Поведение радионуклидов в почвах и закономерности их поступления в растения - Основы экологии
Загрязнение растениеводческой продукции радионуклидами, прежде всего, зависит от свойств почвы, которые обуславливают поглощение и закрепление радионуклидов в почве.
Зная поведение радионуклидов в почвах, можно понять механизм поступления их в растения и наметить пути снижения накопления их в урожае.
Попадая на поверхность почвенного покрова, радиоактивные вещества поглощаются почвами.
Исследованиями установлено, что 80-90 % радионуклидов сосредоточено в активной зоне расположения основной массы корней сельскохозяйственных культур.
Однако долгоживущие радионуклиды цезий-137 и стронций-90 по-разному сорбируются почвами.
Стронций-90 в основном закрепляется в почве по типу ионного обмена.
Содержание обменных форм Sr-90 в почвах разных типов (% от общего его количества):
Торфяно-болотные - 60-80;
Дерново-подзолистые легкосуглинистые - 80-94;
Дерново-подзолистые связносупесчаные - 87-100;
Дерново-подзолистые песчаные - 100.
Цезий-137 более прочно фиксируется твердой частью почвы по типу необменной формы в кристаллических решетках почвенных минералов.
Содержание фиксированных форм цезия-137 в почвах разных типов (% от общего его количества):
Дерново-подзолистые глееватые легко - и среднесуглинистые - 71-75;
Дерново-подзолистые суглинистые и связносупесчаные - 45-450;
Дерново-подзолистые рыхло - и связносупесчаные - 35-40.
За послеаварийный период количество прочносвязанного цезия-137 в основных типах почв республики увеличилось в 2,0-2,5 раза и колеблется в пределах 70-84 % от общего содержания.
Для стронция-90, наоборот, характерно преобладание легкодоступных для растений водорастворимой и обменной форм, которые в сумме составляют 53-87 % от валового содержания. Доля фиксируемых форм Sr-90 невелика и имеет тенденцию к снижению.
Только на почвах связного гранулометрического состава (суглинистых) а также с более высоким содержанием гумуса (перегнойно-глеевые почвы) и на торфяно-болотных почвах отмечается возрастание доли фиксированного стронция-90 до 16-40 %.
С точки зрения дальнейшего распространения попадающих в почву радионуклидов и их вовлечения в биологические цепочки процесс поглощения почвами имеет двоякое значение. С одной стороны, оно, как правило, снижает размеры перехода радионуклидов в растения, с другой - аккумуляция поглощенных радионуклидов в верхних горизонтах почвы, то есть в слое наибольшего распространения корней растений, повышает доступность их растениям, а, следовательно, и способствует большему накоплению радионуклидов в урожае, чем при свободном передвижении их в более глубокие горизонты почвы.
Для оценки перспективы ведения сельского хозяйства важно определить динамику самоочищения почв за счет миграции радионуклидов за пределы корнеобитаемого слоя.
Миграционный путь радионуклидов зависит от интенсивности ряда одновременно протекающих процессов: диффузии, переноса с гравитационным током воды, корнями растений и почвенной фауной.
Изучение динамики перераспределения радионуклидов по глубине почвенного профиля на необрабатываемых угодьях (пастбища, сенокосы) показало, что вертикальная миграция протекает с малой скоростью. В большинстве стационаров на основных типах и разновидностях почв до 80% радионуклидов сосредоточено в верхнем 5-ти сантиметровом слое почвы.
Удельная активность почвы на глубине 20 см и более, независимо от типа почвы и ландшафта, повсеместно имеет фоновые значения.
Более заметная миграция радиоцезия и радиостронция на глубину 10-15 см наблюдается только на почвах, подстилаемых рыхлыми породами, обладающими малой емкостью поглощения и высокой водопроницаемостью.
На пашне радионуклиды распространены сравнительно равномерно в пахотном горизонте.
Это можно объяснить тем, что загрязненные участки не изымались из с.-х. производства и поэтому в пределах пахотного горизонта перераспределения выпавшего на поверхность почвы цезия происходило за счет механических обработок почвы.
Таким образом, скорость миграционных процессов радионуклидов незначительная, поэтому ожидать в ближайшее время какого-либо "самоочищения" почвы в результате вертикальной миграции нет оснований.
Вместе с тем наблюдаются процессы локального вторичного загрязнения почв сельскохозяйственных угодий за счет горизонтальной миграции радионуклидов вследствие ветровой и водной эрозии. Содержание цезия-137 в пахотном горизонте различиях элементов рельефа склоновых земель в результате водной эрозии на посевах однолетних культур за девять лет перераспределилось до 1,5-3,0 раз. Увеличение плотности загрязнения почв цезием-137 в зоне аккумуляции (нижние части склонов и понижения) по сравнению с зоной смыва составило в среднем от 13% при ежегодном смыве почвы менее 5 т/га до 75% - при смыве 12-20 т/га. На бессменных посевах многолетних трав твердого стока не наблюдалось и достоверных различий в плотности загрязнения почв по элементам склонов не установлено. В результате ветровой эрозии осушенных торфяно-болотных и песчаных почв, используемых под посев однолетних культур, локальные различия в плотности загрязнения пахотного горизонта радиоцезием достигали 1,5-2,0 раз. Это подчеркивает необходимость защиты почв от водной и ветровой эрозии, что обеспечивает также снижение потерь гумусового слоя и уменьшает вероятность загрязнения продукции на локальных участках угодий.
В связи с этим по-прежнему актуальными остаются вопросы изучения миграции радионуклидов в системе почва-растение-продукция животноводства и на этой основе разработки приемов и способов, направленных на снижение уровня загрязнения продукции сельскохозяйственного производства.
На прочность закрепления радионуклидов и тем самым - на поступление их в растения и накопление в продукции влияют величина емкости поглощения почвы, состав обменных катионов, кислотность почвенного раствора, содержание органического вещества, гранулометрический и минералогический состав.
Накопление радионуклидов определяется, прежде всего, типом почвы. Меньше всего радиоактивные элементы используется растениями на плодородных черноземных почвах и в наибольшем количестве - на менее плодородных дерново-подзолистых, особенно легкого состава почвах.
В первую очередь эта закономерность объясняется более благоприятными, перечисленными выше, свойствами черноземных почв.
Существует обратная зависимость накопления Sr-90 в растениях от емкости поглощения почв и содержания обменного кальция. С увеличением содержания обменного кальция и величины емкости поглощения доступность 90Sr растениями снижается.
Поступление 137Cs из почвы в растения определяется суммой поглощенных оснований и количеством обменного калия в почве. На почвах с низкой суммой поглощенных оснований и относительно небольшим количеством обменного калия происходит более интенсивное поглощение 137Cs растениями, чем на почвах, имеющих более высокие эти показатели.
Применительно к проблеме загрязнения почвенно-растительного покрова Сs-137 решающее значение имеет сходство в поведении этого радионуклида и его основного неизотопного носителя - калия. Калий и цезий - щелочные металлы, относящиеся к 1 группе элементов таблицы Д. И. Менделеева.
Калий находится в почве в макроколичествах, в то время как Cs-137 в ультрамикроконцентрациях. Вследствие этого в почвенном растворе происходит сильное разбавление микроколичеств 137Cs ионами К+, и при поглощении их корневыми системами растений отмечается конкуренция за места сорбции на поверхности корней, поэтому при поступлении данных элементов из почв или растворов в растения наблюдается "антагонизм" ионов Cs и К.
Кроме того, причиной дискриминации 137Сs относительно К при переходе из почвы в растения является более сильная сорбция твердой фазы почвы 137Сs по сравнению с К.
На кислых почвах радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах (например, Сs-137 в 2-3 раза больше), чем из слабокислых, нейтральных мили слабощелочных. Ликвидация избыточной кислотности, как правило, уменьшает размеры перехода радионуклидов в растения.
Важное влияние на миграцию радионуклидов в почве и поглощение их растениями оказывает органическое вещество. Для большинства радионуклидов увеличение содержания гумуса в почве является фактором, снижающим их переход в растения.
Поведение радионуклидов связано с органическим веществом почв специфичес4кой природы - гуминовыми и фульвокислотами. Способность гуминовых кислот адсорбировать ионы, а также образовывать прочные сложные комплексы с радионуклидами оказывает влияние на сорбцию их в почве и поступление в растения.
Поступление радиоактивных элементов в растения в значительной степени зависит от гранулометрического состава почв. С увеличением дисперсности почвенных частиц поступление радионуклидов в растения снижается. Это обусловлено тем, что мелкие фракции почв характеризуются повышенной емкостью поглощения вследствие большой удельной поверхности, изменения состава обменных катионов и количества органического вещества.
Поэтому на почвах тяжелого гранулометрического состава происходит меньшее накопление радионуклидов в растениях, чем на легких почвах.
Например, из дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы радионуклидов поступает в растения в 2-3 раза меньше, чем из дерново-подзолистой среднесуглинистой.
Поступление 90Sr и 137Cs в растения обуславливается также минералогическим составом почв. Минералы монтмориллонитовой группы (асканит, гумбрин), а также слюды и гидрослюды (биотит, флогопит, вермикулит), обладая способностью к эндомицеллярному необменному поглощению радионуклидов, значительно снижают их поступление в растения.
Резкое снижение доступности 137Сs растениям под влиянием флогопита и гидрофлогопита обусловлено, очевидно, не только более прочным закреплением его в кристаллической решетке, но и повышенным содержанием подвижного калия в этих слюдах.
Минералогический состав почв, как и гранулометрический, в системе почва-растение сильнее влияет на подвижность 137Cs, чем 90Sr, что связано с более выраженной способностью к необменной фиксации 137Сs некоторыми глинистыми минералами.
Еще большее влияние на накопление радионуклидов в сельскохозяйственной продукции оказывает режим увлажнения почв. Установлено, что переход радиоцезия в многолетние травы повышается в 10-27 раз на дерново-глеевых и дерново-подзолисто-глеевых почвах по сравнению с автоморфными и временно-избыточно увлажняемыми разновидностями этих почв. Исследованиями БелМИИ мелиорации и луговодства установлено, что минимальное накопление цезия-137 в многолетних травах обеспечивается при поддержании уровня грунтовых вод на глубине 90-120 см от поверхности осушенных торфяных и торфяно-глеевых почв.
Установленные в исследованиях закономерности подтверждены практикой. На переувлажненных песчаных и торфяных почвах, например в Наровлянском и Лельчицком районах Гомельской области, Сталинском и Лунинецком районах Брестской области, высокая степень загрязнения травяных кормов и молока наблюдается даже при относительно низких плотностях загрязнения цезием-137 (2-5 Ки/км2) и стронцием-90 (0,3-1,0 Ки/км2). В то же время на окультуренных участках дерново-подзолистых суглинистых почв продукция с допустимым содержанием радионуклидов может быть получено при плотности загрязнения цезием-137 до 20-30 Ки/км2.
Поведение стронция-90 и цезия-137 в системе 'почва-растение' имеет ряд отличительных особенностей. Поступление стронция-90 из почв в растения практически в 10 раз выше, чем цезия-137 при одинаковой плотности загрязнения земель.
Очевидно, что плотность загрязнения почв сельскохозяйственных угодий радионуклидами не может однозначно отражать уровень загрязнения выращиваемой сельскохозяйственной продукции и в настоящее время для разработки эффективных защитных мероприятий необходим учет основных свойств почв каждого поля.
Особенности минерального питания, разная продолжительность вегетационного периода и другие биологические особенности различных видов растений влияют на накопление радионуклидов. Содержание цезия-137 в расчете на сухое вещество отдельных культур может различаться до 180 раз, а накопление стронция-90 - до 30 раз при одинаковой плотности загрязнения почв. Сортовые различия в накоплении радионуклидов значительно меньше (до 1,5-3,0 раз), но их также необходимо учитывать при подборе культур.
На основании обобщения экспериментального материала последних лет уточнены коэффициенты перехода радионуклидов цезия-137 и стронция-90 из почвы в основную и побочную продукцию сельскохозяйственных культур на различных почвах (из расчета на плотность загрязнения 1 Ки/км2), необходимые для прогноза уровней загрязнения сельскохозяйственной продукции
Похожие статьи
-
Применение удобрений - Основы экологии
Одним из наиболее эффективных способов снижения уровня загрязнения с.-х. культур является применение в научно обоснованных нормах минеральных (макро - и...
-
Прогноз загрязнения растениеводческой продукции - Основы экологии
Прогноз загрязнения растениеводческой продукции позволяет заблаговременно планировать набор культур для возделывания на загрязненных радионуклидами...
-
Антропогенное воздействие на почвы - Основы экологии
Механическое воздействие на почву -- пахота, перемещение почвы, уплотнение, уничтожение. Степень распаханности почв на разных материках колеблется в...
-
Охрана почв от загрязнения и разрушения - Основы экологии
Промышленность и современное сельское хозяйство с его высокими энерговооруженностью, темпами химизации, индустриализации, концентрацией животноводства,...
-
С исторической точки зрения интерес проблеме загрязнений почв появился с исследованием плодородия, поскольку такие элементы, как железо, марганец, медь,...
-
Кадмий (Cd), Кадмий и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Кадмий и почвы В почвы кадмий поступает в составе отходов, образующихся при добыче и переработке цинковых, свинцово-цинковых, медно-цинковых руд; в виде...
-
Подбор культур - Основы экологии
Многолетние травы сенокосов и пастбищ отличаются наибольшей способностью аккумулировать цезий-137 и стронций-90. Осоково-злаковые и, особенно, осоковые...
-
Охрана почв от засоления, подкисления и заболачивания - Основы экологии
Указанные процессы способствуют резкому нарушению нормального функционирования системы почва -- растение. Засоление почвы -- накопление растворимых солей...
-
Азотные удобрения и проблема нитратов - Основы экологии
1. Нитратные формы азота почвой не поглощаются, поэтому они легко могут вымываться атмосферными осадками и поливными водами, некоторое количество...
-
В целях уменьшения поступления радионуклидов в организм человека, снижения доз внутреннего облучения населения Минздравом периодически пересматриваются...
-
Антропогенный загрязнение почва фитотоксичность Актуальность темы . Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и...
-
Кадмий и растения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Кадмий поступает в растения, в основном, за счет почвы. Значительная доля Cd, попадающего в почву, связывается с почвенными химическими комплексами,...
-
Проблема тяжелых металлов - Основы экологии
К тяжелым металлам (ТМ) относят более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных...
-
Влияние отходов на почву - Экология нефтегазодобывающих комплексов
При этом следует рассматривать вопросы агроэкологической оценки загрязняющего влияния ОБР, БСВ, Ш и отдельных химреагентов. Что касается воздействия ОБР...
-
Почвы (педосфера), Факторы и процессы почвообразования - Основы экологии
Почвы -- особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного...
-
Природные типы почвообразования и почв - Основы экологии
В соответствии с термическими особенностями климата в Северном и Южном полушариях выделяются широтные почвенно-биоклиматические пояса: полярные,...
-
Экология почвы - Основы экологии
Почва -- основное средство производства в сельском хозяйстве Почва как естественно-историческое тело представляет собой поверхностный слой земной коры,...
-
Эрозия почв, ее виды. Защита почв от эрозии - Основы экологии
Разрушающее воздействие воды, ветра и антропогенных факторов на почву и подстилающие породы, снос наиболее плодородного верхнего слоя или размыв...
-
Обработка почв - Основы экологии
Система обработки почв в зоне радиоактивного загрязнения направлена на снижение накопления радионуклидов в урожае, уменьшение эрозионных процессов и...
-
Элементы плодородия почвы - Основы экологии
Основное свойство почвы -- плодородие. Это: - совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай с. х. растений O способность почв обеспечивать...
-
ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ - Основы экологии
Поверхностные слои почвы легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений - токсикантов пагубно влияют на...
-
Свинец (Pb), Свинец и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Свинец и почвы Из атмосферы в почву свинец попадает чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяется, переходя в гидроксиды, карбонаты или форму...
-
Заключение - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Неконтролируемое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) угрожает здоровью людей. В данной работе были представлены сведения о двух тяжелых...
-
Кадмий и удобрения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
В зависимости от доз и наличия фосфорных удобрений, кадмий в почве накапливается в разных количествах. Опасным накоплением кадмия считается 3 мг/кг, в...
-
Введение - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Хозяйственная деятельность человека приводит к загрязнению компонентов окружающей среды. Одним из таких компонентов является почва. Почвы - это не только...
-
В возникших условиях одной из самых острых в республике проблем встает возможность ведения с.-х. производства на загрязненных территориях, обеспечивая...
-
Радиоэкологические последствия катастрофы на ЧАЭС В 01 ч. 24 мин. московского времени 26 апреля 1986 года на 4-ом блоке Чернобыльской АЭС последовали...
-
АГРОЭКОСИСТЕМА (АГРОЦЕНОЗ) созданный с целью получения сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаемый человеком биогеоценоз (поле, пастбище,...
-
"В связи с широким использованием в народном хозяйстве радиоактивных веществ появилась опасность загрязнения почв радионуклидами. Источники радиации --...
-
Почва - типы и отношение растений - ПОЧВА В БИОСФЕРНОМ ПРОЦЕССЕ
Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он...
-
Классификация почвенных загрязнений Под загрязнением почв понимают увеличение концентраций содержащихся в почве веществ выше предельно допустимого...
-
Значительная часть радиоактивных веществ при выпадении из атмосферы на лес задерживается преимущественно в кронах, осаждаясь на листьях, хвое, ветвях и...
-
В исследуемом районе работ распространены горно-луговые альпийские почвы, развивающиеся на силикатных почвообразующих породах, главным образом,...
-
Почва - это поверхностный слой литосферы, твердой оболочки Земли, контактирующий с воздушной средой. Почва - плотная среда, состоящая из отдельных...
-
Деятельность человека оказывает значительное влияние на состояние литосферы. При этом наибольшую антропогенную нагрузку испытывает ее поверхностный слой...
-
Благодаря вышеперечисленным свойствам, почва обеспечивает живущим в ней организмам водоснабжение и минеральное питание. Недостаток воды в почве угнетает...
-
Экологически безопасное качество сельскохозяйственной деятельности Загрязнение окружающей среды сельским хозяйством происходит в результате 1....
-
Обезвреживание и очистка сточных вод. Рациональное использование водных ресурсов - Основы экологии
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики,...
-
Загрязнение почв городов - Экология городов и здоровье населения
Е. И. Александровская отмечает, что локальное загрязнение почв в началось еще в средневековье и наиболее значительным оно было в крупных городах. В...
-
Свинец и растения - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
По современным представлениям, свинец не является физиологически необходимым элементом для растений. Однако есть и другое мнение, согласно которому...
Поведение радионуклидов в почвах и закономерности их поступления в растения - Основы экологии