Определение загрязнения почвы радионуклидами

Радиоактивное загрязнение почв и его последствия

Активная деятельность человека очень часто неблагоприятно сказывается на окружающем мире живой и неживой природы. Бурное развитие промышленности, интенсивное развитие сельского хозяйства, трудности утилизации отходов — все это серьезно угрожает экологии планеты. С развитием атомной энергетики и усовершенствованием ядерного оружия возникла еще одна проблема — радиоактивное загрязнение почв, водоемов, атмосферы.

Определение проблемы

Радиоактивное загрязнение почвы – это превышение в ней концентрации радионуклидов над показателями предельно допустимой нормы вследствие антропогенной деятельности.

Загрязненные территории характеризуются значительным превышением доз внешнего и внутреннего облучения. Для обозначения нормы ионизирующего излечения Международной Комиссией Радиационной защиты (МКРЗ) было введено среднегодовую дозу радиации, которая для почв и горных пород составляет 0,25-0,5 микрозивертов в год (мЗв/г). Этот норматив определяет безопасное для здоровья человека количество радиации и во много раз ниже величины, которая может привести к гибели живого организма в течение дальнейших 30 дней.

Причины

Как происходит радиоактивное загрязнение почв? Источники загрязнения — это две группы радионуклидов:

Известно, что в почве содержатся естественные радионуклиды. Но их концентрация значительно увеличивается вследствие добычи, складирования природного сырья, переработки, внесения удобрений, их производства, сжигания угля, использования золы в качестве подкормок растениям или для изготовления строительных материалов и т.д.

За счет стремительного производства и использования удобрений с каждым годом возрастает количество радиоактивно загрязненных почв. К примеру, недостаточно изучен вопрос повышения концентрации в грунте радионуклидов из-за использования калийных и фосфорных удобрений.

Искусственные радионуклиды массово попадают в компоненты биосферы планеты из-за ядерных взрывов.

Таким образом, основными причинами, вызывающими радиоактивное загрязнение почвенного покрова, являются:

• интенсивное освоение земель сельскохозяйственного назначения;
• тяжелая промышленность;
• разработка месторождений природных ископаемых;
• захоронение радиоактивных отходов;
• выбросы радиации АЭС;
• испытание ядерного оружия.

Радиоактивное загрязнение почв: последствия заражения

Существует множество отрицательных последствий загрязнения почвы:

• непосредственное негативное влияние радиоактивных веществ на животных, растительность и человека;
• значительное ограничение возможности использовать почвенные ресурсы в сельскохозяйственных целях. Ведь вся продукция, которую получают с такого земельного участка, имеет превышающие норму уровня концентрации радиоактивных веществ вследствие загрязнения открытых водоемов и грунтовых вод, куда из почвы вымываются вредные соединения. Сильное загрязнение может привести к невозможности использовать пресную воду не только для питья и приготовления пищи, но и на выпаивание скоту или полив сельскохозяйственных угодий.

Многие ученые утверждают, что поражения радиационными веществами окружающей среды приводят к полной гибели биогеоционозов и популяций. Это происходит при высоком уровне загрязнения. Такие участки фиксируются в основном вблизи мест, на которых произошел выброс радиации и, как следствие, радиоактивное загрязнение почвы. Чернобыль — зона отчуждения после аварии на ЧАЭС. Тогда сотни гектаров получили сильнейшую дозу радиации, в результате чего были полностью выведены из жизнедеятельности человека.

Глубинные процессы

Почвенный поглощающий комплекс сортирует радиоактивные вещества. Кроме того, он их хранит в течение длительного времени.

Радионуклиды в почве характеризуются:

• свойствами химически активных изотопов;
• свойствами и составом самой почвы;
• свойствами радионуклидов в выпадениях;
• климатическими показателями;
• особенностями ландшафта.

Радионуклиды на поверхность почвы поступают в составе аэрозолей, минералов, частиц топлива и т.д. Максимальная часть их растворимых фракций в составе глобальных выпадений составляет 30-90%. Наибольший этот показатель у цезия и стронция. Как поведут себя радионуклиды в будущем — никто не знает. Динамическое равновесие нарастает по мере снижения растворимости их выпадений. Внесение в почву растворимых органических веществ и специальное подкисление среды влияет на повышение миграции радионуклидов, что используется с целью ее очищения.

Подвижность радиационного загрязнения зависит от:

• минералогического состава;
• наличия в почве геохимических барьеров;
• гранулометрического состава;
• свойства гумуса;
• реакции среды.

Горизонтальное перераспределение радионуклидов

Для прогнозирования возможных последствий радиоактивного загрязнения почвы очень важно знать особенности миграции радионуклидов.

Перераспределение радионуклидов в почве происходит в горизонтальном и в вертикальном направлениях естественным путем и по причинам антропогенной деятельности.

Горизонтальная миграция происходит вследствие:

• эолового переноса (название происходит от имени бога ветров Эола);
• разлива паводковых вод, что является причиной более интенсивного загрязнения низин и заболоченных местностей;
• жизнедеятельности животных (дождевых червей, диких кабанов, кротов и прочих «роющих»);
• движения транспорта;
• заготовки зеленых кормов на загрязненных лугах;
• лесные пожары, которые являются очень мощным фактором переноса изотопов.

Минимальная горизонтальная миграция наблюдается в лесных ценозах, а максимальная – в агроценозах с легкими почвами. Горизонтальное перераспределение, с одной стороны, снижает уровень загрязнения почв радиоактивными нуклидами, с другой — расширяет ареал их распространения.

Вертикальная миграция

Что касается вертикального перераспределения, то во всех видах почв оно происходит медленно. Линейная скорость этого процесса составляет от десятых долей до двух сантиметров в год. Почва в данном случае выполняет роль биогеохимического барьера. Исследования, проведенные в Чернобыльской зоне, показали, что основная часть радионуклидов в течение длительного времени остается в пределах верхнего слоя почвы (около 10 см). А в лесной части этой зоны радиоактивные вещества накопились в подстилке (листве, хвое) и нижнем слое почвы (около 1-2 см).

Вертикальная миграция радионуклидов зависит от таких факторов:

• извержение вулканов;
• дожди, перенос влаги стоком и испарениями;
• перенос корневыми системами растений;
• деятельность человека — вспашка, ирригация.

Самые загрязненные территории на планете

На планете существуют сотни радиоактивно загрязненных территорий. Серьезную опасность представляет территория Хенфорда в штате Вашингтон, США. Здесь в середине прошлого столетия был построен гигантский комплекс, занимавшийся первыми в мире ядерными разработками. В результате его деятельности загрязнена площадь в 518 кв. км.

Почвы в Сомали использовались для незаконного захоронения ядерных отходов. Семипалатнский полигон в Казахстане, где проводились ядерные испытания, является одной из самых радиационно опасных территорий в мире. В городе Майлуу-Суу, Кыргызстан, была налажена добыча урана во всесоюзном масштабе, что привело к чрезвычайно высокой концентрации радиоактивных изотопов в округе рудников.

Всем известная Чернобыльская зона — мертвая зона, где на многие сотни километров случилось радиоактивное загрязнение почв. ЧАЭС — не единственная в мире атомная станция, где произошла ядерная катастрофа мирового масштаба. Подобное случилось в Фукусиме, Япония. Здесь землетрясение и цунами в марте 2011 года вызвало аварию на АЭС, в результате которой пострадала огромная территория.

Промышленный комплекс «Маяк» в России в секретном городе «Челябинск-40» возле города Кыштым пострадал от аварии в 1957 году. Ее последствиями стало радиационное загрязнение 25 тысяч гектар пахотных земель. Подобная катастрофическая ситуация сложилась вокруг ОАО Сибирский химический комбинат в Томской области, Россия.

Особенности использования загрязненных территорий

В почве в основном накапливаются радионуклиды с длительным периодом распада: прометий-147, церрий-144, цезий-137, рутений-106 и 103, стронций-90. Самым опасным для живых организмов является стронций-90. Поэтому на полях, зараженных радиацией, проводят агрохимические, агротехнические и прочие мероприятия, которые способны уменьшить переход опасных соединений из почвы в растения. С этой целью также срезают верхний слой почвы с последующим захоронением.

Эффективной мерой является и посев растений некоторых сортов и видов, которые характеризуются минимальным уровнем накопления радионуклидов. Всем известно, что в животноводстве для откорма следует использовать только чистые корма. Используют также специальные добавки сорбентов, которые подавляют переход радиоактивных веществ в состав молока.

Мелиоративные работы направлены на снижение поступления радионуклидов в растения. Для этого вносят сорбенты в почву, такие как: вермикулит, цеолит, минеральные и органические добавки, известь. В земледелии снижение накопления в растении радионуклидов происходит при помощи агротехнических приемов. Проводят плантажную вспашку, с оборотом пласта. Такая техника обработки почвы приводит к углублению радиоактивного загрязнения. Благодаря этому накопления веществ в растениях снижается в 24 раза. В сельском хозяйстве следует изменить структуру севооборота. Лучше начать выращивать технические культуры, которые не используются в пище.

Альтернативным методом использования загрязненной территории является отмена любого специфического воздействия. К примеру, можно создавать специальные заповедники. При выраженном радиационном фоне на месте заражения высаживают лес, преимущественно сосновый.

Охранные мероприятия

Охранные мероприятия на территориях, где имеется радиационное загрязнение почвы, направляются на снижение негативного влияния радиации. Проводятся такие действия:

• разработка стратегии использования продукции и территории на государственном или международном уровне в зависимости от масштабов загрязнения и потенциального риска заражения окружающих площадей;
• мелиоративные, агротехнические меры;
• химическое обеззараживание;
• использование сорбентов;
• ограничение деятельности человека;
• информирование населения о возможной опасности;
• ограничение вывоза любой продукции с опасной территории.

Период действия этих ограничений зависит в первую очередь от плотности загрязнения. Кроме того, обращают внимание на экспозиционную дозу радиации. Этот срок может длиться от нескольких недель до многих десятилетий. Таким образом экологи снижают радиоактивное загрязнение почв и его последствия.

Источник

Загрязнения почвы радионуклидами

Получение продукции с содержанием радионуклидов в пределах допустимых уровней является главной задачей ведения сельскохозяйственного производства на загрязненных землях. С этой целью разрабатывается и применяется комплекс специальных защитных мероприятий, позволяющих снизить концентрацию радионуклидов в сельскохозяйственной продукции.

Бушмин В.В. и др. (1996) сообщают о мерах, предпринимаемых Главчернобылем России, по обеспечению безопасного ведения сельскохозяйственного производства на загрязненных радионуклидами территориях. Упоминается об организованном специально для этой цели производстве специального кондиционера, устанавливаемого в герметизированную кабину механизатора и защищающего последнего от радиоактивной пыли, а также о производстве спецодежды из тканей с пылеотталкивающими свойствами.

В условиях радиоактивного загрязнения местности сельскохозяйственное производство может осуществляться только при условии полной радиационной безопасности работающих и проживающих на данной территории людей. В этом случае основным источником радиоактивного воздействия является гамма-излучение, создаваемое выпавшими радиоактивными осадками, а также альфа- и бета-излучение, создаваемое радионуклидами, попавшими в организма человека.

Хозяйственное использование земель возможно лишь до уровня загрязнения в 50 Ки/км 2 . Там, где он превышает этот уровень, производить продукцию растениеводства в первые годы после выпадения радиоактивных осадков практически нельзя. Такие земли лучше отвести под посадки леса, и, в первую очередь, сосны и других хвойных пород.

На территории, где годовая эффективная доза не превышает 1 мЗв, производится обычный контроль радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды и сельскохозяйственной продукции, по результатам которого оценивается доза облучения населения. Проживание и хозяйственная деятельность населения на этой территории по радиационному фактору не ограничивается. Эта территория не относится к зонам радиоактивного загрязнения.

При величине годовой дозы более 1 мЗв загрязненные территории по характеру необходимого контроля обстановки и защитных мероприятий подразделяются на зоны.

Для составления долгосрочных планов ведения производства на загрязненной территории необходимо ее разделить на отдельные зоны, исходя из

плотности ее загрязнения Sr 90 и Сs 137 (Ки/км 2 ).

Согласно действующим НРБ-99 выделяют следующие зоны:

1). зона радиационного контроля – с годовой эффективной дозой от 1 мЗв до 5 мЗв. В этой зоне помимо мониторинга радиоактивности объектов окружающей среды, сельскохозяйственной продукции и доз внешнего и внутреннего облучения критических групп населения, осуществляются меры по снижению доз на основе принципа оптимизации и другие необходимые активные меры защиты населения.

В этой зоне можно получать продукцию с допустимым уровнем содержания радионуклидов без изменения существующих технологий и дополнительных мероприятий;

2). зона ограниченного проживания населения – с годовыми эквивалентными дозами от 5 мЗв до 20 мЗв. В этой зоне осуществляются те же меры мониторинга и защиты населения, что и в зоне радиационного контроля. Добровольный въезд на указанную территорию для постоянного проживания не ограничивается. Лицам, въезжающим на указанную территорию для по-

стоянного проживания, разъясняется риск ущербу здоровья, обусловленный

Здесь проводят весь комплекс агротехнических и агрохимических мероприятий, снижающих содержание радионуклидов в продукции. Вся полученная продукция проходит радиационный контроль и последующую дезактивацию, после чего она используется для реализации;

3). зона отселения – с величиной дозы от 20 мЗв до 50 мЗв в год. Въезд на указанную территорию для постоянного проживания не разрешен. В этой зоне запрещается постоянное проживание лиц репродуктивного возраста и детей. Здесь осуществляется радиационный мониторинг людей и объектов внешней среды, а также необходимые меры радиационной и медицинской защиты.

Критерием оценки качества сельхозпродукции и кормов является временно допустимые уровни содержания радиоактивных веществ (ВДУ) в продуктах питания и контрольные уровни (КУ) в кормах. В настоящее время введены гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов (СанПиН-2.32.- 96), которые обеспечивают дозовую нагрузку на население (Маркина З.Н., 1999).

Ведение производства разрешается только при строгом контроле и приме-

нении всего комплекса дезактивационных мероприятий, хотя даже это не всегда в полной мере обеспечивает снижение концентрации радионуклидов в продукции до предельно допустимого уровня.

В связи с этим в этой зоне рекомендуется проводить перепрофилирование хозяйств, меняя структуру посевных площадей, а в некоторых случаях и соотношение отраслей, то есть направление хозяйственной деятельности.

В основном земельные площади в этой зоне должны использоваться для выращивания кормовых и технических культур, а также выращивания семенного материала. Вся продукция, кроме предназначенной на семенные цели, подлежит обязательному радиационному контролю.

4). зона отчуждения – годовая эффективная доза — более 50 мЗв. В этой зоне постоянное проживание не допускается, а хозяйственная деятельность и природопользование регулируются специальными актами. Осуществляются меры мониторинга и защиты работающих с обязательным и индивидуальным дозиметрическим контролем. Основным ограничивающим фактором производственной деятельности в этой зоне является уровень внешнего g- облуче-

ния, который не должен превышать предельно допустимого уровня для лю-

Масштабность и степень радиоактивного загрязнения территории радионуклидами определяют трудности ведения животноводства. Для предотвращения производства молока и мяса с содержанием цезия-137 и стронция-90 выше допустимых уровней необходимо учитывать закономерности перехода этих радионуклидов из кормов в молоко и мясо крупного рогатого скота, овец, свиней и домашней птицы.

Прогноз загрязнения сельскохозяйственной продукции позволяет планировать размещение культур по полям севооборотов с учетом использования получаемой продукции (продовольственные цели, фураж, промышленная переработка и т.д.). Прогнозирование основывается на коэффициентах перехода радионуклидов в урожай различных культур, результатах радиологического и агрохимического обследования почв в виде карт и агрохимических паспортов полей. Особенно важен прогноз использования пастбищ для дойного стада на почвах, загрязненных стронцием-90. Так, при выпасе коров на естественных пастбищах цельное молоко для непосредственного употребления в пищу можно получать при плотности загрязнения почв: на суглинках — менее 16 кБк/м 2 , супесчаниках- 12, песчаниках- 8 и на торфяных почвах — менее

4 кБк/м 2 . Молоко как сырье для дальнейшей переработки можно получать при плотности загрязнения почв стронцием-90 соответственно до 70, 60, 40 и 20 кБк/м 2 . При более высокой плотности загрязнения можно выпасать скот только для откорма на мясо.

Установлены параметры перехода радионуклидов из кормов в животноводческую продукцию. Коэффициент перехода цезия-137 из суточных рационов в молоко составляет в среднем 0,01, а стронция-90 — 0,0014 Бк/л на 1Бк рациона. Переход радионуклидов в мясо крупного рогатого скота характеризуется соответственно коэффициентами 0,04 и 0,0008 Бк/кг на 1Бк рациона (Аверин В.С. и др., 2002).

Коэффициенты перехода цезия из суточных рационов в мясо свиней и овец составляют соответственно 0,25 и 0,15 Бк/кг на 1Бк рациона. В случаях, когда скот выпасается на естественных кормовых угодьях, когда невозможно получение молока и мяса с допустимым содержанием Cs 137 из-за высокого содержания в корме, весьма эффективным является введение в рацион животных цезийсвязывающих препаратов на основе берлинской лазури.

Применение ферроцианидов совместно с комбикормом в течение 40 суток в дозах от 1,0 до 6,0 г на голову при содержании радиоцезия в суточном рационе 37 кБк позволяет в 4,5-6,8 раз снизить концентрацию радионуклида в мышечной ткани животных при откорме на мясо.

Результаты эксперимента показали также высокую эффективность ферроцина в составе соли-лизунца для снижения поступления радиоцезия из корма в молоко (рис. 40).

Рис. 40. Содержание цезия-137 в молоке в результате применения

брикетов соли-лизунца с ферроцином, Бк/л

Рекомендовано технологическое разделение кормов в зависимости от сте-

пени их загрязнения радионуклидами для получения различной продукции —

цельного молока, молока-сырья, мяса.

Общее содержание радиоцезия в рационе при получении цельного молока не должно превышать 10 кБк в сутки, стронция-90 — 2,6 кБк, а при производстве молока в качестве сырья для переработки на масло — соответственно 37 и 13 кБк. При производстве говядины общая загрязненность суточного рациона радиоцезием не должна превышать 15 кБк.

Чернобыль подтвердил, что при составлении рационов для различных групп животных необходимо учитывать следующее: дойным и стельным коровам необходимо скармливать в первую очередь зерно, грубые корма, кукурузу, картофель. Крайне нежелательно включать в рацион ботву корнеплодов, так как в ней содержится повышенное количество стронция-90.

Необходимо увеличить количество минеральных добавок, содержащих калий и кальций. Их можно давать в виде мясокостной или костной муки и трикальцийфосфата. Если в рационе дойных коров увеличить долю кальция с

50-70 до 220-240 г на голову в сутки, то концентрация стронция-90 в молоке

Раздельный выпас дойных коров, откормочного молодняка и заготовка кормов должны осуществляться на основе прогноза загрязнения кормовых культур в зависимости от плотности загрязнения почв.

На основе исследований, проведенных в Белорусском НИИ экономики и информации АПК (Столяров Г. В., 1999), сделан вывод, что в зоне радиоактивного загрязнения необходимо переходить на силосно-концентратный тип кормления. При этом уровень радиации в кормовых рационах, а значит, и в продукции животноводства снижается в 2–3,5 раза.
Чернобыль также показал, что при уровне экспозиционной дозы излучения до 0,05 мР/ч скот можно выпасать без ограничений. При дозе 0,15 — 0,40 мР/ч выпасают только рабочий и откормочный скот, а также дойных коров, но при условии, что их молоко будет перерабатываться на масло.
Как указывает Г.В. Столяров (1999) при плотности загрязнения почв свыше 2,8 Kи/км 2 можно выпасать скот только для откорма на мясо. С целью получения нормативно чистого мяса используется определенная схема выращивания молодняка и откорма крупного рогатого скота.

На первой стадии откорма возможно выращивание молодняка на травянистых и грубых кормах с повышенным содержанием радионуклидов. В последующем производится заключительный откорм, который включает содержание животных в течение 2-3 месяцев перед убоем на чистых кормах или кормах с низким содержанием изотопов цезия (кукурузный силос или зеленая масса кукурузы и концентраты).

Для облегчения практического использования рекомендаций рассчитаны

нормативы предельно допустимого содержания радионуклидов в конкретных кормах для крупного рогатого скота на основе типовых рационов кормления (табл. 30) [32].

Таблица 30. Допустимое содержание радионуклидов в кормах для крупного

рогатого скота в зависимости от производимой продукции (Бк/кг)

С целью получения мяса, отвечающего допустимым уровням загрязнения радионуклидами продуктов питания, используется определенная схема выращивания молодняка и откорма крупного рогатого скота.

Так, на первой стадии откорма возможно выращивание молодняка на травянистых и грубых кормах с повышенным содержанием радионуклидов. В последующем должен производиться заключительный откорм, который включает содержание животных в течение 2-3 месяцев перед убоем на «чистых» или с низким содержанием радиоцезия кормах (кукурузный силос или зеленая масса кукурузы и концентраты). За это время мышцы и органы «очищаются» от цезия-137 в 10 и более раз. Полученное от таких животных

мясо будет соответствовать самым жестким нормам радиационной безопас-

Если возникнет необходимость эвакуировать скот, то, в первую очередь, это осуществляется из района, непосредственно примыкающего к месту аварии. Прибывший из зоны заражения скот осматривают и подвергают обязательному дозиметрическому контролю.
Опыт ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС показал, что в тех хозяйствах, где своевременно приступили к проведению мероприятий по рациональному ведению сельского хозяйства на территориях, загрязненных радионуклидами, уже сейчас получают чистую продукцию животноводства, пригодную для питания человека и всех видов переработки.

Учитывая, что радионуклиды поступают в организм человека главным образом с молоком и мясом, необходимо использовать корма с допустимым уровнем загрязнения особо опасными радиоизотопами.

Для их выращивания необходимо выделять наименее загрязненные земельные площади, обеспечив на них весь комплекс агротехнических и агрохимических мероприятий, снижающих поступления радионуклидов в корма и продукцию.

Источник