Міграція радіонуклідів у навколишньому середовищі та об'єктах сільськогосподарського виробництва

Радіоактивні речовини, які потрапляють в атмосферу поступово випадають на поверхню Землі. Залежно від характеру викиду продуктів поділу, погодних умов, ґрунтового покриву, хімічних та фізичних властивостей радіонуклідів їх кількість у сільськогосподарських об'єктах може коливатися в дуже широкому діапазоні.

Надзвичайно важливу роль у поширенні радіоактивних речовин відіграють атмосферні опади і рух повітря. В зв'язку з цим розрізняють «вологе» (випадання речовин на поверхню Землі з дощем і снігом) і «сухе» (осідання частинок лише під впливом сили тяжіння) відкладання радіоактивних речовин.

Атмосферні опади можуть у десятки разів прискорювати випадання радіоактивних речовин і посилювати забруднення. Дуже впливає на їх поширення рух повітря, тобто вітер. Вітром радіоактивні речовини швидко поширюються на тисячі кілометрів від місця викиду й іноді випадають у несподіваних місцях.

Радіоактивні речовини, що випали на поверхню земної кулі, стають складовою частиною біологічних циклів природного кругообігу речовин, потрапляючи через харчові ланцюжки в людський організм.. Спеціалісти сільського господарства повинні знати загальні закономірності руху цих речовин по харчових ланцюжках, враховуючи особливості живлення культурних рослин та годівлі худоби. Радіоактивні речовини, які випадають на земну поверхню, концентруються на трьох головних об'єктах: грунті, рослинах і у водоймах (див. Мал. 16). Для спрощення схеми в неї не включено такі об'єкти, як рілля, луки, пасовища, ліс. З поверхні грунту радіоактивні речовини, розчиняючись в атмосферних опадах чи поливних водах або механічно з потоком води, потрапляють у підземні води. Швидкість їх вертикальної міграції (углиб ґрунту) залежить від багатьох факторів і насамперед від кількості атмосферних опадів, фізико-механічних та фізико-хімічних властивостей ґрунту, розчинності радіоактивних речовин. А взагалі цей процес відбувається досить повільно. Так, у зоні аварії на Чорнобильській АЕС на неораних дерново-підзолистих піщаних ґрунтах легкого механічного складу на кінець 1992 р. 90 % кількості усієї радіоактивності припадало лише на 10-сантиметровий шар ґрунту . На ґрунтах більш важкого механічного складу з багатим вбирним комплексом вертикальна міграція радіонуклідів відбувається ще повільніше.

Радіоактивні речовини, що потрапили на рослини, можуть адсорбуватись їх поверхнею шляхом дифузії або проникати всередину рослин через продихи, залучаються в шляхи руху речовин і нагромаджуються в органах, які мають господарське і харчове значення. Найактивніше радіоактивні речовини поглинаються листям (листове поглинання), суцвіттями (флоральне поглинання) та поверхневим корінням (поглинання з дернини). Листове поглинання властиве більшості видів рослин, крім, можливо, деяких видів ксерофітів — рослин, що покриті волосками, товстою кутикулінізованою оболонкою, з незначною кількістю продихів та колючками замість, листя.

Для багатьох видів важливим є також флоральне поглинання. Проте обсяг його залежить від розміру квітки, її форми, місця розміщення (в суцвітті, на рослині). Як правило, великі квітки розоцвітих, суцвіття хлібних злаків, розміщені на відкритих частинах рослин, вбирають більше радіоактивних речовин, ніж рослини, що мають невеликі квітки, розміщені поодинці. При флоральному поглинанні можливе механічне захоплення радіоактивних частинол елементами квітки і послідовне проникнення їх у плід. Поглинання за допомогою поверхневого коріння властиве тільки для рослин, які мають таке коріння. В організм людини радіоактивні речовини можуть потрапляти з їжею тваринного та рослинного походження або з водою.

Мал. 16. Шляхи міграції радіоактивних речовин в об'єктах навколишнього середовища.

Вважається, що головним джерелом їх е продукція тваринництва, особливо молоко та молочні продукти. Проте, за оцінками деяких дослідників, до 50 % радіоактивних речовин може надходити з рослинною їжею. Частка радіоактивних речовин, що потрапляють в організм людини через органи дихання після радіоактивних опадів, незначна.

Більшість радіоактивних речовин не потрапляє у продукти тваринного походження, а разом з екскрементами повертається у грунт і може знову надходити у рослини. Так само можуть повертатися у грунт разом з компостами, попелом та рослинними рештками радіоактивні речовини, які нагромаджуються в рослинах. Такі оборотні зв'язки можуть виникати і між іншими частинами харчових ланцюжків, наприклад між рослиною, людиною і водою, між людиною і ґрунтом. Проте міграція їх в цих напрямах відносно невелика, тому на схемі не позначена. На суходолі радіоактивні речовини переносяться харчовими ланцюжками рослина — людина, рослина — тварина — людина і навіть грунт — рослина — тварина — людина так швидко, що навіть ті з них, період напіврозпаду яких становить кілька діб, можуть нагромаджуватись у людському організмі в значних кількостях.

Концентрація радіоактивних речовин у процесі міграції як правило, зменшується. Наприклад, концентрація більшості радіоактивних речовин в рослинах нижча, ніж у ґрунті, на якому ростуть ці рослини; радіоактивність молока і м'яса тварин нижча, ніж рослин, які тварини поїдають.

3.1.3. Надходження та прогнозування радіонуклідів у сільськогосподарські рослини і організми сільськогосподарських тварин.

Рослини навіть при повній відсутності наслідків променевого ураження можуть нагромаджувати значні кількості радіоактивних речовин, концентрація яких у сільськогосподарських рослинах окремих видів може у десятки разів перевищувати їх вміст у ґрунті, внаслідок чого стає неможливим використання врожаю для харчування людини або годівлі тварин. У зв'язку з цим вивчення закономірностей надходження у рослини, нагромадження і розподілу в продуктивних органах окремих радіоактивних речовин має дуже велике значення.

Радіоактивні речовини надходять до рослин двома основними шляхами:

· внаслідок прямого забруднення надземних органів радіоактивними частинками, що випадають з повітря, з наступним поглинанням їх тканинами вегетативних та репродуктивних органів (некореневе, або ареальне, надходження);

· через кореневу систему з ґрунту (кореневе надходження) ступінь радіоактивного забруднення продуктивних частин рослини, може істотно змінюватися залежно від шляху надходження радіоактивних речовин і місця їх поглинання (наприклад, для злаків, овочів при некореневому надходженні радіоактивних частинок ймовірність забруднення врожаю більша, ніж при кореневому, в той час як для коренебульбоплодів — навпаки.

Позакореневе надходження радіонуклідів у рослини. Можливість проникнення різних речовин у рослини крізь поверхню листка та інших надземних органів була встановлена ще у дослідах з некореневим підживленням мінеральними елементами. Інтенсивність проникнення і включення в обмін як звичайних, так і радіоактивних речовин значною мірою пов'язані з їх розчинністю і хімічними властивостями. Обов'язковою умовою для проникнення цих речовин, углиб рослини є наявність вологи на поверхні листя. Змочу ваність листя різних видів рослин залежить від його форми, опушування, товщини кутикули, наявності жирів у ній, віку листя, наявності води в самому листі. Волоски на листі сприяють утворенню повітряних бульбашок, що зменшує змочування. Але при повному змочуванні листя його поверхня затримує більшу кількість вологи саме за рахунок опушування. Чим довше волога затримується на поверхні листя, тим більше радіоактивних речовин надходить у нього. Це залежить від температури навколишнього середовища, вологості, руху повітря, тобто факторів, які впливають на швидкість випаровування. Крізь поверхню молодого листя радіонукліди проникають порівняно швидше, ніж крізь листя, дещо старше за віком. Товста кутикула та підвищений вміст у ній жирів затримують проникнення радіонуклідів.

Позакореневе надходження радіоактивних речовин у рослини може відбуватися протягом усього періоду вегетації, внаслідок чого воно значною мірою залежить від наявності листя у рослин, пов'язаного з фазою їх розвитку в період випадання радіоактивних опадів

Значний вплив на рух радіоактивних речовин по рослинах має вік листя, на яке випали радіоактивні опади. Радіоактивні речовини не тільки краще поглинаються молодим листям, а й інтенсивніше потрапляють до рослини і переміщуються по ній, оскільки такі речовини нагромаджуються в окремих його частинах у значно більших кількостях. На позакореневе надходження радіоактивних частинок, що осіли на поверхні рослин, впливають також погодні умови — частинки можуть змиватися під час дощу, здуватися вітром. Утримання радіоактивних речовин на рослинах в подібних ситуаціях здебільшого залежить від форми окремих органів, їх механічних властивостей. Радіоактивні частинки нагромаджуються у великих кількостях таких місцях, як пазухи листя, квітів, і легко здуваються іа змиваються з поверхні неопушеного листя або стебла.

Внаслідок переносу вітром радіоактивного пилу з поверхні ґрунту, а також під час штучного зрошення дощуванням стає можливим вторинне забруднення надземних частин рослин радіоактивними речовинами.

У цілому рівень забруднення рослин радіонуклідами при прямому потраплянні на їх надземні частини визначається кількістю свіжих радіоактивних опадів. Водночас їх проникнення через кореневу систему залежить від загальної кількості опадів на поверхню ґрунту, і якщо з часом позакореневе надходження радіоактивних речовин зменшується, то проникнення їх з ґрунту може зростати.

Надходження радіонуклідів у рослини з ґрунту.

Ґрунт — це сильний поглинач різних елементів, у тому числі й радіоактивних речовин. Особливо високу здатність до поглинання має поверхневий, багатий на перегній шар, де міститься основна частина грунтового вбирного комплексу. Саме тому природні угіддя затримують основну масу радіоактивних речовин у поверхневому 5—6-сантиметровому шарі ґрунту, у той час як на орних землях такі речовини більш-менш рівномірно розміщуються по всьому профілю шару ґрунту, що обробляється. Їх залучення до біологічного кругообігу речовин зумовлене, з одного боку, міцністю зв'язку з частинками ґрунту, а з другого — здатністю поглинатися корінням рослин.

Щодо здатності коріння рослин поглинати радіоактивні речовини, то вона визначається багатьма факторами водночас: специфікою виду, розвитком кореневої системи, фазою розвитку, фізіологічним станом рослин, вологістю ґрунту, наявністю в ньому поживних речовин. Поглинання радіонуклідів грунтом та рослинами значною мірою затримує їх вимивання і перенесення до ґрунтових вод, вони фіксуються біля поверхні ґрунту у зоні розміщення основної маси коріння.

Поглинання радіоактивних речовин корінням, переміщення їх по рослині і розподіл по окремих органах значною мірою зумовлені їх хімічними властивостями. Як зазначалось, радіонукліди цезію та стронцію мають багато подібного відповідно з калієм і кальцієм — елементами, які відіграють важливу роль у мінеральному живленні рослин, і саме вони надходять до рослин з ґрунту у найбільших кількостях.

Розподіл радіонуклідів у надземних частинах рослини відбувається також по-різному. Близько половини їх кількості нагромаджується в стеблі (це властиве не тільки для пшениці, яка розглядається як приклад, а й для інших злаків, зернобобових та багатьох інших культур) . Значно менше радіонуклідів потрапляє в листя. Ще менше — в колосся і лише кілька відсотків у зерно. Отже, можна виявити закономірну залежність: чим далі по транспортному ланцюжку від коріння знаходиться орган, тим менше радіоактивних речовин він нагромаджує. У випадку із зерновими й зернобобовими культурами, основною продукцією яких є зерно, ця залежність позитивна. Отже, за характером надходження радіоактивних речовин до рослини через коріння і нагромадження в окремих органах їх можна поділити на дві групи:

· радіонукліди, які надходять і нагромаджуються у надземних частинах рослин;

· радіонукліди, які надходять порівняно повільно і концентруються переважно у корінні і які незначно переміщуються в надземні органні

Кількість радіоактивних речовин, що надійшли в рослини з ґрунту, знаходиться у прямо пропорційній залежності від кількості їх у грунті.

Надходження радіонуклідів у організм сільськогосподарських тварин.

Надходження радіоактивних речовин у організм сільськогосподарських тварин відбувається через органи травлення і дихання, а також крізь шкіру. Аеральний шлях надходження, тобто через органи дихання, має значну питому вагу лише в період випадання радіоактивних опадів. Незначним є також проникнення радіоактивних речовин крізь шкіру. Основним шляхом їх надходження у тваринний організм слід вважати оральний, тобто з кормами.Значно менше надходить їх з водою. Частка радіоактивних речовин в організмі тварин не відрізняється від частки звичайних стабільних хімічних елементів, які входять до складу кормів. Надходячи до органів травлення, кормові продукти піддаються механічній, хімічній і біологічній обробці, перетворюючись на сполуки, які можуть бути засвоєні організмом. У процесі метаболізму радіоактивних речовин в організмі тварин розрізняють два етапи.

Радіоактивні речовини разом з кров'ю надходять в органи і тканини тварини, де частково затримуються, вибірково концентруючись в окремих органах. Але більшість їх відразу виводиться з організму.

Частка радіоактивних речовин, що беруть участь в обміні, неоднакова. Як правило, вони затримуються у тих тканинах і органах, у складі яких є стабільні елементи з аналогічними хімічними властивостями. Оскільки хімічний склад тканин більшості видів сільськогосподарських тварин вивчений досить добре, можна передбачити, до яких органів потрапить той чи інший радіонуклід.

Розрізняють три головних типи розподілу радіоактивних речовин в організмі ссавців:

· скелетний;

· ретикулоендотеліальний;

· дифузний.

Скелетний тип властивий насамперед для радіоактивних елементів лужноземельної групи, головними представниками якої є радіонукліди кальцію і його хімічного аналогу — стронцію. У мінеральній частині скелета нагромаджуються також радіонукліди барію, радію, плутонію, урану. Ретикулоендотеліальний розподіл властивий для радіонуклідів рідко земельних металів: церію, празеодиму, прометію, а також цинку, торію і трансуранових елементів; дифузний — для радіонуклідів лужних елементів: калію, натрію, цезію, рубідію, а також водню, азоту, вуглецю, полонію та ін.

Ступінь радіаційного впливу інкорпорованих радіоактивних речовин на окремі органи і в цілому на тварину залежить від строку перебування їх в організмі. Деякі з них, що приєднуються до процесу обміну в тканинах, які швидко метаболізують, можуть протягом короткого часу виводитися з організму разом з продуктами метаболізму.

Слід зазначити, що і для ссавців тривалість періоду напіввиведення радіонукліда значною мірою залежить від характеру метаболізму. Так, для людини залежно від віку період напівиведення ¹³⁷ Сs коливається від 30 днів у дітей до 90 днів у людей похилого віку, а ⁹⁰Sг — від 25 до 70 років. У таблиці наведено середні значення відповідно 70 діб і 50 років.

Важливим завданням сільськогосподарської радіоекології є прогнозування надходження і нагромадження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини та організм тварин з метою розробки заходів щодо запобігання їх міграції. Для цього треба реально уявляти рівень і характер радіоактивного забруднення на тій чи іншій території, а також мати певні довідкові дані щодо закономірностей переходу окремих радіоактивних елементів у рослини, з урахуванням їх специфіки, типу ґрунту, забезпеченості його поживними речовинами, видом культури. Існує багато й інших факторів, які важко врахувати й контролювати, хоча вплив їх на надходження радіоактивних речовин у рослини може бути дуже значним. До них насамперед належать погодні умови року, від яких залежать стан і рухомість радіонуклідів у грунті (опади), швидкість їх надходження у рослини (з урахуванням опадів, вітру, температури повітря), інтенсивність нагромадження рослинами біомаси (залежно від опадів, температури, інсоляції.)

3.1.4. Основні принципи організації ведення сільського господарства на забруднених радіонуклідами територіях.

Ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами територіях має здійснюватись згідно з положеннями концепції проживання населення на території України з підвищеними рівнями радіаційного забруднення внаслідок чорнобильської катастрофи, з додержанням норм радіаційної безпеки і основних санітарних правил і забезпечувати виробництво продуктів харчування, вміст в яких радіоактивних речовин не перевищує допустимих рівнів.

У господарствах, розміщених на забруднених радіонуклідами територіях, насамперед треба вирішувати такі завдання:

1. Виробництво сільськогосподарської продукції, споживання якої без обмежень не призведе до перевищення середньорічної ефективної еквівалентної дози опромінення людини 5 мЗв (0,5 бер) на рік понад дозу, яку вона отримала у перед аварійний період.

2. Впровадження у виробництво заходів щодо зменшення вмісту радіонуклідів у продукції до рівня, що не перевищує встановлених норм, з урахуванням їх економічної доцільності.

3. Проведення протиерозійних заходів запобігання міграції радіонуклідів на незабруднені угіддя, у водойми, на території населених пунктів тощо.

Ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами територіях повинно розглядатись як ведення повноцінної галузі господарства, а не тільки як засіб збереження інфраструктури села. Воно має бути спрямованим на виробництво усіх видів продукції, що відповідають радіологічним параметрам допустимого вмісту радіонуклідів. Це забезпечують насамперед такими заходами:

• підвищенням загальної культури ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених територіях з дотриманням заходів радіаційної безпеки;

• перепрофілюванням напрямів сільського господарства на забруднених територіях, що запобігає виробництву деяких видів продукції з підвищеним вмістом радіонуклідів;

• проведенням меліоративних робіт, основною метою яких є зниження вмісту радіонуклідів у продукції рослинництва і тваринництва.

Якщо впровадження цих заходів не забезпечує виробництва продукції, що відповідає санітарно-гігієнічним нормативам, ведення сільськогосподарського виробництва на цій території припиняється.

Виведені із сільськогосподарського обороту угіддя можна заліснити. Це дасть змогу у майбутньому використати продукцію, і насамперед деревину, а також деякою мірою обмежити міграцію радіонуклідів із забруднених зон.

Максимальне зменшення поширення радіоактивних речовин за межі забрудненої зони — дуже важливий принцип ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами територіях. Для цього проводять заліснення і різні меліоративні роботи, причому ці заходи не повинні істотно змінювати родючість ґрунту, якість продукції рослинництва і тваринництва і призводити до інших небажаних наслідків.

До раціонального мінімуму має бути зведене вивезення сільськогосподарської продукції за межі забрудненої зони, хоч це і не повинно бути перешкодою для використання за межами зони продукції, в якій концентрація радіонуклідів відповідає санітарно-гігієнічним нормативам.

Важливою умовою успішної організації ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами територіях і реалізації заходів, що зменшують нагромадження радіоактивних речовин в продукції, є забезпеченість сільськогосподарських підприємств і установ радіологами високої кваліфікації, а також знання спеціалістами основ сільськогосподарської радіобіології і радіоекології.