CC BY
8АГРОЭКОЛОГИЯ
УДК 574.4+631.41 DOI: 10.25680/S19948603.2022.128.19
ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В КУКУРУЗЕ НА РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЛЯХ
О.Л. Комиссарова1, Т.А. Парамонова1'2, к.б.н., O.E. Денисова1, Н.В. Кузьменкова3'4, к.г.н., Л.А. Турыкин5, к.г.н.
1 МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 2 ФГБУ «Институт глобального климата и экологии имени академика Ю.А. Израэля», 107258, Россия, Москва, ул. Глебовская, д. 20Б 3 МГУ имени М.В. Ломоносова, химический факультет, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 3 4Институт геохимии и аналитической химии им. В.Н Вернадского, 119991, Россия, Москва, ул. Косыгина, д. 19.
5МГУ имени М.В. Ломоносова, Географический факультет, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1
E-mail: Komissar ova-ol%a93(a)yan dex. г и
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
(проект № 20-35-90119/20)
На территории Плавского радиоактивного пятна Тульской области, образовавшегося вследствие аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г., было проведено исследование для оценки радиационной безопасности выращиваемой кукурузы, а также для выявления особенностей аккумуляции 137Cs в надземных и подземных органах культуры. Установлено, что в настоящее время плотность загрязнения пахотных почв обследованного угодья 137Cs составила 167'±5 кБк/м2, превышая допустимый уровень радиоактивного загрязнения почв в 5 раз. При этом удельная активность радиоцезия в зерне - 3,2±1,9 Бк/кг, что существенно меньше установленных санитарно-гигиенических норм для зерновых культур. Наибольший запас 137Cs характерен для листьев и стеблей кукурузы (55 % от общего запаса 137Cs в растении). Коэффициент накопления 137Cs в общей биомассе кукурузы 0,023±0,010, что подтверждает дискриминацию корневого поступления радионуклида в растение. При этом распределение 137Cs между побегами и корнями сравнительно однородное (КН 0,023±0,014 и 0,021±0,017 соответственно).
Ключевые слова: чернобыльская авария, цезий-137 (137Cs), радиоактивное загрязнение, коэффициент перехода, сельскохозяйственные культуры, продовольственная безопасность.
Для цитирования: Комиссарова О.Л., Парамонова Т.А., Денисова O.E., Кузьменкова HB., Турыкин Л.А. Особенности накопления цезия-137 в кукурузе на радиоактивно загрязненных землях//Плодородие. - 2022. - №5. - С. 7679. DOI: 10.25680/S 19948603.2022.128.19.
Кукуруза - одна из наиболее широко используемых сельскохозяйственных культур в мире. Лидерами по производству кукурузы являются США, Китай, Бразилия [10]. В России кукуруза составляет около 10% от выращиваемых зерновых культур [12]. Наибольшие посевные площади под кукурузой расположены в Южном и Центральном федеральных округах (~ по 30%) [11].
Ведение сельского хозяйства в ряде регионов Центрального федерального округа, таких как Брянская, Курская. Орловская и Тульская области, осложняется загрязнением почв радионуклидами, выпавшими в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. [1]. В современный период среди чернобыльских радионуклидов наибольшую опасность представляет 137 Се, так как, помимо массового поступления в окружающую среду (75-86 ПБк), он имеет длительный период полураспада (Т1/2=30,2 лет) и способность необменно фиксироваться в межпакетных пространствах глинистых минералов почвы [5].
Одной из пострадавших в результате чернобыльской аварии территорий в Тульской области является Плав-ское радиоактивное пятно с наибольшей локализацией выпадений радиоцезия в Плавском административном районе, где плотность загрязнения почв 137 Се в 1986 г. составила 5-15 Ки/км2 (185-555 кБк/м2) [1]. Плавский район в послеаварийный период отнесен к зоне проживания с правом на отселение [7]. Несмотря на высокий
уровень радиоактивного загрязнения, земли продолжали использоваться для ведения растениеводства после проведения реабилитационных мероприятий - глубокой оборотной вспашки до глубины 30 см [9]. В настоящее время около 88% сельскохозяйственных угодий Плавского района занято пашней [4]. При этом современный уровень загрязнения почвы агроценозов 137Св составляет 140-220 кБк/м2 [9], что превышает предельно допустимую норму, равную 37 кБк/м2 [7].
Поскольку получение безопасной продукции растениеводства является одной из приоритетных задач сельского хозяйства, необходимо регулярно проводить мониторинг накопления радионуклидов в агрокультурах. ФГБУ «Тулаагрохимрадиология» ежегодно измеряет содержание 137 Се в сельскохозяйственных культурах, выращенных на территории Тульской области [3]. Однако для понимания закономерностей накопления радиоцезия в органах и тканях растений, а также для эффективного планирования ведения сельского хозяйства на радиоактивно загрязненных территориях, необходимо учитывать аккумуляцию радионуклида не только в продукции растений, но и в неиспользуемых в хозяйстве частях, в том числе в подземных фракциях.
Цель наших исследований - выявить общие закономерности поведения 137 Се в системе почва-растение на примере агроценоза кукурузы.
В задачи работы входили: 1) оценка современного уровня радиоактивного загрязнения пахотных почв и продукции растениеводства в агроценозе кукурузы, расположенном в центральной части Плавского радиоактивного пятна; 2) выявление особенностей распреде-
ления Cs по органам кукурузы; 3) анализ интенсив-
ности корневого потребления радиоцезия растениями
кукурузы.
Методика. Для проведения полевой части исследования была выбрана площадка в пределах пахотного угодья центральной части Плавского радиоактивного пятна на агрочерноземах глинисто-иллювиальных (рис 1).
i" ; í -
Рис 1. Расположение опорной площадки исследования на территории Плавского радиоактивного пятна: а, б - карта загрязнения почвы 137Cs в Европе после аварии на Чернобыльской АЭС, май 1986 г. [1]; в - изображение Google Earth
В сентябре 2021 г. на опытной площадке проводили пробоотбор биомассы кукурузы (зерновой гибрид компании Pioneer, сорт П8515). Надземные и подземные компоненты растительности отбирали с площади 2500 см2 в трехкратной повторности. Надземные органы кукурузы были разделены на стебли, листья, листовые обертки початков, початки с зерном, метелки; подземная часть кукурузы - на утолщенный колеоптиль, крупные придаточные корни (диаметр поперечного сечения >3 мм), средние придаточные корни (диаметр поперечного сечения 3-0,5 мм), тонкие придаточные корни (диаметр поперечного сечения <0,5 мм). Образцы надземной и подземной частей растений тщательно отмывали от почвенного мелкозема под проточной водой на системе сит.
Пробоотбор почв проводили также в трехкратной повторности с помощью цилиндрического пробоотборника ПГ-450 до глубины 30 см, соответствующей нижней границе массового проникновения 137Cs в профиле пахотных черноземов Плавского радиоактивного пятна [9], в непосредственной близости от собранных растений.
В лабораторных условиях пробы растительности высушивали при температуре 75°С, почву - до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре. После этого пробы почвы и растений измельчали в целях гомогенизации на лабораторной мельнице, почву дополнительно просеивали через сито с диаметром ячейки 1 мм.
Измерения удельной активности 137Cs в компонентах растительной биомассы проводили в геометрии «дента» на гамма-спектрометре Canberra GR 3818 с детектором из особо чистого германия HPGe (США), в почве -также в геометрии «дента» на гамма-спектрометре «Мультирад» с блоком детектирования БДКС-63-01А с использованием программы обработки спектров «Прогресс 5.1» (Россия).
Результаты и их обсуждение. Оценка современного уровня радиоактивного загрязнения агрочерноземов
Плавского радиоактивного пятна Се показала превышение допустимой нормы в -4,5 раза: плотность радиоактивного загрязнения почв составила 167±5 кБк/м2, удельная активность 137Св в слое 0-30 см - 493±25 Бк/кг.
1. Запасы биомассы и удельная активность ( N в биомассе
Компонент Запас абсолютно сухой биомассы, кг/м2 Удельная активность 137Cs, Бк/кг Допустимые уровни, Бк/кг
Общая биомасса 3.82 ± 0.06 6.6 ± 1.4 Не нормируется
Надземная биомасса 3.58 ±0.56 8.0 ± 3.7 Не нормируется
Стебли 0.41 ±0.08 7.3 ± 2.2 80 [2]
Листья 0.39 ± 0.03 33.5 ± 10.7
Обертки початков 0.14 ±0.04 13.3 ±4.2 Не нормируется
Початки, в т.ч. зерно 2.64 ±0.38 3.2 ± 1.9 60 [6]
Метелки 0.02 ±0.01 14.8 ±3.1 Не нормируется
Подземная биомасса 0.24 ± 0.02 5.9 ± 1.3 Не нормируется
Утолщенный колеоптиль 0.09 ± 0.03 3.8 ±0.7 Не нормируется
Крупные придаточные корни 0.12 ±0.01 4.6 ± 0.9 Не нормируется
Средние придаточные корни 0.02 ±0.01 11.2 ± 1.2 Не нормируется
Тонкие придаточные корни 0.02 ±0.01 22.4 ±3.4 Не нормируется
При этом средние значения удельной активности 137Св в абсолютно сухой биомассе кукурузы были на порядок меньше, чем в почве. Нормируемые показатели удельной активности 137Св в непосредственно используемых человеком или идущих на силос надземных частях кукурузы соответствовали стандартам санитарно-гигиенической и ветеринарной безопасности, как
для зерна [6], так и для зеленой массы кукурузы [2] (табл. 1).
В целом, по уменьшению значений удельной активности 137Св в общей биомассе компоненты кукурузы ранжировались следующим образом: листья > тонкие придаточные корни > метелки > листовая обертка початков > средние придаточные корни > стебли > крупные придаточные корни, колеоптиль > початки с зерном.
Анализ распределения запасов 137Св по надземным и подземным органам кукурузы показал, что он аккуму-
лируется в основном в листьях и стеблях, составляя -50% от общего запаса 137Св в растениях, а также в зерне (-25%) за счет его доминирующей роли в структуре биомассы растения в период уборки урожая. Однако корни кукурузы, в том числе фракция тонких придаточных корней, являющихся барьером на пути корневого поступления 137Св из почвы в органы и ткани растений, не вносят заметного вклада в процесс депонирования радиоцезия в связи с их малой долей участия в общей структуре биомассы (рис. 2).
Рис. 2. Распределение запасов Се в компонентах биомассы кукурузы на территории Плавского радиоактивного пятна (%)
Для анализа интенсивности перехода Се из почвы в растения использовали коэффициент накопления (КН), рассчитывающийся как соотношение удельной активности радионуклида в растениях и почве. Средние значения КН для надземной биомассы варьировали в пределах 0,005-0,054, а для подземной биомассы -0,008-0,046, что указывает на дискриминацию корнево-
го поглощения Се растениями. Сравнительно высокая интенсивность поглощения 137Св наблюдалась для фракции тонких придаточных корней, состоящей в основном из сосущих корней, выполняющих функцию ризофильтрации по отношению к поступающему в растение радионуклиду (рис. 3).
Рис. 3. Коэффициенты накопления Се в компонентах биомассы кукурузы на территории Плавского радиоактивного пятна
Полученные в работе значения КН для зерна 1,2Т0~2, При оценке общего баланса распределения запасов
стеблей и листьев кукурузы 2.2' КГ2 соответствуют ус- 137Св в системе почва-растение можно отметить, что
редненным данным, опубликованным МАГАТЭ для почва является главным долговременным резервуаром
районов умеренного климата соответственно [8]. радионуклида. В ней сосредоточен практически весь
пул радиоцезия. В биомассу кукурузы в течение вегетационного сезона переходит не более 0,02% от общего содержания радионуклида в системе почва-растение (табл. 2).
2. Распределение запасов ( ^ в системе почва — растение
в агроценозе с кукурузой на территории Плавского _радиоактивного пятна_
Биомасса Запасы 137Cs в биомассе, кБк/м2 (%) Запасы 137Cs в почве, кБк/м2 (%) Общие запасы 137Cs в системе почва-растение, кБк/м2
Общая 0,030 (0,02) 167,287 (99,98) 167,317
Надземная 0,029 (0,02)
Подземная 0,001 (0,001)
Заключение. В современный период плотность радиоактивного загрязнения почвы исследованного сельскохозяйственного угодья на территории Плавского радиоактивного пятна превышает допустимый уровень в -4,5 раз и составляет 167±5 кБк/м2. Несмотря на высокий показатель радиоактивного загрязнения пахотной почвы, накопление 137 Се в зерне кукурузы (3,2±1,9 Бк/кг) и зеленой биомассе (17,2±3,4 Бк/кг), идущей на силос, существенно меньше санитарно-гигиенической и ветеринарных норм. В целом интенсивность корневого потребления 137Св низкая, КН < 0,1 для всех компонентов кукурузы. Распределение 137Св между надземными и подземными органами практически одинаковое (КН составляют 0,023±0,014 и 0,021±0,017 для надземной и подземной частей соответственно). Сравнительно повышенная аккумуляция 137 Се наблюдается в листьях и тонких придаточных корнях.
Таким образом, основной пул выпавшего 137 Се в настоящее время сохраняется в почве, а миграция радионуклида в растения несущественная. Следовательно, продукция растениеводства - как зерно, так и надземная биомасса, идущая на корм, безопасна и может исполь-
зоваться местным населением, либо в коммерческих целях без ограничений по радиационно-гигиеническому фактору.
Литература
1. Атлас загрязнения Европы цезием после Чернобыльской аварии / Ю. А. Израэль и др. — Люксембург, Бюро для официальных изданий Европейских сообществ, 1998. - 71 с.
2. Ветеринарно-сашплршле требования к радиационной безопасности кормов, кормовых добавок, сырья кормового. Допустимые уровни содержания 90Sr и 137Cs. Ветеринарные правила и нормы. - ВП 13.5.13/06-01. - Минсельхоз РФ от 19.12.2000 (действительны до 2016).
3. Доклад об экологической ситуации в Тульской области за 2020 год. - Сборник правовых актов Тульской области и иной официальной информации, 2021. - 117 с.
4. Региональный доклад о состоянии и использовании земель Тульской области в 2020 году / Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии (РОСРЕЕСТР), 2021. - 126 с.
5. Сельскохозяйственная радиоэкология / P.M. Алексахин, Н.А. Кор-неев. -М.: Экология, 1992. -400 с.
6. СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов». - Постановление главного государственного санитарного врача РФ от 14.11.2001. —№ 36.
7. Федеральный закон РФ «О социальной защите граждан, подвергшихся воздействию радиации, вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС». - 15.05.1991. -№ 1244-1.
8. Handbook of Parameter Values for the Prediction of Radionuclide Transfer in Terrestrial and Freshwater Environments. - Vienna: International atomic energy agency, 2010. - 109 p.
9. Komissarova O., Paramonova T. Land use in agricultural landscapes with chernozems contaminated after Chernobyl accident: Can we be confident in radioecological safety of plant foodstuff? // International Soil and Water Conservation Research. - 2019. - Vol. 7. - № 2. - P. 158-166.
10. World Food and Agriculture. - Rome: FAO. Statistical Yearbook, 2021.-266 p.
11. АБ-Центр - Экспертно-аналитический центр агробизнеса [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.ab-center.ru - Дата доступа: 02.06.2022.
12. Росстат [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/VSHP_2016_Т1_к2(2). - Дата доступа: 02.06.2022.
FEATURES OF CAESIUM-137 ACCUMULATION IN ABOVEGROUND AND BELLOWGROUND ORGANS OF MAIZE
GROWN ON RADIOACTTVELY CONTAMINATED LANDS
O.L. Komissarova, T.A. Paramonova, O.E. Denisova, N. V. Kuzmenkova, L.A. Turykin
On the territory of Plavsk radioactive hotspot of Tula region, formed as a result of the accident at the Chernobyl nuclear power plant in 1986, a study was conducted to assess the radiation safety of edible part of maize, as well as to identify the features of137Cs accumulation in aboveground and belowground biomass. It has been established that at present the content of137Cs in arable soil was 167±5 kBq/m2, exceeding the permissible level of radioactive contamination of soils by 5 times. At the same time, 137 Cs activity in grains were 3.2±1.9 Bq/kg, which was significantly less than the established sanitary standards for grain crops. The largest137 Cs inventory was typical for leaves and stems (52% of the total137Cs inventory in plant). 137 Cs transfer factor for the total biomass of maize was 0.023±0.010, which confirms the discrimination of the root radionuclide intake into plant. 137Cs distribution between shoots and roots was relatively homogeneous (TF 0.023± 0.014 and 0.021± 0.017 correspondently).
Kay words: Chernobyl accident agrosystems, crops, caesium- 137 ('37 Cs), transferfactor, radioactive contamination, food safety.
