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 60-70^оС, затем измельчались, а образы почвы высушивали при температуре 100-105^оС, 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 К_н=25-40 (если этот механизм преобладает). Коэффициенты накопления ²¹⁰Pb растительностью из 1 см слоя почвы К_н=0,5-3,0 (наибольший для КУ 118а), из опада К_н=5,0-9,6 (наибольший для КУ 133а).

Заметны различия в величине К_н для различных радионуклидов: наибольшие для ⁷Be, ²¹⁰Pb и ⁴⁰K. Имеются и различия К_н для КУ с различным типом почв: наибольшие К_н 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 К_н 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.