попадая из почвы в растение, радиоактивные элементы в зависимости от свойств проникают в наземные части или же задержи- ваются в корневой системе. Такие изотопы, как 90Sr и 137Cs, легко проникают через корневую систему во все части растения. Такие радиоактивные элементы, как церий, рутений, цирконий, иттрий, плутоний, накапливаются в основном в корневой системе.

В процессе перехода ряда радионуклидов из почвы в растения установлено, что радиоактивные изотопы, близкие по своим хими- ческим свойствам к стабильным элементам (например, 90Sr к 40Са), усваиваются растениями в меньшей степени. Величину, показывающую, насколько изменится содержание 90Sr по отношению к кальцию при переходе его из почвы в растение, называют коэф- фициентом дискриминации:

Эффект дискриминации заключается в более прочной фиксации в почвах стронция, чем кальция. Не исключено также и не- которое избирательное (селективное) отношение растений к этим двум элементам. Обычно коэффициент дискриминации меняется

в зависимости от степени насыщенности почвы стабильным кальцием, вида растений, а также от периода их развития. Для боль- шинства растений этот коэффициент по 90Sr составляет 0,8-1,0. Интенсивность накопления радионуклидов растениями может быть уменьшена при внесении в почву, содержащую небольшое количество стабильных аналогов, минеральных удобрений. Так, интенсивность накопления в растениях уменьшается при обогащении почвы кальцием.

Наконец, следует отметить, что при возрастании удельной активности почвы степень накопления радиоизотопов в растениях несколько уменьшается.

Второй путь возможного поступления радионуклидов в растения заключается в поглощении их через поверхность надземных частей. При нанесении на листья радиоизотопов они проникают во внутреннюю структуру в месте соприкосновения, а затем перемещаются и в другие части растения. Рутений и церий задерживаются в основном вблизи места первичного нанесения. Стронций и йод передвигаются по растению достаточно быстро, и уже через 90 ч их находят во всех частях растений. Особенно высокая подвижность у "^s.

Вследствие выпадения на земную поверхность радиоактивных осколков загрязнению подвергается вся наземная растительность. Уровень накопления в ней радиоактивных осколков обусловлен, с одной стороны, плотностью выпадений, а с другой - условиями произрастания. Так, больше радионуклидов накапливают многолетние луговые травы, чем однолетние сельскохозяйственные культуры. Определенную роль в накоплении осколочных продуктов играют площадь поверхности растений и его строение. Так, форма соцветий пшеницы способствует максимальному удержанию выпадающих мельчайших аэрозолей.

В лесной зоне больше всего задерживают радионуклиды хвойные породы деревьев, что связано с медленной сменой хвои. Ли- ственные породы деревьев в средней полосе ежегодно сбрасывают свой покров, поэтому степень накопления у них меньшая.

В результате загрязнения луговых трав радиоактивными продуктами они поступают в организм животных алиментарным путем. При попадании в желудочно-кишечный тракт сельскохозяйственных животных загрязненной растительной пищи эффективно ре-

зорбируются цезий, йод, фосфор, стронций. Церий, иттрий, прометий и другие элементы попадают в кровоток в незначительном количестве. Попавшие в кровоток радиоактивные изотопы рас- пределяются по различным органам и тканям: стронций, иттрий, радий концентрируются в скелете, цезий - в мышцах, йод - в щитовидной железе, рутений - в почках и т.д. Из организма животного они выводятся с характерным для каждого изотопа периодом полувыведения. При всасывании из желудочно-кишечного тракта стронция и кальция у животных наблюдается дискриминация радиоактивного стронция. Согласно материалам НКДАР при ООН, величина указанного коэффициента составляет в среднем 0,23. Радиоактивные элементы выводятся из организма животных с калом и мочой. Установлено присутствие их в молоке (например, 131I). При выведении 90Sr с молоком отмечается дискриминация его по отношению к кальцию. Коэффициент дискриминации в звене растительная пища животных - молоко составляет примерно 0,12-0,24. Указанные коэффициенты дискриминации могут существенно меняться в зависимости от характера питания животных, их физиологического состояния и т.д., поэтому эти величины ори- ентировочные.

YAmedik.org