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.