Источниками радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий в мирное время являются аварии на ядерных реакторах, а также утечки радиоактивных отходов при нарушении условий их хранения. У более двух третий радиоактивных изотопов период полураспада менее одного дня, они не представляют опасности. Наибольшую опасность представляют долгоживущие радиоактивные изотопы стронций-90 и цезий-137. У стронция период полураспада – 28 лет, у цезия – 30.

Стронций и цезий отмечаются высокой биологической подвижностью и легко поступают в растения. Наблюдается прямая зависимость между их содержанием радионуклидов в почве и поступлением их в растения.

В связи с этим знание поведения радионуклидов в почвах является информационной основой для прогноза самоочищения почв от Sr90 и Cs137, а также их накопления в сельскохозяйственной продукции. В настоящем разделе будут использованы данные радиационного мониторинга сельскохозяйственных земель, проводимого с 1986 года (после Чернобыльской аварии) на территории Гомельской и Могилевской областей Республики Беларусь Институтом почвоведения и агрохимии, Институтом радиологии, Белорусским государственным университетом.

За длительный послеаварийный период наблюдается улучшение радиационной обстановки на сельскохозяйственных землях. Происходит распад короткоживущих радиоизотопов. Концентрация долгоживущих радионуклидов (137Cs и 90Sr) в почве снизилась в пределах 40% только по причине естественного распада. Наблюдается постепенное уменьшение площади используемых земель с контролируемой минимальной плотностью загрязнения цезием-137 более 1,0 Кu/км2 и стронцием-90 более 0,15 Кu/км2 в следствие естественного распада радионуклидов и перехода части земель в категорию незагрязненных.

Преобладающая часть радионуклидов, выпавших на почву, находится в ее верхних слоях. Миграция 137Cs и 90Sr вглубь происходит очень медленно. Средняя скорость такой миграции составляет 0,3-0,5 см/год, поэтому угрозы водоносным горизонтам практически нет.

Скорость миграции 90Sr, так как в почве он преимущественно находиться в подвижной форме, несколько выше, чем 137Cs. Темпы миграции увеличиваются с возрастанием степени увлажнения почв. На необрабатываемых землях основное количество 137Cs (70-85% от его валового содержания) и 90Sr (58-61%) сконцентрировано в верхнем (0-5 см) корнеобитаемом слое. В обрабатываемых дерново-подзолистых супесчаных почвах около 90% валового запаса 137Cs и 75% 90Sr находится в пахотном 0-25 см слое.

Возможно вторичное загрязнение угодий из-за горизонтальной миграции радионуклидов с ветром, со стоками поверхностных вод, поводками и дождевыми потоками, при пожарах. Определенную роль в горизонтальном перемещении радионуклидов играет сельскохозяйственная роль человека.

Одним из главных показателей, используемых для прогноза радиологической обстановки, является эффективный период полуочищения почв (Teff), т. е. время, в течение которого первоначальная концентрация радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы уменьшается в 2 раза с учетом их радиоактивного распада и процесса вертикальной миграции. Установленные параметры свидетельствуют о меньшем периоде полуочищения почв от 90Sr, который составляет 11-20 лет по сравнению с 137Cs (13-26 лет), что объясняется большей скоростью вертикальной миграции стронция-90 (табл. 3). С усилением степени гидроморфности снижается срок полуочищения почв от радионуклидов.

Следует отметить, что установленные параметры согласуются с рядом публикаций российских ученых, где период эффективного полуочищения верхнего 0-10 см слоя от 137Cs для лугов на дерново-подзолистых и торфяных почвах различался от 11 до 29 лет.

Таблица 3 – Эффективный период полуочищения (Teff) верхнего 0-10 см слоя почвы, лет (по данным И.М. Богдевича с соавторами, 2013 г.)

Почва

137Cs 

90Sr

Дерново-подзолистая песчаная автоморфная

26

20

Дерново-подзолистая супесчаная автоморфная

27

16

Дерново-глеевая суглинистая

22

18

Дерново-глеевая песчаная

23

20

Торфяная осушенная

13

11

Таким образом, в ближайшие 20-30 лет можно ожидать только небольшое снижение (примерно вдвое) валового запаса радионуклидов 90Sr и 137Cs в корнеобитаемом слое почвы.

Информация о физико-химических формах нахождения радионуклидов в почвах необходима для понимания их биологической доступности растениям. Поглощение радионуклидов почвой связано со многими процессами, протекающими в почве. Сюда относится обменная сорбция радионуклидов минеральной и органической компонентами почвы, избирательная сорбция их глинистыми минералами и соосаждение с соединениями железа, марганца, а также поглощение клетками микроорганизмов. Все эти процессы зависят от гранулометрического состава почвы, реакции почвенного раствора, емкости катионного обмена, содержанием гумуса, элементов питания, а также условий внешней среды.

Для определения форм радионуклидов в почве широкое использование получил метод последовательных экстракций. Различают четыре формы: водорастворимую (Н2О), обменную (извлекаемая 1М KCl), подвижную (извлекаемая 1М HCl) и неподвижную (фиксированная, извлекаемая 6М HCl). Радионуклиды первых трех форм доступны растениям. Наиболее доступными для растений является первые 2 группы. Если радионуклиды находятся в одной из первых трех форм, то возможен переход их в растения.

Относительное количество радионуклидов в доступных для растений формах изменяется в течение времени. Оно во многом определяется типом почвы и различно для радионуклидов цезия и стронция.

С увеличением времени взаимодействия с почвой суммарная доля доступных растениям форм 137Cs многократно (почти в 6 раз) уменьшается. Снижение подвижности 90Sr связано с включением его в межпакетное пространство глинистых минералов, имеющих кристаллическую решетку монтмориллонитового типа, и механическим захватом катионов 137Cs в результате образования органоминеральных комплексов.

В дерново-подзолистых суглинистых почвах с высоким содержанием глинистых минералов доля доступных для растений форм 137Cs не превышает 5% (табл. 4). Основная доля радионуклида находится в связной форме, в том числе внедренной в кристаллическую решетку глинистых минералов. В дерново-подзолистых супесчаных, песчаных и торфяных почвах доля доступного для растений 137Cs находится в пределах 10-30%.

Таблица 4 – Формы нахождения 137Cs и 90Sr в 0-5 см слое необрабатываемых почвах (по данным И.М. Богдевича, 2013 г.)

Почва

Форм нахождения радионуклидов,

% от общего содержания

водная

обменная (1М KCl)

подвижная (1 М HCl)

∑ трех первых форм

неподвижная (6М HCl)

Дерново-глеевая суглинистая

0,3

1,9

1,0

79,3

2,7

14,9

4,0

96,0

96,0

4,0

Пойменная дерново-глеевая песчаная

0,6

7,4

4,7

74,1

7,0

16,8

12,3

98,3

87,7

1,7

Дерново-подзолистая песчаная автоморфная

0,2

5,8

3,3

69,3

16,5

21,3

20,0

96,4

80,0

3,6

Торфяная осушенная

2,1

5,5

9,6

61,3

22,3

29,5

34,0

96,3

66,0

3,7

Примечание: в числителе -137Cs, в знаменателе - 90Sr

Поглощение радионуклида 90Sr почвой происходит по типу ионного обмена и он в почве находится главным образом в обменной форме, доступной для растений (до 98%). Доля фиксированной формы невелика и имеет тенденцию к снижению. Примерно около 90% валового содержания 90Sr в почвах потенциально доступно для поступления в растениеводческую продукцию, в то время как 137Cs - 5-30%.

Last modified: Tuesday, 20 March 2018, 2:31 PM