Радіонуклідного забруднення - агрохімія в сільському господарстві

Природні радіонукліди.Естественная радіоактивність грунтів викликається природними радіоактивними ізотопами, які завжди в тих чи інших кількостях присутні в грунтах і грунтоутворюючих породах. Природні радіонукліди підрозділяють на 3 групи. Перша група включає елементи, всі ізотопи яких радіоактивні: уран (238U, 235U), торій (232Th), радій (226Ra) і радон (222Rn, 220Rn). У другу входять ізотопи «звичайних» елементів, що володіють радіоактивними властивостями: калій (40K), рубідій (87Rb), кальцій (48Ca), цирконій (96Zr) і ін. Третю групу складають радіоактивні ізотопи, що утворюються в атмосфері під дією космічних променів: тритій (3H), берилій (7Be, 10Be) і вуглець (14C).

Для ліквідації наслідків забруднення грунтів важкими металами і радіонуклідами важливе значення мають запобіжні заходи. Це хімічна, фізико-хімічна та біологічна рекультивація грунтів. Хімічна меліорація заснована на утворенні малорозчинних, недоступних форм забруднюючих речовин для надходження в рослини. Фізико-хімічна рекультивація забезпечує безпеку рослинної продукції за рахунок поглинання рухливих форм радіонуклідів та важких металів вводяться або містяться в грунті адсорбентами. Біологічна меліорація пов'язана з внесенням в грунт органічних і біодобрив, які закріплюють токсичні речовини у вигляді складних комплексних з'єднань, недоступних для подолання клітинних мембран кореневої системи рослин. Застосування різних видів меліорації в комплексі представляє особливий інтерес при рекультивації грунтів, забруднених важкими металами та радіонуклідами.
При оранці поверхнево забруднених угідь відбувається перемішування радіонуклідів з грунтом всього орного шару. Поглинання і фіксація радіонуклідів ґрунтом ускладнює їх засвоєння кореневою системою. Тому надходження радіонуклідів з грунту в рослини в десятки разів менше, ніж з водного розчину, т. Е. Грунт служить потужним бар'єром на шляху міграції радіонуклідів по харчових ланцюжках.
Біологічна виборча здатність рослин до засвоєння різних хімічних речовин і відмінності фізико-хімічних властивостей радіонуклідів зумовлюють неоднакові розміри надходження окремих радіонуклідів з грунту в рослини (табл. 4.4).

Суттєве значення має також тривалість життя радіонуклідів, що забруднюють грунт. Довгоживучі радіонукліди, такі як стронцій-90 і цезій-137, створюють довготривалі джерела їх надходження в рослини, а, навпаки, короткоживучі, наприклад йод-131, з періодом напіврозпаду близько 8 діб, менш небезпечні для забруднення врожаю кореневих шляхом, оскільки за період від початку вегетації рослин до збирання врожаю він практично зникає в результаті радіоактивного розпаду.
Надходження радіонуклідів із ґрунту в рослини і накопичення їх в урожаї сільськогосподарських культур в значній мірі залежить від біологічних особливостей різних видів рослин, що може бути обумовлено специфікою їх мінерального живлення, розподілом кореневої системи, тривалістю вегетаційного періоду. Наведені в таблиці 4.5 дані дозволяють зіставити ступінь радіоактивного забруднення врожаю різних сільськогосподарських культур стронцієм-90 і цезієм-137 під час вступу їх з грунту в рослини. Досить чітко видно, що навіть в межах однієї групи культур (зернових злаків) відмінності в забрудненні зерна стронцієм-90 можуть досягати 50 разів (овес і кукурудза). За забруднення цезієм-137 ці відмінності значно менше. Найвищим накопиченням радіонуклідів відрізняються бобові рослини, в т. Ч. Горох. У зерні кукурудзи, проса, рису накопичуються мінімальні кількості стронцію-90, проте за змістом цезію-137 рис наближається до бобових культур. Надземні вегетативні органи забруднюються стронцієм-90 приблизно в 10 разів, а цезієм-137 в 3-5 разів більше, ніж зерно, плоди, бульби, коренеплоди. Дуже високим радіоактивним забрудненням відрізняються кормові трави.
Відмінності між сільськогосподарськими культурами по накопиченню цих речовин в урожаї можуть бути використані для зниження радіоактивного забруднення одержуваної продукції. Необхідно використовувати для обробітку такі культури і сорту, в урожай яких надходить мінімальна кількість радіонуклідів.
Радіоактивні речовини, що осіли на поверхню грунту, вступають у взаємодію з грунтовими частинками, і грунт, як основний компонент агроценозу, справляє визначальний вплив на міграцію радіонуклідів по біологічним ланцюжках. Відомо, що грунт - хороший поглинач для радіонуклідів. Поглинання радіонуклідів відбувається відразу ж при контакті їх з грунтом. Різні грунти мають неоднаковою здатністю до поглинання радіонуклідів, але в цілому поглинається не менше 50%, а в багатьох випадках значно більше. Так, при внесенні в дерново-підзолисті супіщану грунт розчинних форм радіонуклідів було поглинуто 66% стронцію-90, 98% цезію-137, 98% церію-144, 94% кобальту-60, 49% рутенію-106. Ще сильніше радіонукліди поглинаються чорноземної грунтом: стронцій-90 - 96%; цезій-137 - 100; церій-144 -100; кобальт-60 - 91; рутеній-106 - 61%.

Природа застосовуваних сорбентів істотно впливає на здатність рослин акумулювати 137Cs та 90Sr. Більш високий рівень накопичення радіонуклідів характерний для амаранту, він більш ніж в 2 рази перевищує той же показник для гірчиці.
Виявлено вплив сорбентів на біодоступність стронцію для різних видів рослин. Відомо, що стронцій в грунті на 70-90% знаходиться у водорозчинній формі, доступній для рослин, тоді як цезій в більшій мірі пов'язаний мінеральними компонентами грунту.

Більш високу біодоступність стронцію, в порівнянні з цезієм, підтверджують експериментальні результати (рис. 4.2). Внесення вугле-цеолітової суміші ще в більшій мірі підвищує ступінь накопичення 90Sr.
Внесення в прикореневу зону сорбентів впливає на винос радіонуклідів з грунту фитомассой. Підвищення концентрації радіонуклідів в фитомассе обох видів рослин зазначалося при внесенні в грунт ЕДТА, вугілля і особливо суміші вугілля з цеолітом (1: 1).
Концентрація радіоцезію в коренях гірчиці вище, ніж в надземної частини, тоді як для амаранту характерна зворотна залежність (рис. 4.4), що обумовлено їх біологічними особливостями. Причиною цього можуть бути різні умови поглинання Cs в різних органах рослин через неоднакового характеру поверхонь, на яких відбувається сорбція і десорбція Cs, а також відмінності в складі водорозчинних солей і ступеня їх дисоціації в розчинах.