Засоби зниження надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини

Залежно від властивостей ґрунту і ступеня його забруднення

радіоактивними речовинами, а також виду сільськогосподарських культур, шляхів використання врожаю та інших умов застосовують різні засоби, які можуть забезпечити зменшення радіоактивності продуктів рослинництва. За однією класифікацією вони поділяються на дві групи: 1) загальновживані у сільському господарстві; 2) спеціальні.

За іншою класифікацією розрізняють засоби механічні, агротехнічні,

хімічні, агрохімічні та біологічні. Такий поділ їх звичайно умовний, оскільки на практиці важко визначити межу між механічними та агротехнічними засобами, хімічними й агрохімічними, агротехнічними та біологічними тощо. Крім того, при організації та проведенні заходів щодо запобігання надходженню радіоактивних речовин у рослини, як правило, доводиться

мати справу з комплексом засобів, які технологічно тісно пов'язані між собою. Тому доцільно визначити п'ять головних комплексних систем зниження надходження радіоактивних речовин у рослини: 1) обробіток ґрунту; 2) застосування хімічних меліорантів і добрив; 3) зміна структури сівозміни; 4) управління режимом зрошення; 5) внесення спеціальних речовин і сполук.

Обробіток ґрунту. На окультурених ґрунтах радіоактивні речовини нагромаджуються здебільшого в орному шарі. Тому ефективним заходом у

перші дні і тижні після аварії було загортання забрудненого шару ґрунту

плантажним плугом на глибину 40-50 см з наступним окультурюванням вивернутого підорного шару. Це зумовило зниження нагромадження

рослинами радіоактивних продуктів поділу у 5-10 разів і забезпечує зниження рівня зовнішнього випромінення в 10 разів і більше. Ефективність

такої оранки вища на важких ґрунтах, для рослин з мичкуватою кореневою системою, при поливі дощуванням. Тому такий обробіток ґрунту рекомендовано переважно для зон з достатньою вологістю і для регіонів, де застосовується зрошення.

При глибокій оранці можна очікувати істотного зниження родючості ґрунтів. Однак, при внесенні достатньої кількості органічних та мінеральних добрив компенсується природна родючість зораного шару і врожай

сільськогосподарських культур у сівозміні може не знижуватись.

Дуже ефективним є корінне поліпшення луків. Сіно зернових і зернобобових культур після такого обробітку в середньому містить 90Sr у 1,5-

5 разів менше, а 137Cs – в 10-15 відповідно.

Оскільки в перші тижні, а при сухій погоді протягом багатьох місяців радіоактивні опади розподіляються лише на поверхні ґрунту або в шарі

товщиною не більше кількох сантиметрів, рекомендують його знімати. Для цього використовують дорожньо-збиральну, дорожньо-будівельну або спеціально сконструйовану техніку - бульдозери, грейдери, скрепери.

При видаленні поверхневого шару ґрунту (5 см) доводиться вивозити до 500 м3 ґрунту з 1 га. А якщо ґрунти пухкі,- то й більше в 2-3 рази. Таку кількість ґрунту важко не тільки знімати, а й захоронювати. Тому цей захід можна рекомендувати тоді, коли вміст радіоактивних речовин набагато перевищує допустимі рівні, або обробіток ґрунту звичайними сільськогосподарськими знаряддями малоефективний.

При порівняно невисоких рівнях забрудненості ґрунтів достатньо їх переорати відвальними плугами на звичайну глибину. Змішування забрудненого поверхневого шару ґрунту з більш глибокими пластами зменшує поширення радіоактивних речовин вітром та надходження їх у рослини у 2-4 рази. При дуже високих рівнях забруднення рекомендується глибоке (до 0,5-1 м) засипання поверхневого радіоактивного шару чистим ґрунтом або сумішкою його з соломою та соломи з глиною. Але такі заходи важко провести на великих територіях.

Застосування хімічних меліорантів і добрив.Роль мінеральних та органічних добрив, як постачальників головних поживних речовин в умовах радіоактивного забруднення не змінюється. Розглянемо вплив деяких основних агрохімічних заходів на надходження радіоактивних речовин у сільськогосподарські рослини.

Вапнування. Радіоактивні речовини іноді надходять у навколишнє середовище у вигляді нерозчинних і важкорозчинних частинок. Проте з

часом при контакті з киснем повітря і водою вони переходять у розчинні форми. Цьому особливо сприяє кисла реакція середовища. З кислих ґрунтів у рослини надходить більше 90Sr й 137Cs, ніж із слабкокислих або нейтральних. Тому вапнування кислих ґрунтів, крім поліпшення умов росту рослин, знижує надходження радіоактивних речовин з ґрунту.

Основним компонентом вапняних матеріалів є кальцій - хімічний аналог стронцію. Внаслідок антагонізму між ними надходження в рослини

90Sr зменшується більшою мірою, ніж 137Cs.

Вапнування застосовують на підзолистих, дерново-підзолистих та кислих торфових ґрунтах, іноді - на сірих лісових та червоноземах.

На лужних ґрунтах для збагачення їх на кальцій проводять гіпсування, а на нейтральних вносять вапняні матеріали й гіпс.

Отже, вапнування кислих забруднених ґрунтів слід вважати одним з

головних заходів, що обмежують процес переходу радіоізотопів у рослини. Воно дає змогу зменшувати вміст стронцію в картоплі й коренеплодах у 10-

20 разів, у сіні бобових - у 6- 8 разів, у соломі злаків - у 3-4, у зерні - у 2-4

рази, в овочах - у 5-7, у ягодах - у 4-6 разів.

З метою зменшення кількості нагромадження врожаєм рослин 90Sr та

137Cs можна вносити не тільки вапно, а й інші вапняні матеріали природного і промислового походження: вапняки, доломіт, мергель, сланцевий та

торф'яний попіл, дефекаційне багно, відходи целюлозно-паперових

комбінатів, металургійні, або доменні, шлаки.

Калійні добрива. Надходження 137Cs в рослини та нагромадження його в урожаї значно залежить від вмісту у навколишньому середовищі і в

рослинах його хімічного аналогу - калію. Внесення калійних добрив є одним з головних заходів зменшення вмісту 137Cs в продукції рослинництва у 3-6 разів. Це пояснюють антагонізмом іонів калію та цезію під час їх надходження в рослини.

Рівень калійного живлення рослин істотно впливає на нагромадження

137Cs у надземних органах і при надходженні його через листя. При внесенні калійних добрив у ґрунт і при обприскуванні ними листя вміст 137Cs у вегетативних органах рослин значно зменшується. Зменшується

надходження 137Cs через коріння і листя при позакореневому підживленні рослин калієм. Рослини-калієфіли поглинають 137Cs у більших кількостях, ніж звичайні види.

Фосфорні добрива. Солі фосфорних кислот можуть утворювати із стронцієм нерозчинні сполуки. Тому при внесенні у ґрунт фосфорних добрив

може значно знизитись перехід 90Sr з ґрунту у рослини. Найефективнішими з них є добрива, які містять фосфати кальцію і калію. Внесення у ґрунт тризаміщеного фосфату калію у кілька разів зменшує вміст у рослинах як

90Sr, так і 137Cs. Фосфати амонію, натрію, магнію впливають здебільшого тільки на вміст 90Sr.

Фосфорні добрива в формі суперфосфату можуть посилювати нагромадження 137Cs у рослинах. Азотно-фосфорне добриво підсилювало його надходження на всіх типах ґрунтів. Найінтенсивніше збільшення (у 4 рази) спостерігали на чорноземах.

Азотні добрива. На забруднених радіоактивними речовинами ґрунтах слід обережно підходити до використання азотних добрив. При їх внесенні збільшується нагромадження в рослинах 137Cs, а іноді й 90Sr. Загальне збільшення норми повного мінерального добрива також призводить до нагромадження у рослинах 137Cs.

Органічні добрива. Внесення в ґрунт органічних добрив може істотно зменшити надходження в рослини радіоактивних речовин. Особливо ефективне внесення гною, перегною, низинного торфу на ґрунтах легкого механічного складу. Органічні речовини добрив запобігають не тільки надходженню в рослини 90Sr та 137Cs, а й інших радіонуклідів.

Різко зменшується нагромадження радіоактивних речовин при

спільному внесенні в дерново-підзолисті ґрунти органічних і вапняних добрив. Цей захід є одним з найістотніших серед агрономічних заходів, спрямованих на зменшення надходження радіонуклідів з ґрунту і збільшення врожаю сільськогосподарських культур.

При використанні органічних та інших місцевих добрив слід дотримуватися певних правил. Гній, компост, попіл, одержані в місцях з

підвищеною щільністю радіоактивного забруднення, можуть перетворитися на джерело вторинного забруднення ґрунту. Тому їх не рекомендується використовувати на полях з низьким рівнем радіоактивності, а також вносити на овочево-картопляних сівозмінах, оскільки продукцію їх використовують безпосередньо в їжу.

Найдоцільніше застосовувати місцеві добрива, одержані на забруднених площах у сівозмінах кормового напряму, на насінницьких

ділянках, під технічні, олійні та прядильні культури, картоплю для виробництва крохмалю.

Використання добрив на забруднених радіоактивними речовинами ґрунтах є одним з головних заходів зменшення надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини. Зниження вмісту радіонуклідів в продукції рослинництва досягають не тільки за рахунок зменшення їх нагромадження

рослинами, а й за рахунок зменшення вмісту радіоактивних продуктів поділу на одиницю маси рослинницької продукції при збільшенні врожаю (ефект

«розведення»).

Для збільшення врожаю застосовують органічні та мінеральні добрива на основі загальних рекомендацій. Проте при внесенні їх у ґрунти слід

додержуватися певних правил. Внесення рекомендованих доз добрив під деякі сільськогосподарські культури на різних типах забруднених радіоактивними речовинами ґрунтів зменшує вміст радіонуклідів у врожаї до

5 разів, а на легких піщаних та суглинкових ґрунтах до 10 разів.

Багатогранна роль, яку грають мікроелементи в житті рослин і взагалі живих організмів, дозволяє припустити різні механізми їх впливу на поведінку радіонуклідів у системі ґрунт-рослина. По-перше, деякі з них,

будучи хімічними аналогами радіонуклідів, можуть вступати з ними в конкурентні відносини при надходженні з ґрунту в рослини. Наприклад, такі взаємодії можуть виникати між цинком і стронцієм, проявляючи синергізм з макроелементами, можуть стимулювати їх поглинання рослинами, тим

самим створюючи конкурентні умови радіонуклідам. Такі взаємовідносини можуть виникати між міддю, марганцем, цинком з одного боку і кальцієм з

другого; між бором, молібденом, марганцем - з одного і фосфором - з другого; літієм, бором, марганцем - з одного і калієм - з другого та інші. Зрештою, літій, наприклад, проявляє антагонізм по відношенню до стронцію і цезію та синергізм до калію і кальцію; цинк виявляє антагонізм до стронцію і синергізм як до калію і кальцію, так і до фосфору; мідь - антагонізм до цезію і синергізм до тих же калію, кальцію і фосфору.

Безперечно, роль мікроелементів в даному аспекті не обмежується

лише взаємодією з радіонуклідами прямим чи опосередкованим через макроелементи шляхом. Вони можуть впливати на проникність клітинних мембран для радіонуклідів з певними іонними радіусами, зарядом, геометрією координаційної та електронної конфігурацій; можуть активізувати або, навпаки, гальмувати системи транспорту окремих радіонуклідів; утворювати комплексні сполуки з різними речовинами, в тому числі і фізіологічно активними, котрі впливають на надходження радіонуклідів в рослини та їх пересування в окремі органи. І особливо гостро всі ці ефекти можуть проявлятися в умовах природного або штучного дефіциту мікроелементів. Саме тоді їх додаткове внесення може призводити до максимально виражених позитивних результатів.

Зміна структури сівозміни.Радіоактивні речовини поглинаються з ґрунту різними видами рослин з неоднаковою інтенсивністю і нагромаджуються в них у різних кількостях. Тому при плануванні заходів щодо зменшення їх надходження у сільськогосподарські рослини слід особливу увагу приділяти добору у сівозміні культур і сортів рослин.

У відношенні рослин до стронцію та цезію помічається природна кореляція між поглинанням кальцію та 90Sr, з одного боку, і калію та 137Cs - з іншого. Кальцієфільні бобові рослини інтенсивно поглинають 90Sr, нагромаджуючи його в значних кількостях у своїх органах. Злаки, які поглинають кальцій у порівняно невеликих кількостях, мало нагромаджують також і 90Sr. Тому нагромадження 90Sr в різних видах рослин може відрізнятися в десятки разів.

Калієфільні рослини - люпин, кукурудза, капуста, картопля, буряки, інтенсивно поглинають 137Cs. В порядку зменшення вмісту радіонуклідів у продовольчій частині окремі види рослин розподіляються так: зернові та зернобобові - люпин, овес, гречка, горох, ячмінь, пшениця, кукурудза, просо, соя, квасоля; овочеві - капуста, картопля, буряки, морква, огірки, томати; трави - вівсяниця, райграс, стоколос, конюшина, тимофіївка. Велике значення можуть мати сортові особливості рослин. Так, окремі сорти гороху можуть відрізнятися за здатністю нагромадження 90Sr у зерні та соломі в 2,5 рази, а сорти ярої пшениці за здатністю нагромадження 137Cs в зерні у 3, в соломі - майже у 2 рази. Різниця в нагромадженні 137Cs залежно від сорту озимої пшениці становить до 5 разів.

Враховуючи такі істотні коливання у здатності різних сільськогосподарських рослин нагромаджувати радіоактивні речовини, доречно проводити селекційну роботу по створенню нових сортів з низькою здатністю акумулювати окремі радіонукліди.

З урахуванням здатності культур і їх сортів до нагромадження радіоактивних речовин, відповідні корективи в сівозміні можуть знизити рівень забруднення ними продукції рослинництва.

Фітодезактивація - один з небагатьох заходів, який передбачає очищення ґрунту від радіонуклідів. Більшість решти заходів мінімізації

переходу їх в рослини базується на утриманні їх у ґрунті за допомогою зв'язування з іншими речовинами, переводом у нерозчинний стан, витісненні

конкурентними способами з транспортних шляхів та іншими із сподіваннями на їх подальший природній фізичний розпад.

Фітодезактивація - це видалення радіонуклідів з ґрунту за допомогою спеціально вирощуваних на них рослин. Для цього застосовують види, що

мають високі коефіцієнті накопичення (КН) радіонуклідів і формуючих значну біомасу. Найбільш цим вимогам відповідає люпин, дещо в меншій мірі люцерна, також кукурудза та соняшник при вирощуванні на зелену масу, деякі травосумішки. При внесенні оптимальних та підвищених доз добрив, проведенні при необхідності зрошення, введенні у ґрунт активної мікробіоти (наприклад, силікатних бактерій, що прискорюють руйнування радіоактивних частинок та вивільнення радіонуклідів) та використанні інших чинників, що сприяють створенню оптимальних умов росту рослин та переводу радіонуклідів у доступний для них стан, можна суттєво підвищити

винесення радіоактивних речовин з грунту. Оптимальна система сівозмін з високими значеннями КН у рослин (2-10) і урожаями біомаси (40-80 т/га) дозволяє протягом 5 років зменшити вміст радіонуклідів в ґрунті в 4-5 разів.

Перепоною на шляху широкого застосування фітодезактивації є

труднощі утилізації великих мас забруднених радіонуклідами рослин. Технологічно вона вже вирішується. І є всі підстави вважати, що захід фітодезактивації ґрунтів знайде своє місце серед комплексних систем очищення ґрунту від радіонуклідів і способів мінімізації їх переходу у продукцію рослинництва.

В агроценозах процес спонтанної фітодезактивації триває постійно. Велика кількість радіонуклідів виноситься з урожаєм і на забруднених радіоактивними речовинами внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС територіях помітні суттєві відміни між рівнями радіоактивності ґрунтів сільськогосподарських угідь, що активно використовуються, і ґрунтів населених пунктів, під забудівлями, промисловими майданчиками, лісом. Порівняно високі темпи такої фітодезактивації на луках і пасовищах. Так, з урожаєм кормових трав за вегетаційний період може виноситись до 10-12% кількості радіонуклідів у ґрунті. Зрозуміло, що у цих випадках вони включаються у трофічні ланцюжки.

Управління режимом зрошення.Важливу роль у міграції радіоактивних речовин і їх надходженні в рослини відіграє зрошення.

Зрошувальна вода поліпшує водний режим ґрунту, створює сприятливі

умови для розвитку в ґрунті мікробіологічних процесів, розчиняє поживні речовини і робить їх доступними для рослин. Все це дає змогу керувати ростом і розвитком рослин і забезпечує стабільно високі врожаї. Але при зрошенні можуть бути створені сприятливі умови для надходження в них радіоактивних речовин.

Розрізняють три основних шляхи впливу зрошення на нагромадження радіоактивних речовин у рослинах:

1) при зрошенні відбуваються істотні зміни у водному режимі ґрунтів, внаслідок чого зростає рухливість радіоактивних речовин у ґрунті і їх

доступність для кореневих систем рослин;

2) внаслідок змін характеру фізіологічних процесів, які взаємопов'язані із змінами у надходженні в рослини і транспортуванні поживних речовин, відбуваються зміни в нагромадженні як окремих макро- і мікроелементів, так

і радіоактивних речовин;

3) при зрошенні радіоактивні речовини надходять у рослини по ланцюжках міграції, яких немає у богарному землеробстві.

На поливних землях можливі три шляхи переходу радіоактивних речовин у рослини: 1) тільки з ґрунту; 2) тільки із зрошувальної води; 3)

комбінований, при якому радіоактивні речовини надходять у рослини як із ґрунту, так і із зрошувальної води. Така класифікація дає змогу виділити

домінуючий шлях переходу радіоактивних ізотопів у рослини і визначити їх кількість.

Надходження радіоактивних речовин у рослини залежить від способу поливу - дощуванням (80% площ), чи поверхневого (біля 20% площ). Іноді застосовують підґрунтове і крапельне зрошення (біля 1% площ).

При дощуванні радіоактивні речовини поглинаються надземною

частиною рослин з поливної води, яка потрапляє на листя, стебла, квітки, плоди; при поверхневому поливі та підґрунтовому зрошенні - корінням.

Радіоактивні речовини потрапляють у надземну частину та продуктивні органи сільськогосподарських культур при зрошенні двома шляхами: довгим

- зрошувальна вода - ґрунт - коренева система - надземні органи і коротким -

зрошувальна вода - надземні органи. При короткому шляху міграції ізотопів радіоактивні речовини не поглинаються твердою фазою ґрунту. Якщо радіоактивні речовини містяться у воді, то надходження їх у рослини при дощуванні буде максимальним крізь надземні органи і частково крізь кореневу систему. При поверхневому поливі водою з радіоактивними речовинами надходження радіонуклідів дещо менше, оскільки частину з них поглинає ґрунт. Кількість поглинених ґрунтом радіонуклідів збільшується при просочуванні води по капілярах ґрунту з глибинних шарів. Внаслідок цього мінімальним стає надходження радіоактивних речовин з води при підґрунтовому поливі.

При поливі незабрудненою радіоактивними речовинами водою слід віддати перевагу дощуванню.

Поверхневий полив чистою водою сприяє глибокому промиванню

ґрунту, переносу радіоактивних речовин з поверхні в кореневмісний шар, підвищенню рухомості радіонуклідів і надходженню їх у рослини. Підґрунтовий полив і в цій ситуації є доцільнішим.

Якщо радіоактивні речовини містяться і в ґрунті, і в зрошувальній воді, їх надходження у рослини збільшується.

Крім виду поливу, режим зрошення сільськогосподарських культур визначається також нормою поливу, кількістю поливів та строком їх

проведення.

Норма поливу - це кількість води, потрібна на один полив одиниці площі, її слід відрізняти від зрошувальної норми, яка означає кількість води для поливу одиниці площі за весь період вегетації рослин. При поливі дощуванням саме норма поливу дає змогу визначити тривалість контакту надземної частини рослин із зрошувальною водою і відповідно - кількість радіонуклідів, які можуть потрапити в рослину. Головним фактором впливу на нагромадження радіоактивних речовин в урожаї є норма поливу. При її збільшенні з 100 до 1000 м3/га нагромадження 89Sr в надземній частині

пшениці зростає втричі, а в зерні - вдвічі. Нагромадження обох ізотопів інтенсивніше при збільшенні норми поливу до 500 м3/га.

Якщо за нормою поливу можна визначити кількість радіоактивних речовин, які надходять в рослини за один полив, то за зрошувальною нормою

- за весь період вегетації рослини. Якщо при збільшенні норми поливу кількість радіонуклідів, які надходять у рослини, досягає ступеня насиченості, то збільшення кількості поливів повинно сприяти їх нагромадженню. Так, при однаковій зрошувальній нормі, але при зменшенні кількості поливів дощуванням у 2-З рази, нагромадження радіонуклідів у рослинах зменшується в 1,5-4 рази.

При поверхневому зрошенні великі норми поливу сприяють вимиванню радіоактивних речовин у глибші шари ґрунту. Тому зменшення кількості поливів за рахунок збільшення поливної норми також зменшує

надходження радіоізотопів у рослини.

Інтенсивність надходження радіоактивних речовин у рослини залежить також від строків поливу. При дощуванні на пізніших етапах вегетаційного періоду рослини містять більшу кількість радіоактивних речовин, оскільки збільшуються їх маса і розмір надземної частини. У пізні фази розвитку радіоактивні речовини можуть потрапляти безпосередньо на генеративні органи рослин, що призводить до збільшення їх вмісту у плодах. Виявляється така закономірність: чим ближче до збирання врожаю здійснюється полив, тим більше радіоактивних речовин нагромаджується у рослинах.

Рекомендації щодо запобігання надходженню і нагромадженню радіоактивних речовин у сільськогосподарських рослинах за допомогою регуляції режиму зрошення при поливі водою, що містить радіоактивні

речовини:

1. При можливості вибору способу зрошення перевагу слід надавати поверхневому поливу.

2. У межах об'єму зрошувальної норми за рахунок збільшення норм

поливу зменшити кількість поливів.

3. Віддавати перевагу поливам у першій половині вегетаційного періоду рослин.

4. Не допускати поливу дощуванням у період формування і дозрівання генеративних органів, особливо тоді, коли плоди є основною продукцією

рослинництва.

Внесення спеціальних речовин і сполук.Для зменшення надходження радіоактивних речовин з ґрунту в рослини рекомендується вносити в ґрунт мінерали, здатні до їх сорбції. Особливо інтенсивно сорбують 90Sr та 137Cs ілліти та вермікуліти, дещо менше - монтморилоніти та каолініти. Ефективними сорбентами є такі мінерали, як флогопіт, асканіт, гумбрин, гідрофлогопіт, біотит, цеоліти та бентоніти. Внесення цих мінералів у ґрунт у дрібно-розмеленому стані у кількості, що становить 0,5-1% об'єму орного шару ґрунту, зменшує надходження радіоактивних речовин у рослини

в кілька разів.

Ефективним є також внесення у ґрунт комплексонів -

амінополікарбонових кислот та їх похідних, які можуть утворювати в ґрунті комплексні сполуки з радіонуклідами, сприяючи їх вимиванню з кореневмісного шару вглиб ґрунту.

При складанні рекомендацій щодо практичного застосування комплексних заходів зниження надходження радіоактивних речовин з ґрунту в рослини слід враховувати їх санітарно-гігієнічне значення й економічну ефективність. Навряд чи доцільно рекомендувати використання дорогих засобів, яке не зможе виправдати концепцію радіаційної безпеки «ризик-

користь».