Методы прогнозирования содержания стронция-90 в урожае, выращенном на загрязненной почве

Чтобы спланировать правильное использование загрязненных стронцием-90 почв, т. е. получить урожай, пригодный для употребления, следует воспользоваться одним из существующих методов прогноза возможного содержания стронция-90 в урожае сельскохозяйственных культур при выращивании их на загрязненных почвах. При использовании приведенных ниже методов необходимо помнить, что при расчете содержания стронция-90 в почве учитывается не весь стронций-90, а| только его обменная часть, т. е. растворимое количество.

1. Расчет с помощью коэффициента накопления

Коэффициент накопления (КН) представляет собой отношение содержания стронция-90 в единице массы растительной продукции к содержанию изотопа в единице массы почвы:

КН = содерж. стронция-90 в 1 кг продукта / содерж. стронция-90 в 1 кг почвы

Таблица 7

Средняя величина коэффициента накопления для основных сельскохозяйственных культур

Культура Дерново-подзолистые почвы Чернозем выщелоченный
Супесь Легкий суглинок Средний суглинок Тяжелый суглинок
Пшеница (зерно)

Картофель (клубни)

Столовая свекла (корнеплод)

Капуста (кочан)

Огурцы (плоды)

Томаты (плоды)

Клевер (сено)

Тимофеевка (сено)

0,70

0,35

1,20

0,90

0,35

0,14

20,00

7,00

0,35

0,17

0,58

0,50

0,17

0,17

11,00

3,50

0,20

0,10

0,34

0,22

0,10

0,04

6,00

2,00

0,12

0,06

0,20

0,16

0,06

0,02

4,00

1,20

0,06

0,03

0,10

0,07

0,03

0,01

2,00

0,60

Примечание: Коэффициент накопления для овощей приведен на сырую массу; для зерна и сена – при стандартной влажности.

При прогнозировании возможного содержания стронция–90 в сельскохозяйственных продуктах с помощью коэффициента накопления необходимо определить или рассчитать содержание его в 1 кг пахотного слоя почвы, а затем путем умножения этой величины на коэффициент накопления (табл.7) установить возможное содержание изотопа в 1 кг растительной продукции.

В табл. 8 приведены данные расчетов с помощью коэффициента накопления возможного содержания стронция-90 (в пикокюри на 1 кг продукта) в основных сельскохозяйственных культурах при плотности загрязнения почвы 1 кюри/км2 обменным (растворимым) стронцием-90. При большей или меньшей плотности загрязнения величины, приведенные в этой таблице, уменьшаются или увеличиваются в соответствующее число раз.

Таблица 8

Содержание стронция-90 в урожае растений при плотности загрязнения почвы в 1кюри/км2 (в пикокюри на 1 кг продукта)

Культура Дерново-подзолистые почвы Чернозем выщелоченный
Супесь Легкий

Суглинок

Средний

Суглинок

Тяжелый

Суглинок

Пшеница (зерно) 2310 1090 690 390 200
Картофель (клубни) 1150 560 330 190 100
Столовая свекла
(корнеплод) 3960 1910 1120 660 330
Капуста (кочан) 2970 1650 730 530 230
Огурцы (плоды) 1150 560 330 200 100
Томаты (плоды) 460 230 130 80 30
Клевер (сено) 66000 36300 36300 19800 6600
Тимофеевка (сено) 23100 11550 6600 3960 1980

Примечание. Содержание стронция-90 в овощах приведено на сырую массу

2. Расчет с помощью коэффициента дискриминации

Стронций-90 поступает из почвы совместно с кальцием и между ними в растении получается определенное соотношение, которое в большинстве случаев меньше, чем соотношение их в почве, т. е. стронция, как правило, переходит в растения несколько меньше, чем кальция. Отношение стронция к кальцию в любых объектах принято выражать в так называемых стронциевых единицах (с. е.). Одна с. е. равна пикокюри стронция-90 на 1 г кальция в любом продукте (1 с. е. = 1пикокюри стронция 90 / 1 г кальция).

Отношение стронциевых единиц в растениях к стронциевым единицам в почве принято| называть коэффициентом дискриминации (КД):

КД = с. е. в растении / с. е. в почве

В среднем для основных типов почв средней полосы европейской Российской Федерации коэффициент дискриминации можно принять равным 0,9 для вегетативных органов и 0,5 для зерна (табл.9).

Таблица 9

Средняя величина коэффициента дискриминации (КД)

Растения и части растения Значение КД
Вегетативная часть растений

В том числе травы

Зерно злаковых

Клубни картофеля

Корнеплоды столовой свеклы

Кочан капусты

0,9

0,9

0,5

0,9

1,0

0,8

В среднем для основных типов почв средней полосы европейской территории России коэффициент дискриминации можно принять равным 0,9 для вегетативных органов и 0,5 для зерна (табл.9)

Содержание стронция-90 в с. е. в почве рассчитывают образом: по данным радиометрических измерений плотность радиоактивного загрязнения почвы и с учетом процента растворимости радиоактивных осадков рассчитывают содержание стронция-90 в кюри на 1 кг пахотного слоя почвы. Затем определяют величину с. е. в почве путем деления количества обменного стронция-90 в пКи в 1 кг почвы на количество обменного кальция в граммах.

В табл. 10 приведены расчеты возможного содержания стронция (в с. е.) в основных сельскохозяйственных культурах на разных типах почв при плотности загрязнения почвы I кюри/км2 стронцием-90 (в обменной форме). При большей или меньшей плотности загрязнения почвы величины, приведенные в таблице, уменьшают или увеличивают в соответствующее число раз.

Таблица 10

Содержание стронция-90 в урожае растений, выраженное в с. е., при плотности загрязнения почвы в 1Ки/км2

Тип почвы Кальций (Са) в почве (мг-экв.100 г) С. е. в почве Содержание стронция-90 в растениях (с. е.)
Пшеница (зерно) Картофель (клубни) Столовая свекла корнеплод Капуста

(кочан)

Травы
Дерново-подзолистые

Супесчаные

Легкосуглинистые

Средне — и тяжело-суглинистые

Чернозем выщелоченный

4,0

6,0

8,0

10,0

20,0

4160

2770

2080

1660

830

2080

1380

1040

830

410

3740

2500

1870

1500

750

4160

2700

2080

1660

830

3330

2220

1660

1330

660

3740

2500

1870

1500

750

3. Расчет с помощью «метода проростков»

Размеры возможного накопления стронция-90 в конечном урожае можно определить непосредственно путем выращивания 20-дневных проростков на загрязненной почве в лабораторных условиях и последующего их анализа на содержание стронция. Содержание радиостронция в проростках умножают на определенный коэффициент (табл. 11) и получают возможное содержание радиостронция в урожае на загрязненной почве. Этот метод требует предварительного определения содержания обменного стронция-90 в почве.

Таблица 11

Коэффициенты для расчета накопления стронция-90 в урожае по содержанию его в 20-дневных проростках

Культуры и части урожая На дерново-подзолистых почвах Усредненное на различных типах почв
Пшеница Зерно

Солома

0,043

0,95

0,041

0,67

Овес Зерно

Солома

0,05

0,94

0,05

0,62

Почву для выращивания проростков берут пробоотборником на глубине пахотного слоя, тщательно перемешивают, берут около 200 г и готовят для посева на ней испытуемые семена. Семян должно 1,5-2 г. В 20-дневном возрасте проростки аккуратно срезают на уровне почвы, слегка промывают в подкисленной воде и анализируют на содержание в них стронция-90 по существующим методикам.

6. Мероприятия по снижению накопления радиостронция в урожае

Поступление в организм человека мигрирующих по биологическим пищевым цепям радиоактивных продуктов деления может быть уменьшено путем определенного воздействия на переход от одного звена к другому. По-видимому наибольшая возможность ограничить передвижение радиоактивных веществ в последующие звенья заложена в звене пищевой цепи почва — растение.

Накопление радиоактивных продуктов деления, в частности стронция-90, в урожае можно снизить путем использования различных агрохимических, агротехнических и механических приемов.

Для почв нечерноземной полосы с высокой концентрацией водородных ионов и подвижного алюминия перспективно известкование почв. На дерново-подзолистых кислых почвах необходимо вносить повышенные дозы извести (1,5-2,0 дозы по гидролитической кислотности), что позволяет снизить содержание стронция-90 в растениях в 2-5 раз. Наибольший эффект на почвах, бедных магнием, будет при внесении доломитовой муки.

Уменьшить переход стронция-90 из почвы в растения можно внесением в почву органических удобрений (торфа, перегноя). Эффект снижения накопления стронция-90 от применения органических удобрений будет выражен более резко на супесчаных почвах и меньше на среднесуглинистых и тяжелосуглинистых. Поэтому применение торфа, перегноя, прудового ила, сапропеля рекомендуется на супесчаных и суглинистых почвах.

Применение минеральных удобрений в определенной системе под различные культуры может быть одним из способов снижения содержания радиоактивных изотопов стронция и цезия в сельскохозяйственной продукции. Снижение уровня загрязнения урожая продуктами деления с помощью удобрений может быть обусловлено рядом причин. К ним относятся:

1) увеличение урожая и тем самым разбавление содержания стронцияция-90 на единицу массы, т. к. установлено, что накопление стронция растениями находится в обратной зависимости от величины урожая;

2) повышение в почве содержания кальция и калия, внесенных с удобрениями;

3) закрепление стронция-90 в почве путем соосаждения с фосфатами при систематическом внесении фосфорных удобрений. Однако при внесении физиологически кислых удобрений на некоторых почвах увеличивается их кислотность, что может усилить накопление продуктов деления в растениях. Азотные удобрения надо применять в таких дозах, которые могут обеспечить наиболее высокие прибавки урожая в данных почвенно-климатических условиях.

Фосфорные и калийные удобрения следует вносить в дозах, несколько превышающих потребность растений в этих питательных элементах. При таком соотношении питательных элементов минеральные удобрения могут быть фактором, снижающим уровень загрязнения урожая сельскохозяйственных культур. Калийные удобрения снижают накопление цезия-137 в урожае как при поступлении его в растения из почвы, так и через листья.

На дерново-подзолистых почвах под зерновые следует вносить по 20-30 т/га, под пропашные — 40-60 т/га органических удобрений (навоз, торф, компосты), не содержащих радиоактивных веществ. Торф на ограниченной площади под овощные, особенно на легких почвах, можно вносить до 100 т/га. Известь на супесчаных и легких почвах следует применять в дозах 4-6 т/га, а на средних и тяжелых суглинках — до 10 т/га.

В табл. 12 приведены рекомендуемые дозы извести, органических и минеральных удобрений, внесение которых в загрязненную стронцием-90 почву обеспечит снижение его содержания в урожае сельскохозяйственных культур примерно в 5 раз, а на легких песчаных и суглинистых почвах — до 10 раз.

Таблица 12

Рекомендуемые дозы внесения извести, минеральных и органических удобрений под основные сельскохозяйственные культуры

Культуры Удобрения Единица Дерново-подзолистые почвы Чернозем лесостепи
Супесчаные Легкие

Суглинки

Средние и тяжелые суглинки
Зерновые Известь

Азот

Фосфор

Калий

Органические

Т/га

Кг/га

Действующего вещества

Т/га

6

80

100

80

30

6

100

140

120

30

10

120

180

160

30

120

189

160

30

Зернобобовые Известь

Азот

Фосфор

Калий

Органические

Т/га

Кг/га

Действующего

Вещества

Т/га

6

40

100

80

30

6

40

120

120

30

10

60

160

160

30

60

160

160

30

Картофель Известь

Азот

Фосфор

Калий

Органические

Т/га

Кг/га

Действующего

Вещества

Т/га

6

80

100

120

50

6

120

140

160

50

10

160

200

240

50

160

200

240

30

Капуста Известь

Азот

Фосфор

Калий

Органические

Т/га

Кг/га

Действующего

Вещества

Т/га

6

60

80

120

100

6

80

100

200

80

10

120

160

240

50

120

160

240

40

Столовая свекла Известь

Азот

Фосфор

Калий

Органические

Т/га

Кг/га

Действующего

Вещества

Т/га

6

100

120

160

80

6

100

120

160

80

10

120

120

200

50

100

120

200

40

Существенное влияние на размеры поступления радионуклидов из почвы в растения, как уже отмечалось, может оказать их перераспределение по профилю почвы в момент механической обработки.

В том случае, если площадь лугов в хозяйстве большая и они являются основным поставщиком кормов для животных в пастбищный период и в зимнее время, для существенного снижения поступления радиоактивных веществ в корма вполне достаточными мероприятиями могут быть обработка лугов фрезерными машинами или тяжелыми дисковыми орудиями, а также перепашка лугов отвальными плугами с последующим посевом многолетних трав. При недостатке семян многолетних трав обработанные луга можно засевать однолетними кормовыми культурами.

Включение лугов, загрязненных радиоактивными веществами, в кормовые севообороты может быть вполне оправдано, т. к. система таких севооборотов предусматривает многократную обработку почвы, при которой радиоактивные вещества перемещаются с почвой и более прочно сорбируются ее минеральными компонентами по сравнению с дерниной на лугах. Кроме того, в севообороте имеется возможность подбирать для посева такие культуры, которые в относительно небольших размерах накапливают радиоактивные продукты деления.

С точки зрения дезактивации почв, загрязненных радиоактивными веществами, определенный интерес представляет своевременная уборка растений, на которую в первую очередь оседают радионуклиды при прохождении радиоактивного облака.

Агрономическое значение удобрений в условиях радиоактивного

загрязнения не изменяется, но они приобретают новое, дополнительное

качество. Установлено, что удобрения могут как способствовать уменьшению размеров поступления радиоактивных веществ из почвы в растения, так и стимулировать поглощение отдельных нуклидов корнями растений.

Накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных растений существенно изменяется в зависимости от комплекса условий, которые могут складываться в природной обстановке. Известно, что при одинаковом уровне радиоактивного загрязнения на различных почвах поступление нуклидов в растения и накопление их в урожае будут неодинаковыми. Это связано с многими факторами: механическим и минералогическим составом почв, наличием в поглощающем комплексе обменных катионов, кислотностью почвенного раствора, количеством органических веществ, а также биологическими особенностями растений, произрастающих на загрязненной территории.

Опыты с внесением минеральных удобрений на естественных лугах расположенных на черноземных почвах, показали, что они не могут рассматриваться в качество средства, ограничивающего поступление радиостронция из почвы в растения. Однако в случае перепашки на глубину 25 см и посева многолетних трав внесение суперфосфата может оказать положительное влияние на уменьшение размеров поступления радиостронция из пахотного слоя почвы в растения. Азот очевидно, может стимулировать поступление стронция-90 в растения.

По имеющимся данным, из кислых почв радиостронций и радиоцезий поступают в растения в больших количествах по сравнению с почвами нейтральными. В связи с этим широко известный в агрономической практике прием — известкование кислых почв — не только создает условия для лучшего роста растений, но и является одновременно средством существенного ослабления поглощения радионуклидов растениями из почвы.

Существенное влияние на переход цезия-137 из почвы в растения оказывают соли калия.

Внесение в почву органических удобрений обычно уменьшает поступление в растения стронция-90, цезия-137, церия-144 и рутения-106, причем наибольший эффект можно ожидать на почвах легкого механического состава. Особенно резко накопление радионуклидов снижается совместным внесением в дерново-подзолистые почвы органических и известковых удобрений, которых проявляются в течение ряда лет. Это мероприятие следует рассматривать как одно из наиболее действенных среди других агрономических приемов, направленных на снижение поступления радионуклидов из почвы в растения и одновременно на увеличение урожая сельскохозяйственных культур.

При ведении сельского хозяйства на землях, загрязненных радиоактивными веществами, следует соблюдать правила по использованию местных удобрений, которые сами могут стать источником активного загрязнения почвы и растений. Навоз, компост и зола, полученные с участков с высокой плотностью загрязнения, не должны использоваться на полях с низким уровнем радиоактивности. Эти удобрения следует вносить лишь на поля с более высоким уровнем загрязнения под посевы технических культур. При одинаковой плотности загрязнения земель органические удобрения, полученные с естественных лугов, не должны вноситься в пахотные земли, т. к. это неизбежно приведет к повышению загрязненности радионуклидами пахотных земель. Не следует вносить загрязненные радиоактивными веществами органические удобрения на поля овоще-картофельных севооборотов, т, к. получаемая продукция идет непосредственно в пищу человека.

Среди других агрономических и культуротехнических мероприятий, направленных на уменьшение поступления радиоактивных веществ в растения лугов и исключение возможности заглатывания радионуклидов с поверхности почвы животными при выпасе, заслуживает внимания метод нанесения на поверхность лугов тонкого слоя торфа, глины или других материалов, не загрязненных радиоактивными веществами.

Как уже отмечалось, радиоактивные продукты деления поглощаются различными видами растений с неодинаковой интенсивностью. При этом наблюдается прямая корреляция между поглощением растениями кальция и радиостронция, а также между калием и радиоцезием. Такие кальциефильные растения, как клевер, люцерна, вика, горох и другие бобовые культуры, обычно интенсивно поглощают радиостронций и в значительных количествах накапливают его в вегетативных органах. Злаковые же культуры, поглощающие кальций в сравнительно небольших количествах, мало накапливают радиостронция. Распределение радиоактивных продуктов деления в хозяйственной части урожая различных культур в пересчете на единицу массы продукта отличаться на порядок величин и больше (табл. 13).

Таблица 13

Накопление стронция-90 различными растениями по отношению к содержанию стронция-90 в тимофеевке луговой (в %)

Растение Хозяйственная часть урожая Содержание стронция-90
МкКи/кг сухого вещества С. е.
Тимофеевка луговая

Люцерна посевная

Клевер луговой

Кукуруза

Подсолнечник

Бобы

Картофель

Свекла

Овес

Горох

Зеленая масса

Зеленая масса

Зеленая масса

Зеленая масса

Зеленая масса

Зеленая масса

Клубни

Корнеплоды

Ботва

Зерно

Солома

Зерно

Солома

100

510

470

227

220

373

12

64

164

20

137

10

446

100

54

54

46

30

82

82

100

54

54

100

37

64

Сравнительно невысокие размеры накопления стронция-90 характерны для зерна бобовых и злаковых культур, клубнеплодов и корнеплодов. Вегетативные же органы растений, особенно бобовых отличаются высокой концентрацией радионуклида.

При расчете содержания стронция-90 в урожае на кальций (стронциевые единицы) имеет место существенное перераспределение размеров загрязнения отдельных культур и хозяйственной части урожая. Вегетативные органы бобовых культур, например, оказываются в более выгодном положении, чем тимофеевки луговой, а клубни картофеля и корнеплоды свеклы находятся в равном положении с тимофеевкой луговой и лишь зерно овса и гороха по-прежнему отличалось наименьшим содержанием стронция-90 на 1 г кальция.

Материалы, приведенные в таблице 13, отражают некоторые закономерности накопления стронция-90 различными сельскохозяйственными культурами.

Совершенно очевидно, что соответствующим подбором культур и их сортов, а также использованием определенной части урожая можно ограничить поступление радиоактивных веществ в рацион сельскохозяйственных животных и человека.

 

Метки: