С/Х экология Лекция № 9
РАДИОНУКЛИДЫ, ИХ ВРЕД ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ. ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКЦИИ С УЧЕТОМ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫРАДИОНУКЛИДАМИ
I. Источники загрязнения почв, накопление радионуклидов в почвах и растениях
Основными загрязнителями окружающей среды и дозообразующими факторами являются такие радионуклиды как стронций-90, цезий-137, калий- 40, свинец-210 и другие.
Стронций-90, попавший на землю с глобальными выпадениями, сосредоточивается на глубине 4 см (50%), на глубине 30 см обнаруживаются лишь следовые количества. В океанах, в настоящее время практически весь стронций-90 содержится в верхнем слое перемешивания. Основными источниками стронция-90 для человека в рационах людей являются молоко, хлеб, овощи и фрукты.
Известно, что большинство питательных и биологически активных веществ в организм сельскохозяйственных животных поступает с кормами. Из литературных источников известно, что тяжелые металлы и радионуклиды поступают в организм коров и свиней через зимние и летние корма.
В этой связи необходимо изучить роль и значение местных кормовых продуктов (добавок) в составе рационов, ведь они зачастую служат дополнительным источником балансирования рационов по протеину, жиру, энергии, минеральным веществам и витаминам. Это необходимо иметь в виду при заготовке кормов и добавок впрок, особенно в тех случаях, когда они (корма и добавки) являются также источниками загрязнения организма тяжелыми металлами и радионуклидами.
Осаждение радиоактивных аэрозолей из атмосферы на поверхность растений приводит к накоплению в наземной массе всей совокупности выпадающих радионуклидов. Количество удерживаемых растительностью радиоактивных веществ зависит главным образом от характеристик аэрозольных выпадений, строения надземной части растений и климатических факторов.
Поглощение радионуклидов растениями из почв является результатом влияния двух групп процессов и факторов, действующих на биологическом и почвенно-геохимическом уровнях. Физико-химические процессы на почвенно-геохимическом уровне регулируют сорбционные и обменные равновесия и определяют величину доступной доли (формы) радионуклида в почве.
Основными факторами, действующими на биологическом (физиологическом) уровне, являются химические свойства элемента. Поступление в растения химических, элементов, подвергшихся физиологическому регулированию, носит избирательный и генетически детерминированный характер, например, калий и кальций накапливаются в количестве, обеспечивающем нормальное развитие растений.
Механизмы переноса и распределения в растениях стронция (Sr) и цезия (Cs) аналогично соответствующим механизмам Са и К, однако поглощаемые их дозы различны. Стронций и цезий не являются жизненно необходимыми для растений элементами, поэтому происходит дискриминация ионов в процессе их усвоения корневой системой. Для стронция-90 и цезия-137 конкурирующими будут ионы стабильных изотопов Sr и Cs и их химических аналогов Са и К. Поэтому накопление цезия-137 и стронция-90 обратно пропорционально количеству калия и кальция, находящихся в доступной для растений форме. Увеличивая в определенных пределах содержание этих химических элементов, можно добиться снижения радионуклидов в растениях.
Максимальное накопление радионуклидов отмечено в зернобобовых культурах, минимальное - в зерновых. Сортовые различия в 1,5-3 раза меньше, чем видовые. Озимые зерновые культуры поглощают в 1,5-2 раза меньше радионуклидов, чем яровые, позднеспелые - в 1,5-2 раза меньше, чем скороспелые. Очевидно, что подбором сельскохозяйственных культур с допустимым накоплением радионуклидов можно снизить уровень загрязнения продукции растениеводства.
Определяющую роль во взаимодействии с радионуклидами играет способность почв поглощать ионы из раствора удерживать их и трансформировать в прочно связанное состояние.
Общее количество радионуклида в почве всегда представлено суммой его фракций, различных по механизмам и энергии связывания почвенными
компонентами и доступности для корневого усвоения растениями. Доступная форма радионуклида характеризует способность почв необратимо их фиксировать.
К свойствам радионуклида, определяющим его распределение между твердой и жидкой фазами почв, относятся величина и знак заряда иона, ионный радиус, способность к сорбции и необратимой фиксации, гидролизу, образованию устойчивых комплексов.
Факторами, оказывающими наибольшее влияние на равновесное распределение радионуклидов между твердой и жидкой фазой и прочностью закрепления, являются механический и минералогический состав почв, реакция почвенного раствора (рН), емкость поглощения, количество гумуса и его качественный состав, концентрация обменных катионов (прежде всего калия, кальция и аммония), гидрологический режим почв.
Экспериментально установлено, что при загрязнении почвы до 4 Ки/км2 излучение не оказывает существенного влияния на растения и животных, и на таких почвах можно заниматься растениеводством и животноводством.
Механизм действия ионизирующих излучений на организм определяется:
- высокой эффективностью поглощенной энергии; малые количества поглощенной энергии излучения могут взывать глубокие биологические изменения в организме;
- наличием скрытого, или инкубационного, периода проявления действия ионизирующего излучения. Его часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при излучении в больших дозах;
- кумулятивным эффектом - действие от малых доз может суммироваться или накапливаться;
- генетическим эффектом - излучение воздействует не только на данный организм, но и на его потомство;
- 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 излучения, вида излучения, размеров облучаемой поверхности, индивидуальных особенностей организма и места нахождения источника облучения (вне или внутри организма).
В результате ионизирующего излучения 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 (углеводам, карбоновым кислотам, аминокислотам и др.), биомакромолекулам (ферменты, ДНК, РНК и др.).
В зависимости от степени загрязнения почвы и воды радионуклидами происходит различное удержание их растениями. 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.1).
Таблица 1
ВДУ содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде, установленные в связи с аварией на Чернобыльской АЭС
(ВДУ-91)
| Наименование продукта | Удельная активность, Ки/кг, Ки/л | |
| Для радионуклидов цезия | ||
| Вода питьевая | 5,0х10-10 | |
| Молоко, кисломолочные продукты, сметана, творог, сыр, масло сливочное | 1,0х10-8 | |
| Молоко сгущенное и концентрированное | 3,0х10-8 | |
| Молоко сухое | 5,Ох 10-8 | |
| Мясо (говядина, свинина, баранина), птица, рыба, яйца (меланж), мясные и рыбные продукты | 2,0х10-8 | |
| Жиры растительные и животные, маргарин | 5,0х10-9 | |
| Картофель, корнеплоды, овощи, столовая зелень, садовые фрукты и яго- ды (отмытые от почвенных частиц), консервированные продукты из овощей, садовых фруктов и ягод, мед | 1,6х10-8 | |
| Хлеб и хлебопродукты, крупа, мука, сахар | 1,0х10'8 | |
| Свежие дикорастущие ягоды и грибы (отмытые от почвенных частиц) | 4,0 х!0'8 | |
| Сухофрукты | 8,0х10"8 | |
| Сушеные грибы и дикорастущие ягоды, чай | 2,0 х'7 | |
| Специализированные продукты детского питания (всех видов, в готовом для употребления виде) | 5,0х10"9 | |
| Лекарственные растения | 2,0х10'7 | |
| Для стронция-90 | ||
| Вода питьевая | 1.0х10"10 | |
| Молоко натуральное и молокопродукты | 1,0х10"9 | |
| Молоко сухое | 5,Ох Ю-9 | |
| Молоко сгущенное | 3,0х10"9 | |
| Картофель | 1,0х10"9 | |
| Хлеб и хлебопродукты, крупы, мука, сахар | 1,0х10"9 | |
| Специализированные продукты детского питания (всех видов, в готовом для употребления виде) | 1,0х10"10 |
При этом радионуклиды стронция-90 более опасны, чем цезия, и ВДУ его, как правило, на порядок ниже. Различия в допустимых уровнях радиозагрязнения продуктов питания объясняются суточным количеством употребления их человеком. Например, человек в сутки получает больше питьевой воды, чем сушеных грибов или чая, поэтому ВДУ загрязнения воды должен быть в 1000 раз ниже, чем этих продуктов.
Для продукции, скармливаемой животным, ВДУ содержания радионуклидов повышаются на 1 -2 порядка.
Если животные, выращиваемые на мясо (крупный рогатый скот), содержались на кормах с повышенной радиозагрязненностью (естественные луга, пастбища) и количество радионуклидов в их мясе превышает допустимые нормы, то им устанавливают период реабилитационного кормления.