Авария на Чернобыльской АЭС - Миграция радионуклидов в сельскохозяйственных экосистемах  -  Чернобыльская АЭС

Миграция радионуклидов в сельскохозяйственных экосистемах и цепях

Первый поставарийный период. Аэральное загрязнение растений.

Выпавшие на сельскохозяйственные угодья радионуклиды включаются в процессы миграции по трофическим цепям: выпадения - почва - растения - животные - сельскохозяйственная продукция. Поздневесенне-раннелетнее выпадение радионуклидов при аварии на ЧАЭС, обусловившее интенсивное задерживание радионуклидов надземными частями растений в посевах и на лугах и пастбищах, в сущности, предопределило интенсивное радиоактивное загрязнение всех сельскохозяйственных объектов в первый поставарийный год.
Основными процессами аэрального поступления радионуклидов в надземную вегетативную массу урожая 1986 г. являлись непосредственные радиоактивные выпадения на вегетирующие растения в начальный период (конец апреля - начало мая 1986 г.; озимые культуры, естественные и многолетние сеяные травы); остаточное радиоактивное загрязнение посевов и естественной растительности; ветровой подъем радиоактивного вещества с поверхности и поступление его на растения почвы в течение всей вегетации; непосредственное радиоактивное загрязнение надземной массы растений при их механическом контакте с поверхностью почвы. Хотя на практике затруднительно оценить вклад каждого из этих процессов в суммарный уровень радиоактивного загрязнения к моменту уборки урожая, однако является доказанным, что аэральное загрязнение сельскохозяйственных растений в 1986 г. было основным путем поступления радионуклидов в растения. Это доказывается тем, что радиоактивное загрязнение урожая, значительно превосходило уровень возможного загрязнения за счет корневого поступления радионуклидов, а также близость радионуклидного состава в почве и вегетативной массе.
Различие аэрального поступления радионуклидов в различные сельскохозяйственные культуры определяется задерживающей способностью растительного покрова по отношению к выпадениям, что, в свою очередь, прямо зависит от степени развития биомассы в период выпадений, а также от сроков начала и длительности экспозиции растений к выпадениям. С этой точки зрения наибольшие уровни аэрального загрязнения растительного покрова присущи культурам с достаточным запасом надземной биомассы как в течение начальных выпадений, так и в последующий период, когда загрязнение связано с ветровым подъемом радионуклидов. Из табл. 3.11 видно, что наибольшее содержание радионуклидов в растительном покрове в целом наблюдается при максимальном запасе биомассы, однако вследствие эффекта “разбавления” активности в результате прироста биомассы с течением времени максимальная удельная активность радионуклидов характерна для растений с низкой урожайностью. Среди наиболее типичных видов растительной продукции урожая 1986г. наибольшей удельной активностью характеризовалась именно продукция, представленная зеленой массой, сеном и соломой сеяных трав и озимых культур (табл. 3.12 и 3.13).

Таблица 3.11
Зависимость относительных уровней радиоактивного загрязнения вегетативной массы естественных и сеяных многолетних трав и озимых культур от запаса надземной биомассы (по состоянию на конец июня - начало июля 1986 г.)* [29]

Таблица 3.12
Удельная активность сельскохозяйственной продукции урожая 1986 г. в 30-км зоне ЧАЭС (июль-август 1986 г.) [29]

Таблица 3.13
Среднее содержание радионуклидов в сельскохозяйственной продукции урожая 1986г. на территории Украины (на 1 августа 1986 г.), (Бккг-1 воздушно-сухой массы)/ (кБкм-2) [29]

Радионуклидный состав загрязнения вегетативной массы и зерна в 1986 г. и почвы за некоторым исключением (¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs) был близок (табл. 3.14), что свидетельствует о преимущественном аэраль- ном загрязнении, практически полностью маскировавшем вклад корневого поступления. Последующие оценки ожидаемого корневого поступления наиболее представительных средне- и долгоживущих радионуклидов показали, что общий вклад непосредственных начальных выпадений и последующего ветрового подъема в наблюдаемые уровни удельной активности большинства радионуклидов в продукции 1986 г. превышал 95-99% [29].
Таблица 3.14
Радионуклидный состав урожая 1986 г. по отношению к радионуклидному загрязнению почвы
(отношение ⁹⁵Zr в почве и продукции принято за 1)

В 1987 г. вклад аэрального пути поступления радионуклидов в урожай существенно снизился. Эти оценки были выполнены на основе полевых экспериментов с использованием пленочных укрытий вегетирующих растений [32]. Они показали (табл. 3.15), что вклад аэрального загрязнения ⁹⁰Sr в результирующие уровни удельной активности ⁹⁰Sr в вегетативной массе кукурузы, картофеля, многолетних трав, викоовсяной смеси и овса составлял 8-44%, a ¹³⁷Cs - 14-38%. По отношению к вегетационному сезону 1986 г. удельная активность этих нуклидов в 1987 г. в сене многолетних трав снизилась в 10-30 раз, в зерне озимых культур — в 14-65 раз, в картофеле и корнеплодах — в 2-7 раз.

Таблица 3.15 Экспериментальные оценки 1987 г. вклада аэрального пути загрязнения в наблюдаемые уровни удельной активности "Sr и ,37Cs в вегетативной надземной массе сельскохозяйственных культур* [32]

В течение первого вегетационного периода (1986 г.) основное количество радиоактивных веществ в растениях, особенно в лугопастбищных ценозах, определялось аэральным загрязнением выпавшими радионуклидами надземной фитомассы. Максимальное накопление радионуклидов в растениях было характерно для естественных травостоев и многолетних сеяных трав (табл. 3.16), а минимальное - для сельскохозяйственных культур, которые отличались меньшим аэральным загрязнением надземных частей (например, ячмень, кукуруза, овес). В первые недели после аварии основная доля выпавших радионуклидов содержалась в почве и дернине (в среднем до 60-70%).

Таблица 3.16
Коэффициент перехода смеси радионуклидов в надземную часть растений на 10 июня 1986г. (в расчете на сухую массу) [41]

Летом 1986 г. результирующее аэральное загрязнение растений уменьшалось с течением времени. Первый период полуснижения содержания радионуклидов в надземной массе озимой ржи был равен 15 сут, а второй аналогичный период был более растянут и составлял около 50 сут¹ .
Для естественных трав эти значения были равны соответственно 10-12 и 25-30 сут [41]. Максимально быстро растения очищались в периоды выпадения интенсивных дождей, а наименьшие скорости очищения растений были характерны для преимущественно сухого периода.
К началу июня 1986 г. вегетативной массой озимой ржи удерживалось не более 10-20% γ-излучающих нуклидов, а ко времени уборки - 5-10%. Для естественных травостоев эти значения были ниже - 9-15 и 1-6% соответственно (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Изменение содержания суммарного количества γ-излучающих нуклидов в вегетативной массе растений в 1986 г. [32]             озимая рожь;-------------------------------          травы
Быстрое снижение загрязнения растений смесью радионуклидов в первый период определялось в основном распадом короткоживущих радионуклидов. Уменьшение концентрации ¹³⁷Cs в растениях происходило значительно медленнее, чем суммы γ-излучающих нуклидов: к началу июня 1986 г. в вегетативной массе озимой ржи содержалось до 50-70% выпавшего ¹³⁷Cs, а ко времени уборки урожая - до 30-40%; для естественных травостоев эти величины были равны соответственно 15-40 и 5-10% [42].