Опасность продукции, загрязненной радионуклидами


Производство продукции растениеводства, свободной от радионуклидов. В связи с авариями на атомных электростанциях, в результате испытания ядерного оружия большие территории оказались загрязненными радионуклидами. Степень загрязнения снижается по мере удаления от места аварии. Распределение радионуклидов по территории, как правило, происходит из-за перемещения воздушных масс, несущих радиозагрязненную пыль, выпадающую с осадками. В связи с этим количество радионуклидов, попавших на отдельные поля, даже в одном хозяйстве может различаться в десятки и сотни раз.

Экспериментально установлено, что при загрязнении почвы до 5 Ки/км2 излучение не оказывает существенного отрицательного влияния на растения и животных и на таких почвах можно заниматься растениеводством и животноводством (табл. 1). Более сильное загрязнение почв радионуклидами требует дополнительных мероприятий, а при высоком загрязнении производство продуктов питания и кормов исключается.

1. Градация почв по загрязненности радионуклидами (цезий-137)

Плотность загрязнения почвы цезием-137, Ки/км2 Степень загрязнения почвы Ведение сельского хозяйства (растениеводство)
1 Незагрязненная Обычное
1...5 Слабозагрязненная Районированные культуры и их сорта возделывают по общепринятым технологиям
5...15 Среднезагрязненная Продукция растениеводства соответствует установленным нормам и пригодна для пищевого использования. Растениеводство следует вести с учетом плотности загрязнения для разных почв и культур. Выборочный радиационный контроль
15...40 Сильнозагрязненная Для получения продукции растениеводства с содержанием цезия-137 не выше установленных допустимых уровней на большинстве типов почв обязательны проведение защитных мероприятий, строгий радиационный контроль
Более 40 Высокозагрязненная Сельхозугодья выводятся из основного севооборота. На них можно размещать семенные посевы культур, особенно многолетних трав; получать продукцию, используемую на технические цели, кроме посевов льна

Механизм действия ионизирующих излучений на организм определяется следующими особенностями:

высокой эффективностью поглощенной энергии; малые дозы поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме;

наличием скрытого, или инкубационного, периода проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при излучении в больших дозах;

кумулятивным эффектом — действие малых доз может суммироваться, или накапливаться;

генетическим эффектом — излучение воздействует не только на данный организм, но и на его потомство;

неодинаковой чувствительностью к облучению различных органов живого организма;

в целом неодинаковым реагированием на облучение;

частотой — одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от суммарной дозы и времени воздействия, вида излучения (альфа, бета, гамма), размеров облучаемой поверхности, индивидуальных особенностей организма и места нахождения источника облучения (вне или внутри организма).

В результате воздействия ионизирующего излучения на организм в тканях могут происходить сложные изменения физических, химических и биохимических процессов, часто необратимые.

Первичным этапом — пусковым механизмом, инициирующим многообразные процессы, являются ионизация и возбуждение атомов и молекул. Именно в этих физических актах взаимодействия происходит передача энергии ионизирующего излучения компонентам живой клетки: воде (в мягких биологических тканях ее 50...95 %), низкомолекулярным органическим соединениям (углеводы, карбоновые кислоты, аминокислоты и др.), биомакромолекулам (ферменты, ДНК, РНК и др.).

Существует две теории, объясняющие процессы первичного радиационного повреждения.

Теория прямого воздействия — это непосредственная передача энергии биологически активным молекулам (теория «мишени»):

Ионизирующее излучение  Биологически активная молекула → Индуцирование биологических процессов, не свойственных организму.

Теория косвенного действия — это передача энергии излучения биологически активным молекулам через посредников. Согласно этой теории под действием радиации образуются ионы, радикалы и пероксиды, которые взаимодействуют с органическими молекулами и вызывают повреждение клеток, тканей и органов растений. Свободные радикалы возникают в результате радиолиза воды:

Излучение  Радиолиз воды → Радикалы, пероксиды → Взаимодействие с органическими молекулами → Индуцирование различных процессов →Нарушения на разных уровнях организации организма

Наибольший биологический эффект дает косвенное действие излучения. Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом и вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. Затем начинается биологический этап: хромосомные перестройки, изменение физиологических функций, повреждение ядерного аппарата, нарушения деления клетки, генома, ростовых процессов, появление внешних морфологических аномалий и даже гибель организма.

В зависимости от степени загрязнения почвы и воды радионуклиды по-разному накапливаются в растениях. Научными учреждениями разработаны временные допустимые уровни (ВДУ) накопления радионуклидов в растениях и продуктах животноводства, при которых они не становятся патогенами для человека и животных (табл. 2).

2. Временные допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция-90 в пищевых продуктах и питьевой воде, установленные в связи с аварией на Чернобыльской АЭС

Продукт Удельная активность, Ки/кг, Ки/л
для радионуклидов цезия Для стронция-90
1 Вода питьевая 5 • 10-10 1 • 10-10
Молоко, кисломолочные продукты, сметана, творог, сыр, масло сливочное 1 • 10-8 1 • 10-9
Молоко сгущенное и концентрированное 3 • 10-8 3•10-9
Молоко сухое 5 • 10-8 5 • 10-9
Мясо (говядина, свинина, баранина), птица, рыба, яйца (меланж) ясные и рыбные продукты 2 • 10-8
Жиры растительные и животные, маргарин 5 • 10-9
Картофель, корнеплоды, овощи, столовая зелень, садовые фрукты и ягоды (отмытые от почвенных частиц), консервированные продукты из овощей, садовых фруктов и ягод, мед 1,6 • 10-8 3 • 10-9
Хлеб и хлебопродукты, крупа, мука, сахар 1 • 10-8 1 • 10-9
Свежие дикорастущие ягоды и грибы (отмытые от почвенных частиц) 4 • 10-8
Сухофрукты 8 • 10-8
Сушеные грибы и дикорастущие ягоды, чай 2 • 10-7
Специализированные продукты детского питания (всех видов, готовые к употреблению) 5 • 10-9 1 • 10-10
Лекарственные растения 2 • 10-7

При этом радионуклиды стронция-90 более опасны, чем цезия, и ВДУ стронция, как правило, на порядок ниже, чем цезия. Различия в допустимых уровнях радиозагрязнения разных продуктов объясняются суточным количеством потребления его человеком. Например, человек в сутки потребляет больше питьевой воды, чем сушеных грибов или чая. Поэтому ВДУ загрязнения воды должен быть в 1000 раз ниже, чем этих продуктов.

В продукции животноводства, используемой в качестве кормов для животных, ВДУ содержания радионуклидов повышается на 1...2 порядка по сравнению с продуктами питания.

Если животные (крупный рогатый скот), выращиваемые на мясо, содержались на кормах с повышенной радиозагрязненностью (естественные луга и пастбища) и содержание радионуклидов в их мясе превышает допустимые нормы, то таким животным устанавливают период реабилитационного кормления. Используют два организационных метода освобождения животных от радионуклидов.

При первом методе животных перевозят в районы, не загрязненные радионуклидами, на чистые корма. В течение 2...3 мес кормления животные практически освобождаются от радионуклидов. Этот процесс можно ускорить, если при стронциевом загрязнении в рацион вводить корма с повышенным содержанием кальция (люцерна, кальциевые премиксы). В обменных процессах организма кальций заменяет стронций, который выводится из организма.

При цезиевом загрязнении в рационе животных должно быть повышенное содержание калия. Калий в процессе физиологического обмена замещает цезий, и радионуклид выводится из организма.

Содержание калия в растениях прямо коррелирует с количеством этого элемента в почве, причем в широком диапазоне. Высокое содержание калия и кальция характерно для почв с нейтральной или щелочной реакцией (южные регионы). В этих районах не требуется дополнительно строить животноводческие фермы на период реабилитации. Следовательно, южные районы наиболее благоприятны для периода реабилитационного кормления. Однако у этого метода есть существенный недостаток. Радионуклидами через навоз могут быть загрязнены новые районы. Избежать этого можно либо распределением навоза на большие территории малыми нормами (чтобы существенно не повысить радиационный фон), либо захоронением в специальных хранилищах, либо другими способами утилизации. Для всех этих мероприятий требуются существенные затраты.

Второй организационный метод — кормление животных привозными чистыми кормами. С навозом поступают так же, как и в первом случае. Недостаток метода — большие затраты на перевозку чистых кормов из других регионов.

В зоне кислых почв (рНС0Л 3,8...4,8) на сильнозагрязненных участках с содержанием радионуклидов 15...40 Ки/км2 снизить поступление радионуклидов в растения, т. е. сделать корма более чистыми, можно в первую очередь повышением в почве концентрации кальция, сдвигом рНсол до 6,5...6,8. Для этого почву следует известковать осенью после перепашки под глубокую культивацию с учетом того, что при внесении 1 т СаСО3 рНС0Л в среднем сдвигается на 0,1 единицы. Если почву с рНсол 4 необходимо довести до 6,5, следует внести 25 т СаСО3 на 1 га. Учитывая, что известковые материалы имеют примеси и определенную долю воды, необходимо вводить поправочные коэффициенты. Так, при внесении 1 т СаСО3 в нижних границах рНсол сдвигается на 0,15...0,18 единицы, а в верхних — на 0,07...0,04 единицы.

Кальций считается антагонистом стронция, и повышенное его содержание в почве будет ограничивать поступление стронция в растения, обеспечивать получение более чистой продукции.

Антагонист цезия — катион калия. Все почвы Нечерноземной зоны, как правило, кислые и бедны калием. Снизить поступление цезия в растения можно, усилив антагонизм этих катионов. При повышении содержания К2 О с 5...6 до 14...16 мг/100 г почвы снижается поступление цезия-137 в 8... 10 раз.

Для повышения содержания обменного калия на 1 мг/100 г почвы на среднесуглинистых малогумусированных почвах Нечерноземья необходимо вносить 60 кг К2 О на 1 га. Для сдвига содержания калия на 8... 10 мг/100 г почвы следует за два приема (2 года) внести 480...600 кг К2 О на 1 га, или 0,8...1,0 т 60%-ного хлористого калия на 1 са. Нежелательно использовать 40%-ную калийную соль, так как повышенное содержание хлор-иона уносит в подпахотный слой двухвалентный катион кальция, подкисляя почву. Лучше в этом случае использовать калийные удобрения, не содержащие хлор.

Таким образом, на загрязненных радионуклидами почвах можно получать продукцию растениеводства с содержанием радионуклидов ниже ВДУ, т. е. практически чистую.

Внесение азотных удобрений в средних и повышенных нормах способствует усвоению катионов цезия и стронция. Без применения азотных удобрений высокий урожай корма можно получить за счет бобовых культур, если почва хорошо произвесткована и высоко обеспечена калием. Но в этом случае содержание фосфора в почве необходимо поднять до нижнего предела оптимальной обеспеченности растений конкретного вида. Для большинства бобовых культур нижним пределом оптимальной обеспеченности фосфором является содержание Р2О5 12... 14 мг/100 г почвы (по Кирсанову). Исключение представляют лядвенец рогатый (8... 10 мг) и люпин желтый и многолетний (5 мг/100 г почвы).

Для сдвига содержания подвижного фосфора на 1 мг/100 г почвы требуется в зависимости от гранулометрического состава и гумусированности почвы внести 60... 100 кг Р2 О5 на 1 га. Чем тяжелее почва и чем выше ее гумусированность, тем выше норма Р2 О5 для сдвига содержания фосфора на 1 мг/100 г.

Пример. В среднесуглинистой дерново-подзолистой почве содержится 60 мг Р2 О5 на 1 кг почвы. Для получения высокого урожая клевера лугового за счет биологического азота необходимо поднять уровень подвижного фосфора в почве до 120 мг/кг, т. е. необходимо внести 480 кг Р2 О5 на 1 га (из расчета, что 80 кг Р2 О5 на 1 га повышают содержание этого элемента в почве на 10 мг/кг почвы), или 1,2 т/га двойного суперфосфата на 1 га. Это нужно сделать не ранее чем через год после известкования почвы, иначе свободный кальций, не вошедший в ППК, свяжет фосфорную кислоту в недоступный для растений трикальцийфосфат и ожидаемый эффект не будет достигнут. Фосфор малоподвижен, его можно вносить под вспашку или глубокую культивацию за один прием. Известкование и повышение уровня содержания калия в почве совместимы и могут быть выполнены одновременно.

Для успешного возделывания бобовых и активной симбиотической азотфиксации при резком сдвиге рН почвы, содержания в ней фосфора и калия необходимо применять микроудобрения, в первую очередь бор, в некоторых случаях молибден. Борные удобрения вносят в почву в виде боризированного суперфосфата или других форм из расчета 2...3 кг бора на 1 га. Молибден применяют при необходимости во время предпосевной обработки семян. Повышенное содержание молибдена в почве или высокие нормы молибденовых удобрений угнетают не только размножение ризобий, но и развитие растений.

Обязательный прием при возделывании бобовых на таких почвах—предпосевная инокуляция семян специфичным вирулентным активным штаммом ризобий. Спонтанные штаммы ризобий, сформировавшиеся на кислых почвах, не приспособлены к новым условиям среды и обладают пониженными симбиотическими свойствами.

Исследованиями научных учреждений в разных экологических зонах определены приемы снижения отрицательного воздействия радиационного загрязнения на биосферу экосистемы. С учетом физико-химических свойств почвы, особенностей биологии отдельных видов возделываемых растений следует для каждого хозяйства разработать комплекс мероприятий, снижающих поступление радионуклидов в продукцию растениеводства и содержание их в продуктах.

Модель технологии получения биологически чистой продукции на загрязненных радионуклидами почвах включает обследование территории и прогнозирование содержания радионуклидов в урожае; инвентаризацию угодий по плотности загрязнения и составление картограмм; сопоставление картограммы загрязнения с картограммами реакции почвенного раствора, содержания обменного калия и кальция.

Для снижения содержания радионуклидов в пахотном слое почвы проводят глубокую вспашку с оборотом пласта. На лугах и пастбищах практикуют коренное улучшение с оборотом пласта.

Прогнозируют возможную степень загрязнения урожая радионуклидами. В соответствии с картограммой загрязнения определяют место для культур различного использования, т. е. выращиваемых на продовольственные цели, корм, семена, техническую переработку.

Для снижения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства проводят известкование почвы до рНсол 6,8 (желательно доломитовой мукой, содержащей магний), вносят в повышенных нормах калийные, органические удобрения (15 т/га в год) и природные минеральные сорбенты. Содержание подвижного фосфора и микроэлементов доводят до повышенного уровня.

При известковании кислых почв можно снизить накопление цезия-137 в зерне озимых в 3 раза. Калий является антагонистом цезия и снижает поступление последнего в растения. Навоз (40 т/га) снижает накопление цезия-137 в зерне озимой ржи в 2,0...2,5 раза. Кислый торф (рНсол 4,5) увеличивает переход цезия-137 в растения из дерново-подзолистой почвы. Следовательно, перед внесением торф необходимо известковать. Азотные удобрения следует применять в умеренных нормах, так как повышенные нормы могут вызвать увеличение поступления цезия-137.

Если перепашка в предыдущие годы уже была проведена, то в последующие годы лучше проводить безотвальную или минимальную обработку, чтобы снова не переместить на поверхность радионуклиды из нижней части пахотного слоя. Необходимо применять комбинированные агрегаты при посадке и уборке.

Для снижения возможности попадания на растения радионуклидов с пылью исключают междурядные обработки посевов, заменяя их внесением гербицидов, используют приемы уборки урожая, исключающие вторичное загрязнение продукции.

Таким образом, зная радиационную обстановку хозяйства, поля, даже на загрязненных радионуклидами почвах можно с помощью подбора культур и сортов, выполнения специальных мероприятий, снижающих поступление радионуклидов в растения, получать биологически безопасную продукцию растениеводства и животноводства, не содержащую радионуклиды выше допустимых уровней.



Реклама