Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

NATURAL AND ARTIFICIAL RADIONUCLIDES IN THE PLANTS OF THE ROSTOV REGION

Avetisyan S.R. 1 Buraeva E.A. 1, 2 Goncharenko A.A. 3 Davydenko A.M. 1 Dergacheva E.V. 2, 1 Nefedov V.S. 1, 2 Stasov V.V. 2 Tribolina A.N. 1
1 Southern Federal University
2 Research Institute of Physics, Southern Federal University
3 Institute of Earth Sciences, Southern Federal University
The paper presents data on radionuclide composition of terrestrial ecosystems (soil and vegetation) steppe areas of the Rostov region. Evaluation of radioactivity in flora was carried out in 2003-2010 years in the number of monitoring sites thirty-kilometer surveillance zone Rostov NPP, during its normal operation. All test sites related to watershed areas of the Central (South) landscape-geochemical area and are located on the virgin lands. It was determined the content of natural radionuclides in soil and vegetation in these areas. Estimated coefficients of radionuclide accumulation of various vegetation studies in the region. It is shown that the accumulation of radionuclides vegetation may depend on several factors, such as the shape of the radionuclides in the soil, agro-chemical and physico-chemical properties of the soil and meteorological factors gedrotermicheskie coefficients tectonic state power vegetation, the presence of fauna. Getting in different ways on the Earth´s surface, radionuclides included in the biogeochemical processes of migration are redistributed in the soil cover.
migration
transfer
accumulation
soil
plant
artificial radionuclides
NATURAL RADIONUCLIDES
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.