После прекращения радиоактивных выпадений, осевшие на растения радиоактивные вещества, в полевых условиях могут смываться дождями и стряхиваться ветром. Наибольшие полевые потери этих веществ с загрязненных растений происходит сразу же после окончания радиоактивных выпадений, когда радиоактивные вещества еще прочно не закрепились на поверхности листьев, стеблей, соцветий, плодов. С течением времени интенсивность потерь заметно снижается (таблица1).
1. Полевые потери стронция-89 загрязненными растениями в разные сроки после нанесения раствора радионуклида на кормовые сеяные травы (в процентах от первоначально задержанного количества)
| Показатели | Декада после нанесения стронция-89на растения | ||||||
| 1-я | 2-я | 3-я | 4-я | 5-я | 6-я | 7-я | |
| Потери (отдельно по каждой декаде) | 37 | 31 | 12 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| Суммарные потери за время наблюдения | 37 | 68 | 80 | 88 | 92 | 94 | 95 |
При длительном пребывании загрязненных растений в поле суммарные потери радиоактивного загрязнения могут достигать значительных величин: 80-95%. Отсюда следует, что чем дольше после выпадения радиоактивных осадков растения будут находиться в поле, тем меньше будет загрязнен урожай радиоактивными веществами[21,25].
В случае загрязнения растений радиоактивными осадками на локальных следах ядерных взрывов, когда в составе загрязнителя преобладают короткоживущие радионуклиды, одновременно с полевыми потерями радиоактивных веществ будет происходить также снижение радиоактивности за счет радиоактивного распада короткоживущих радионуклидов. Скорость распада непостоянная и изменяется во времени. Вначале она наиболее высокая, а затем, с течением времени, постепенно снижается. Тем не менее, снижение радиоактивного загрязнения растений, обусловленное этой причиной, может быть весьма существенным. Так, величина радиоактивности смеси продуктов деления 1-часового возраста уменьшается за первые 10 суток в 720 раз, за последующие 20 суток - еще в 2.4 раза, а в целом за месяц - в 2600 раз. Снижение радиоактивного загрязнения урожая за счет распада короткоживущих радионуклидов происходит не только в период вегетации растений, но также и после уборки урожая во время его хранения. При этом зачастую может сложиться такая ситуация, когда урожай, имеющий на момент уборки повышенный уровень радиоактивного загрязнения, после хранения на складах и хранилищах становится вполне пригодным для использования[3,29].
Обычно пригодность загрязненной продукции для использования оценивается по концентрации в ней радионуклидов, т.е. по содержанию их в единице веса продуктов.
Размеры аэрального радиоактивного загрязнения урожая некоторых сельскохозяйственных культур стронцием-90 приведены в таблице 2. В условиях полевого эксперимента водный раствор стронция-90 путем мелкокапельного дождевания наносился на вегетирующие посевы в разные сроки: 8 июля и 15 августа. Уборка урожая производилась по мере созревания культур: 23 августа — горох и ячмень, 27 августа - гречиха, пшеница, овес, кукуруза (на силос), картофель, 6 сентября - просо и подсолнечник, 12 сентября — сахарная свекла.
Приведенные в таблице 2 данные подтверждают положение о том, что чем больше времени проходит от выпадения радиоактивных осадков на посевы до уборки урожая, тем меньше радиоактивное загрязнение получаемой растениеводческой продукции[26].
2. Концентрация стронция-90 в урожае сельскохозяйственных культур при различных сроках нанесения на посевы радиоактивного раствора из расчета 1 Кu/км2
| Культура | Фаза развития растений во время загрязнения посева | Концентрация стронция-90 в 10-9 Кu/кг | |||
| в листьях | в стеблях | в мякине, корзинке | в зерне, клубнях, корнеплодах | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Посевы загрязнены 8 июля | |||||
| Яровая пшеница | выход в трубку | 403 | 8.2 | 32,6 | 1,73 |
| ячмень | начало колошения | 743 | 76 | 87 | 2,34 |
| овес | выход в трубку | 379 | 12,3 | 43,9 | 1,27 |
| просо | кущение | 186 | 3,4 | 5,7 | 1,61 |
| горох | цветение | 260 | 91 | 28,2 | 0,87 |
| гречиха | цветение | 352 | 41,7 | 114 | 5,08 |
| картофель | бутонизация | 251 | 74,4 | - | 0,16 |
| сахарная свекла | розетка 6 листьев | 9,1 | - | - | 0,69 |
| подсолнечник | 6-7 листьев | 38 | 2,1 | 3,2 | - |
| Посевы загрязнены 15 августа | |||||
| яровая пшеница | молочная спелость | 2290 | 222 | 701 | 53,2 |
| ячмень | полная спелость | 2730 | 398 | 1000 | 60,8 |
| овес | молочная спелость | 1730 | 163 | 1640 | 63,4 |
| просо | выметывание метелки | 1100 | 72 | 384 | 226 |
| горох | созревание зерна | 2470 | 562 | 294 | 6,5 |
| гречиха | формирование зерна | 1770 | 231 | 1550 | 131 |
| картофель | рост клубней | 1850 | 349 | - | 0,33 |
Из числа изучавшихся культур максимальное загрязнение хозяйственно ценных частей урожая отмечается у проса и гречихи. Значительно ниже концентрация стронция-90 в зерне пшеницы, ячменя и овса. Очень слабо загрязняется урожай картофеля и сахарной свеклы [3,4, 6, 12,36].
Почвенный путь радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных растений и их урожая
После прекращения радиоактивных выпадений загрязнение урожая сельскохозяйственных культур происходит главным образом в результате поступления радионуклидов в растения из загрязненной почвы. Источником радиоактивного загрязнения почвы, так же как и растительности, являются радиоактивные выпадения из атмосферы. В зависимости от продолжительности выпадений загрязнения почвы сельскохозяйственных угодий может быть одноразовым или длительным (как, например, при глобальных выпадениях, продолжающихся в течение нескольких лет). В первом случае почвенный путь поступления радионуклидов в растения будет главным источником радиоактивного загрязнения урожая уже в следующем вегетационном сезоне после выпадения радиоактивных осадков. Во втором случае первые 2-4 года будет преобладать аэральный путь радиоактивного загрязнения растений, а в последующие годы – почвенный [42,47].
Радиоактивные вещества, осевшие на поверхность почвы, вступают во взаимодействие с почвенными частицами, и почва, как основной компонент агроценоза, оказывает определяющее влияние на характер миграции радионуклидов по биологическим цепочкам. Известно, что почва является хорошим поглотителем для многих химических веществ, в том числе и для радионуклидов [5,4].
Поглощение радионуклидов происходит сразу же при контакте их с почвой. Разные почвы обладают неодинаковой способностью к поглощению радионуклидов, но в целом поглощается не менее 50%, а во многих случаях значительно больше. Так, при внесении в дерново-подзолистую супесчаную почву растворимых форм радионуклидов было поглощено 66% стронция-90, 98% цезия-137, 98% церия-144, 94% кобальта-60, 49% рутения-106. Еще сильнее радионуклиды поглощаются черноземной почвой: стронций-90 - 96%, цезий-137 — 100%, церий-144 - 100%, кобальт - 60-91%, рутений - 106-61%.
Поглощение и фиксация радионуклидов почвой затрудняет их усвоение корневой системой. Поэтому поступление радионуклидов из почвы в растения в десятки раз меньше, чем из водного раствора, т.е. почва представляет собой мощный барьер на пути миграции радионуклидов по пищевым цепочкам [3,39].
Биологическая избирательная способность растений к усвоению различных химических веществ и различия физико-химических свойств радионуклидов обуславливают неодинаковые размеры поступления отдельных радионуклидов из почвы в растения (таблица 3) [5].
3. Концентрация радионуклидов в урожае ячменя при плотности радиоактивного загрязнения почвы 1 Кu/км2 (почва – выщелоченный чернозем)
| Радионуклиды | 10-9 Кu/кг | Отношение концентрации радионуклида в соломе к концентрации в зерне | |
| Цинк-65 | 8.6 | 2.2 | 3.9 |
| Стронций-90 | 4.0 | 0.3 | 13.3 |
| Кадмий-115 | 3.6 | 1.0 | 3.6 |
| Марганец-54 | 1.65 | 0.3 | 5.7 |
| Цезий-137 | 0.43 | 0.1 | 4.3 |
| Прометий-147 | 0.3 | 0.07 | 4.3 |
| Рутений-106 | 0.1 | 0.02 | 5.0 |
| Кобальт-60 | 0.1 | 0.17 | 0.59 |
| Церий-144 | 0.01 | 0.07 | 0.14 |
Из числа приведенных в таблице 3 радионуклидов цинк-65 поступает из почвы в растения в максимальных количествах, как в вегетативные органы, так и в зерно. По концентрации в соломе цинк-65 превосходит рутений-106 в 860 раз. Можно отметить, что в большинстве случаев накопление радионуклидов в вегетативных органах значительно выше, чем в зерне: для кобальта-60 и рутения-106 характерно обратное - преимущественное накопление их в зерне. Отсюда следует, что радионуклидный состав радиоактивного загрязнения почв далеко не безразличен для радиоактивного загрязнения урожая. Существенное значение имеет также длительность жизни радионуклидов, загрязняющих почву. Долгоживущие радионуклиды (такие как стронций-90 и цезий-137) создают длительно действующие источники их поступления в растения и, напротив, короткоживущие, как, например, йод-131 с периодом полураспада около 8 дней, представляет значительно меньшую опасность для загрязнения урожая корневым путем, поскольку за период от начала вегетации растений до уборки урожая он практически исчезает в результате радиоактивного распада [42].