Научная статья на тему 'Радиохимические и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв'

Радиохимические и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
393
43
Поделиться
Ключевые слова
РАДИОАКТИВНОСТЬ / ПОЧВА / ПЛОДОРОДИЕ / РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ / РАДИОНУКЛИДЫ / ПРОДУКТИВНОСТЬ / ИЗВЕСТКОВАНИЕ / МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ / ИЗВЕСТЬСОДЕРЖАЩИЕ ОТХОДЫ ПРОМЫШЛЕННОСТИ / RADIOACTIVITY / SOIL / FERTILITY / RADIOACTIVE CONTAMINATION / RADIONUCLIDES / PRODUCTIVITY / LIMING / THE MINERAL FERTILIZERS / LIME-CONTAINING INDUSTRIAL WASTES

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Орлов Павел, Аканова Наталья, Шхапацев Аслан

Проведено обобщение данных радиологического мониторинга почв земель сельскохозяйственного назначения и результатов по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации 137Cs, 90Sr, 239+240Pu. Отмечено, что наиболее летучие радионуклиды, в том числе 137Cs, конденсируются на легких и более дисперсных матрицах и могут распространяться на значительные расстояния. Изотопы редкоземельных и трансурановых элементов преимущественно находятся на тяжелых матрицах (топливо матрицы и конструкционные материалы), их радиус распространения значительно меньше. Приведена оценка современных уровней загрязнения почв сельскохозяйственных угодий, расположенных на территориях, уровень загрязнения которых в 1992-1993 гг. был более 1 Ки/км2 (радиоактивные пятна). Определено, что вариабельность загрязнения зависит от типа и агрохимических параметров почв, ее значения равны 45±11% для 137Cs и 52±8% для 90Sr. Установлено, что из почв, имеющих высокое плодородие, радионуклиды 137Cs и 90Sr поступают в растения в 1,5-2 раза в меньших количествах, чем из низкоплодородных почв, при одинаковом уровне загрязнения ими почвы. Предложены приемы, снижающие накопление радионуклидов в растениях. Выявлено, что применение калийных удобрений в водно-растворимой форме (КCl, КNО3, К2SО4) приводит к быстрому снижению изотопного отношения 137Cs+ / Cs+ и ионного 137Cs+ / Rb+, 137Cs+ / К+. Внесение извести в дозе, соответствующей полной гидролитической кислотности, снижает содержание радионуклидов в продукции растениеводства в 1,5-3 раза в зависимости от типа почв и исходной кислотности. Внесение в почву калийсодержащих зол и металлургических шлаков для уменьшения перехода 137Cs в сельскохозяйственные растения может оказаться более эффективным приемом по сравнению с внесением водно-растворимых форм удобрений.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Орлов Павел, Аканова Наталья, Шхапацев Аслан

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

The data of the radiological monitoring of agricultural land soils and the results of radioactive contamination of the territory of the Russian Federation settlements by 137Cs, 90Sr, 239+240Pu have been summarized. It was noted that the most volatile radionuclides, including 137Cs, condense on light and more dispersive matrices and can spread over considerable distances. Isotopes of rare-earth and transuranium elements are mainly located on heavy matrices (matrix fuel and structural materials) and their spreading radius is much smaller. The estimation of modern levels of agricultural land soil contamination located in the territories, which the level of pollution in 1992-1993 was more than 1 Ci/km2 (radioactive spots), is given. It is determined that the variability of contamination depends on the type and agrochemical parameters of the soils. Its values are equal to 45±11% for 137Cs and 52±8% for 90Sr. It has been established that radionuclides 137Cs and 90Sr from radionuclides of 137Cs and 90Sr enter the plants in 1.5-2 times less quantities than from low-fertile soils, with the same level of soil contamination. It has been established that radionuclides 137Cs and 90Sr from high-fertile soils enter the plants in 1.5-2 times less quantities than from low-fertile soils, with the same level of soil contamination. Methods that reduce the accumulation of radionuclides in plants are proposed. It was found that the using of potassium fertilizers in the water-soluble form (KCl, КNО3, К2SО4) leads to a rapid decrease in the isotopic ratio of 137Cs+ / Cs+ and ionic 137Cs+ / Rb+, 137Cs+ / К+. The insertion of lime with a dose appropriated to complete hydrolytic acidity reduces the content of radionuclides in crop production by 1.5-3 times, depending on the type of soils and the initial acidity. The insertion of potassium-containing ashes and metallurgical slags into the soil in order to reduce the transition of 137Cs to agricultural plants may prove to be a more effective method than the insertion of water-soluble forms of fertilizers.

Текст научной работы на тему «Радиохимические и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв»

ш

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ

УДК 631.438

Павел Орлов,

кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Наталья Аканова,

доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник,

Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова, Аслан Шхапацев,

кандидат сельскохозяйственных наук, декан,

Майкопский государственный технологический университет, Республика Адыгея, г. Майкоп

РАДИОХИМИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СНИЖЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ

Проведено обобщение данных радиологического мониторинга почв земель сельскохозяйственного назначения и результатов по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации 137Cs, 90Sr, 239+240Pu. Отмечено, что наиболее летучие радионуклиды, в том числе 137Cs, конденсируются на легких и более дисперсных матрицах и могут распространяться на значительные расстояния. Изотопы редкоземельных и трансурановых элементов преимущественно находятся на тяжелых матрицах (топливо матрицы и конструкционные материалы), их радиус распространения значительно меньше. Приведена оценка современных уровней загрязнения почв сельскохозяйственных угодий, расположенных на территориях, уровень загрязнения которых в 1992-1993 гг. был более 1 Ки/км2 (радиоактивные пятна). Определено, что вариабельность загрязнения зависит от типа и агрохимических параметров почв, ее значения равны 45±11% для 137Cs и 52±8% для 90Sr. Установлено, что из почв, имеющих высокое плодородие, радионуклиды 137Cs и 90Sr поступают в растения в 1,5-2 раза в меньших количествах, чем из низкоплодородных почв, при одинаковом уровне загрязнения ими почвы. Предложены приемы, снижающие накопление радионуклидов в растениях. Выявлено, что применение калийных удобрений в водно-растворимой форме (KCl, KN03, K2S04) приводит к быстрому снижению изотопного отношения 137Cs+ / Cs+ и ионного 137Cs+ / Rb+, 137Cs+ / К+. Внесение извести в дозе, соответствующей полной гидролитической кислотности, снижает содержание радионуклидов в продукции растениеводства в 1,5-3 раза в зависимости от типа почв и исходной кислотности. Внесение в почву калийсодержащих зол и металлургических шлаков для уменьшения перехода 137Cs в сельскохозяйственные растения может оказаться более эффективным приемом по сравнению с внесением водно-растворимых форм удобрений.

S u m m a r y

The data of the radiological monitoring of agricultural land soils and the results of radioactive contamination of the territory of the Russian Federation settlements by 137Cs, 90Sr, 239+240Pu have been summarized. It was noted that the most volatile radionuclides, including 137Cs, condense on light and more dispersive matrices and can spread over considerable distances. Isotopes of rare-earth and transuranium elements are mainly located on heavy matrices (matrix fuel and structural materials) and their spreading radius is much smaller. The estimation of modern levels of agricultural land soil contamination located in the territories, which the level of pollution in 1992-1993 was more than 1 Ci/km2 (radioactive spots), is given. It is determined that the variability of contamination depends on the type and agrochemical parameters of the soils. Its values are equal to 45±11% for 137Cs and 52±8% for 90Sr. It has been established that radionuclides 137Cs and 90Sr from radionuclides of 137Cs and 90Sr enter the plants in 1.5-2 times less quantities than from low-fertile soils, with the same level of soil contamination. It has been established that radionuclides 137Cs and 90Sr from high-fertile soils enter the plants in 1.5-2 times less quantities than from low-fertile soils, with the same level of soil contamination. Methods that reduce the accumulation of radionuclides in plants are proposed. It was found that the using of potassium fertilizers in the water-soluble form (KCl, KN03, K2S04) leads to a rapid decrease in the isotopic ratio of 137Cs+ / Cs+ and ionic 137Cs+ / Rb+, 137Cs+ / K+. The insertion of lime with a dose appropriated to complete hydrolytic acidity reduces the content of radionuclides in crop production by 1.53 times, depending on the type of soils and the initial acidity. The insertion of potassium-containing ashes and metallurgical slags into the soil in order to reduce the transition of 137Cs to agricultural plants may prove to be a more effective method than the insertion of water-soluble forms of fertilizers. Ключевые слова: радиоактивность, почва, плодородие, радиоактивное загрязнение, радионуклиды, продуктивность, известкование, минеральные удобрения, известьсодержащие отходы промышленности.

Keywords: radioactivity, soil, fertility, radioactive contamination, radionuclides, productivity, liming, the mineral fertilizers, lime-containing industrial wastes.

Развитие атомной энергетики на планете в мирных и военных целях сопровождалось ядерными взрывами и крупными радиационными авариями. При осуществлении ядерного взрыва или возникновении крупной радиационной аварии на АЭС в окружающую среду выделяется большое количество энергии и радиоактивных веществ. При этом радионуклиды находятся на различных носителях — матрицах.

Применительно к крупной аварии на АЭС таковыми могут быть: топливная матрица, матрица конструкционных материалов, графит, теплоноситель (обычно вода), устойчивый аэрозоль. Эти матрицы различаются между собой размерами, массой, удельным весом, температурой и кинетической энергией. Поэтому они поднимаются на различную высоту и распространяются территориально на различные расстояния.

Топливная матрица и матрица конструкционных материалов являются тяжелыми матрицами, поэтому высоко не поднимаются и далеко не переносятся. Радиус их выпадений составляет десятки километров, они образуют ближнюю зону загрязнения. Примером такой зоны является 30-км зона Чернобыльской АЭС.

Пары воды, продукты сгорания и графит поднимаются выше, чем топливная и кон-

42 -

INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 / 2017

www.mshj.ru

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ

струкционная матрица, и образуют радиоактивные облака. В этих облаках также могут содержаться мелко диспергированные топливные частицы. Загрязнение от радиоактивных облаков может распространяться на сотни километров и охватывать обширные территории. Отличительной чертой этого пути загрязнения является его неравномерность и пятнистость, что значительно осложняет радиоэкологическую оценку территории.

Наиболее нагретые и легкие частицы (аэрозоли) поднимаются в верхние слои атмосферы, в стратосферу, они интенсивно перемешиваются и в дальнейшем относительно равномерно оседают на поверхности планеты. По данному механизму формируется глобальный уровень загрязнения.

Крупнейшая радиационная авария в истории развития атомной энергетики произошла на Украине 26 апреля 1986 г. на 4-м блоке Чернобыльской АЭС. Выброс радионуклидов за пределы аварийного блока ЧАЭС представлял собой растянутый во времени процесс, состоящих из нескольких стадий [1, 2].

На первой стадии (первоначальный выброс) произошел выброс диспергированного топлива из разрушенного реактора. Состав радионуклидов на этой стадии примерно соответствовал их составу в выгоревшем топливе, но был обогащен летучими изотопами йода, теллура, цезия и благородных газов.

На второй стадии (период охлаждения) с 26 апреля по 2 мая 1986 г. мощность выброса за пределы аварийного блока уменьшилась. В этот период состав радионуклидов в выбросе также был близок к их составу в выгоревшем топливе. На этой стадии из реактора выносилось легкодиспер-гированное топливо потоком горячего воздуха и продуктами окисления графита.

Третья стадия (период разогрева) — до 6 мая — характеризовалась быстрым нарастанием мощности выхода продуктов деления за пределы реакторного блока. В начальной части этой стадии отмечался преимущественный выход летучих веществ, в частности йода, а затем состав радионуклидов вновь приблизился к составу в выгоревшем топливе.

Последняя, четвертая стадия, наступившая после 6 мая, характеризовалась быстрым уменьшением выброса радионуклидов. Это стало следствием стабилизации и последующего снижения температуры топлива.

Процесс выноса радиоактивных веществ из аварийного блока протекал более 10 дней. Суммарная активность выброса продуктов деления (без радиоактивных благородных газов) составила 50 МКи (1,85-1018 Бк), что соответствует примерно 3,5% от общей активности радионуклидов в реакторе на момент аварии. Эти

данные были рассчитаны на 6 мая 1986 г. с учетом радиоактивного распада [1-3].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Развитие Чернобыльской аварии во времени и разнообразие механизмов загрязнения почвы обусловило загрязнение больших площадей сельскохозяйственных угодий и резко усложнило задачу снижения последствий аварии.

Обобщение данных радиологического обследования почв [4], локального мониторинга почв [5] и результатов по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации 137С$, 90Бг, 239+240Ри [6] позволило оценить современные уровни загрязнения почв сельскохозяйственных угодий, расположенных на территориях, уровень загрязнения которых в 1992-1993 гг. был более 1 Ки/км2 (радиоактивные пятна). Результаты представлены в таблицах 1 и 2.

В процессе развития аварии радионуклиды распределятся по различным носителям-матрицам в соответствии с их химическими (радиохимическими) свойствами и феноменологии аварии. При этом стоит отметить, что наиболее летучие радионуклиды (или имеющие летучих предшественников), в том числе и 137С$, конденсируются на легких и более дисперсных матрицах (пары воды, аэрозоль, продукты неполного сгорания графита) и могут распространяться на значительные расстояния. Изотопы редкоземельных и трансурановых элементов преимущественно находятся на тяжелых матрицах (топливная матрица и конструк-

ционные материалы), их радиус распространения значительно меньше.

Следует отметить, что в радиоактивном облаке 137С$ находится без изотопного носителя и при его выпадении на почву происходят реакции изотопного обмена со стабильным ионом С$+ и ионного обмена с №+ и К+. В почве 137С$ начинает себя вести в соответствии с химическими свойствами изотопных (С$+) и неизотопных носителей (№+ и К+). При этом возникают два вопроса. Во-первых, достаточно ли в почве стабильного цезия, чтобы он проявил свою химическую индивидуальность, или поведение ионов цезия в почве определяется поведением ионов калия. Во-вторых, в группе щелочных металлов периодической системы между элементов К и С$ находится РЬ. Рубидий и цезий в природе встречаются почти исключительно в виде примесей к калию. При этом содержание рубидия в земной коре превышает содержание цезия более чем в 40 раз. Роль рубидия при переносе 137С$ из почвы в растения не выяснена. Вполне возможно, что повышенное содержание №+ повышает подвижность цезия и способствует переходу 137С$ из почвы в растения.

Таким образом, при наличии «свежих» радиоактивных выпадений при проведении работ на первых стадиях по снижению последствий радиоактивного загрязнения почв следует выбирать калийные удобрения и мелиоранты с минимальным содержанием рубидия и цезия.

Таблица 1

Параметры загрязнения 137Сб почв сельхозугодий на радиоактивных пятнах территории РФ

(на 2015 г.)

Субъект РФ (количество загрязненных районов) Площадь загрязненных сельхозугодий, км2 Средняя плотность загрязнения 137Сб, Ки/км2 Стандартные интервалы содержания, Ки/км2 Запас 137Сз, в почве, Ки

Брянская область(13) 6980 3,6 ± 1,1 <7,3 (25±8)-103

Тульская область (13) 7790 1,3 ± 0,2 0,2-1,8 (10,1±1,6)-103

Рязанская область(14) 5320 0,72 ± 0,06 0,52-0,92 (3,8±0,3)-103

Орловская область (18) 4190 0,76 ± 0,06 0,52-1,0 (3,2±0,3)-103

Калужская область (7) 1620 0,71 ± 0,21 <1,5 (1,8±0,5)-103

Белгородская область (7) 1620 0,66 ± 0,04 0,55-0,77 (1,1±0,1)-103

Курская область(3) 1220 0,91 ± 0,18 0,60-1,22 (1,1±0,2)-103

Липецкая область (8) 1619 0,63 ± 0,05 0,49-0,77 (1,0±0,1)-103

Воронежская область (7) 1320 0,60 ± 0,04 0,50-0,70 (0,79±0,05)-103

Пензенская область (8) 4130 0,56± 0,03 0,49-0,63 (2,3±0,10)103

Мордовия (4) 1900 0,57± 0,03 0,50-0,64 1,08± 0,06

Таблица 2

Загрязнение 90Бг почв, подвергшихся радиоактивному загрязнению от Чернобыльской аварии

Область (количество загрязненных районов) Среднее, Ки/км2 Стандартный интервал, Ки/км2

Брянская область(6) 0,20±0,04 0,10-0,30

Калужская область (3) 0,09±0,02 0,07-0,11

Орловская область (3) 0,20±0,01 0,18-0,22

Тульская область (6) 0,11±0,02 0,08-0,14

МСХЖ — 60 лет!

- 43

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 2 / 2017

При наличии «свежих» выпадений очень важно провести известкование почвы с целью снижения ее кислотности, для предотвращения десорбции радионуклидов (не только 13^) с несущих матриц и снижения поступления в растения короткоживущих бета-излучающих радионуклидов.

Как уже было сказано, при загрязнении почвы «свежими» радиоактивными выпадениями радионуклиды находятся на носителях, что обуславливает наличие высоких их локальных концентраций в самой почве. Калий, рубидий и цезий являются щелочными металлами. Поэтому процесс разбавления 13^ по механизму изотопного и ионного обмена протекает обратимо. В связи с этим уместно рассмотреть вопрос о влиянии калийсодержащих зол и шлаков (промышленных отходов, подвергшихся термическому воздействию) на снижение поступления 13^ в сельскохозяйственные растения.

С целью снижения поступления радионуклидов в растения можно использовать кальцийсодержащие отходы промышленности, в том числе металлургические шлаки, сланцевую, торфяную золы и т.д. В состав металлургических шлаков (электросталеплавильные, ферросплавные, доменные, мартеновские, фосфат-шлаки и др.) входит ряд компонентов, в том числе кальций, магний, калий, фосфор, микроэлементы, делающих их высокоэффективными для использования в сельском хозяйстве не только в качестве химических мелиорантов, но и высокоэффективных удобрений для детоксикации почв, загрязненных радионуклидами. Содержащийся в металлургических шлаках калий, являющийся антагонистом радиоактивного цезия, способствует снижению его накопления в растениях, особенно на бедных калием дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах. При этом известьсодержащие отходы промышленности одновременно снижают накопление и радиостронция в растениях. Детоксикационным действием обладает и фосфор, входящий также в состав отходов.

Калий, рубидий и цезий являются щелочными металлами. Поэтому изотопный и ионный обмен 13^ между калийсодержа-щим мелиорантом и радиоактивной матрицей является обратимым процессом. Это процесс гетерофазный и протекает во времени. В результате часть 13^ переходит из радиоактивной матрицы в мелиорант, что способствует уменьшению локальных концентраций 13^ в почве и, как следствие, дополнительному снижению его поступления в растения. Важно, чтобы концентрация калия, цезия и рубидия в мелиоранте была выше, чем их концентрация в почве.

Основными процессами, протекающими на ранних стадиях работ по снижению последствий радиоактивного загрязнения почвы, являются изотопный и ионный обмен и сорбционно-десорбционный процесс в системе почва-почвенный раствор-радио-

активная матрица. Активным участником сорбционно-десорбционного процесса выступает катион аммония №Д обладающий сильными десорбционными свойствами. Он способен вытеснять катионы щелочных металлов (в том числе и 13^+) с сорбента и способствовать переходу 13^ в почвенных раствор и растения. Поэтому на ранних стадиях работ не рекомендуется применять азотные удобрения в аммонийной форме.

Выпавшая радиоактивность влияет на окружающую среду и человека, создавая дополнительные дозы облучения. Окружающая среда и хозяйственная деятельность человека также влияют на радиоактивность. Несущие радионуклиды матрицы под действием химических и биохимических факторов прекращают свое существование. Таким образом, радионуклиды взаимодействуют с веществом почвы и связываются ею. Дальнейшее их поведение определяется свойствами радионуклида, почвы (тип, гранулометрический состав), ее агрохимическими характеристиками, а также сельскохозяйственной деятельностью.

На следующей стадии работ (через несколько лет после аварии, более точно определить срок невозможно, так как различные матрицы разрушаются под действием натурных факторов с различной скоростью) по снижению последствий радиоактивного загрязнения почвы следует учитывать, что радионуклиды (в основном 13^ и 9(5г) связаны с веществом почвы и их поведение, в том числе и накопление в сельскохозяйственных культурах, зависит от типа почвы, ее гранулометрического состава и агрохимических характеристик.

Из почв, имеющих высокое плодородие, радионуклиды 13^ и 9(^г поступают в растения в 1,5-2 раза в меньших количествах, чем из низкоплодородных почв, при одинаковом уровне загрязнения почвы радионуклидами. Чем выше урожайность культур, тем ниже содержание радионуклидов на единицу массы.

Результатами многочисленных и многолетних исследований показано, что из почв, характеризующихся высоким плодородием, радионуклиды поступают в растения и накапливаются в урожае в значительно меньших количествах, чем из низко плодородных почв [7-9]. Таким образом, при высокой культуре земледелия, обеспечивающей получение высоких урожаев, следует ожидать относительно низкого уровня загрязнения растительной продукции радионуклидами.

В основном снижение содержания 13^ и 9(^г происходит за счет увеличения биомассы, поэтому коллективные дозы внутреннего облучения за счет потребления сельскохозяйственной продукции снижаются незначительно.

Применение калийных удобрений в водно-растворимой форме (КО, МО3, К^О4) приводит к быстрому снижению изотопного отношения 13^+/ Cs+ и ионного

13^+ЖЬ+, 13^+/К+. Кроме того, в результате изотопного и ионного обмена происходит уменьшение локальных концентраций 13^ в почве, что также способствует снижению накопления 13^ в урожае. Однако внесение калийных удобрений в растворимой форме препятствует фиксации 13^+ в почве и эффект «захоронения» 13^ во времени снижается. Внесение в почву калий-содержащих зол и шлаков для уменьшения перехода 13^ в сельскохозяйственные растения может оказаться более эффективным приемом по сравнению с внесением водно-растворимых форм удобрений.

Известкование почвы однозначно приводит к уменьшению накопления 13^ и 9(5г в урожае сельскохозяйственных культур за счет снижения кислотности почвы и связывания протонов карбонат-ионом с образованием гидрокарбоната. Установлено, что внесение извести в дозе, соответствующей полной гидролитической кислотности, снижает содержание радионуклидов в продукции растениеводства в 1,5-3 раза в зависимости от типа почв и исходной кислотности. Минимальное накопление радионуклидов наблюдается при оптимальных показателях реакции почвенной среды, которые для дерново-подзолистых почв в зависимости от гранулометрического состава составляют: глинистые и суглинистые — 6,0-6,7; супесчаные — 5,8-6,2; песчаные — 5,6-5,8; торфяно-болотные — 5,0-5,3; минеральные почвы сенокосов и пастбищ — 5,8-6,2. При плотности загрязнения 13^ свыше 350 Бк/м2 известкование проводится 1 раз в 3 года, а при меньших плотностях загрязнения — 1 раз в 5 лет. Для 9(5г снижение перехода из почвы в растения также связано с эффектом изотопного разбавления 9(5г+^г+ и разбавления групповым носителем 90Sr+/Са+ и 90Sr+/Mg+.

Агрохимические методы снижения последствий радиоактивного загрязнения почвы имеют существенный недостаток. Они не удаляют из почвы радионуклиды. Они тем или иным способом блокируют поступление радионуклидов из почвы в сельскохозяйственные растения. Целесообразно оценить степень их воздействия на переход радионуклидов в растения.

Характерной особенностью Чернобыльской аварии является сильная «пятнистость» радиоактивного загрязнения почвы. По имеющимся данным [6], в пределах одного пункта, попавшего в зону загрязнения, содержание 13^ и 9(^г в почве изменяется в несколько раз. Стоит предположить, что на полях сельскохозяйственных угодий возникла аналогичная ситуация.

С целью оценки вклада уровня загрязнения и изменения коэффициентов накопления (природный фактор и фактор хозяйственной деятельности человека) в вариабельность загрязнения сельскохозяйственных растений мы использовали данные локального радиационного мониторинга почв.

В системе локального мониторинга на реперных участках в части радиационного контроля имеются следующие множества данных:

1. Содержание 137С$ и 90Бг в почвах — множество Х;

2. Содержание 137С$ и 90Бг в основных видах продукции растениеводства — множество У;

3. Коэффициенты накопления 137С$ и 90Бг в основных видах продукции растениеводства — множество К.

Элементы этих множеств связаны между собой функциональной зависимостью:

У.= К.-Х.. (1)

Реперные участки расположены в каждом районе всех субъектов РФ. Они объективно отражают радиационную ситуацию на сельскохозяйственных угодьях, и по имеющимся данным возможна оценка уровней загрязнения продукции растениеводства, производимой в России. Произведен расчет следующих параметров: среднее значение уровня загрязнения сельскохозяйственной продукции, стандартное отклонение и максимальный уровень загрязнения. Расчет проводился по формуле:

У = К ■ Х, (2)

где У — среднее значение удельной активности радионуклида в продукции растениеводства, Бк/кг; Х — среднее значение удельной активности радионуклида в почве, Бк/кг; К — коэффициент накопления в продукции.

Расчет стандартного отклонения проводится по формуле:

Д = К- Д+ Х ■ Д, (3)

У х к' * '

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где Д. — стандартное отклонение удельной активности радионуклида в продукции растениеводства, Бк/кг; Дк — стандартное отклонение коэффициента накопления радионуклида; Дх — стандартное отклонение удельной активности почвы Бк/кг.

Под термином «удельная активность» понимается содержание радионуклида.

Верхняя граница (Умакс) рассчитывалась по формуле:

У = У+Д. (4)

макс У * '

Для расчета использованы данные по загрязнению почвы 137С$ и 90Бг сельскохозяйственных угодий, полученные в 2011 г., которые представлены в таблице 3. Данные по коэффициентам накопления взяты из работы В.Г. Сычева, М.И. Лунева, М.М. Орлова, Н.М. Белоуса, 2016 г. [5].

Результаты расчета приведены в таблице 4. Удалось определить средние значения и стандартные отклонения типичного распределения уровней загрязнения.

Интервал, в котором происходят изменения уровней загрязнения, оценивается по уравнению 3. Первое слагаемое этого уравнения определяет вклад, который вно-

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ

Таблица 3

Параметры радиоактивного загрязнения почв 137Сб и 90Бг (2011 г.)

ш

Параметры Содержание, 137Сз / 90Бг, Бк/кг

чернозем дерново-подзолистые серые лесные каштановые Россия в целом

Среднее 18,4/5,1 8,2/4,2 15,5/5,3 6,7/3,7 13,8/4,7

Стандартное отклонение 19,3/4,5 6,5/2,8 26,4/4,2 3,2/1,9 17,3/3,9

Таблица 4

Загрязнение продукции растениеводства, выращенной в РФ (2012 г.)

Параметр Содержание, 137Сб / 90Бг, Бк/кг

чернозем дерново-подзолистые серые лесные каштановые Россия в целом

Зерно пшеницы

Среднее 5,0/3,1 2,1/2,1 2,8/2,0 3,5/2,1 3,9/2,7

Стандартное отклонение 9,8/5,3 3,5/3,7 7,7/3,8 4,1/2,5 8,5/4,7

Сено естественных и многолетних трав

Среднее 8,1/3,0 2,8/3,1 7,4/4,8 2,9/2,9 5,5/3,4

Стандартное отклонение 17/5,8 5,4/4,4 20/9,6 2,8/3,4 12,6/5,2

Зеленая масса естественных и многолетних трав

Среднее 8,1/4,3 3,7/5,0 3,6/2,7 4,1/3,2 6,2/4,7

Стандартное отклонение 14,8/6,6 10,4/7,2 8,1/3,7 4,8/5,2 13,2/7,9

Клубни картофеля

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Среднее - - - - 4,3/1,5

Стандартное отклонение - - - - 9,7/2,5

Корнеплоды сахарной свеклы

Среднее Стандартное отклонение 5,5/2,8 8,9/4,3 - - - -

Семена подсолнечника

Среднее Стандартное отклонение 5,5/3,3 11,9/5,2 - - - -

сит изменения уровня загрязнения почвы. Второе слагаемое — вклад, который связан с изменением коэффициента накопления. Последний зависит от многих факторов: природы радиоактивного загрязнения, типа почвы, ее агрохимических показателей, природно-климатических условий. Совокупное действие этих естественных факторов изменяет численное значение коэффициента накопления. На основании данных, полученных в результате проведенных обобщений, оценен абсолютный и относительный вклады уровней загрязнения почвы и естественных факторов. Полученные результаты представлены в таблице 5.

Относительный вклад уровня загрязнения почвы в вариабельность загрязнения продукции растениеводства (К-ДХ) равняется 55 ±11% для 137С$ и 48±8% для 90Бг. Относительный вклад в вариабельность загрязнения продукции процессов, связанных с типом и агрохимическими характеристиками почвы, равен 45±11% для 137С$ и 52% ±8% для 90Бг.

Таким образом, вклад в вариабельность загрязнения сельскохозяйственной продукции, производимой на загрязненных радионуклидами сельскохозяйственных угодий натурных факторов, и фактора уровня загрязнения почвы между собой достаточно близки. При производстве сельскохозяйственной продукции на обширных площадях, загрязненных сельскохозяйственных угодий с применением удобрений и мелиорантов трудно ожидать снижения уровня загрязнения сельскохозяйственной продукции более чем в 1,5 раза, по сравнению с сельхозугодия-ми, где агрохимические мероприятия не применялись (при одинаковых уровнях загрязнения почвы). Разумеется, на опытных участках и отдельных полях возможно разработать отдельные рецептуры удобрений и мелиорантов, которые бы снизили накопление радионуклидов более чем в 1,5 раза. Однако эти рецептуры будут эффективны только на ограниченной территории сельскохозяйственных угодий.

МСХЖ — 60 лет!

- 45

МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 2 / 2017

Таблица 5

Абсолютный и относительный вклад в типичный интервал загрязнения продукции растениеводства вариаций содержания 1370б и 90Бг в почве (К-ДХ) и изменений коэффициентов накопления (Х-ДК)

Абсолютный (относительный) вклад, Бк/кг (%)

Параметр КА ХА ДY

137Cs 90Sr 137Cs 90Sr 137Cs 90Sr

Зерно пшеницы

Чернозем 5,2 (53) 2,5 (47) 4,6 (47) 2,8 (53) 9,8 5,3

Дерново-подзолистые 1,7 (49) 1,4 (38) 1,8 (51) 2,3 (62) 3,5 3,7

Серые лесные 4,8(62) 1,6 (42) 2,9 (38) 2,2 (58) 7,7 3,8

Каштановые 1,7 (33) 1,1 (44) 3,4 (67) 1,4 (56) 5,1 2,5

Россия в целом 4,8 (56) 2,2 (47) 3,7 (44) 2,5 (53) 8,5 4,7

Сено естественных и многолетних трав

Чернозем 8,5 (51) 2,7 (47) 8,3 (49) 3,1 (53) 16,8 5,8

Дерново-подзолистые 2,2 (41) 2,1 (48) 3,2 (59) 2,3 (52) 5,4 4,4

Серые лесные 12,7 (64) 3,8 (40) 7,3 (36) 5,8 (60) 20 9,6

Каштановые 1,4 (50) 1,5 (44) 1,4 (50) 1,9 (56) 2,8 3,4

Россия в целом 6,9 (55) 2,8 (54) 5,7 (45) 2,4 (46) 12,6 5,2

Зеленая масса естественных и многолетних трав

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Чернозем 8,5 (57) 3,8 (58) 6,3 (43) 2,8 (42) 14,8 6,6

Дерново-подзолистые 7,0 (67) 3,4 (47) 3,4 (33) 3,8 (53) 10,4 7,2

Серые лесные 6,1 (75) 2,1 (57) 2,0 (25) 1,6 (43) 8,1 3,7

Каштановые 2,0 (42) 1,9 (37) 2,8 (58) 3,3 (63) 4,8 5,2

Россия в целом 7,8 (59) 3,9 (49) 5,4 (41) 4,0 (51) 13,2 7,9

Клубни картофеля

Россия в целом 5,4 (56) 1,1 (44) 4,3 (44) 1,4 (56) 9,7 2,5

Корнеплоды сахарной свеклы

Чернозем 5,8(65) 2,5 (58) 3,1 (35) 1,8 (42) 8,9 4,3

Семена подсолнечника

Чернозем 5,8 (49) 2,9 (56) 6,1 (51) 2,3 (44) 11,9 5,2

При внесении в почву мелиорантов и удобрений уменьшается коэффициент накопления (К). Поэтому слагаемое К-ДХ в уравнении 3 уменьшается, соответственно снижается вариабельность содержания радионуклида в сельскохозяйственной продукции. Результаты радиационного контроля сельскохозяйственной продукции становятся более стабильными и упрощается их интерпретация.

Как уже отмечалось, агрохимические методы не удаляют радиоактивность из почвы, они препятствуют переходу радионуклидов из почвы в сельскохозяйственные растения. Процессы в системе несущая радионуклид матрица-почва-почвенный раствор-растение связаны с изотопным или ионным обменом между указанными компонентами системы.

На ранних стадиях работ по снижению последствий радиационной аварии возможен иной подход. Пока радиоактивность находится на матрицах (топливо, конструкционный материал, графит, устойчивый азрозоль) целесообразно внести в почву вещества (мелиоранты) с высоким содержанием калия и низким содержанием стабильного цезия, имеющие активные

сорбционные центры (термическая предыстория мелиоранта: зола, металлургический шлак). Это будет способствовать стабилизации 137С$ и 90Бг в этих мелиорантах и, вероятно, дополнительно снизит накопление названных радионуклидов в урожае.

Литература

1. Итоговый доклад о совещании по рассмотрению причин и последствий аварии в Чернобыле: Сер. изд. по безопасности № 75-INSAG-1, МАГАТЭ. Вена, 1988. 110 с.

2. Коваленко Г.Д. Радиоэкология Украины: монография. Харьков: Инжек, 2008. 264 с.

3. Aarkrog A. Global radioecological impact of nuclear activities in the former Soviet Union // Proceeding of an international symposium on environment impact of radioactive release. IAEA Vienna (8-12 May 1995). Vienna, 1995. P. 13-32.

4. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 году». С. 64-69. Утв. Постановл. Прав. РФ от 24.01.1993 г. № 53.

5. Сычев В.Г., Лунев М.И., Орлов М.М., Белоус Н.М. Чернобыль: радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий и агрохимические аспекты снижения последствий радио-

активного загрязнения почв. М.: ВНИИА, 2016. 183 с.

6. Данные по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации 137Cs, 90Sr, 239+240Pu / Под ред. С.М. Ва-куловского. Обнинск: ФГБУ «НПО «Тайфун», 2015. 225 с.

7. Моисеенко Ф.В., Шаповалов В.Ф. Итоги работы Новозыбковской Государственной сельскохозяйственной опытной станции за 2001 -2006 годы // В сборнике «Повышение плодородия, продуктивности дерново-подзолистых песчаных почв и реабилитация радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных угодий». Вып. VII. М.: Агроконсалт, 2007. С. 10-13.

8. Алексахин Р.М. Сельскохозяйственная радиология // В книге «Агроэкология» / Под ред.

B.А. Черникова, А.И. Чекереса. М.: Колос, 2000.

C. 300-322.

9. Белоус Н.М. Воспроизводство плодородия и реабилитация радиоактивно загрязненных песчаных почв юго-запада России: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. М., 2000. 51 с.

Literatura

1. Itogovyj doklad o soveshhanii po rass-motreniyu prichin i posledstvij avarii v Chernobyle: Ser. izd. po bezopasnosti № 75-INSAG-1, MAGATE. Vena, 1988. 110 s.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Kovalenko G.D. Radioekologiya Ukrainy: monografiya. Xarkov: Inzhek, 2008. 264 s.

3. Aarkrog A. Global radioecological impact of nuclear activities in the former Soviet Union // Proceeding of an international symposium on environment impact of radioactive release. IAEAVi-enna (8-12 May 1995). Vienna, 1995. P. 13-32.

4. Gosudarstvenny j doklad «O sostoyanii ok-ruzhayushhej prirodnoj sredy Rossijskoj Federacii v 1993 godu». S. 64-69. Utv. Postanovl. Prav. RF ot 24.01.1993 g. № 53.

5. Sychev V.G., Lunev M.I., Orlov M.M., Be-lous N.M. Chernobyl: radiacionnyj monitoring selskoxozyajstvennyx ugodij i agroximicheskie as-pekty snizheniya posledstvij radioaktivnogo zagry-azneniya pochv. M.: VNIIA, 2016. 183 s.

6. Dannye po radioaktivnomu zagryazneniyu territorii naselennyx punktov Rossijskoj Federacii 137Cs, 90Sr, 239+240Pu / Pod red. S.M. Vakulovskogo. Obninsk: FGBU «NPO «Tajfun», 2015. 225 s.

7. Moiseenko F.V., Shapovalov V.F. Itogi raboty Novozybkovskoj Gosudarstvennoj sel-skoxozyajstvennoj opytnoj stancii za 20012006 gody // V sbornike «Povyshenie plodorodiya, produktivnosti dernovo-podzolistyx peschanyx pochv i reabilitaciya radioaktivno zagryaznennyx selskoxozyajstvennyx ugodij». Vyp. VII. M.: Agro-konsalt, 2007. S. 10-13.

8. Aleksaxin R.M. Selskoxozyajstvennaya ra-diologiya // V knige «Agroekologiya» / Pod red. V.A. Chernikova, A.I. Chekeresa. M.: Kolos, 2000. S. 300-322.

9. Belous N.M. Vosproizvodstvo plodorodiya i reabilitaciya radioaktivno zagryaznennyx pesch-anyx pochv yugo-zapada Rossii: avtoref. dis. ... d-ra s.-x. nauk. M., 2000. 51 s.

n_akanova@mail.ru