Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.
Раздел 4. Радиационная экология экосистем
4.2. Радионуклиды в искусственных агробиогеоценозах
4.2.5. Прогнозирование поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию
В период поверхностного загрязнения
почвы и корневого поступления радионуклидов в растения необходимо
прогнозирование поступления радионуклидов в растениеводческую и
животноводческую продукцию.
4.2.5.1. Прогноз загрязнения растениеводческой продукции
Прогноз загрязнения
растениеводческой продукции позволяет заблаговременно планировать набор культур
для возделывания на загрязненных радионуклидами угодьях, их размещение по полям
севооборотов и отдельным участкам с учетом плотности загрязнения почв и
возможности использования получаемой продукции.
Для прогнозирования поступления
радионуклидов в корма и продукцию животноводства необходимо прежде всего
установить, какими радионуклидами загрязнены воздух и территории
сельскохозяйственных угодий и каковы плотность и равномерность этих
загрязнений. Другие важнейшие показатели – биологическая доступность и
способность радионуклидов мигрировать по пищевым цепочкам.
Содержание радионуклидов в
сельскохозяйственной продукции зависит как от плотности загрязнений, так и от
типа почв, от их гранулометрического состава и агрохимических свойств. При
повышении содержания в почве физической глины от 5 до 30%, гумуса от 1 до 3,5%
переход радионуклидов в растения снижается в 1,5-2 раза, по мере содержания в
почве подвижных форм калия и фосфора от низкого (К2О менее 100 мг/кг
почвы) до оптимального (200-300 мг/кг) и изменения реакции почвы от кислой (рН
4,5-5,0) к нейтральной (рН 6,5-7,0) – в 2-3 раза (см. приложения).
Еще в большей степени на накопление
радионуклидов влияет режим увлажнения почвы. Минимальное накопление 137Cs в
многолетних травах обеспечивается при поддержании уровня грунтовых вод на
глубине 90-120 см от поверхности осушенных торфяных и торфяно-глеевых почв. На
переувлажненных песчаных и торфяных почвах высокая степень загрязнения кормов и
молока наблюдается даже при относительно низких плотностях загрязнения 137Cs
(2-5 Ки/км2) и 90Sr (0,3-1 Ки/км2). В то же время на
окультуренных участках дерново-подзолистых суглинистых почв продукция с
допустимым содержанием радионуклидов была получена при плотности загрязнения 137Cs
до 20-30 Ки/км2, существенно,
на переход 137Cs из почвы в растение влияет содержание в ней
органического вещества. Поступление этого радионуклида в растения из торфяных
почв превышает его поглощение из минеральных почв в несколько раз.
Сортовые различия в накоплении
радионуклидов значительно меньше (до 1,5-3 раз).
Для прогноза накопления радионуклидов в
продукцию растениеводства используются:
а) коэффициенты перехода из почвы в урожай
в расчете на 1 Ки/км2, которые дифференцированы в зависимости от
типа и гранулометрического состава почв, содержания обменного калия и реакции
почвенной среды (см. прил. 7 и 8);
б) результаты агрохимического и
радиологического обследований почв.
Определение уровня содержания радионуклидов с
использованием коэффициента пропорциональности накопления в растениеводческой
продукции. Для прогноза уровня загрязнения конкретной культуры
радионуклидами 137Cs или 90Sr
необходимо коэффициенты, рассчитанные для плотности загрязнения почв 1 Ки/км2 (37 кБк/м2) умножить на величину
плотности фактической загрязненности почвы:
A = B
× K × 37,
где A – уровень загрязненности растениеводческой
продукции, Бк/кг;
B – плотность загрязнения почвы,
Ки/км2;
K –
коэффициент пропорциональности (удельная радиоактивность 1 кг продукции при плотности загрязнения почв 1 Ки/км2,
данные приложении ), нКи/кг;
37 – коэффициент для перевода нКи в Бк.
Сопоставляя полученную величину с
нормативной величиной, определяем возможность использования корма.
Например: необходимо определить уровень
радиоактивной загрязненности сена многолетнего злаково-бобового (по 137Cs) на
дерново-подзолистой суглинистой почве. Плотность загрязнения почвы по данным
радиохимических исследований равна 15 Ки/км2
при содержании обменного калия 150 мг/кг почвы.
По данным приложения 6 коэффициент
пропорциональности равен 0,57 нКи/кг.
Решение: A = 15 Ки/км2 × 0,57 × 37 = 316
Бк/кг.
Аналогично делают расчеты для прогноза
содержания 90Sr в
сельскохозяйственных культурах с учетом уровня кислотности почв (приложение).
Метод определения
накопления 90Sr в растениях с
помощью комплексного показателя (КП) В.М. Клечковского. Для определения содержания 90Sr в растениях
пользуются формулой:
A = КП ×
a / с,
где A – содержание 90Sr в
почве, с. ед. (стронциевые единицы);
с – содержание Ca на 100 г почвы, мг-экв.;
а – плотность
загрязнения почвы радионуклидом 90Sr,
мКи/км2 или Бк/м2;
КП – комплексный показатель по В.М.
Клечковскому (табл. 59).
Таблица 64 – Величина
комплексного показателя (КП)
для сельскохозяйственной продукции
Вид продукции
|
Значение КП
|
экстремальные
|
средние
|
Сено:
естественных лугов
клевера
люцерны
|
30-200
13-16
11-14
|
60
15
12
|
Силосные
культуры и солома
|
9-16
|
14
|
Зерно злаковых и бобовых
|
7-11
|
9
|
Одна стронциевая единица – отношение
концентрации 90Sr
(пКи/кг продукции) к концентрации в нем кальция (г/кг). При поверхностном
загрязнении естественных кормовых угодий 90Sr, равном 1 мКи/км2
(37 Бк/м2) 1 кг сухого вещества естественных трав содержит 4,9 с.е., сеяных злаковых трав – 1,5 с.е., свеклы –
1,7 с.е., клубней картофеля – 1,56 с.е., а в 1 кг зерна пшеницы – 0,8 с.е. 90Sr.
Например: необходимо дать прогноз
концентрации 90Sr в
сене клевера, если известно, что содержание 90Sr в почве равно 40 мКи/км2 (1480 Бк/м2), а содержание обменного Ca –
10 мг-экв./100 г почвы.
Содержание 90Sr в растениях составит:
A =
15 × (40 мКи/км2 :
10 мг-экв.) = 60 с.е.
Этот метод прогноза вполне
удовлетворителен на пахотных землях с содержанием обменного Ca от
4 до 25 мг-экв/100 г почвы.
Определение
содержания 90Sr в растениеводческой
продукции методом проростков (по Б.Н. Анненкову и Е.В. Юдинцевой). Берутся образцы почв с глубины пахотного слоя
конкретного поля, тщательно перемешивают, затем на таком усредненном образце
высевают проращенные семена. Через 20 дней надземную массу растений срезают на
уровне почвы, промывают проточной водой, высушивают и в воздушно-сухом
материале определяют содержание радионуклидов радиохимическим методом.
Таблица 65 – Коэффициенты
пересчета содержания радионуклидов
в 20-дневных растениях для прогноза загрязненности урожая
137Cs
|
90Sr
|
Культура
|
Зерно, клубни
|
Солома, ботва
|
Культура
|
Зерно, клубни
|
Солома, ботва
|
Овес
|
0,20
|
0,45
|
Овес
|
0,050
|
0,70
|
Ячмень
|
0,20
|
0,50
|
Ячмень
|
0,035
|
0,50
|
Яровая
пшеница
|
0,22
|
0,46
|
Озимая
пшеница
|
0,060
|
0,60
|
Гречиха
|
0,21
|
0,39
|
Яровая
пшеница
|
0,045
|
0,70
|
Вика
|
0,35
|
0,70
|
Горох
|
0,040
|
1,25
|
Картофель
|
0,56
|
0,70
|
Картофель
|
0,035
|
0,70
|
Примечание. Коэффициенты пересчета приведены в расчете на
воздушно-сухую
массу урожая.
4.2.5.2. Прогноз поступления радионуклидов в продукцию животноводства
Определяющим фактором
для прогноза накопления радионуклидов в продукции животноводства является
степень загрязнения кормов.
С практической точки зрения важно, что
корма, выращенные на территории с одинаковой плотностью загрязнения, в расчете
на 1 кормовую единицу накапливают различное количество радионуклидов (табл. 66).
Большое значение имеют
биологическая доступность и способность радионуклидов мигрировать по пищевым цепочкам,
она характеризуется коэффициентами их перехода в корма и продукцию
животноводства. Накопление радионуклидов в организме животных и получаемой от
них продукции зависит также от вида, возраста, физиологического состояния
животных, их продуктивности, типа рациона.
Прогноз содержания
радионуклидов в продукции животноводства рассчитывается по формуле:
Aпрод. = Aрац.
× Kпер. : 100,
где Aпрод. –
содержание радионуклидов в продукции, Бк/кг;
Aрац. – активность радионуклидов в суточном рационе;
K –
коэффициент перехода радионуклидов из рациона в 1 л (кг) продукции, в % от суточного поступления.
Таблица 66 – Ориентировочные
данные о загрязненности кормов РВ
в расчете на 1 к. ед., усл. ед.
Вид корма
|
К. ед.
|
Содержится в 1 к. ед.
|
90Sr
|
137Cs
|
Овес:
зерно
солома
|
1,0
0,31
|
1 усл. ед.
16
|
1 усл. ед.
6,3
|
Ячмень:
зерно
солома
|
1,13
0,33
|
0,9
15,0
|
0,9
6,0
|
Пшеница
яровая: зерно
солома
|
1,18
0,20
|
0,6
18,7
|
0,8
10,0
|
Картофель
|
0,31
|
0,8
|
5,4
|
Свекла
кормовая
|
0,12
|
6,2
|
20,8
|
Кукуруза
на силос
|
0,14
|
21,5
|
4,8
|
Люцерна
|
0,23
|
27,5
|
15,1
|
Клевер
|
0,20
|
41,2
|
16,5
|
Трава
луговая
|
0,28
|
19,0
|
47,6
|
Сено
естественных сенокосов
|
0,47
|
31,7
|
67,4
|
Сено с окультуренных
лугов
|
0,50
|
15,0
|
46,6
|
|
|
|
|
|
Таблица 67 – Коэффициенты перехода радионуклидов из суточного
рациона в продукцию животноводства (% на 1 кг продукта)
Вид продукции
|
Радионуклиды
|
137Сs
|
90Sr
|
Молоко
коровье (в ср. за год)
|
0,62
|
0,14
|
стойловый
период
|
0,48
|
0,14
|
пастбищный
период
|
0,74
|
0,14
|
Говядина
|
4
|
0,04
|
Свинина
|
25
|
0,10
|
Баранина
|
15
|
0,10
|
Мясо
кур
|
45,0
|
0,20
|
Яйцо
|
3,5
|
3,20
|
С увеличением содержания
клетчатки в рационе от 1,3 до 3,1 кг/сут. уменьшается коэффициент перехода 137Cs от 0,9 до 0,6. В условиях
содержания коров на малопродуктивном естественном пастбище с изреженным
травостоем отмечается многократное повышение перехода радиоцезия в молоко.
Переход 90Sr для взрослых
жвачных животных из почвы в концентратный рацион в среднем составляет 0,8, то в
сенной рацион – 1,5-2,5. Содержание 90Sr в
мышцах животных, пользующихся концентратным рационом, в среднем 4 раза меньше,
чем у животных, получающих сенной рацион (см. табл. 68).
Таблица 68 – Коэффициент
накопления 137Сs в
организме животных
в зависимости от их возраста и массы тела, % суточного
поступления в расчете на 1 кг живой массы
Крупный рогатый скот
|
Свиньи
|
возраст, мес.
|
масса, кг
|
коэффициент накопления
|
возраст, мес.
|
масса, кг
|
коэффициент накопления
|
2-3
|
100
|
26,0
|
2
|
15
|
60,0
|
6-9
|
200
|
6,5
|
4
|
40
|
25,0
|
12-15
|
300
|
3,5
|
5
|
50
|
20,0
|
15-16
|
400
|
3,0
|
6
|
70
|
15,0
|
Взрослые
|
500
|
2,5
|
7
|
90
|
12,0
|
Взрослые
|
600
|
2,0
|
8
|
110
|
10,0
|
В Республике Беларусь
на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на
Чернобыльской АЭС, разработаны «Республиканские допустимые уровни загрязнения
продуктов, кормов радиоактивными веществами (РДУ-96)», которые предусматривают
снижение среднегодовой эффективной дозы внутреннего облучения человека за счет
снижения концентрации радионуклидов цезия и стронция до величины, не
превышающей 1 мЗв.
На территориях при
плотности загрязнения по 137Cs
1-40 Ки/км2, а по 90Sr 0,15-3,0 Ки/км2 разрешена хозяйственная
деятельность. В соответствии с требованиями РДУ, содержание 137Cs в молоке и
цельномолочной продукции для пищевых целей должно быть не более 111 Бк/кг, 90Sr – 3,7
Бк/кг, а в суточном рационе дойных коров не должно превышать 11,1 Бк/кг и 2,6
Бк/кг соответственно (табл. 69).
Молоко сырье для
промышленной переработки можно получать при плотности загрязнения супесчаных
почв 90Sr до
1,2 и 2,8 Ки/км2 на
естественных и культурных пастбищах. На перерабатывающие предприятия Республики
Беларусь допускается прием молока с содержанием 137Cs до
370 Бк/кг и 90Sr –
до 18 Бк/л. Для производства такого молока-сырья для переработки
содержание 137Cs в суточном рационе не должно
превышать 37 кБк, 90Sr –
12,9 кБк. Такой уровень обеспечивается при удельной радиоактивности кормов,
представленных в таблице 69.
Таблица 69 –
РДУ (Белоруссия) содержания 137Cs и 90Sr в сельскохозяйственном
сырье
и кормах (Бк/кг), предназначенных для получения молока цельного, молока-сырья,
мяса крупного рогатого скота
Корма
|
137Cs
|
90Sr
|
молоко цельное
|
молоко
сырье
|
мясо (заключительный
откорм)
|
молоко цельное
|
молоко сырье
|
Сено
|
1480
|
1850
|
1480
|
260
|
1300
|
Солома
|
370
|
900
|
900
|
185
|
900
|
Сенаж
|
600
|
900
|
600
|
100
|
500
|
Силос
|
300
|
600
|
300
|
50
|
250
|
Корнеплоды
|
200
|
600
|
370
|
37
|
185
|
Зерно, фураж
|
200
|
600
|
600
|
100
|
500
|
Зеленая масса
|
185
|
600
|
300
|
37
|
185
|
Хвоя, травяная мука, пивная дробина, жом, патока
|
1000
|
–
|
–
|
–
|
–
|
Барда
|
1000
|
–
|
–
|
–
|
–
|
Мезга, молочные продукты (обрат)
|
740
|
–
|
–
|
–
|
–
|
Дрожжи кормовые
|
370
|
–
|
–
|
–
|
–
|
Мясокостная мука
|
1000
|
–
|
–
|
–
|
–
|
Прочие
|
1000
|
–
|
–
|
–
|
–
|
По уровню накопления 90Sr в организме
мясопродуктивные животные располагаются в следующем порядке: олени – овцы –
крупный
рогатый скот – свиньи – куры (в убывающей последовательности).
|