Обєкти та методи проведення дослідження

Обєкт дослідження

Дослідження з вивчення міграції ¹³⁷Сs та ⁹⁰Sr в трофічному ланцюзі ґрунт – пасовищна трава – молоко корів проводились в межах населених пунктів Народницького району Житомирської області, населення якого в 1991 році було евакуйоване. Протягом перших після евакуації років 75 чоловік повернулись і постійно там проживають.

Для виконання завдань досліджень екологічного та радіоекологічного моніторингу були виділені і огороджені стаціонарні ділянки розміром 300м² на двох природних пасовищах, які розташовані в межах населеного пункту в заплавній частині р.Уж і використовуються місцевим населенням для випасу худоби та заготівлі кормів. Кожен стаціонар був розділений на 50 мікроділянок розміром 2х3м.

Пасовище 1 характеризується тривалістю затоплення менше 20 діб у весняний паводковий період. Ґрунти дернові, глеєві, супіщані на прісноводних суглинках. Травостій представлений рослинами різних родин. Врожайність зеленої маси коливається в межах 100-120 ц/га, середня щільність забруднення ґрунту ¹³⁷Cs становить 1700 кБк/м².

Пасовище 2 характеризується тривалістю затоплення до 50 діб. Ґрунти дернові, глеєві, легкосуглинкові на алювіальних відкладах. Травостій використовується для випасу тварин і представлений рослинами різних родин. Врожайність зеленої маси коливається від 50 до 75 ц/га, середня щільність забруднення ґрунту ¹³⁷Cs становить 350 кБк/м².

Дослідження вертикальної міграції радіонуклідів в природних умовах виконувались на екосистемній ділянці заплави річки Уж с. Христинівка за загальноприйнятими методиками. В кожній заплаві виділяли заплавні екологічні підсистеми (ЗЕП). Ґрунтові розрізи закладали в такій послідовності: прируслова ® центральна ® притерасна частина екологічної підсистеми заплави.

Для визначення щільності забруднення ґрунту ¹³⁷Cs та коефіцієнтів переходу (КП) радіонуклідів з ґрунту в травостій відбирались проби за загальноприйнятими методиками.

В зразках ґрунту визначали: вміст гумусу – за Тюріним; рН – в розчині КСL, калій та фосфор – за Кірсановим.

Відбір середніх зразків ґрунту та рослинності проводили по циклам стравлювання: перший відбір в другій декаді травня, другий через 20-30 днів, третій та четвертий через 30-40 днів від попереднього при досягненні висоти травостою 10-15см. Упродовж пасовищного періоду в залежності від ділянки відбір зразків (кількість укосів) проводився від 1 до 4 раз.

Проби молока відбирались від 8 корів приватного сектору, що випасались на пасовищах. Перед проведенням радіоспектрометричних досліджень молоко висушувалось на кріофільному обладнанні „ВЕТА–1” німецької фірми CHRIST.

Дослідження міграції ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr в елементи лісових екосистем проводились в районі сіл Липські Романи, Журба, Деркачі Овруцького району Житомирської області. Район досліджень займає площу приблизно 50 кв. км і характеризує типові лісоpослинні умови лісових екосистем Полісся. Щільність забруднення території ¹³⁷Cs неоднорідна – від 25 до 850 КБк/м².

В районі досліджень проводився відстріл косуль з метою визначення коефіцієнтів переходу ¹³⁷Cs в м’ясо тварин та відбір вмісту рубця для визначення ботанічного складу раціону.

Коефіцієнт переходу (КП) визначали як відношення активності радіонукліду в одиниці сухої (або з природною вологою) маси рослинного матеріалу до його активності, яка припадає на одиницю площі поверхні ґрунту:

КП = Концентрація в рослині, Бк/кг / щільність забруднення ґрунту, кБк/м² .

Для характеристики переходу радіонуклідів між двома трофічними рівнями використовували агрегований коефіцієнт переходу (КПаг), або коефіцієнт пропорційності:

КП _аг = Бк/кг с.р.(молоко) / кБк/м² (ґрунт).

Дослідження забруднення прісноводної риби ¹³⁷Cs проводились у водой­мах р. Уж. За загальноприйнятими методиками.

Дозові навантаження визначали шляхом встановлення середньорічного споживання риби населенням та її активності за ¹³⁷Cs. При проведенні розрахунків використовували дозовий коефіцієнт – 14 нЗв на кожний бекерель спожитий людиною протягом року. Даний коефіцієнт рекомендований Міжнародним комітетом з радіаційного захисту (МКРЗ).

Особливості формування доз опромінення населення за рахунок критичних ландшафтів вивчались в Народицькому районі.

Дана частина досліджень передбачала такі етапи:

Перший – збір даних про демографічний стан населення с. Христинівка. Він здійснювався шляхом проведення опитування і групування населення по віку, статі, особливостям ведення власного підсобного господарства.

Другий – визначення особливостей формування доз внутрішнього опромінення. Структура раціонів населення визначалась за результатами обліку рівнів споживання різних харчових продуктів згідно з даними «Протоколів опитування». Дози внутрішнього опромінення визначали фахівці Коростенського міжрайонного медичного діагностичного центру /м. Коростень/ методом прямих вимірювань ¹³⁷Cs в тілі мешканців на мобільній пересувній ЛВЛ- дозиметрії з вмонтованим приладом типу – WBC – 101.

Третій – визначення доз зовнішнього опромінення проводили за допомогою індивідуальних дозиметрів два рази на рік, в літній (червень) та зимовий (січень) періоди.

Використовували дозиметри термолюмінесцентні універсальні типу DTU- 01 з термолюмінесцентним детектором на основі LiF.

Біометричну обробку результатів досліджень проведено методами варіаційної статистики відповідно до Н.А. Плохінського (1969), Е.К. Меркурьєвої, Н.Н. Шагіна-Березовського (1983) з використанням стандартного пакету прикладних статистичних програм „Microsoft Office Excel 2003” та „Statistіca 5.0 for Windows”.

Методи дослідження

Основними методичними принципами методології для розрахунку і обґрунтування чисельних значень нормативів на віддалений період після катастрофи були наступні:

- аналіз літературних даних та існуючих методичних підходів до нормування вмісту радіонуклідів у продуктах харчування, питній воді та посилення існуючих нормативів;

- вміст радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr у сировині тваринного та рослинного походження мають забезпечити вироблення продуктів харчування тваринного та рослинного походження з гарантованим дотриманням державних допустимих рівнів вмісту радіонуклідів у кінцевих продуктах харчування з метою дотримання річної межі дози внутрішнього опромінення людини 1 мЗв;

- нормування з урахуванням реально досягнутих рівнів вмісту радіонуклідів цезію й стронцію в продуктах харчування;

- використання співвідношення вмісту радіонуклідів в окремих сільгосппродуктах;

- врахування характерного для даного періоду часу раціону харчування тварин;

- стимуляція створення та дотримання виробниками необхідних умов для одержання чистої продукції.

Розрахунки допустимих рівнів для кожного із видів сировини проведені з врахуванням його відносної ролі: в надходженні певного радіонукліда по харчовому ланцюгу в організм людини на підставі статистичного аналізу даних про вміст радіонуклідів у продуктах харчування в різних місцевостях.

Продукт (сировина, корми тощо) придатний до реалізації і споживання, якщо виконується співвідношення:

, (3.1)

де, С_cs і С_sr – результати вимірів питомої активності радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr в даному виді сировини;

ДР_cs і ДР_sr – розроблені нормативи вмісту ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr для даного виду сировини, кормів тощо.

У випадку, якщо реалізація продукту заборонена.

, (3.2)

Аналіз літературних даних та існуючих методичних підходів до нормування вмісту радіонуклідів в продуктах харчування, питній воді в Україні після Чорнобильської катастрофи показав, що в гігієнічному нормуванні радіонуклідів чорнобильського викиду Росії та Республіки Білорусь так само, як і в Україні, відмічається тенденція до мінімізації дози внутрішнього опромінення. Нормативи Республіки Білорусь більш жорсткі, ніж в Україні, російські нормативи – менш жорсткі. Значення допустимих рівнів вмісту ¹³⁷Cs у молоці та молочних продуктах співпадають з вітчизняними, для м’яса вони нижчі, для овочів, круп та хлібопродуктів – вищі. Допустимий вміст ⁹⁰Sr також наближений до наших нормативів, але за деякими позиціями їх перевищує.

У Євросоюзі на сьогоднішній день діють максимально допустимі рівні питомої активності ¹³⁷Cs у молоці і молочних продуктах до 370 Бк/л, а у всіх інших продуктах – 600 Бк/кг, л. [2]. Варто зазначити, що дані нормативи в основному спрямовані на контроль експортно-імпортних операцій між країнами Євросоюзу. Кожна країна може вводити свої обмеження, якщо це вважається доцільним. Введення нормативів на ⁹⁰Sr вважається недоцільним, виходячи з реальної радіаційної ситуації в країнах ЄС.

Чинними державними гігієнічними нормативами України встановлені допустимі рівні вмісту радіонуклідів лише в продуктах харчування і воді, а також тій сировині, що безпосередньо використовується для виготовлення продуктів харчування для людини. Більш того, існуючі допустимі рівні на молоко і молочні продукти не враховують закономірностей переходу радіонуклідів у процесі переробки молочної сировини, що може спричинити ситуацію, коли молоко-сировина відповідає встановленим нормативам, а забрудненість сирів, наприклад, може значно перевищувати допустимі нормативи і вони підлягатимуть утилізації.

Але безпека продуктів для споживачів залежить від ефективності контролю допустимих рівнів не тільки в готових продуктах харчування, а й по всій довжині харчового ланцюга: від виробництва – до споживача. В цьому ланцюгу важливою ланкою, яка підлягає контролю, є сировина. Тобто, як показує практика, необхідне проведення радіологічного контролю не тільки готової продукції, але й напівфабрикатів і сировини тваринного й рослинного походження. Нормативів для ветеринарної медицини, які, в основному, забезпечують контроль не тільки продуктів харчування, але й сировини та кормів для тварин, не існує. Це створює певні труднощі для проведення радіаційного контролю, а у ряді випадків і великі матеріальні збитки при вибраковуванні продукції, що не відповідає чинним нормативам.

Розроблення і впровадження нормативного документу, що обмежує вміст радіонуклідів у сировині рослинного і тваринного походження та кормах, дозволило б уникнути проблем із сертифікацією та реалізацією тваринницької сировини для її подальшої переробки у готові продукти харчування, оптимізувати систему контролю якості на переробних підприємствах та використання сировини рослинного і тваринного походження, що вироблена на забрудненій радіонуклідами території.

Як правило, на територіях, де дозволяється вести сільськогосподарське виробництво і застосовувати агротехнічні та агрохімічні заходи, що зменшують надходження радіонуклідів у рослини, продукція рослинництва (сировина) спеціальних засобів дезактивації не потребує. Зернові культури характеризуються невисоким накопиченням радіоцезію в урожаї [3]. Виключенням є овес і гречка, коефіцієнти накопичення радіонукліду в зерні яких дорівнюють, відповідно 0,52-0,96 і 1,42-1,43 (Бк/кг)/(кБк/м²). В зв’язку з цим максимальна допустима щільність забруднення ґрунту під гречкою, що дає можливість отримати зерно, яке відповідає ДР – це 260 кБк/м². Очистка структурно забрудненої радіонуклідами сировини, як правило, малоефективна (наприклад, при кореневому надходженні радіонуклідів у рослини). Близько половини абсолютної активності цезію, що міститься в цілому зерні, після помолу залишається в борошні. Питома активність радіонукліду в висівках у два і більше рази перевищує вміст у цілому зерні. У висівках активність цезію більш, ніж в 2 рази вища, порівняно із вмістом у цілому зерні, що спричиняє додатковий внесок у забруднення продуктів харчування людини та формування додаткового опромінення.

Після переробки цукрового буряку на цукор вдається практично повністю позбавитися ⁹⁰Sr, а вміст ¹³⁷Cs значно знижується. Високого ступеня очистки досягають в основному за рахунок додавання Са(ОН)₂ і утворення осаду СаСО₃ [4].

За етапами технологічного процесу переробки картоплі досліджено розподіл радіонуклідів у відходах виробництва (макуха і сокові води) та кінцевому продукті (крохмалі) з метою визначення можливості подальшого використання продуктів у народному господарстві. Найбільша кількість початкової активності радіоактивного цезію знаходиться у макусі, менша – у крохмалі, найменша – у соковій воді. Однак, найбільше зменшення питомої активності характерне для крохмалю (6-8 разів), а для макухи вона фактично не змінюється.

Орієнтовні розрахунки і експериментальні дані свідчать про те, що на більшій частині забруднених територій річна доза опромінення населення на 90-95 % формується за рахунок радіонуклідів, що надходять в організм людини з продуктами харчування. Серед останніх особливе місце займають молоко, м’ясо, риба і продукти їх переробки, які транспортують в організм людини більше 60 % радіонуклідів.

Результати радіологічної експертизи зразків молока, що отримані радіологічними службами Волинської, Житомирської, Київської, Рівненської і Чернігівської областей, показують, що ще й досі від 11 % до 14 % досліджених зразків молока мають активність ¹³⁷Cs, що перевищує діючий допустимий рівень – 100 Бк/л. Більшість цих зразків були відібрані в індивідуальному секторі, де молочна худоба випасається на ділянках з високими рівнями забруднення, а також на територіях, ґрунти яких обумовлюють велику біологічну доступність ¹³⁷Cs для травостою. Тому проблема формування колективної дози ¹³⁷Cs за рахунок забруднення молока залишається досить актуальною.

На перехід ¹³⁷Cs з молока у продукти його переробки впливають ті технологічні процеси, що викликають кількісні і якісні зміни водної фази. В зв’язку з цією обставиною одним з найбільш доступних і ефективних шляхів зниження його надходження у раціон харчування населення, є переробка забрудненого молока у продукти, технологія виробництва яких заснована на глибоких кількісних і якісних змінах водної фази, тобто, дозволяє видаляти ¹³⁷Cs з побічними продуктами переробки (знежиреним молоком, сколотинами, сироваткою), а також із промивними водами та розсолом. До основних видів таких продуктів відносяться вершки, масло, натуральні сири і харчовий казеїн. У загальному вигляді перехід радіоактивного цезію з молока (сировини) у продукти його переробки можна розкласти в наступний ряд (у процентному співвідношенні): молоко цільне – 100 %, молоко знежирене – 85 %, сир нежирний – 15 %, сир жирний – 10 %, сир натуральний – 8 %, плавлений – 7 %, казеїн харчовий – 5 %, масло - 2,5 %, топлене масло - 0,1 % і спирт із сироватки - 0,01 %.

Що стосується м’яса, то залежно від виду технологічної переробки частина радіонуклідів переходить у бульйон, розсіл або витяжку. Для харчування рекомендують використовувати вторинні бульйони: м’ясо і кістки промивають холодною водою, варять 3-5хвилин, бульйон зливають. Потім м’ясо і кістки знову заливають холодною водою і варять до стану готовності. Застосування цього заходу дозволяє у 8-10 разів зменшити вміст ¹³⁷Cs у готовому продукті. Після варки бульйону звичайним способом до нього переходить 77-87 % ¹³⁷Cs, а якщо м’ясо довести у воді до кипіння, то в бульйон перейде 68-75 % радіонукліду.

Довготривале зберігання м’яса у засоленому стані, з наступним його вимочуванням протягом 12 годин у проточній воді, дозволяє зменшити вміст ¹³⁷Cs у 1,5-3 рази.

Перетопка сала супроводжується видаленням 95 % ¹³⁷Cs у шкварки, в результаті чого концентрація радіонукліду в смальці знижується майже у 20 разів і стає приблизно у 100 разів меншою, ніж у м’ясі.

Радіаційне ураження, особливо ставкової риби, при екстремальних ситуаціях неминуче. У риби буде мати місце змішане опромінення. Внутрішнє опромінення виникає внаслідок надходження радіонуклідів з водою та кормами; зовнішнє – внаслідок випромінювання радіонуклідів, що знаходяться у воді, на дні водойми, у фіто- та зоопланктоні.

Зовнішнє опромінення дасть загальну рівномірно розподілену дозу, при внутрішньому розподіленні радіонуклідів у організмі риби буде мати місце така питома радіоактивність: у суміші внутрішніх органів депонується до 62 %, у плавцях – до 19 %, у голові із зябрами – до 11 %, у м’ясі – до 5 %, у кістяку – до 2 %. Приблизно через 6-8 місяців після надходження радіонуклідів загальна радіоактивність змінюється: в голові із зябрами вона зростає до 38 %, в кістяку – до 38 %, у суміші внутрішніх органів – до 18,2 %, у м’ясі – до 11,8 %.

Результати узагальнення накопичених даних щодо оцінки традиційних технологій переробки рослинної сировини, виробництва м’ясних і молочних продуктів дає можливість вилучити ¹³⁷Cs з побічними продуктами переробки під час технологічного процесу. Вивчення закономірностей поведінки радіонуклідів у харчовому ланцюгу «ґрунт – рослина – рослинна та тваринна сировина – корми для тварин та продукти харчування» дозволяє розробити актуальний для сьогоднішнього дня норматив вмісту радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr у сировині рослинного та тваринного походження.

рДля проведення радіоактивного доз було зібрано та проаналізовано дані з питомої активності ¹³⁷Cs в компартментах лісових екосистем. Методика відбору проб зразків базувалася на «Методичних рекомендаціях по оцінці радіаційного стану в населених пунктах», затверджених Українською міжвідомчою комісією радіаційного контролю забруднення природного середовища. Для проведення досліджень використовувалися стандартні методики та інструкції, прийняті для відбору зразків, їх підготовки та проведення лабораторних аналізів з використанням картосхем районів Житомирського Полісся.

Організація робіт з дозиметричної паспортизації НП передбачала:

а. відбір та доставку проб молока та картоплі, а також грошову компенсацію населенню вартості продуктів харчування;

б. виміри на вміст радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr у пробах молока та картоплі з подальшим перерахунком на питому активність вказаних радіонуклідів у цих продуктах харчування;

в. метрологічну повірку та ремонт приладів, на яких мають виконуватись виміри на вміст радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr у пробах молока та картоплі;

г. збір, вимірювання та відправлення 5 % проб на зовнішній контроль якості вимірювань тих проб, які пройшли процедуру місцевих лабораторних вимірювань;

д. обстеження населення за допомогою ЛВЛ.

До основних вимог і принципів побудови чорнобиль-орієнтованого ЕДМ-комплексу віднесені:

1. Можливість застосування на усій радіоактивно-забрудненій території (з різними радіоекологічними властивостями) та у широкому інтервалі часу.

2. Застосування параметрів та функцій, що прямо або опосередковано пов’язані з об’єктами постійного еколого-дозиметричного моніторингу.

3. Врахування вікових та професійних особливостей життєдіяльності населення України.

Гамма-спектрометричний аналіз проб проводився спектрометричним методом (ДСТУ 3743–98) на приладі СЕГ–005, детектор БДЕГ-63. Похибка вимірювання вмісту ¹³⁷Cs у зразках не перевищувала 15 %.

У роботах по вимірюванню вмісту ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr у пробах молока та картоплі були задіяні наступні організації, які мали Свідоцтва про атестацію аналітичних підрозділів на право здійснювати вимірювання у галузі визначення вмісту радіонуклідів, видані державними органами метрології та стандартизації і чинні протягом періоду проведення робіт з дозиметричної паспортизації. В якості додаткових джерел інформації були використані дані польових, стаціонарних та лабораторних досліджень, а також дані наукової літератури, матеріали, отримані з сільських та районних Рад, лісгоспів, СЕС, Державної агенції лісових ресурсів України та метод активного анкетування з використанням анкети опитування населення, розробленої у лабораторії радіоекологічного моніторингу Інституту агроекології і природокористування НААН.

Для з’ясування закономірностей формування дози внутрішнього опромінення населення використовували дані обстеження мешканців 86 населеного пункту Житомирської області. З метою підтвердження значення лісової екосистеми у формування дози опромінення обстежені пункти були розділені на дві групи за відстанню до найближчого лісового масиву: І – до 2,5 км., ІІ – більше 2,5 км. Для порівняння було обрано населені пункти Житомирської області, які знаходяться в четвертій зоні радіоактивного забруднення, мають схожі грунтово – кліматичні (ґрунтово-кліматичні) умови та щільність забруднення ґрунту.