Для почвоведов 3-го курса. 

Новая тема. Поведение долгоживущих радионуклидов в почве, воде, в организме растений и животных

Почва является начальным звеном обмена экосистем. Ее функциональное состояние определяет эффективность преобразования радиационной энергии в биологические структуры. Началом преобразования в почвах является ее сапрофитная микрофлора первичного синтеза и первичного потребления, разрушая биологически отмершие субстраты до органических мономеров, легко вступающих в повторные циклы синтеза биологического вещества.

Синтез происходит с использованием воды, двуокиси углерода, O2, N, P, энергоемких макроэлементов (Si(кремний) Al, K, Na, Ca, P, S) и микроэлементов (Cu, Mo, I, B, F, Pb и др), радионуклидов, фона с постепенным вовлечением минералов горных пород. Радиочувствительность активных биологических начал почв различны, поэтому внесение в почвенный обмен дополнительного радиационного фактора может проявиться в резких нарушениях почвенной экосистемной организации. Радионуклиды, отложившиеся на поверхности почв под действием разных факторов (дождь, снег, талые воды) могут перемещаться в любом направлении (горизонтальном или вертикальном).

Удельная активность естественных радионуклидов в почвах.

Основные типы почв	Удельная активность Бк/кг
	U-238	Th-232	K-40
1.Сероземы.	31	48	670
2. Серо-коричневые.	28	41	700
3. Каштановые.	27	37	550
4. Черноземы.	22	36	410
5. Серые лесные.	18	27	370
6. Дерново-подзолистые.	15	22	300
7. Подзолистые.	9	12	150
8. Торфянистые.	6	6	90

( удельная концентрация радиоактивного вещества означает активность единицы площади, v и m какой-либо среды)

Горизонтальное перемещение с талыми и дождевыми водами с последующим большим накоплением в низинах, а также механические (вспашка глубокая) переработка почв, ведущая к ускоренному перемещению радионуклидов в подкорневую глубину, и исключению фактора радиационной опасности из активной миграции в экосистемах, существенную коррекцию вносит рельеф местности. Долгосрочное сохранение радионуклидов в прикорневой глубине, на необрабатываемых землях ведут к их накоплению в травах, листве с последующим включением в почвенные (гниение) процессы. Такой растягивающий на десятилетия процесс вертикальной миграции дополняется горизонтальным перемещением и распространением радионуклидов на более обширные и менее контрастные по радиоактивности среды территории. В процессах участвуют сообщества живых организмов, почв, грызуны и травоядные.

Все животные и растения обладают способностью избирательно и интенсивно накапливать рассеянные в экосистемах микроэлементы, к конкурентам которых относится долгоживущие радиоактивные загрязнители среды. Коэффициенты накопления (отношение радиоактивных радионуклидов в составе среды к его радиоактивности в организме) колеблются от нескольких единиц до десятков тысяч.

Максимальная скорость поглощения радионуклидов растениями происходит при РН, близкой к нейтральному и слабощелочному. В кислой среде усиливается сорбция (поглощение твердых и жидких элементов из окружающей среды) твердой фазой почв. Влажность снижает концентрацию радионуклидов в биомассе. Высокие концентрации ионов стабильных элементов препятствуют проникновению радионуклида в корневую систему. Наиболее доступен Sr. Через 12 лет после попадания 90Sr в почву более 95% изотопа остается в обменной, кальциеподобной форме.

Переход радионуклида из органической дернины в минеральную фракцию и последующее ускорение(семикратное) снижение поступления в растительность происходит только после глубокой вспашки почв. Стронций относится к 1-ой группе радионуклидов, отличающихся равномерным распределением между водой, минеральной основой и биомассой почв, коэффициент накопления в грунте его низкий (1-65), в биомассе 1000-2000.

Переход радионуклида Cs в растительность во многом зависит от характера почв и особенностей минерального обмена растений, коэффициент накопления 0,25, содержание излучателя в биомассе 8000-9000.

Коэффициенты перехода(кп) 90Sr и 137Cs в сельскохозяйственные культуры, произрастающих на территориях, радиоактивных от аварии на ЧАЭС (1995г).

Сельхоз- культура.	КП 90Sr из почв.			КП 137Cs из почв.
	Дерново- подзолистых	Сероземов	Черно- земов.	Дерново- подзолистых	Сероземов	Черно- земов.
Зерновые (рожь, пшеница) Овес. Горох. Гречиха. Картофель. Капуста.	1,0 6,0 7,0 5,0 2,6 1,2	0,2 1,0 1,3 0,5 0,3 0,2	0,1 0,4 0,6 0,2 0,1 0,1	0,3 0,2 0,5 0,75 0,3 0,06	0,03     0,05     0,05  0,1     0,08     0,05	0,03     0,05      0,05     0,1     0,01     0,05

Поступление обоих радионуклидов в биомассу продукции здесь в 10-15 раз ниже по сравнению с дерново-подзолистыми супесчаными почвами, более распространенным на территориях пострадавших областей. Наибольшее количество радионуклидов накапливается в бобовых культурах, гречихе.

Практический интерес представляет поведение радионуклидов в морской воде, в прибрежных районах, в метах впадения рек, в лагунах, водных пространствах над континентальным шельфом, окраинных морях континентов, с глубиной не выше 1км. Поступающие на водную поверхность и в верхние ее слои радиоактивные вещества первоначально содержатся в верхних горизонтах морей, постепенно мигрируя вниз. На глубине 700м содержание Sr составляет 20-30% от концентрации поверхностных слоев моря. Содержание радионуклидов 90Sr и 137Cs в открытых морях выше по сравнению с океаном.

Включение Cs-Sr – излучателей в метаболизм водных биот во многом зависит от степени минерализации воды. С ее увеличением скорость и величина захвата радиоактивности снижаются. Так, содержание 90Sr в костях рыб Балтийского моря в 5 раз выше по сравнению с рыбами Атлантики. Наибольшее содержание радионуклидов обнаруживается в биомассе пресноводных.

Наиболее мощное поглощение радионуклидов происходит в верхних слоях воды и осуществляется ее обязательным биологическими составляющими – планктоном и нектоном. До 90-99% радионуклидов уходят в донные отложения по цепи миграции.

Коэффициент накопления снижается по мере перехода к более высоким трофическим уровням (до 360 у зоопланктона, до 33 у рыб). Коэффициенты накопления радионуклидов в грунте, дна пресных водоемов невелики, превышают активность воды в 5-10 раз; в биомассе высших водных растений этот коэффициент = 200-1000, в планктоне до 1000, в иловых отложениях – 400-4000.

По общему характеру распределения радионуклиды подразделяются на 4 группы:

1.Гидротропные, остающиеся в относительно в высоких концентрациях в воде.

2. Равномерно распределяющиеся в воде, грунте, биомассе.

3. Педотропные, преимущественно накапливающиеся в грунте.

4. Биотропные, накапливающиеся в биомассе.

Основной загрязнитель среды Cs – преимущественно накапливается в грунте; Sr- относительно распределяется между водой, грунтом и биомассой. Биомасса с поглощенной радиоактивностью откладывается в донных отложениях, имеющих самостоятельные циклы обмена.

Наиболее подверженные радиоактивному загрязнению ненапорные грунтовые воды, имеющие непосредственную связь с атмосферными осадками, открытыми водоемами. Вместе с тем большинство почв, особенно глинистых, являются мощным барьером для проникновения этих загрязнителей в грунтовые воды. Напорные (артезианские) водоисточники радиоактивному загрязнению не подвержены. В достаточно минерализированной почве (чернозем), морской воде процессы миграции и накопления радионуклидов в опасных для человека звеньях обмена(продукты питания) идут значительно медленнее. Скорость миграции во многом зависит от климатических условий метаболизма. 

Допустимые уровни содержания 137Cs и 90Sr в продуктах питания (Бк/кг).

                                                       137Cs            90Sr

1. Мясо без костей.                                 160                    50

2. Оленина без костей.                           250                    80

3. Мясо диких животных.                      320                   100

4. Кости всех видов.                               160                    200

5. Яйца и продукты из них.                    80                      50

6. Молоко свежее.                                   50                      25

7. Молочные консервы.                          200                   100

8. Молочные сухие продукты.               360                   200

9. Сыры твердые.                                     50                     100

10. Рыба свежая мороженная.                130                   100

11. Рыба сушенная и вяленная.              260                   200

12. Хлеб и хлебобулочные изделия.           40                      70

13. Мучные кондитерские изделия.            50                      80

14. Сахар.                                                  140                   100

15. Картофель.                                          320                    60

16. Овощи и бахчевые.                            130                     50

17. Фрукты и ягоды.                                 40                      50

18. Грибы.                                                 500                     50

19. Джем, варенье, соки.                          80                      70

20. Кофе в зернах.                                    300                    100 

21. Масло растительное.                          60                       80

22. Масло коровье.                                   100                     60

23. Пиво, вино и другие           

спиртные напитки.                                    70                     100

24. Чай.                                                      400                    100