Радионуклиды в почве и растениях

В последние годы в связи с обострением вопроса о здоровом питании большое внимание уделяется радиационной безопасности продовольственного сырья и продуктов питания. Развитие жизни на Земле всегда происходило в присутствии радиационного фона окружающей среды. Однако при ведении сельскохозяйственного производства необходимо тщательно учитывать состав почв. Одним из важнейших показателей является загрязнение радионуклидами.

Важнейшая проблема сельского хозяйства в условиях загрязнения почвы радиоактивными элементами – максимально возможное снижение поступления этих веществ в растениеводческую продукцию и предотвращение накопления их в организмах сельскохозяйственных животных. Решение этой задачи связано с комплексом мероприятий, которые необходимо проводить в сельском хозяйстве.

Радионуклиды могут попадать в растения либо через вегетативные органы (аэральный путь поступления), либо через корневую систему (корневой путь).

— Аэральное поступление наиболее значимо при радиоактивном загрязнении воздушной среды. При аэральном загрязнении на наземные органы растений оседают частицы радиоактивных аэрозолей, топлива и пр. На поверхности листьев радионуклиды могут находиться в свободном или сорбированном состоянии, — рассказывают специалисты Алтайского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна». — Далее процесс выглядит следующим образом. Водорастворимые формы поступают с водой через цитоплазму в клетки основной ткани, через стенки клеток и межклеточники, через клетки, расположенные над поверхностью жилок, через устьица. Поступление через устьица усиливается на свету, когда они открываются при дыхании. После проникновения в листья часть радионуклидов остается в них, а часть разносится по растению и накапливается в других органах. Продвижение радионуклидов по растению зависит от физико-химических свойств веществ, содержащих радиоактивные элементы и в меньшей степени – от биологических особенностей растений. Наиболее активно продвигается по растению цезий, являющийся аналогом калия, тогда как стронций и рутений концентрируются в листьях в небольших количествах. Переход этих радионуклидов из листьев в генеративные органы в десятки раз меньше, чем цезия.

При попадании радионуклидов в почву преобладает корневой путь поступления. Но радионуклиды, осевшие на почву в составе различных выпадений, могут подниматься ветром или дождем и перемещаться таким образом на растительность. Это явление называется вторичным радиоактивным загрязнением растений. Вторичное загрязнение, как правило, происходит при пыльных бурях, при горении лесов, торфяников, а также в процессе сжигания послеуборочных остатков. Интенсивность загрязнения оценивается по величине коэффициента ветрового подъема – отношения концентрации радионуклида в воздухе на высоте 1 м к плотности поверхностного загрязнения почвы. Его величина зависит в основном от состояния атмосферы (плотности, температуры, давления, влажности, скорости движения воздуха над поверхностью почвы), от свойств почвы (влажности, плотности, структуры), от хозяйственной деятельности человека (обработка почвы, выпас скота и т. д.), от вида растительности и рельефа.

Усвоение радионуклидов корнями растений подобно усвоению необходимых элементов питания. Главное отличие состоит в том, что радионуклиды находятся в почве в низких концентрациях, а элементы питания – в более высоких. Основное количество радионуклидов извлекается корнями из почвенного раствора, а также из почвенно-поглощающего комплекса, с частицами которого тесно контактируют корневые волоски, или зона поглощения корня.

Первичное удержание и последующие процессы потери радиоактивности зависят от многих факторов, в том числе от размера частиц и вида выпадений, плотности растительного покрова, морфологии растений, урожайности, метеорологических условий во время и после выпадения радиоактивных осадков и т. д.

— Максимальные потери радиоактивности происходят в ветреную и дождливую погоду. Потери радиоактивности растениями, обусловленные всеми факторами, кроме радиоактивного распада, называют полевыми потерями радиоактивности. Скорость удаления радиоактивных веществ с растительного покрова характеризуется периодом полупотерь, т. е. временем, за которое смывается дождем и сдувается ветром 50 % активности. Максимальные потери радиоактивности происходят в первые 2–3 суток, а всего за 7 суток она снижается на 70–90 %. Потери фиксированных радионуклидов мало зависят от погодных условий и определяются свойствами радионуклидов и биологическими особенностями растений. Период полупотерь для слабозакрепленной фракции йода-131 составляет 14 суток, цезия-137 – 14 суток, стронция-90 – 5 суток, а для прочнозакрепленных фракций этих радионуклидов – соответственно 27, 90 и 70 суток, — отмечают специалисты Алтайского филиала Центра оценки качества зерна.

К основным показателям, от которых зависит величина накопления радионуклидов, относятся:

– погодно-климатические условия;

– физико-химические параметры почвы;

– биологические особенности растений;

– агротехника возделывания;

– свойства радионуклидов;

– формы нахождения радионуклидов в почве.

Для снижения концентрации радионуклидов в почве используются агротехнические и агрохимические мероприятия.

Один из способов – заделка загрязненного слоя плантажным плугом с предплужником на глубину 60–70 см с одновременным окультуриванием вывернутого на поверхность глубинного горизонта почвы. Это позволяет снизить содержание радионуклидов в урожае в 5–7 раз. Но такой способ требует значительных затрат и трудноосуществим на больших площадях.

Существует менее затратный способ. В конце лета или осенью вспашку почвы под посев озимых культур и зяблевую вспашку после уборки культур сплошного посева проводят без лущения стерни плугами с предплужниками на 4–5 см глубже обычной вспашки. А на следующий год вспашку проводят на меньшую, то есть обычную глубину, не затрагивая загрязненного слоя почвы.

Наиболее простой и дешевый агротехнический прием – подбор культур и сортов, отличающихся невысоким накоплением радионуклидов стронция и цезия. Озимые растения, при прочих равных условиях, накапливают их в 1,5–2,5 раза меньше, чем яровые. Скороспелые сорта – в 1,5–2 раза больше позднеспелых.

Важно учитывать, что бобовые накапливают в 2–5 раз больше стронция-90, чем злаковые культуры. А из зерновых культур кукуруза меньше всех депонирует стронций-90.

— Немаловажную роль играет размещение посевов в зависимости от типа почв. Так, клевер, горох, вику, усваивающие больше стронция-90, лучше сеять на тяжелых по механическому составу почвах. Более легкие почвы целесообразно отводить под культуры, поглощающие меньшее количество радиостронция, – овес, пшеницу, лен, злаковые, травы, — добавляют специалисты.

Все общепринятые агрохимические приемы (известкование почвы, внесение органических и минеральных удобрений) приводят не только к повышению плодородия почвы и урожайности культур, но и достаточно эффективны для снижения радиоактивной загрязненности растениеводческой продукции. Так, при внесении навоза, торфа и сапропеля загрязнение растений и урожая радионуклидами снижается в 1,5–2 раза. Под зерновые культуры обычно вносят до 20–30 т органических удобрений на гектар, а под пропашные – до 40–60 т. Защитный эффект от однократного известкования и удобрения почвы в больших дозах (200–300 кг действующего вещества на 1 га) сохраняется в течение 3–5 лет.

Осушение переувлажненных земель также является важным приемом снижения содержания радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур. Для большинства торфяных и минеральных заболоченных почв минимальное поглощение растениями радионуклидов достигается при уровне грунтовых вод 90–120 см от поверхности почвы. А вот подъем грунтовых вод до уровня 35–50 см от поверхности почвы приводит к увеличению накопления радионуклидов в 5–20 раз.

Наиболее эффективным приемом, ограничивающим поступление цезия в растение, признано внесение калийных и фосфорных удобрений. Азот же, наоборот, способен усиливать поступление цезия в растения. Внесение органических удобрений снижает поступление цезия в 2–3 раза. Усилению удержания радионуклидов почвами способствует внесение различных сорбентов (цеолиты, вермикулит, бентонит и пр.).

В 2023 году специалисты Алтайского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна» на радиологические показатели провели 23776 исследований в 4223 пробах зерна, продуктов питания, почв, масел и кормов. Испытания проводились как в рамках декларационных исследований, так и при экспортных поставках зерновых и масличных культур.