Аккумуляция 137Cs растениями зависела от свойств почв: для трех наиболее представительных для зоны загрязнения типов почв: дерново-подзолистой песчаной, серой лесной и чернозема кратность различий в концентрации 137Cs в ведущих кормовых культурах колебалась от 2,5 до 13 раз (табл. 3.19).
Таблица 3.19
Коэффициенты перехода 137Cs из почвы в кормовые культуры, (Бк кг-2)/(кБк м2), средние данные за 1987-1990 гг. [87]
Культура |
Тип почвы, pH солевой вытяжки |
Кратность различий по типу почвы |
||
дерново-подзолистые песчаные, 4,5—5,5 |
серые лесные, 5,6-6,5 |
черноземы, |
||
Естественные травы (сено) |
10,00 |
4,00 |
1,80 |
5,5 |
Сеяные травы (сено) |
4,00 |
3,00 |
1,60 |
2,5 |
Вика |
2,70 |
0,45 |
0,20 |
13,0 |
Клевер |
1,80 |
0,30 |
0,30 |
6,0 |
Люпин |
1,50 |
0,40 |
0,15 |
10,0 |
Люцерна |
0,80 |
0,40 |
0,20 |
4,0 |
Кукуруза (на силос) |
0,40 |
0,20 |
0,08 |
5,0 |
Кормовая свекла |
0,50 |
0,35 |
0,20 |
2,5 |
Картофель |
0,25 |
0,13 |
0,045 |
5,5 |
Озимые зерновые |
0,50 |
0,20 |
0,05 |
10,0 |
Рожь |
0,40 |
0,10 |
0,04 |
10,0 |
Ячмень |
0,30 |
0,10 |
0,06 |
5,0 |
Кратность различий по культурам |
40 |
40 |
30 |
- |
С точки зрения накопления 137Cs растениями критическими оказались распространенные в Полесье торфяные, торфяно-глеевые и торфяно-болотные почвы, характеризующиеся очень высоким содержанием органического вещества (20-60%) и крайне низким количеством глинистых минералов и илистой фракции, кислой реакцией почвенного раствора (pH 4,2-5,4). На этих почвах коэффициенты перехода 137Cs в звене почва-растение составляли 3,7-30 (Бккг-1)/(кБкм-2), тогда как на дерново-подзолистых почвах они изменялись в пределах 0,2-7,6 (Бк кг-1)/(кБк м-2) в зависимости от технологии выращивания растений [88].
Критическими экосистемами в зоне загрязнения явились луга и пастбища, так как с ними связано поступление радионуклидов в критические пищевые продукты (в первую очередь, молоко). Специфические особенности перехода радионуклидов в травостой лугов и пастбищ состоят в длительном удержании радиоактивных веществ после выпадения из воздуха в луговой дернине, где радионуклиды остаются повышенно доступными для усвоения растениями (из-за малого содержания в дернине минеральной фракции, ответственной за сорбцию радионуклидов, что особенно важно для 137Cs).
Коэффициенты перехода 137Cs в растения на лугах существенно выше, чем на пахотных почвах. Накопление 90Sr и 137Cs в травостое зависело от типа луга и уменьшалось в ряду: болотные > пойменные и низинные > суходольные. Средние коэффициенты перехода 137Cs в растения для лугов различных типов варьировались от 0,5 до 32,7 (Бк кг-1)/(кБк м-2), а для 90 St они были в среднем в 2,1-5,2 раза выше [1,8-109,7 (Бккг-1)/(кБкм-2)]. Разработана радиоэкологическая классификация лугов, учитывающая, с одной стороны, биогеоценотические характеристики лугов, а с другой - радиоэкологические критерии (табл. 3.20). Как и на пахотных землях, переход 137Cs в травостой на лугах со временем после аварии постепенно снижался: в 1987-1990 гг. коэффициенты перехода 137Cs в растения уменьшились в 3-5 раз (Тэфф=2,0-2,2 года), а с 1990 г. Т возрос до 4-17 лет [89]. Наиболее интенсивным накоплением 137Cs в растениях характеризовались луговые сообщества на низинных и заливных угодьях, наименьшая концентрация 137Cs в растениях отмечена на луговых черноземных суглинистых почвах (табл. 3.21).
Таблица 3.20 Радиоэкологическая классификация лугов [89]
В качестве интегрального показателя, характеризующего самоочищение луговых почв от радионуклидов, использовались экологические периоды полувыведения радионуклидов из корнеобитаемого слоя почв Тэкол. Экологические периоды полувыведения 137Cs изменялись в широком диапазоне в зависимости от характера водного режима и свойств почв (табл. 3.22).
Таблица 3.21
Содержание 137Cs в дернине и травостое при плотности загрязнения почвы естественных лугов 1 кБкм-2в 1988-1989 гг. [87]
1 Для оценки изменения концентраций радионуклидов в отдельных звеньях при миграции по сельскохозяйственным цепочкам во времени принято использовать периоды полуснижения (в принципе возможно и полуувеличения, хотя на практике в большинстве случаев речь идет об уменьшении концентрации) содержания радионуклидов (в сельскохозяйственных продуктах, в компонентах агроэкосистем). По определению, Тэ равен времени, в течение которого содержание радионуклида в звене трофической цепи (компоненте агроценоза) уменьшается (изменяется) в 2 раза. Различают эффективный и экологический периоды полуснижения содержания радионуклидов в растениях Тэфф и Тэкол. Первый из них учитывает все факторы уменьшения содержания радионуклидов в растениях, второй - все, кроме радиоактивного распада.
Таблица 3.22
Периоды полувыведения I37Cs из корнеобитаемого слоя почвы для луговых экосистем различных типов, годы [90]
*Переходный торфяник.
**Низинный торфяник.
Для суходольных лугов Тэкол по расчетам могут достигать 2000 лет, в то время как для низинных и пойменных лугов Тэкол существенно меньше - от 60 до 500 лет [90]. Миграция 90Sr в почвах на всех типах лугов протекала быстрее, чем 137Cs (в среднем в 2 раза). Периоды полуочищения корнеобитаемого слоя почвы Тэкол для 90Sr по расчетам могут варьировать от 30 до 96 лет для суходольных лугов и от 13 до 18 лет - для низинных [91].
Поступление 137Cs из почвы в растения изменялось с течением времени после аварии, причем изменение коэффициентов перехода 137Cs из почвы в растения носило неравномерный характер, что позволило выделить два периода в уменьшении интенсивности корневого поглощения радионуклидов (рис. 3.9). Первые периоды полуснижения коэффициентов перехода 137Cs в растения довольно близки для различных групп почв и сельскохозяйственных растений и составляли 1,3-2,9 года. Вторые периоды полууменьшения коэффициентов перехода 137Cs в растения находились в интервале от 4,6 до 17,3 года, при этом наибольшие их значения отмечались для песчаных, супесчаных и торфяных почв [90]. Изменение накопления 137Cs в растениях во времени зависело от особенностей сельскохозяйственных культур; максимальные значения первых периодов полуснижения коэффициентов перехода 137Cs отмечены для кукурузы и свеклы, что могло быть связано, в частности, с повышенным внесением под эти культуры азотных удобрений (табл. 3.23).
Рис. 3.9. Динамика коэффициентов перехода 137Cs в многолетние сеяные травы на почвах различного типа [90]:
□ - песчаные и супесчаные; Δ - легко- и среднесуглинистые почвы; V - тяжелосуглинистые и глинистые почвы; ▲ - торфяные почвы
Таблица 3.23
Эффективные периоды полуснижения коэффициентов перехода 137Cs в сельскохозяйственные растения, годы [90]
Группа почв по механическому |
Первый период, |
Второй период, |
составу |
1987-1989 гг. |
1989-1994 гг. |
|
Ячмень |
|
Песчаные, супесчаные |
1,37 |
6,2 |
Легко- и среднесуглинистые |
1,9 |
6,7 |
Тяжелосуглинистые, глинистые |
1,4 |
3,8 |
|
Куку руза |
|
Песчаные, супесчаные |
2,4 |
7,5 |
Легко- и среднесуглинистые |
1,5 |
16,1 |
Тяжелосуглинистые, глинистые |
1,9 |
17,3 |
|
Картофель |
|
Песчаные, супесчаные |
1,2 |
7,5 |
Легко- и среднесуглинистые |
2,4 |
8,5 |
Тяжелосуглинистые, глинистые |
2,9 |
5,0 |
|
Естественные травы |
|
Песчаные, супесчаные |
1,6 |
15,4 |
Легко- и среднесуглинистые |
1,3 |
4,7 |
Тяжелосуглинистые, глинистые |
1,3 |
4,9 |
Торфяные |
1,8 |
10,9 |
|
Сеяные травы |
|
Песчаные, супесчаные |
2,3 |
4,8 |
Легко- и среднесуглинистые |
2,5 |
4,6 |
Тяжелосуглинистые, глинистые |
2,5 |
10,2 |
Торфяные |
2,6 |
21,0 |
Аналогичная периодичность в изменении усвоения I37Cs описана и для луговой растительности (рис. 3.10). Динамика биологической подвижности 137Cs зависела не только от свойств почвы и особенностей растений, но и от типа выпадений. В первый год после аварии поступление 137Cs в луговую растительность в районах с газо-аэрозольными выпадениями превышало переход 137Cs в растительность в зонах с выпадениями в виде топливных частиц в 4-5 раз (рис. 3.11). На 2-3-й годы отмечалась обратная зависимость - более высокая доступность 137Cs для растений в зонах с топливным типом выпадений по сравнению с зонами, характеризующимися отсутствием топливных частиц. Наличие в составе выпадений частиц, устойчивых к воздействию природных экстрагентов, могло приводить к значительному увеличению поступления 137Cs в растения в периоды интенсивной деструкции топливных частиц [90].
Рис. 3.10. Динамика коэффициентов перехода 137Cs в луговую растительность на гидроморфных (а) и автоморфных (б) почвах “ближней” подзоны 50-км зоны ЧАЭС [41]:
1 - экспериментальные данные; 2 - расчетные данные
Рис. 3.11. Зависимость коэффициентов перехода 137Cs в луговую растительность на автоморфных (а) и гидроморфных (б) почвах от доли топливной компоненты в выпадениях [41]: