Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Аветисян С.Р. 1 Бураева Е.А. 1, 2 Гончаренко А.А. 3 Давыденко А.М. 1 Дергачева Е.В. 2, 1 Нефедов В.С. 1, 2 Стасов В.В. 2 Триболина А.Н. 1
1 Южный федеральный университет
2 Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета
3 Институт наук о Земле Южного федерального университета
В работе представлены данные по радионуклидному составу наземных экосистем (почв и растительности) степных территорий Ростовской области. Оценка радиоактивности объектов флоры была выполнена в 2003-2010 годах на ряде контрольных участков тридцатикилометровой зоны наблюдения Ростовской АЭС. Все контрольные площадки относятся к водораздельным участкам Центрального (южного) ландшафтно-геохимического района и расположены на целинных землях. Оценены коэффициенты накопления радионуклидов различной растительностью региона исследования. Показано, что накопление радионуклидов растительностью может зависеть от ряда факторов, таких как форма нахождения радионуклида в почве, агро-химические и физико-химические свойства почвы, метеорологические факторы и гидротермические условия, тектоническое состояние, мощность растительного покрова, наличие фауны.
миграция
перенос
накопление
почва
растительность
искусственные радионуклиды
ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ
1. Анисимов В.С., Аниснмова Л.Н., Ломоносова Н.В., Алексахин Р.М., Фригидова Л.М., Круглов С.В., Байкова Т.А. Влияние кислотности дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы на подвижность и биологическую доступность радионуклидов 60Со, 137Сs, микроэлементов Со, Си, Zn, Mn, Fe. // Агрохимия. – 2005. - № 7. – С. 51-58.
2. Архипов Н.П., Февралёва Л.Т. Влияние сроков аэрального загрязнения сельскохозяйственных растений на содержание 89Sr в урожае. // Экология. – 1979. - №2. – С. 53-54.
3. Архипов Н.П., Февралёва Л.Т., Бобрикова Е.Т. Накопление тяжёлых естественных радионуклидов огурцами в условиях закрытого и открытого грунта. // Агрохимия. – 1986. - №3. – С. 86-91.
4. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В., Горина Л.И. Накопление цезия -137 в урожае в зависимости от видовых особенностей растений. // Агрохимия. – 1975. - №7. – С. 124-129.
5. Дворник А.М., Жученко Т.А. Поведение 137Cs в сосновых насаждениях Белорусского Полесья: моделирование и прогноз. // АНРИ. – 1995. - № ¾. – С. 60-66.
6. Дричко В.Ф., Крисюк Э.М., Поникарова Т.М. и др. Пути формирования доз облучения современного человека в связи с его хозяйственной деятельностью. // Радиационная гигиена. Вестник. – 1997. – С. 67.
7. Квасникова Е.В., Жукова О.М., Гордеев С.К., Константинов С.В., Киров С.С., Лысак А.В., Манзон Д.А. 137Cs в почвах ландшафтов через 20 лет после аварии на Чернобыльской АЭС. // Известия Российской академии наук. Серия географическая. – 2009. - № 5. – С. 66-83.
8. Кобцева М.А., Бураева Е.А., Давыдов М.Г. Распределение 137Cs в зависимости от физико-химических показателей почв тридцатикилометровой зоны Волгодонской АЭС. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2010. - № 2а. – С. 175-179.
9. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. О взаимосвязи между содержанием микроэлементов в растениях и дерново-подзолистых почвах. // Агрохимия. – 1964. - №6. – С. 118-122.
10. Охрименко С.Е., Петрова Т.Б., Лисунова В.В. Содержание радионуклидов естественного происхождения в грунтах г. Москвы, Измерения №1. // АНРИ. – 2000. – С. 23-27.
11. Таскаев А.И., Овченков В.Я., Алексахин Р.М. Поступление радия в растения и измерение его состояния в звене почва – наземная масса – опад. Химия и агрохимия почв, // Почвоведение. – 1977. - №2. – С. 41- 47.
12. Титаева Н.А., Таскаев А.И., Овченков В.Я. Содержание и особенности поступления изотопов U, Th, Ra и Rn в растениях, произрастающих в различных радиоэкологических условиях. // Экология. – 1978. - №4. – С. 106-112.
13. Февралёва Л.Т., Фёдорова Т.А., Бобрикрва Е.Т. Переход естественных радионуклидов в сельскохозяйственные растения из поливной воды. // Агрохимия. – 1991. - №2. – С. 83- 91.
Изучение биогеохимических особенностей поведения естественных и искусственных радионуклидов (ЕРН и ИРН) становится всё более актуальным вследствие возрастания потоков миграции ЕРН в биосфере [6, 7, 8], в частности в звене почва - растения (например, в результате увеличивающего применения удобрений с повышенными концентрациями ЕРН [6, 7]). В растительных тканях нет тенденции к образованию малоподвижных химических соединений 224Ra; сведения о прочности связи радиоизотопа в опаде отсутствуют, однако показано в [8], что в отмерших, но оставшихся на корню растениях радий сохраняется до следующей весны.

Пути поступления естественных радионуклидов в надземную массу растений разнообразны. Если для изотопов U, Th, Ra в условиях загрязнений доминирующим является корневой путь усвоения, для 220Rn - аэральный, то для 222Rn и 210Po возможны оба названных способа [9]. Отсутствие радиоактивного равновесия между 226Ra и 222Rn свидетельствует о поступлении газообразного 222Rn в надземную массу растений не только из приземной атмосферы, но и по корневой системе [9]. Из множества естественных радионуклидов максимальным содержанием в растениях характеризуются 226Ra и 224Ra, что обусловлено их повышенными концентрациями в почвах и значительной миграционной способностью, а наименьшим - 232Th.

Больший интерес для степных территорий Ростовской области, в особенности - района расположения Ростовской АЭС (РоАЭС) представляют определения содержания естественных  и искусственных (ИРН) радионуклидов в растительных объектах.

Объекты и методы их исследования

Оценка радиоактивности объектов флоры была выполнена в 2003-2010 годах в районах Ростовской области, в том числе, на ряде контрольных участков (КУ) тридцатикилометровой зоны наблюдения Ростовской АЭС. Все КУ относятся к водораздельным участкам Центрального (южного) ландшафтно-геохимического района и расположены на целинных землях: КУ 12, КУ 103а, КУ 118а, КУ 133а.

Почвенные образцы отбирались из разрезов глубиной до 120 см послойно, слоями 0-1, 1-3, 3-5, 5-10, 10-15, 15-25, 25-35 см и далее слоями по 10 см до дна. Перед измерением гамма-спектров, растительные образцы высушивались в сушильных шкафах при температуре 60-70оС, затем измельчались, а образы почвы высушивали при температуре 100-105оС, измельчались до размера частиц не более 1 мм. Все пробы герметично упаковывались в счетные геометрии. Для определения удельной активности 226Ra по продуктам распада 222Rn (214Pb и 214Bi) упакованные образцы выдерживались в течение не менее 14 дней.

Содержание естественных (226Ra,210Pb, 232Th, 40K, 7Ве) радионуклидов и искусственного 137Cs в образцах растительности и почвы определяли гамма-спектрометрическим методом радионуклидного анализа. Использовали спектрометр гамма-излучения с GeHP-детектором с эффективностью 25% в диапазоне 30-1500кэВ, отношением пик/комптон 51,7:1 (модель 7229N-7500sl-2520, фирмы Canberra) и набор счетных геометрий Дента 0,02 л (диск высотой h=7мм, диаметром 50мм, V=0,02л)).

Результаты и их обсуждение

Для оценки пределов вариации содержаний основных радионуклидов в наземных экосистемах были проанализированы несколько сотен проб почвы, отобранных в Ростовской области. Данные по радионуклидному составу почв приведены в табл.1:

Таблица 1

Радионуклидный состав проб почвы

Радио-нуклид

Наши данные

Литературные данные

Пределы вариации, Бк/кг

Среднее,

Бк/кг

Пределы вариации, Бк/кг

Среднее, Бк/кг

Ссылки

238U

0.5-713.4

53.6

6-25000

26,0

3

234Th

0.6-868.1

131.3

210.5-365.3

287.9

1

226Ra

0.5-115.8

32.9

4-35150

26,0

3

210Pb

3.4-3383.4

240.0

2.1-485.1

228.6

1,3

232Th

0.9-82.4

38.7

2-1750

26,0

3

224Ra

0.8-69.0

41.8

15.7-320

26,0

3

40K

2.9-6162.6

563.0

19.2-836.8

447.9

3,10

137Cs

0.5-91.4

16.9

0.46-175

62.5

1,5

241Am

_

_

0.15-4.6

2.4

1

7Be

11.9-67.4

13.5

3.6-72

37.8

1

В Ростовской области наиболее распространены каштановые почвы, а также черноземы южные и обыкновенные, отличающиеся повышенным (по сравнению со среднемировыми значениями) содержанием естественных радионуклидов.

При непосредственном загрязнении растений и почв радионуклидами особый интерес представляют: место входа радионуклидов в ткани и факторы, влияющие на скорость поглощения. Известны четыре способа непосредственного поглощения 1) листовое, 2) флоральное (через соцветия), 3) из дернины (через базальные части растений или поверхностные части растений, которые не соприкасались с почвой), 4) через корневую систему. Во время дождей одновременно с поглощением происходит смывание радиоактивных продуктов с верхних частей растений и перемещение их в нижние. Листовое и флоральное загрязнение может быть обусловлено только теми радионуклидами, которые попадали на растения во время роста данного листа или соцветия. Данные по радионуклидному составу растительных проб приведены в табл. 2:

Таблица 2

Радионуклидный состав растительных проб

Радио-нуклид

Наши данные

Литературные данные

Пределы вариации, Бк/кг

Среднее, Бк/кг

Пределы вариации, Бк/кг

Среднее, Бк/кг

Ссылки

238U

1-90.1

49.8

0.04-81.1

40.57

1,12

234Th

2-6281

246.9

-

-

-

226Ra

0.6-215

56.4

0.025-99.5

29.46

1,3,11,13

210Pb

3.6-3941

459.8

0.025-1258.9

325.18

3,13

232Th

1.2-358

39.3

0.08-260

75.21

3

224Ra

1.2-273

42.7

1.65-26

13.83

12

40K

5.5-6262

1239

885-6162.6

3666.11

1

137Cs

<п.о.

6.2

0.01-550

184.03

4

241Am

6-55

27.0

0.6-1.5

1.05

1

7Be

19.9-597.7

198.6

85-306

193.89

1

Наиболее характерные растения для Ростовской области - это полынь австрийская, тысячелистник, люцерна серповидная, василёк раскидистый, шалфей остепнённый, осока, тополь чёрный, амброзия, верблюдка, осина. В целом, радионуклидный состав растительности определяет: форма нахождения радионуклида в почве, агро-химические и физико-химические свойства почвы, метеофакторы и гидротермические коэффициенты, тектоническое состояние, мощность растительного покрова, наличие фауны.

Данные по содержаниям ЕРН, в том числе космогенного 7Ве в почвах 0-1 см и растительности приведены в табл. 3.

Таблица 3

Содержание ЕРН в почвах и растительности на различных КУ (всм - высушенная масса растительности)

№ КУ

Тип пробы

А, Бк/кг (почва); А, Бк/кг всм (растительность)

238U

226Ra

210Pb

232Th

40K

7Ве

12

почва 0-1см

36,1

46,1

218,0

44,0

427,0

-

растит-ть

-

20,6

114,0

5,3

885,0

-

103а

почва 0-1см

31,5

85,1

485,1

59,1

750,8

72,0

растит-ть

16,0

42,9

586,5

17,3

3444,5

181,0

опад

15,0

31,9

2868,5

14,1

460,8

733,0

118а

почва 0-1см

29,4

53,8

398,6

42,3

437,5

3,6

растит-ть

21,1

68,8

1258,9

82,4

6162,6

85,0

опад

10,5

95,1

3383,4

58,3

946,6

640,0

133а

почва 0-1см

25,4

96,5

432,8

52,1

752,4

7,6

растит-ть

81,1

45,0

790,2

25,1

5310,8

306,0

Содержание 40К в растительности почти в 10 раз больше, чем в почве и в 6-7 раз больше, чем в опаде (кроме КУ 12, для которого содержание 40К в растительности всего в 2 раза больше, чем в почве).

Почти во всех элементах наземной экосистемы содержание 7Ве довольно высоко и обусловлено особо интенсивными атмосферными выпадениями в весенне-летний период (сезонный максимум данного радионуклида). Этот радионуклид достаточно быстро мигрирует вглубь почвы и интенсивно переходит в растительный материал и особенно в опад. В наземной части растений за счет поглощения листовой поверхностью прямо из осадков и, возможно, поглощением корневой системой из почвы содержание 7Ве может составлять до 100-300 Бк/кг всм, а в опаде, за счет поглощения из осадков, еще больше - до 600-750 Бк/кг всм.

Коэффициенты накопления 7Ве растительностью из 1см слоя почвы Кн=25-40 (если этот механизм преобладает). Коэффициенты накопления 210Pb растительностью из 1 см слоя почвы Кн=0,5-3,0 (наибольший для КУ 118а), из опада Кн=5,0-9,6 (наибольший для КУ 133а).

Заметны различия в величине Кн для различных радионуклидов: наибольшие для 7Be, 210Pb и 40K. Имеются и различия Кн для КУ с различным типом почв: наибольшие Кн имеют место для КУ 118а (для 226Ra, 232Th, 210Pb для растительности и 226Ra, 232Th, 40К и 7Ве для опада), для КУ 133а (для 238U и 40К для растительности и для 210Pb для опада) и для КУ 103а для 7Ве для растительности и опада.

Эти величины следует считать только оценочными, так как, строго говоря, надо определять Кн исходя из удельной активности почвы на глубине, соответствующей развитой корневой системе.

Выводы

В работе определен радионуклидный состав почвы и растительности и оценены особенности накопления радионуклидов растительностью. Попадая различными путями на земную поверхность, радионуклиды включаются в биогеохимические процессы миграции, перераспределяются в почвенном покрове, системах почва - грунтовые и поверхностные воды, почва - растения и далее в пищевых и биологических цепях.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 13-08-0141313 и в рамках проектной части внутреннего гранта Южного федерального университета (Тема № 213.01.-07.2014/13ПЧВГ).

Рецензенты:

Вардуни Т.В., д.п.н., к.б.н., профессор, заведующая отделом экологических инноваций Академии биологии и биотехнологии, директор Ботанического сада ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону;

Симонович Е.И., д.б.н., старший научный сотрудник Академии биологии и биотехнологии ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону.


Библиографическая ссылка

Бураева Е.А., Дергачева Е.В., Нефедов В.С., Аветисян С.Р., Бураева Е.А., Гончаренко А.А., Давыденко А.М., Дергачева Е.В., Нефедов В.С., Стасов В.В., Триболина А.Н. ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=17338 (дата обращения: 20.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074