11.6.2. Поступление искусственных радионуклидов в растения¹

Поступление искусственных радионуклидов в организмы людей происходит главным образом с продуктами питания. Поэтому очень важную роль играет миграция радионуклидов по пищевой цепочке: почва - растения - сельскохозяйственные животные - человек.

АЭРАЛЬНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В РАСТЕНИЯ

Существует два пути поступления искусственных радионуклидов в растения: корневой и аэральный (некорневой). При аэральном поступлении радионуклиды в том или ином состоянии непосредственно оседают из атмосферы на надземные части растений. Удерживающая способность растительного покрова по отношению к выпадающим из атмосферы радиоактивным частицам или растворам зависит от различных факторов: плотности растительного покрова, морфологии растений (формы и размеров листьев, шероховатости их поверхности, ориентации листьев), форм и состояний поступающих радионуклидов, метеорологических условий во время выпадения (влажности, скорости ветра, наличия осадков и др.).

Доля радионуклидов, осевших на поверхности растений на единице площади, от общего их количества, выпавшего на эту площадь, называется первичным удерживанием. Так, первичное удерживание водорастворимых форм радионуклидов, выпавших с дождем, в несколько раз выше, чем удерживание частиц размером в несколько десятков микрометров. Различной способностью удерживать выпавшие из атмосферы радионуклиды обладают не только разные виды растений, но и разные органы и части одного растения. По данным указанных выше авторов, первичное удерживание водного раствора ⁹⁰Sr яровой пшеницей составило: для листьев 41%, для стеблей 18, для мякины 11 и для зерна 0,5%. У многих сельскохозяйственных культур ценные части, используемые человеком в пищу, хорошо защищены от аэрального поступления радионуклидов (зерновые, бобовые, корнеплоды). В то же время для ряда овощных культур (огурцы, томаты, капуста, салат и т.д.) аэральное загрязнение товарной продукции очень опасно.

При поступлении на поверхность растений ¹³⁷Cs не только механически загрязняет урожай, но и интенсивно проникает в ткани наземных органов растений, включается в метаболизм (обмен веществ), передвигается внутри растений и накапливается в урожае. Довольно интенсивно передвигается по растению поступивший

268

на его поверхность ¹³¹I. Радиоактивные изотопы стронция, рутения, церия, прометия в относительно небольших количествах могут включаться в метаболизм растений.

КОРНЕВОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В РАСТЕНИЯ

Корневое поступление радионуклидов определяется не только их биохимическими особенностями и наличием элементов-носителей, но и прочностью связи того или иного радионуклида в почве. Биохимические особенности радионуклидов хорошо видны при изучении их поступления из раствора по различию коэффициентов накопления КН (табл. 11.3). ¹³⁷Cs полностью поглощается из раствора. Поглощение ⁹⁰Sr ниже, но также составляет существенную долю (24%). ¹⁰⁶Ru и ¹⁴⁴Се растениями практически не поглощаются, а поглощение ⁶⁰Со не превышает 3%. Такие особенности поглощения радионуклидов из раствора определяются прежде всего поглощением элементов-носителей. Лучше всего поступает в растения биогенный элемент К, от которого и зависит хорошее поглощение радионуклидов Cs. На втором месте стоит поглощение Са, совместно с которым поступают радионуклиды Sr. Поглощение ⁶⁰Со связано с биогенным элементом Fe. Остальные радионуклиды не имеют носителей.

Таблица 11.3

Коэффициент накопления радионуклидов в зерне и соломе овса
(Анненков, Юдинцева, 1991)

Сходные закономерности определяют возможности перемещения радионуклида в растении (рис. 11.3). Легче других переходит из корневой системы в надземную часть ⁹⁰Sr, затем ¹³⁷Cs, в соответствии с подвижностью своих носителей. Ru и Се практически целиком остаются в корневой системе, так как не имеют биогенных элементов-носителей. Поступление радионуклида кобальта составляет около 10% и связано с перемещением Fe. Все указанные закономерности очень важно учитывать при корневом загрязнении растений (например, в районах, загрязненных в настоящее время в результате Чернобыльской аварии) в зависимости от того, какие части растения употребляют в пищу.

269

Рис. 11.3. Распределение радионуклидов между надземной частью и корневой системой (Анненков, Юдинцева, 1991)

Не менее важным фактором, определяющим степень загрязнения растений, является прочность связи радионуклидов в корнеобитаемом слое почв. Как мы видели в предыдущем разделе, прочность фиксации радионуклидов определяется составом почвы и геохимическими особенностями каждого радионуклида. Доступность радионуклидов для растений обратно пропорциональна прочности их связи в почве. Так, на почвах тяжелого гранулометрического состава с высоким содержанием физической глины и ила радионуклиды в меньшей степени доступны растениям, чем на почвах легкого механического состава, где радионуклиды закреплены менее прочно. Например, из дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы в растения поступает на порядок меньше ⁹⁰Sr, чем из супесчаной почвы. Особенно сильно влияет гранулометрический состав почв на поступление в растения радионуклидов Cs, которые находятся в почвах в составе глинистых минералов. Также проявляется и роль минералогического состава почвенных минералов. Возрастание монтмориллонитовой группы в составе глинистых минералов снижает поступление радионуклидов в растения. То же самое относится и к концентрации в почве Са и гумуса. Из табл. 11.3 хорошо видно, что слабее всего растения поглощают радионуклиды из черноземов. Отсюда становится понятным, почему при одном и том же уровне загрязнения почв наиболее загрязненными оказываются растения на дерново-подзолистых супесчаных почвах. Далее загрязненность снижается по мере перехода к дерново-подзолистым суглинистым почвам, серым лесным и сероземам. Наиболее низкий уровень загрязнения растений будет на черноземах.

В связи с различием прочности связи отельных радионуклидов в почвах одного и того же состава поступление их в растения из почв заметно отличается от поступления из раствора. Так, если ¹³⁷Cs полностью поглощается растениями из раствора, то его поступление из почвы не превышает 1% и сходно с поступлением таких малоподвижных радионуклидов, как Ru, Се, Рm, ⁶⁰Со. Лишь ⁹⁰Sr, обменно связанный в почвенном поглощающем

270

комплексе, поступает в растения в заметных количествах. Гидролитическая кислотность также существенно влияет на накопление радионуклидов, находящихся в форме катионов, особенно Sr и Cs. На кислых почвах, при прочих равных условиях, КН радионуклидов значительно выше, чем на нейтральных и слабощелочных. Внесение карбонатов Са, Na, К в кислую дерново-подзолистую почву снижает размеры накопления радионуклидов Sr и Cs в урожае. Особенно существенна роль Са: с увеличением количества обменного Са в почве поступление ⁹⁰Sr в растения уменьшается.

РОЛЬ ВИДОВЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСТЕНИЙ
В НАКОПЛЕНИИ ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ

Существует связь видовых особенностей растений с величинами коэффициентов накопления искусственных радионуклидов. Для радионуклидов Sr и Cs большую роль играет содержание их элементов-носителей. Растения, содержащие больше Са, накапливают в повышенных количествах ⁹⁰Sr, а растения, отличающиеся высоким содержанием К, легче накапливают и ¹³⁷Cs. Накопление этих радионуклидов в товарной части сельскохозяйственных растений наиболее интенсивно происходит в корнеплодах (столовая свекла, морковь) и бобовых культурах (горох, соя, вика), более слабо - в картофеле, плодах томатов и особенно в зерновых злаках. Более низкое содержание в клубнях картофеля по сравнению с корнеплодами объясняется тем, что клубень - это видоизмененный стебель, а корнеплод - видоизмененный корень (см. рис. 11.3).

Наиболее высокие уровни загрязнения имеют грибы. Величина КН ¹³⁷Cs у отдельных их видов может различаться в 50 раз. Наибольшее загрязнение было отмечено в свинушке, наименьшее - в белом грибе (Тихомиров, см.: Радиоактивное загрязнение природных сред, 1990).

Загрязнение древесной растительности радионуклидами, выпадающими из атмосферы, происходит в несколько этапов. На первом этапе загрязняется крона, которая может их удерживать достаточно долгое время и играет роль своеобразного фильтра. Затем начинается вертикальная и горизонтальная миграция радионуклидов под действием осадков, ветра и лесного опада. Продолжительность вертикальной миграции, в течение которой более 90% радионуклидов перемещается в лесную подстилку, в березовых насаждениях составляет около 1 года, а в хвойных - порядка 3 - 5 лет. Это связано с большей продолжительностью жизни хвои и большей шероховатостью ветвей хвойных деревьев.

271

Затем начинается процесс минерализации подстилки, вымывания из нее радионуклидов и проникновения их в почву.

После этого радионуклиды становятся доступными для усвоения корневыми системами растений. Время, в течение которого выпавший на крону радионуклид становится доступным для корней дерева, в лиственных лесах меньше, чем в хвойных. Так, 50% выпавшего ⁹⁰Sr будет доступно для корневого усвоения в березовом лесу через 4 - 5 лет, а в сосновом - через 8 - 9 лет, что связано со скоростью самоочищения крон и минерализации подстилки. Накопление этого радионуклида в надземной части ели в 6 - 7 раз выше, чем у сосны, так как корни ели имеют поверхностное расположение в наиболее загрязненном слое почв. Кроме того, ель характеризуется большей потребностью в Са, чем сосна. Наибольшее количество радионуклидов концентрируется в листьях, затем в хвое, коре, ветвях. Наименьшее количество накапливается в древесине. Среди основных радионуклидов легче всего поступает в надземную часть древесной растительности ⁹⁰Sr. KH для ¹³⁷Cs на порядок ниже. Кратность различия в содержании радионуклидов в древесине не превышает 2. Наибольшее содержание ¹³⁷Cs отмечено в древесине березы, наименьшее - в древесине сосны.

272