CC BY
9
DOI: 10.21870/0131 -3878-2022-31 -4-94-106 УДК 631.438:[546.36.02.137+546.42.02.90]:581.3
Накопление 137Cs и 90Sr культурой салата (Lactuca sativa L.) на почвах радиоактивно-загрязнённых участков бывшего Семипалатинского
испытательного полигона
Поливкина Е.Н.1, Пономарева Т.С.2, Меньдубаев А.Т.1, Кенжебаев Р.А.1, Немытова Л.А.1, Иванова А.Р.1, Кенжина Л.Б.1, Паницкий А.В.1
1 Филиал «Институт радиационной безопасности и экологии» РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан», Курчатов, Казахстан;
2 ТОО «ЭКОЭКСПЕРТ», Караганда, Казахстан
В условиях модельного вегетационного эксперимента на почвенных образцах с бывших технических площадок Семипалатинского испытательного полигона (СИП) установлены коэффициенты накопления 137Cs и 90Sr на примере культуры салата (Lactuca sativa L.). Идентифицированы факторы, определяющие миграцию радионуклидов 137Cs и 90Sr в растения из почв СИП с различным характером радиоактивного загрязнения. Диапазон варьирования полученных значений коэффициентов накопления для 137Cs составил 2 порядка, для 90Sr - 1 порядок. Методом частной корреляции установлено, что наиболее важным фактором, определяющим содержание биологически доступных форм 137Cs и 90Sr в почвах бывших испытательных площадок полигона, а, значит, и накопление данных радионуклидов растениями, является валовое содержание их неизотопных аналогов К и Са соответственно (rxy-z=-0,81; n=4, p<0,2 - для 137Cs и валового K; rxy-z=-0,64; n=4, p<0,2 - для 90Sr). Между значениями Кн 137Cs и содержанием физической глины (фракция менее 0,01%) в почве отмечена умеренная положительная связь (р=0,47; n=12, p<0,05), а для ^90Sr - слабая отрицательная (р=-0,3; n=11, p<0,05). Миграция 137Cs и 90Sr в растения из почв основных радиоактивно-загрязнённых участков СИП в большей степени определяется содержанием биологически доступных форм нахождения радионуклидов и их неизотопных аналогов К и Ca соответственно. Влияние физической глины на накопление 137Cs и 90Sr салатом имеет менее выраженный характер, что, очевидно, обусловлено специфическими условиями формирования радиоактивного загрязнения почвенного покрова на территории бывших испытательных площадок полигона.
Ключевые слова: Семипалатинский испытательный полигон, радиоактивное загрязнение, бывшие испытательные площадки, 90Sr, 137Cs, миграция, салат (Lactuca sativa L.), коэффициент накопления, формы нахождения радионуклидов, биологическая доступность.
Введение
За 40 лет функционирования Семипалатинского испытательного полигона (СИП) проведено 456 ядерных испытаний [1]. В связи с различными видами выполненных испытаний (атмосферные, наземные, подземные, экскавационные, радиологическое оружие) радиоактивное загрязнение почвенного покрова СИП имеет неоднородный характер. Так, радионуклиды в почве испытательной площадки «Опытное поле» в результате плавления силикатных компонентов грунта во время наземных взрывов находятся преимущественно в прочносвязанной форме [2]. Почва площадки «4а» вследствие испытаний боевых радиоактивных веществ отличается высокой удельной активностью биологически доступного 9^г, которая достигает (пх106) Бк кг-1 [3]. Особый характер радионуклидного загрязнения сформировался на территории объекта «Атомное» озеро в результате экскавационного взрыва. Здесь радионуклиды характеризуются низкой биологической доступностью [4], обусловленной спецификой образования радиоактивных частиц
Поливкина Е.Н.* - нач. лаб., к.б.н.; Меньдубаев А.Т. - инженер, магистр; Кенжебаев Р.А. - инженер; Немытова Л.А. - техник; Иванова А.Р. -нач. гр., магистр; Кенжина Л.Б. - нач. лаб.; Паницкий А.В. - нач. отд., к.б.н. Филиал ИРБЭ РГП НЯЦ РК. Пономарева Т.С. - инженер-проектировщик, магистр. ТОО «ЭКОЭКСПЕРТ».
•Контакты: 071100, Казахстан, Восточно-Казахстанская обл., Курчатов, ул. Бейбит-Атом, 2б. Тел.: +7 (72251)32720 (162); e-mail: polivkina@nnc.kz.
при подземных испытаниях [2]. Особый интерес представляет бывшая испытательная площадка «Дегелен», где проводились подземные ядерные взрывы в горизонтальных горных выработках (штольнях), что привело к значительному радиоактивному загрязнению почвенного покрова вблизи порталов штолен [5]. Несмотря на проведение реабилитационных работ по закрытию штолен бетонными пробками, вынос радионуклидов с водотоками из полостей штолен и, как следствие, их миграция в системе «почва-растения», активно продолжаются в настоящее время [6].
В 2021 г. завершено комплексное экологическое обследование территории СИП [7], по результатам которого значительная часть земель полигона может быть возвращена в хозяйственное пользование, в том числе сельскохозяйственное. Для решения этих новых задач необходимо чёткое понимание особенностей перехода основных дозообразующих радионуклидов 137Cs и 90Sr в растениеводческую продукцию в почвенно-климатических условиях СИП. Несмотря на то, что в настоящее время собран значительный материал об особенностях накопления и миграции радионуклидов в системе «почва-растения» [8-12], условия образования радиоактивных выпадений в результате аварии на ПО «Маяк» в 1957 г. [13], в Чернобыле [14-17], а также аварии на Фуку-симе в 2011 г. [18] существенно отличаются от условий образования радиоактивных частиц на СИП. Кроме того, использование данных МАГАТЭ о накоплении радионуклидов растениями [19] при радиоэкологической оценке продукции, полученной на СИП и прилегающих к нему территориях, даёт некорректные результаты [7]. Ранее для территории СИП получены коэффициенты накопления (Кн) искусственных радионуклидов для доминантных представителей степной флоры [20]. Также в условиях натурных вегетационных экспериментов получены Кн радионуклидов для сельскохозяйственных растений массового производства для территории бывшей испытательной площадки «Опытное поле» [21]. Однако, во всех предыдущих работах, во-первых, значения Кн имеют высокий размах варьирования (от 2 до 4 порядков), что затрудняет их использование при радиоэкологической оценке и прогнозировании миграции радионуклидов в системе «почва-растение». Во-вторых, Кн для сельскохозяйственных растений [21] получены только для одного типа почв и характера радиоактивного загрязнения. В связи с этим, работы по изучению перехода радионуклидов в растениеводческую продукцию перенесены в экспериментальную оранжерею, где собраны почвенные образцы со всех основных испытательных площадок СИП для проведения модельных опытов c целью создания региональной базы данных Кн для основных групп овощных культур [19]. В данной работе представлены результаты исследования перехода 137Cs и 90Sr в листовые овощи на примере культуры салата (Lactuca sativa L.), а также идентифицированы факторы, определяющие миграцию данных радионуклидов в растения.
Материалы и методы
Для проведения модельного эксперимента отбирали почвенные образцы на основных радиоактивно-загрязнённых участках бывших испытательных площадок СИП (рис. 1). Отбор почвы производили на глубину 25 см от поверхности с учётом техногенного воздействия на почвенный покров вследствие ядерных испытаний и подготовительных работ, которые способствовали нарушению общих закономерностей распределения радионуклидов в почвенном профиле [22]. Масса каждого модельного почвенного образца для экспериментального выращивания растений составила в среднем 250-300 кг. Почву тщательно гомогенизировали и просеивали через сито для исключения неравномерности распределения радионуклидов. В качестве объекта исследования использовали культуру салата (Lactuca sativa L.), т.к. данный вид характеризуется коротким
вегетационным периодом и возможностью получения урожая на небольшом объёме почвы в лабораторных условиях. Подготовленную почву помещали в пластиковые сосуды (V - 15 л), далее производили посев салата сухими семенами. Полив растений производили дистиллированной водой. Оптимальное количество фотосинтетически-активной радиации в лабораторных условиях обеспечивали с помощью системы фитоосвещения мощностью 10000 Люкс. Удобрения в ходе эксперимента не использовали.
Отбор проб растений производили в конце вегетационного цикла. При отборе срезали наземную часть салата до 3 см над поверхностью почвы. Масса сырого растительного образца составляла в среднем 600-700 г. Также перед посадкой салата предварительно произведён отбор проб почв для радионуклидного анализа и определения физико-химических свойств. Растительные образцы тщательно промывали проточной водой, ополаскивали дистиллированной водой. Далее высушивали до постоянной массы в сушильном шкафу (BINDER ED-53) при 80-100 °С. Сухие пробы измельчали на лабораторной мельнице (GRINDOMIX GM 200), затем обугливали в муфельной печи (NABERTHERM 30/3000) при начальной температуре 200-250 °С, с постепенным повышением до 350-400 °С. Далее в обугленных образцах проводили у-спектрометрическое
измерение удельной активности 137Cs. Для p-спектрометрического измерения удельной активности 90Sr обугленные образцы доозоляли при температуре 550 °С и подвергали радиохимическому разложению.
Почвенные образцы для проведения спектрометрических измерений удельной активности 137Cs и 90Sr высушивали при 60-70 °С в сушильных шкафах (BINDER ED-53) до постоянной массы, затем истирали и просеивали через сито (d=1 мм). Навески отбирали методом квартования.
Определение удельной активности 137Cs проводили на гамма-спектрометре Canberra GX-2020 [23], 90Sr - на бета-спектрометре TRI-CARB [24]. Чувствительность измерения 137Cs в растительных и почвенных образцах составила 1 и 4 Бк кг-1 соответственно, для 90Sr - от 1 до 20 Бк кг-1. Погрешность гамма-спектрометрического анализа не превышала 10-20%, бета-спектрометрического - 15-25%. Контроль качества аналитических работ осуществляли путём включения холостых проб и дублирующих аликвот.
Содержание гумуса в почве определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91). Определение pH почвенного раствора производили потенциометрическим методом (ГОСТ 26423-85), количества поглощённых оснований - трилонометрическим методом (ГОСТ 27821-88), водорастворимых солей и карбонатов - объёмным методом (ГОСТ 17.5.4.0184), гранулометрического состава - пипет-методом (ГОСТ 12536-2014).
Формы нахождения радионуклидов извлекали методом последовательной экстракции: водорастворимую форму извлекали дистиллированной водой, обменную - раствором 1М CH3COOHNH4, подвижную - раствором 1н HCl. Прочносвязанную форму определяли в почве после экстрагирования. Соотношение почвы и выщелачивающих реагентов составляло 1:5. Продолжительность выщелачивания составляла 12 ч.
Количественную оценку миграции 137Cs и 90Sr в растения осуществляли с использованием коэффициента накопления (Кн) [9]:
Кн = Ср / Сп, (1)
где Cp - удельная активность изотопа в растении (Бк кг-1), Сп - удельная активность изотопа в почве (Бк кг-1).
Репрезентативность полученных Кн обеспечивали с помощью выбраковки недостоверных данных путём исключения значений, погрешность которых составляет 50% и более, и выходящих за границы +1,5 стандартных отклонений (SD) вокруг выборочного среднего (AM). Идентификацию факторов, определяющих миграцию радионуклидов в системе «почва-растение» проводили с использованием пакета программ Statistica 12 (Statsoft, США).
Результаты и обсуждение
Оценка физико-химических показателей и биологической доступности радионуклидов в почвенных образцах
В целом на территории СИП распространены каштановые и светло-каштановые почвы степных экосистем, а также встречаются лугово-каштановые и луговые почвы в сочетании с солонцами и солончаками. Физико-химические показатели почв, на которых выращивали культуру салата, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Химический и механический состав почвенных образцов
Показатели Место отбора почвы (испытательная площадка СИП)
«П-2» «Атомное» озеро Штольня 176 Штольня 177 «4а»
Гумус, % 8,8 9,6 23 39 3,2
рНвод 6,8 7,7 6,9 6,7 6,9
I солей (ммоль/1 00 г) 0,7 0,7 0,8 3,2 2,7
0а2+обмен (ммоль/100 г) 4,5 11,2 6,7 17,5 3,0
Мд2+обмен (ммоль/100 г) 1,3 1,5 1,0 3,0 1,0
Физ. глина (<0,01 мм), % 16,3 20,6 20,1 27,2 25,2
Ил (<0,001 мм), % 2,4 5,0 3,9 6,6 6,3
Об вал, мг кг1 0,7±0,1 0,5±0,1 1,1±0,1 1,6±0,2 0,4±0,1
8г вал, мг кг1 30±4 64±8 15±2 27±3 25±3
К вал, мг кг-1 (2,9±0,04)х10-3 (2,5±0,03)х10-3 (2,1 ±0,05) хЮ-3 (2,7±0,02)х10-3 (1,8±0,2)х10-3
Оа вал, мг кг-1 (2,4±0,09)х10-3 (4,7±0,6)х10-3 (2,3±0,08)х10-3 (3,8±0,05)х10-3 (2,0±0,03)х10-3
Мд вал, мг кг-1 (2,1 ±0,05) Х10-3 (4,6±0,05)х10-3 (1,6±0,2)х10-3 (1,9±0,03)х10-3 (1,4±0,07)х10-3
Как видно из табл. 1, почвы, использованные в эксперименте, по механическому составу относятся к легкосуглинистым (содержание физической глины варьирует от 20 до 27%), за исключением почвы с площадки «П-2», которая является супесчаной (содержание физической глины - 16%). Максимальное количество гумуса отмечено в почве штолен 176 и 177 (23 и 39% соответственно), в почве остальных испытательных площадок содержание гумуса значительно ниже (менее 10%). Реакция почвенного раствора (рНвод) в почвенных образцах характеризуется слабокислой реакцией. Исключение составила почва с навала «Атомного» озера, водный раствор которой имеет слабощелочную реакцию (рНвод - 7,7). Все почвенные образцы относятся к незасоленным, так как установлено абсолютное преобладание Са2+ над Мд2+ среди поглощённых оснований, а сумма легкорастворимых солей - менее 0,1%.
Содержание основных форм нахождения 1370б и 908г представлены в табл. 2.
Таблица 2
Относительное содержание форм нахождения 137Cs и 90Бг в почве
Техническая Формы нахождения, % (от валового содержания) Валовое содержа-
площадка водорастворимая обменная подвижная прочно связанная ние, Бк кг1
1370Б
«П-2» <0,1 <0,1 0,2 99,6 (2,6±0,5)х10-3
«Атомное» озеро <0,01 0,2 1,9 98,0 (1,5±3)х103
Штольня 176 <0,02 5,8 5,1 89,1 (8,1 ±1,6)х103
Штольня 177 0,8 0,4 0,3 98,5 (3±0,6)х103
«4а» 1,1 2,2 2,7 94,0 (16±3)х103
908г
«П-2» 0,1 1,5 0,4 98,0 (3,6 ±0,6) х103
«Атомное» озеро 1,9 29,6 5,8 62,6 (12±2)х103
Штольня 176 11,9 36,5 48,4 3,1 (7,8±1,1)х103
Штольня 177 <0,2 43,1 48,5 8,3 (75±8)х103
«4а» 2,7 60 26,7 10,7 (5,5±0,6)х105
Примечание: «<» - оценочные данные (удельная активность радионуклида ниже предела обнаружения используемой аппаратуры.
Согласно полученным результатам (табл. 2), почвенные образцы значительно отличаются по содержанию форм нахождения радионуклидов, что обусловлено различными условиями образования радиоактивных частиц при проведении ядерных испытаний. Так, минимальной биологической доступностью радионуклидов обладает почва с площадки «П-2». Содержание доступных форм 908г не превышает 0,1%, а для 1370б получены лишь оценочные значения, что
обусловлено быстрой конденсацией и затвердеванием расплавленных частиц грунта при проведении наземных взрывов, вследствие чего основная доля радионуклидов прочно связана с твёрдой фазой почвы [2, 12]. В почве с навала «Атомного» озера наиболее биологически доступным является радионуклид 9^г, так как содержание его водорастворимой и обменной форм составляет третью часть от валового, при этом основная часть 1370э прочно связана с твёрдой фазой почвы (98%). Данные различия обусловлены особенностями образования радиоактивных частиц в результате длительного воздействия высоких температур и давления на почвенную среду в зоне подземного взрыва [2]. В почве с площадки «4а» основное содержание 1370э находится в прочносвязанной форме (94%). Доля прочносвязанного 90Бг при этом составляет не более 10%. Таким образом, радионуклид 90Бг в почве данной площадки характеризуется максимальной доступностью для растений. В почвенных образцах штолен 176 и 177 большая часть 1370э прочно связана твёрдой фазой почвы (98 и 89% соответственно). В почве со штольни 176 содержание подвижной и обменной формы 1370э в среднем выше в 14 раз, по сравнению со штольней 177, где более прочная сорбция радионуклидов возможно обусловлена относительно высоким содержанием глинистых и илистых частиц, гумуса и обменных катионов (табл. 2). При этом содержание водорастворимой формы 1370э в почве со штольни 176 ниже пределов обнаружения используемой аппаратуры, а в почве штольни 177 - менее 1%. Радионуклид 90Бг в почве со штолен характеризуется значимой биологической доступностью (от 36 до 48%), а доля его прочносвязанной формы не достигает даже 10%.
Существенная разница между 1370э и 90Бг по содержанию доступных форм в почвенных образцах штолен обусловлена механизмами закрепления радионуклидов в почве: для 1370э -необменное поглощение; для 90Бг - ионный обмен [9, 25].
Оценка накопления радионуклидов культурой салата
Для оценки накопления 1370э и 90Бг салатом определена удельная активность радионуклидов в надземной части растений в конце вегетационного периода и рассчитаны коэффициенты накопления (Кн) (табл. 3).
Таблица 3
Удельная активность 137Cs и 9^г в салате и значения Кн
Техническая площадка п Удельная активность радионуклидов, Бк/кг Кн Кн для листовых овощей [19]
ср.±ошибка ср. мин. макс. сред. знач. мин. макс. сред. знач. мин. макс.
1370Б
«П-2» 1 2,4 - - 0,8х10-3 - - 1,2х10-1 2,1 хЮ-3 9,8х10-1
«Атомное» озеро 4 (0,4±0,1)х102 0,2х102 0,7х102 0,2х10-2 0,1 х1а2 2,6х10-3 7,4х10-2 3,0х10-4 7,3х10-1
Штольня 176 1 0,7х103 - - 2,4х10-2 - -
Штольня 177 5 (4,8±0,7)х102 1,1 х 102 7х102 4,7х10-2 2,1 х1а2 4,7х10-2
«4а» 1 1±102 - - 0,6х10-2 - - 1,2х10-1 2,1 хЮ-3 9,8х10-1
90Бг
«П-2» 1 7,5±102 - - 0,2 - - 1,7 6,4х10-3 7,8
«Атомное» озеро 4 (2,5±0,3)х103 1,7х103 3,6х103 0,2 0,14 0,3 1,2 4,1 хЮ-2 5,0
Штольня 176 1 1,5х104 - - 1,9 - -
Штольня 177 4 (4,9±0,4)х104 4,4х103 7,1 х103 0,7 0,5 0,9
«4а» 1 1,7х106 - - 3,1 - - 1,7 6,4х10-3 7,8
Примечание: «-» - показатели не установлены.
Как видно из табл. 3, максимум удельной активности 1370э в салате зафиксирован на почве со штольни 177, минимум - на почве с площадки «П-2». Максимальная концентрация 90Бг отмечена в биомассе растений на почве с площадки «4А», минимальная - на почве с площадки «П-2». Максимальное значение Кн 1370э для салата также установлено на почве со штольни 177, минимальное (с разницей в 59 раз) - на почве с площадки «П-2». На почвенных образцах с навала «Атомного» озера Кн 1370э выше минимального в среднем в 2 раза, на площадке «4а» - в 7 раз, на почве со штольни 176 - в 30 раз. Различия в накоплении радионуклида культурой салата на разных почвенных образцах обусловлены, в первую очередь, характером ядерных испытаний, определяющим формы нахождения 1370э в почве, а также, безусловно, влиянием свойств самих почв. Так, низкие значения Кн 1370э на почвенных образцах с площадки «П-2» и навала «Атомного» озера, прежде всего, обусловлены прочной фиксацией радионуклида в радиоактивных частицах вследствие плавления почвы во время наземных и подземных испытаний. Незначительная разница между Кн 1370э на почвах со штолен (в среднем в 1,5 раза) объясняется тем, что в почве со штольни 176 радионуклид преимущественно находится в обменной форме, а в почве со штольни 177 - как в обменной, так и в водорастворимой форме (табл. 2).
Наименьшее накопление 90Бг салатом отмечено также на почве с площадки «П-2» и навала «Атомного» озера. При этом на почве со штолен 177 и 176 значения Кн 90Бг превышают минимальное в среднем в 3 и 10 раз соответственно. Максимальных значений Кн 90Бг достигает на почве с площадки «4а» (выше минимального в 15 раз). При этом значения Кн 90Бг на почве со штольни 176 и площадки «4а» превышают единицу, что обусловлено высоким содержанием обменной формы в первом случае и обменной и водорастворимой - во втором случае (табл. 2). В целом, в большей степени в растениях накапливается именно 90Бг, так как значения Кн 90Бг для салата значительно выше аналогичных показателей для 1370э.
Следует отметить, что полученные значения Кн 1370э и 90Бг совместимы с диапазонами варьирования Кн данных радионуклидов для листовых овощей, предлагаемыми МАГАТЭ [19], однако, средние значения общемировых Кн 1370э выше от 1,5 раза до 2 порядков. Общемировые значения Кн 90Бг в большинстве случаев выше от 1,7 до 8,5 раза, за исключением Кн для почвы с площадки «4а» и штольни 176. Таким образом, применение данных МАГАТЭ может привести к некорректной оценке накопления 1370э и 90Бг в растениеводческой продукции, полученной в поч-венно-климатических условиях СИП.
Для выявления факторов, определяющих миграцию 137Cs и 9^г в системе «почва-растение» на основных радиоактивно-загрязнённых участках СИП, выполнен корреляционный анализ полученных данных (значений Кн и физико-химических показателей почвенных образцов), с использованием коэффициента корреляции Кендалла и частного коэффициента корреляции.
Корреляционный анализ значений Кн 1370э и 90Бг и обменной и водорастворимой форм радионуклидов показал полную функциональную зависимость (г=1, п=4, р<0,05), что очевидно, так как основным источником поступления 1370э и 90Бг в растения являются радионуклиды в биологически доступной форме, которая, в свою очередь, зависит одновременно от множества почвенных факторов. Метод частных корреляций позволяет определить наиболее значимый фактор, влияющий на результативный признак (в данном случае - это содержание биологически доступных форм 1370э и 90Бг) из множества одновременно воздействующих факторов (в данном случае - это физико-химические показатели почвы). Установленные значения частных коэффициентов корреляции показали, что наиболее важным фактором, определяющим содержание доступных
форм 137^ и 9С^г в почвах основных радиоактивно-загрязнённых участков СИП, и, соответственно, накопление данных радионуклидов растениями, являются их неизотопные аналоги: для 137^ - это валовое содержание К (Гжу-2=-0,81; п=4, р<0,2); для 9^г - валовое содержание Са (^=-0,64; п=4, р<0,2). Полученные зависимости согласуются с имеющимися в литературе данными [8, 9, 14-16, 25-27].
а) б)
Рис. 2. Результаты непараметрического корреляционного анализа между значениями Кн радионуклидов и содержанием физической глины в модельных почвенных образцах.
Непараметрический корреляционный анализ (рис. 2) между значениями Кн 137Cs и содержанием физической глины (фракция менее 0,01%) в почвенных образцах показал умеренную положительную связь (р=0,47; n=12, p<0,05), а для Кн 90Sr установлена слабая отрицательная зависимость между аналогичными показателями (р=-0,3; n=11, p<0,05) по шкале Чеддока.
Заключение
Дана количественная оценка накопления 137Cs и 90Sr культурой салата (Lactuca sativa L.) из почв основных радиоактивно-загрязнённых участков СИП в условиях модельного эксперимента. Наименьшей биологической доступностью 137Cs и 90Sr для растений характеризуется почва с площадки «П-2» и навала «Атомного» озера, что обусловлено особыми условиями и сопутствующими механизмами образования радиоактивных частиц при проведении ядерных испытаний на данных технических площадках. Различия в накоплении 137Cs и 90Sr салатом на почвах со штолен 176 и 177 очевидно обусловлены продолжающимися процессами трансформации форм нахождения радионуклидов в почве.
Практически во всех почвенных образцах с технических площадок СИП, за исключением «П-2», для 90Sr отмечено значительное накопление растениями, при этом наибольшую опасность представляет площадка «4а».
Установлено, что на миграцию 137Cs и 90Sr в растения из почвы на основных радиоактивно-загрязнённых участках СИП определяющими факторами являются содержание биологически доступных форм нахождения радионуклидов и их неизотопных аналогов К и Ca соответственно. Влияние физической глины на накопление 137Cs и 90Sr салатом имеет менее выраженный характер, что, очевидно, обусловлено специфическими условиями формирования радиоактивного загрязнения почвенного покрова на территории бывших испытательных площадок СИП.
Практическая значимость работы обусловлена тем, что полученные данные, во-первых, необходимы для проведения мониторинга и радиоэкологической оценки радиационно-опасных объектов СИП. Во-вторых, значения Кн и особенности накопления 1370э и 90Бг могут быть экстраполированы на импактные территории предприятий ядерного топливного цикла, расположенные в аналогичных почвенно-климатических условиях степной зоны Казахстана.
Финансирование работы осуществлялось в рамках бюджетной программы 036 «Развитие атомных и энергетических проектов», Подпрограмма 105 «Прикладные научные исследования технологического характера в сфере атомной энергетики».
Литература
1. Ядерные испытания СССР. Семипалатинский полигон: обеспечение общей и радиационной безопасности ядерных испытаний. Факты, свидетельства, воспоминания /под ред. В.А. Логачева. М.: ФУ «Медбиоэкстрем», 1997. 347 с.
2. Lukashenko S., Kabdyrakova А., Lind O.C., Gorlochev I., Kunduzbaeva A., Kvochkina T., Janssens K., De Nolf W., Yakovenko Yu., Salbu B. Radioactive particles released from different sources in the Semipalatinsk Test Site //J. Environ. Radioact. 2020. V. 216. P. 1-19. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2020.106160.
3. Ларионова Н.В., Лукашенко С.Н., Санжарова Н.И. Параметры накопления радионуклидов растениями в местах испытания боевых радиоактивных веществ на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона //Радиация и риск. 2013. Т. 22, № 4. С. 60-65.
4. Кундузбаева А.Е., Кабдыракова А.М., Ларионова Н.В., Лукашенко С.Н. Формы нахождения искусственных радионуклидов в почвах объекта «Атомное озеро» Семипалатинского испытательного полигона //Радиационная биология. Радиоэкология. 2017. Т. 57, № 4. С. 399-413.
5. Субботин С.Б., Дубасов Ю.В. Радиоактивное загрязнение водной среды горного массива Дегелен //Радиохимия. 2013. Т. 55, № 6. С. 561-567.
6. Panitsky A.V., Lukashenko S.N. Nature of radioactive contamination of components of ecosystems of streamflows from tunnels of Degelen massif //J. Environ. Radioact. 2015. V. 144. P. 32-40. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2015.02.021.
7. Батырбеков Э.Г., Айдарханов А.О., Витюк А.А., Ларионова Н.В., Умаров М.А. Комплексное радиоэкологическое обследование Семипалатинского испытательного полигона. Кокшетау: ТОО «Надежда 2050», 2021. 339 с.
8. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В. Сельскохозяйственная радиобиология. М.: Колос, 1973. 271 с.
9. Сельскохозяйственная радиоэкология /под ред. Р.М. Алексахина, Н.А. Корнеева. М.: Экология, 1992. 400 с.
10. Classification of soil systems on the dasis of transfer factors of radionuclides from soil to reference plants. IAEA-TECDOC-1497. Vienna: IARA, 2006. 260 p.
11. Quantification of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments for radiological assessments. IAEA-TECDOC-1616. Vienna, 2009. 163 p.
12. Израэль Ю.А. Радиоактивные выпадения после ядерных взрывов и аварий. СПб.: Прогресс-погода, 1996. 355 с.
13. Avramenko M.I., Averin A.N., Drozhko E.G., Glagolenko Yu.V., Filin V.P., Loboiko B.G., Mokrov Yu.G., Romanov G.N. Radiation accident of 1957 and Eastern-Urals radioactive trace: analysis of measurement data and laboratory experiments //Atmos. Environ. 2000. V. 34, N 8. P. 1215-1223. DOI: 10.1016/S1352-2310(99)00303-9.
14. Пристер Б.С., Омельяненко Н.П., Перепелятникова Л.В. Миграция радионуклидов в почве и переход их в растения в зоне аварии Чернобыльской АЭС //Почвоведение. 1990. № 10. С. 51-60.
15. Fesenko S.V., Spiridonov S.I., Sanzharova N.I., Alexakhin R.M. Dynamics of 137Cs bioavailability in a soil-plant system in areas of the Chernobyl Nuclear Power Plant accident zone with a different physico-chemical composition of radioactive fallout //J. Environ. Radioact. 1997. V. 34, N 3. P. 287-313. DOI: 10.1016/0265-931X(96)00044-6.
16. Kashparov V.A., Ahamdach N., Zvarich S.I., Yoschenko V.I., Maloshtan I.M., Dewiere L. Kinetics of dissolution of Chernobyl fuel particles in soil in natural conditions //J. Environ. Radioact. 2004. V. 72, N 3. P. 335-353. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2003.08.002.
17. Beresford N.A., Fesenko S., Konoplev A., Skuterud L., Smith J.T., Voigt G. Thirty years after the Chernobyl accident: what lessons have we learnt? //J. Environ. Radioact. 2016. V. 157. P. 77-89. DOI: 10.1016/j.jen-vrad.2016.02.003.
18. Endo S., Kajimoto T., Shizuma K. Paddy-field contamination with 134Cs and 137Cs due to Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident and soil-to-rice transfer coefficients //J. Environ. Radioact. 2013. V. 116. P. 59-64. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2012.08.018.
19. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments. IAEA Technical reports 472. Vienna: IAEA, 2010. 194 p.
20. Larionova N.V., Lukashenko S. N., Kabdyrakova A. M., Kunduzbayeva A. Y., Panitskiy A.V., Ivanova A.R. Transfer of radionuclides to plants of natural ecosystems at the Semipalatinsk Test Site //J. Environ. Radioact. 2018. V. 186. P. 63-70. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2017.09.006.
21. Kozhakhanov T.E., Lukashenko S.N., Larionova N.V. Accumulation of artificial radionuclides in agricultural plants in the area used for surface nuclear tests //J. Environ. Radioact. 2014. V. 137. P. 217-226. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2014.06.026.
22. Паницкий А.В., Лукашенко С.Н., Магашева Р.Ю. Особенности вертикального распределения радионуклидов в почвах бывшего Семипалатинского испытательного полигона //Фундаментальные исследования. Биологические науки. 2013. № 10. С. 2231-2236.
23. Активность радионуклидов в объёмных образцах. Методика выполнения измерений на гамма-спектрометре МИ 2143-91: МИ 5.06.001.98 РК. Алматы, 1998. 18 с.
24. Методика определения содержания искусственных радионуклидов плутония-(239-240), стронция-90 в объектах окружающей среды (почвах, грунтах, донных отложениях и растениях). Алматы, 2010. 25 с.
25. Bulgakov A.A. Modeling of 137Cs fixation in soils //Eurasian Soil Sci. 2009. V. 42, N 6. P. 675-681. DOI: 10.1134/S1064229309060131.
26. Comans R., Hockley D. Kinetics of cesium sorption on illite //Geochim. Cosmochim. Acta. 1992. V. 56, N 3. P. 1157-1164. DOI: 10.1016/0016-7037(92)90053-L.
27. Absalom J.P., Young S.D., Crout N.M.J. Radiocaesium fixation dynamics: measurement in six Cumbrian soils //Eur. J. Soil Sci. 1995. V. 46, N 3. P. 461-469. DOI: 10.1111/j.1365-2389.1995.tb01342.x.
Accumulation of 137Cs and 90Sr by lettuce culture (Lactuca sativa L.) from radioactively contaminated soils of the former Semipalatinsk test site
Polivkina Ye.N.1, Ponomaryova T.S.2, Mendubaev A.T.1, Kenzhebaev R.A.1, Nemytova L.A.1, Ivanova A.R.1, Kenzhina L.B.1, Panitskiy A.V.
1 Branch Institute of Radiation Safety and Ecology of the National Nuclear Center of the Republic
of Kazakhstan, Kurchatov, Kazakhstan;
2 "ECOEXPERT" LLP, Karaganda, Kazakhstan
The paper presents the study of 137Cs and 90Sr transfer from soils of the former technical sites of the Semipalatinsk test site to the salad culture (Lactuca sativa L.) as an example of the leaf vegetable. The factors affecting the transfer of the radionuclides from soils with a different character of radioactive contamination to the salad culture were identified under the model vegetation experiment conditions. The variation ranges of 137Cs and 90Sr transfer factors values were 2 and 1 orders of magnitude respectively. With the use of the private correlation method, it was found that the content of biologically available forms of 137Cs and 90Sr in the soils of the former Semipalatinsk test site, and, consequently, accumulation of these radionuclides by the salad, depended on their non-isotopic analogs K and Ca concentration in the soil, respectively (rxy-z=-0.81; n=4, p<0.2 - for 137Cs and gross K; rxy-z=-0.64; n=4, p<0.2 - for 90Sr). There was a moderate positive relationship between the value of 137Cs transfer factor and physical clay content (fraction >0.01%) in the soil (p=0.47; n=12, p<0.05), the relationship between value of 90Sr transfer factor and the physical clay content was weak negative (p=-0.3; n=11, p<0.05). The migration of 137Cs and 90Sr to the salad culture from the radioactively contaminated soils of the Semipalatinsk test site mainly depended on biologically available forms content of radionuclides and their non-isotopic analogs K and Ca speciation, respectively. The impact of physical clay on the accumulation of 137Cs and 90Sr by the salad culture was less pronounced, it could be due to the specific conditions for radioactive contamination of the soil surface in the territory of the former technical sites of the Semipalatinsk test site.
Key words: Semipalatinsk test site, radioactive contamination, former test sites, 90Sr, 137Cs, migration, salad (Lactuca sativa L.), transfer factor, forms of radionuclides location, bioavailability.
References
1. Nuclear tests of the USSR. Semipalatinsk test site: ensuring general and radiation safety of nuclear tests. Facts, testimonies, memories. Ed.: V.A. Logachev. Moscow, "Medbioextrem", 1997. 347 p. (In Russian).
2. Lukashenko S., Kabdyrakova A., Lind O.C., Gorlochev I., Kunduzbaeva A., Kvochkina T., Janssens K., De Nolf W., Yakovenko Yu., Salbu B. Radioactive particles released from different sources in the Semipalatinsk Test Site. J. Environ. Radioact., 2020, vol. 216, pp. 1-19. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2020.106160.
3. Larionova N.V., Lukashenko S.N., Sanzharova N.I. Accumulation of radionuclides by plants in the area for testing radiological warfare substances at the Semipalatinsk test site. Radiatsja i Risk - Radiation and Risk, 2013, vol. 22, no. 4, pp. 60-65. (In Russian).
4. Kunduzbaeva A.E., Kabdyrakova A.M., Larionova N.V., Lukashenko S.N. Speciation of artificial radionuclides in soils of the "Atomic" lake site at the Semipalatinsk test site. Radiatsionnaja biologija. Radiojekologija - Radiation Biology. Radioecology, 2017, vol. 57, no. 4, pp. 399-413. (In Russian).
5. Subbotin S.B., Dubasov Yu.V. Radioactive contamination of water of the Degelen mountain massif. Radiohimija - Radiochemistry, 2013, vol. 55, no. 6, pp. 561-567. (In Russian).
6. Panitsky A.V., Lukashenko S.N. Nature of radioactive contamination of components of ecosystems of streamflows from tunnels of Degelen massif. J. Environ. Radioact., 2015, vol. 144, pp. 32-40. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2015.02.021.
7. Batyrbekov E.G., Aydarkhanov A.O., Vityuk A.A., Larionova N.V., Umarov M.A. Comprehensive radioecologi-cal examination of the Semipalatinsk test site. Kokshetau, TOO «Nadezhda 2050», 2021. 339 p. (In Russian).
Polivkina Ye.N.* - Head of Lab., C. Sc., Biol.; Mendubaev A.T. - Engineer, Master's degree; Kenzhebaev R.A. - Engineer; Nemytova L.A. -Technician; Ivanova A.R. - Head of Group, Master's degree; Kenzhina L.B. - Head of Lab.; Panitsky A.V. - Head of Dep., C. Sc., Biol. Branch IRSE NNC RK. Ponomaryova T.S. - Design Engineer, Master's degree. "ECOEXPERT" LLP.
•Contacts: 2b Beibit-Atom Str., Kurchatov, East Kazakhstan Region, Kazakhstan, 071100. Tel.: +7(72251)32720 (162); e-mail: polivkina@nnc.kz.
8. Guljakin I.V., Judinceva E.V. Agricultural radioecology. Moscow, Kolos, 1973. 271 p. (In Russian).
9. Agricultural radioecology. Eds.: R.M. Aleksahin, N.A. Korneev. Moscow, Jekologija, 1992. 400 p. (In Russian).
10. Classification of soil systems on the basis of transfer factors of radionuclides from soil to reference plants. IAEA-TECDOC-1497. Vienna, IAEA, 2006. 260 p.
11. Quantification of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments for radiological assessments. IAEA-TECDOC-1616. Vienna, IAEA, 2009. 163 p.
12. Izrajel' Ju.A. Radioactive fallout after nuclear explosions and accidents. Saint Petersburg, Progress-pogoda, 1996. 355 p. (In Russian).
13. Avramenko M.I., Averin A.N., Drozhko E.G., Glagolenko Yu.V., Filin V.P., Loboiko B.G., Mokrov Yu.G., Romanov G.N. Radiation accident of 1957 and Eastern-Urals radioactive trace: analysis of measurement data and laboratory experiments. Atmos. Environ., 2000, vol. 34, no. 8, pp. 1215-1223. DOI: 10.1016/S1352-2310(99)00303-9.
14. Prister B.S., Omel'janenko N.P., Perepeljatnikova L.V. Migration of radionuclides in the soil and their transfer to plants in the Chernobyl NPP accident zone. Pochvovedenie - Soil Science, 1990, no. 10, pp. 51-60. (In Russian).
15. Fesenko S.V., Spiridonov S.I., Sanzharova N.I., Alexakhin R.M. Dynamics of 137Cs bioavailability in a soil-plant system in areas of the Chernobyl Nuclear Power Plant accident zone with a different physico-chemical composition of radioactive fallout. J. Environ. Radioact., 1997, vol. 34, no. 3, pp. 287-313. DOI: 10.1016/0265-931X(96)00044-6.
16. Kashparov V.A., Ahamdach N., Zvarich S.I., Yoschenko V.I., Maloshtan I.M., Dewiere L. Kinetics of dissolution of Chernobyl fuel particles in soil in natural conditions. J. Environ. Radioact., 2004, vol. 72, no. 3, pp. 335-353. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2003.08.002.
17. Beresford N.A., Fesenko S., Konoplev A., Skuterud L., Smith J.T., Voigt G. Thirty years after the Chernobyl accident: what lessons have we learnt? J. Environ. Radioact., 2016, vol. 157, pp. 77-89. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2016.02.003.
18. Endo S., Kajimoto T., Shizuma K. Paddy-field contamination with 134Cs and 137Cs due to Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident and soil-to-rice transfer coefficients. J. Environ. Radioact., 2013, vol. 116, pp. 59-64. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2012.08.018.
19. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments. IAEA Technical reports 472. Vienna, IAEA, 2010. 194 p.
20. Larionova N.V., Lukashenko S.N., Kabdyrakova A.M., Kunduzbayeva A.Y., Panitskiy A.V., Ivanova A.R. Transfer of radionuclides to plants of natural ecosystems at the Semipalatinsk Test Site. J. Environ. Radioact., 2018, vol. 186, pp. 63-70. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2017.09.006.
21. Kozhakhanov T.E., Lukashenko S.N., Larionova N.V. Accumulation of artificial radionuclides in agricultural plants in the area used for surface nuclear tests. J. Environ. Radioact., 2014, vol. 137, pp. 217-226. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2014.06.026.
22. Panitskiy A.V., Lukashenko S.N., Magasheva R.Yu. Features of the vertical distribution of radionuclides in the soils of the former Semipalatinsk test site. Fundamental'nyye issledovaniya. Biologicheskiye nauki -Fundamental Research. Biological Sciences, 2013, no. 10, pp. 2231-2236. (In Russian).
23. Activity of radionuclides in bulk samples. The method of performing measurements on a gamma spectrometer MI 2143-91: MI 5.06.001.98 RK. Almaty, 1998. 18 p. (In Russian).
24. Methods for determining the content of artificial radionuclides of plutonium-(239-240), strontium-90 in environmental objects (soils, soils, sediments and plants). Almaty, 2010. 25 p. (In Russian).
25. Bulgakov A.A. Modeling of 137Cs fixation in soils. Eurasian Soil Sci., 2009, vol. 42, no. 6, pp. 675-681. DOI: 10.1134/S1064229309060131.
26. Comans R., Hockley D. Kinetics of cesium sorption on illite. Geochim. Cosmochim. Acta, 1992, vol. 56, no. 3, pp. 1157-1164. DOI: 10.1016/0016-7037(92)90053-L.
27. Absalom J.P., Young S.D., Crout N.M.J. Radiocerium fixation dynamics: measurement in six Cumbrian soils. Eur. J. Soil Sci., 1995, vol. 46, no. 3, pp. 461-469. DOI: 10.1111/j.1365-2389.1995.tb01342.x.
