Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий Республики Беларусь в результате аварии на ЧАЭС

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий Республики Беларусь в результате аварии на ЧАЭС

Поведение ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в почве

Факторы, влияющие на поступление ⁹⁰Sr в растения

Значение известкования почвы

1.5 Эффективность известкования при поступлении ⁹⁰Sr в растительность луговых агроценозов

2. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Влияние кислотности дерново-подзолистых почв на накопление ³⁷Cs и ⁹⁰Sr сельскохозяйственными культурами

2.1 Материал и методика проведения исследований

Результаты исследований

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС - крупнейшая радиационная авария в мировой истории. По масштабам радиоактивного выброса и его последствий она намного превзошла наиболее серьезные из предыдущих аварий: в Уиндскейле (Великобритания, 1957 г.), Три Майл Айлэнде (США, 1979 г.), на промышленном комплексе «Маяк» ( СССР, 1957г.).

В результате катастрофы на ЧАЭС радиоактивному загрязнению подверглось более 1,8 млн. га сельхозугодий, т.е. около 20% их общей площади, из которых 106 тыс. га были исключены из землепользования в первый год после катастрофы. Всего за период с 1986 по 1989 годы из оборота было выведено 256,7 тыс. га сельхозугодий. С 1990 года земли с плотностью загрязнения Cs-137 более 1480 кБк/м² полностью исключены из землепользования.

Основные массивы загрязненных пахотных земель и луговых угодий сосредоточены в Гомельской (66%) и Могилевской (24%) областях. В Брестской, Гродненской и Минской областях их доля от общей площади загрязненных земель в республике составляет 4,5, 3,0 и 2,5 % соответственно.

Несмотря на то, что после катастрофы на ЧАЭС прошло более 19 лет, проблема получения сельскохозяйственной продукции с допустимым содержанием радионуклидов по-прежнему весьма актуальна. Это обусловлено тем, что радионуклиды цезий-137 и стронций-90 являются долгоживущими, их периоды полураспада составляют около 30 лет, и основная часть этих радионуклидов до настоящего времени находится в верхних слоях почвы, т.е. самоочищение почвы за счет вертикальной миграции почти не происходит. Влиять на снижение содержания радионуклидов в продуктах питания можно на трех этапах: 1 - почва-растение; 2 - корм-животное; 3 - доработка и переработка сельскохозяйственного сырья. Ключевым в трофической цепи является звено почва-растение. Связав радионуклиды в почве, мы останавливаем их миграцию. Контрмеры, применяемые на данном этапе, являются наиболее рациональными и оправданными. [9]

В Беларуси создана территориальная сеть мониторинга и стационарных полевых опытов по изучению действия удобрений, мелиорантов, сорбентов и агротехнических приемов на поступление радионуклидов в продукцию с учетом многообразия природных условий, состава и характера выпадения радионуклидов. Предпринята попытка свести полученные экспериментальные данные в общую систему мероприятий, направленных на снижение перехода радионуклидов с сельскохозяйственную продукцию.

На сельскохозяйственных угодьях Беларуси периодически, один раз в четыре года, уточняется радиологическая ситуация путем комплексного агрохимического и радиологического обследования почв областными проектно-изыскательскими станциями химизации под методическим руководством Белорусского НИИ почвоведения и агрохимии. [1]

При выполнении курсовой работы поставлены следующие цели и задачи.

Цель: изучить влияние кислотности почвы на интенсивность поступления ^l37Cs и ⁹⁰Sr в растения ярового рапса, люпина, яровой пшеницы, картофеля, ячменя, райграса однолетнего, клевера лугового.

Задачи:

. Оценить влияние кислотности дерново-подзолистой почвы на урожайность сельскохозяйственных культур и накопление радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в продукции без внесения минеральных удобрений.

. Определить влияние кислотности дерново-подзолистой почвы на урожайность сельскохозяйственных культур и накопление радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr продукцией на фоне NPK.

 

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий Республики Беларусь в результате аварии на ЧАЭС

 

Наиболее серьезной социально-экономической и экологической проблемой Беларуси является радиоактивное загрязнение земель после Чернобыльской катастрофы. В результате аварии на АЭС радиоактивному загрязнению была подвержена значительная часть территории страны площадью 4,8 млн га (23% от общей площади страны), на которой было расположено 3668 населенных пунктов и проживало 2,2 млн человек. Площадь загрязненных радиоактивным цезием сельскохозяйственных земель с плотностью выше 37 кБк/м² (>1 Кu/км²) составила 1,8 млн га. Из этой площади 265,4 тыс.га исключены из сельскохозяйственного оборота и пере-ведены в прочие несельскохозяйственные земли.

По состоянию на 1 января 2009г. из сельскохозяйственного оборота выведено 248,7 тыс.га загрязненных радионуклидами земель или 1,2% об-щей площади территории Беларуси. При этом 160,7 тыс.га или 64,6% выведенных площадей относится к лесным и другим лесопокрытым землям, 69,2 тыс.га или 27,8% - к неиспользуемым и иным землям, 18,7 тыс.га или 7,5% - к землям под болотами, 0,1 тыс.га - к землям под дорогами и иными транспортными коммуникациями.

За послеаварийный период радиационная обстановка на сельскохозяйственных землях значительно улучшилась. Произошел распад короткоживущих радионуклидов. Концентрация долгоживущих радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в почве уменьшилась более чем на 1/3 только по причине естественного распада. Наблюдается постепенное уменьшение площади используемых загрязненных земель. Сельскохозяйственное производство по состоянию на 1 января 2009г. ведется на 1018,8 тыс.га земель, загрязненных ¹³⁷Cs с плотностью 37-1480 кБк/м² .

Основные массивы сельскохозяйственных угодий, загрязненных ¹³⁷Cs, сосредоточены в Гомельской (47,0% общей площади) и Могилевской (23,8%) областях. В Брестской, Гродненской и Минской областях доля загрязненных земель невелика и составляет соответственно 6,5%, 2,6 и 3,6%.

Загрязнение территории ⁹⁰Sr имеет более локальный характер. Загрязнение почвы стронцием-90 с плотностью более 6 кБк/м² обнаружено на 10% от общей площади страны. Максимальные уровни содержания ⁹⁰Sr в почве выявлены в границах 30-километровой зоны ЧАЭС, которые достигали величины 1798 кБк/м² в Хойникском районе Гомельской области.

Земли, загрязненные ⁹⁰Sr, находятся в пределах зон загрязненных ¹³⁷Cs, что весьма затрудняет сельскохозяйственное производство. В таблице 1.1 приведено нынешнее распределение площади сельскохозяйственных земель, загрязненных ⁹⁰Sr с плотностью более 5,6 кБк/м² (более 0,15 Кu/км²), по областям Беларуси.

Из общей площади земель, загрязненных ⁹⁰Sr (347,1 тыс.га), 329,4 тыс.га сельскохозяйственных угодий, включая 188,7 тыс.га пашни и многолетних насаждений, сосредоточены в Гомельской области. Здесь доля загрязненных пахотных и луговых почв составляет 26,8% от общей площади используемых сельскохозяйственных земель. В Могилевской области доля загрязненных ⁹⁰Sr пахотных и луговых почв значительно ниже - соответственно 1,2 и 1,7%.

Загрязнение почвы изотопами плутония с уровнем более 0,37 кБк/м² обнаружено на 2% площади Беларуси. Эти территории находятся преимущественно в Гомельской области и Чериковском районе Могилевской области. Уровни загрязнения почв изотопами плутония от 0,37 до 3,7 кБк/м² выявлены в Брагинском, Наровлянском, Хойникском, Речицком, Добрушском и Лоевском районах Гомельской области. Содержание плутония в почве более 3,7 кБк/м² характерно только для 30-километровой зоны.

 

Таблица 1.1 - Плотность загрязнения сельскохозяйственных земель ⁹⁰Sr по административным областям Беларуси (по данным Минсельхозпрода Республики Беларусь на 1 января 2009г.)

Область	Площадь, тыс.га	Всего загрязнено >5,6 кБк/м2 (>0,15 Кu/км2)		В % по зонам загрязнения, кБк/м2 (Кu/км2)
		тыс.га	%	5,6-11,0 (0,15-0,30)	11,1-37,0 (0,31-1,00)	37,1-107,0 (1,01-2,99)
Сельскохозяйственные земли
Брестская	1214,4	1,4	0,1	100
Гомельская	1228,7	329,4	26,8	55	38	7
Могилевская	1154,2	16,2	1,4	96	4
Всего по Беларуси	7634,8	347,1	4,6	57	36	7
Пашня
Брестская	679,3	1,0	0,1	100
Гомельская	701,9	188,7	26,9	56	36	8
Могилевская	726,1	8,9	1,2	99	1
Всего по Беларуси	4696,1	198,5	4,2	58	34	8
Сенокосы и пастбища
Брестская	535,1	0,4	0,1	100
Гомельская	526,8	140,8	26,7	53	40	7
Могилевская	428,1	7,3	1,7	92	8
Всего по Беларуси	2938,7	148,6	5,1	55	38,5	6,5

 

Большая часть сельскохозяйственных земель, выведенных из пользования (ориентировочно 150 тыс.га), вошла в зону отчуждения, а теперь входит в состав Полесского государственного радиационно-экологического заповедника. Основная территория зоны отчуждения не может быть возвращена в сельскохозяйственный оборот даже в отдаленной перспективе вследствие высокой плотности загрязнения долгоживущими радионуклидами. Однако из хозяйственного пользования исключены также значительные площади земель, прилегающих к выселенным населенным пунктам с меньшей плотностью загрязнения.

Зона отселения состоит из территориально разобщенных участков, где прекращена хозяйственная деятельность после отселения 415 населенных пунктов в Гомельской, Могилевской и Брестской областях. Сельскохозяйственные земли зоны отселения (оценочно около 100 тыс.га) характеризуются весьма неоднородным почвенным покровом и уровнем плодородия. Загрязнение почв ¹³⁷Cs характеризуется плотностью от 37 до 5400 кБк/м² (от 1 до 145 Кu/км²), ⁹⁰Sr - от 11 до 222 кБк/м² (от 0,3 до 6 Кu/км²). Содержание изотопов плутония здесь сравнительно невелико и сосредоточено в Полесской части зоны, прилегающей к ЧАЭС.

В настоящее время нет детального почвенно-агрохимического и радиологического обследования земель зоны отселения. Имеющиеся ориентировочные данные позволяют сделать лишь общие оценочные выводы. Потенциально часть отселенных земель с преобладанием суглинистых и супесчаных подстилаемых мореной почв и с допустимой плотностью загрязнения радионуклидами цезия и стронция (ориентировочно около 30 тыс.га) может быть включена в процесс реабилитации для сельскохозяйственного использования только после тщательного исследования почв, состояния мелиоративных систем, дорог и других сохранившихся элементов инфраструктуры. По радиационному фактору эти земли можно осваивать преимущественно под посевы рапса, зерновых культур на фураж и многолетние травы, для производства мяса и молока-сырья. Практически, в ближайшей перспективе представляется возможным освоение только той части земель, где поля не заросли кустарником.

 

1.2 Поведение ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в почве

 

В настоящее время преобладающая часть радионуклидов, выпавших на почву, находится в ее верхних слоях. Миграция цезия-137 и стронция-90 вглубь происходит очень медленно. Средняя скорость такой миграции составляет 0,3-0,5 см/год, поэтому угрозы водоносным горизонтам практически нет. Скорость миграции стронция-90 несколько выше, чем цезия-137. Темпы миграции увеличиваются с возрастанием степени увлажнения почв. В профиле автоморфных залежных почв вертикальная миграция ⁹⁰Sr протекает более интенсивно, чем ¹³⁷Сs. На необрабатываемых землях основное количество ¹³⁷Сs (70-85% от его валового содержания), а также ⁹⁰Sr (58-61%) сконцентрировано в верхней части 0-5 см корнеобитаемого слоя. По данным наблюдений установлено, что для залежных автоморфных дерново-подзолистых почв эффективный период полувыведения из 0-5 см слоя составляет для ¹³⁷Cs 15,3-21,5 года, для ⁹⁰Sr - 14,3-15,0 лет. С усилением степени гидроморфизма почв интенсивность вертикальной миграции радионуклидов повышается. Для дерново-подзолистой глееватой супесчаной почвы период полувыведения сокращается: ¹³⁷Cs − до 13,8 лет, ⁹⁰Sr - до 10,5 лет.

В обрабатываемой дерново-подзолистой супесчаной почве около 90% валового запаса ¹³⁷Cs и 75% ⁹⁰Sr находится в пахотном горизонте 0-25 см. Наибольший переход радионуклидов из почвы в растительность отмечается на минеральных и торфяных почвах в естественных условиях, наименьший - на окультуренных землях.

В целом, спустя 23 года после аварии на Чернобыльской АЭС основная доля ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr расположена в корнеобитаемом слое и интенсивно включается в биологический круговорот.

Горизонтальная миграция происходит с ветром, при пожарах, поверхностным стоком, паводковыми и дождевыми потоками. Определенную роль в горизонтальном перемещении радионуклидов играет хозяйственная деятельность человека. Все эти факторы приводят к небольшому локальному очищению одних участков почвы и загрязнению других. Миграция вследствие водной эрозии - с дождевым и талым стоком - для некоторых элементов рельефа может сопровождаться изменением содержания радионуклидов в пахотном горизонте почв. Особенно это сказывается на посевах в нижних частях склонов.

На поступление радионуклидов в растения существенно влияют формы их соединений в почве. Различают четыре такие формы: водорастворимая, обменная (растворимая в лабораторных условиях ацетатом аммония), подвижная (растворимая слабым раствором соляной кислоты), неподвижная (связанная или фиксированная). Если радионуклиды находятся в одной из первых трех указанных форм, то возможен их переход в растения.

⁹⁰Sr относится к группе подвижных радионуклидов, так как он не учувствует в ионно-обменных реакциях с ионами глинистых частиц почвенно-поглощающего комплекса и находится в почве преимущественно в подвижном состоянии (таблица 1.2)

 

Таблица 1.2 - Доступность форм ⁹⁰Sr от общего содержания в почве, (%)

Почва	Sr-90, %
	1987г	1989г	1993г	1995г	1997г
Пойменная, дерново-глеевая суглинистая на слоистом суглинисто- песчаном аллювии	94,1	93,0	86,7	93,2	93,2
Дерново-подзолистая глееватая, супесчаная, подстилаемая с глубины 0,5м суглинком	36,6	89,3	98,2	93,9	94,9

 

Для ⁹⁰Sr характерно преобладание легкодоступных для растений форм, которые составляли 53-87 % от общего содержания и имеют тенденцию к повышению во времени. ⁹⁰Sr имеет степень окисления +2, в почвенном растворе он находится в виде катионов. Растворимость бикарбоната ⁹⁰Sr выше, чем бикарбоната кальция , поэтому в почве стронций более подвижен, чем кальций.

Относительное количество радионуклидов в доступных для растений формах изменяется с течением времени, оно во многом определяется типом почвы и различно для цезия и стронция. Установлено, что в первые годы после аварии происходило снижение доли доступных форм цезия-137 в различных почвах, а спустя 10 лет наступила некоторая стабилизация.

Таким образом, более 80% Sr-90 находится в обменной и водорастворимой формах. Следует отметить, что со временем происходит разрушение, или деструкция, "горячих" частиц, содержащих цезий, стронций и плутоний. Стронций-90 не фиксируется глинистыми минералами и входит в состав почвенного раствора в подвижном состоянии, увеличивая процентное содержание водорастворимой и обменной форм [6].

В свою очередь снижение подвижности ¹³⁷Cs вследствие перехода в необменно-поглощенное состояние привело к снижению его доступности для растений в целом примерно в 10-12 раз.

 

1.3 Факторы, влияющие на поступление ⁹⁰Sr в растения

 

Коэффициенты перехода радионуклидов в продукцию растений зависят как от плотности загрязнения, так и от типа почв, степени их увлажнения, гранулометрического состава, агрохимических свойств и нуждаются в периодическом уточнении. Показатели почвенного плодородия оказывают существенное влияние на накопление радионуклидов всеми сельскохозяйственными культурами. При повышении содержания гумуса в почве от 1 до 3,5% переход радионуклидов в растения снижается в 1,5-2 раза, а по мере повышения содержания в почве подвижных форм калия от низ-кого (менее 100 мг К₂О на кг почвы) до оптимального (200-300 мг/кг) - в 2-3 раза. Установлена отрицательная зависимость между содержанием обменного кальция, уровнем кислотности почвенного раствора и поступлением в растения стронция-90. То есть, чем больше в почве обменного кальция и чем меньше кислотность почвенного раствора, тем меньше коэффициенты перехода стронция-90 в растения. Эта закономерность характерна и для цезия-137, но связь менее сильная. По мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг CaO на кг почвы коэффициенты перехода снижаются в 1,5-2 раза. Изменение кислотности почвенного раствора от кислого интервала (рН = 4,5-5,0) к нейтральному интервалу (рН = 6,5-7,0) снижает переход стронция-90 в растения в 2-3 раза

Таблица 1.3 - Коэффициенты перехода Sr-90 в продукцию растениеводства в зависимости от кислотности дерново-подзолистой суглинистой почвы

Культура	Уровень кислотности почвы, рН (КСl)
	Менее 4,5	4,6-5,0	5,1-5,5	5,6-6,0	6,1-7,0	Более 7,0
Овес	1,71	1,35	1,25	1,21	1,18	1,10
Ячмень	-	1,45	1,38	1,32	1,28	1,16
Горох	-	1,31	1,55	1,44	1,37	1,33
Картофель	0,36	0,27	0,21	0,15	0,13	0,12

 

Дальнейшее насыщение почвы кальцием сдвигает рН в щелочной диапазон, однако это не сопровождается уменьшением коэффициентов перехода. [5]

Поступление радионуклидов в культуры существенно зависит от гранулометрического состава почв. На песчаных почвах переход радионуклидов в растения примерно вдвое выше, чем на суглинках, особенно при низкой обеспеченности почв обменным калием.

Значительное влияние на накопление радионуклидов в сельскохозяйственных культурах оказывает режим увлажнения почв. На переувлажненных песчаных почвах, преобладающих в Полесье, высокая степень загрязнения травяных кормов наблюдается даже при относительно низких плотностях загрязнения почв радионуклидами. Особенно высокими переходами радионуклидов в растения характеризуются торфяные почвы. При одинаковой плотности загрязнения переход ¹³⁷Cs в растения на торфяных почвах в 4-10 раз выше, чем в минеральных. Это осложняет получение растениеводческой и животноводческой продукции с содержанием радионуклидов в пределах допустимых уровней.

Переход радионуклидов из почвы в растительную продукцию зависит от биологических особенностей возделываемых сельскохозяйственных культур. При одинаковой плотности загрязнения накопление цезия-137 в зерне озимой ржи в 10 раз ниже, чем в семенах ярового рапса и в 24 раза ниже в сравнении с зерном люпина. Многократные различия по накоплению стронция-90 наблюдаются между зерновыми злаковыми и зернобобовыми культурами.

Сортовые различия в накоплении радионуклидов также значительны, хотя и заметно меньше. Например, сорта ярового рапса по накоплению цезия-137 различаются в 2-3 раза, стронция-90 - до 4 раз, что также необходимо учитывать в сельскохозяйственном производстве на загрязненных землях.

Кроме свойств радионуклидов, почвенных характеристик и биологических особенностей растений на накопление радионуклидов значительное влияние оказывает технология возделывания культур, то есть система обработки почвы, внесение извести, минеральных и органических удобрений. [3;6]