Стронций в растениях

Радиоактивный стронций может поступать в растения двумя путями: аэральным, через надземные органы растений, и корневым.

Доля радионуклидов, осевших на поверхности растений при аэ-ральном поступлении на единице площади, от общего их количества, выпавшего на эту площадь, называется первичным удерживанием. Не только разные виды растений, но и разные органы и части растений обладают различной способностью удерживать выпавшие из атмосферы радионуклиды. Поданным Б.Н. Анненкова и Е.В. Юдинцевой (1991), первичное удерживание водного раствора 908г яровой пшеницей составило: для листьев — 41%, для стеблей — 18, для мякины — 11 и для зерна — 0,5%. Такая высокая удерживающая способность связана с тем, что радионуклиды в атмосферных осадках находятся в очень малых концентрациях (ультрамикроконцентрациях) и в таких условиях быстро и полно сорбируются на большинстве поверхностей, включая и листовую поверхность. Однако это возможно только в случае выпадения водорастворимых форм радионуклидов и не распространяется на загрязнения твердыми пылевидными частицами, например топливными. Время удаления с дождем и ветром половины задержанных радионуклидов с травянистых растений для зон умеренного климата составляет примерно 1—5 недель.

  • 908г не только сорбируется на поверхности растений, но может и частично проникать в ткани надземных органов. Однако, несмотря на то что стронций аналог кальция, необходимого для метаболизма растений, процессы эти происходят медленно, и интенсивность их значительно ниже, чем при аэральном поступлении 137С5.
  • 908г характеризуется высокой подвижностью в системе «почва-растение». При одинаковой плотности загрязнения поступление 908г из почв в растения в среднем в 3—5 раз выше, чем 137Сз, хотя при поступлении этих радионуклидов в растения из водных растворов более подвижным оказывается 137Сз. Главной причиной этих различий является характер взаимодействия радионуклидов с почвой — 137Сз в большей степени сорбируется в почве необменно, тогда как 908г находится в почве в основном в обменной формах.

Корневое поступление 908г зависит от свойств почв и биологических особенностей растений и колеблется в очень широких пределах: коэффициенты накопления (Кн) могут различаться в 30—400 раз. На разных типах почв Кн 908г варьируют для одной и той же культуры от 5 до 15 раз. В целом, чем больше емкость поглощения почв, выше содержание органического вещества, тяжелее механический состав почвы и в минеральной части хорошо представлены глинистые минералы, обладающие высокой поглотительной способностью, тем ниже коэффициенты перехода 908г из почвы в растения. Максимальные коэффициенты накопления наблюдаются на торфяных почвах и минеральных почвах легкого механического состава — песчаных и супесчаных, а минимальные — на плодородных тяжелосуглинистых и глинистых почвах (серых лесных и черноземах). Повышенному переходу радионуклида в урожай культур способствует переувлажнение почв.

Среди многих почвенных свойств кислотность и содержание обменного кальция оказывают основное влияние на поступление 908г в растения. С увеличением кислотности интенсивность поступления радионуклидов в растения возрастает в 1,5—3,5 раза. С увеличением содержания обменного кальция накопление 908г в растениях, напротив, уменьшается.

На карбонатных почвах происходит необменная фиксация 908г, и это приводит к снижению накопления его в растениях в 1,1—3 раза. Например, в карбонатном черноземе по сравнению с выщелоченным в 1,5—3 раза ниже содержание водорастворимого 908г и на 4—6% выше количество необменного 908г.

Скорость переноса 908г в звене «почва—растение» и далее по трофическим цепочкам зависит от содержания сопровождающих его носителей: изотопного (стабильного стронция) и неизотопного (стабильного кальция). При этом роль кальция для транспорта радионуклида важнее, чем стронция, так как количество первого существенно больше, чем второго. Например, концентрация стабильного стронция в почве равна в среднем 2—3 • 10_3%, а кальция — около 1,4%.

Для оценки перемещения радиоактивного стронция в биологических объектах используют отношение содержания 908г к Са, которое принято выражать в стронциевых единицах (с.е.).

1 с.е. = 37 мБк 908г/г Са.

Отношение стронциевых единиц в растениях к стронциевым единицам в почве называют коэффициентом дискриминации (КД):

КД = с.е. в растении / с.е. в почве.

Дискриминации стронция и кальция по отношению друг к другу не происходит, когда количество атомов 908г и кальция из почвы в растения переходит в одинаковом соотношении. Однако довольно часто при переходе 908г от одного звена к другому наблюдается снижение его содержания по отношению к кальцию. В этом случае говорят о дискриминации стронция по отношению к кальцию. В наи-

более типичных почвах средней полосы европейской части Российской Федерации коэффициент дискриминации колеблется от 0,4 до 0,9 для вегетативных органов растений и от 0,3 до 0,5 — для зерна (табл. 5.15; Корнеев, 1972; Рассел, 1971).

Таблица 5.15

Средняя величина коэффициента дискриминации (КД)

Растения и части растения

Значение КД

Вегетативная часть растений

0,9

Зерно злаковых культур

0,5

Клубни картофеля

0,9

Корнеплоды столовой свеклы

1,0

Кочан капусты

0,8

Отношение 908г к кальцию в зерне всегда меньше, чем в соломе, а в листьях свеклы и моркови меньше, чем в корнеплодах. На почвах, богатых обменным кальцием, коэффициент дискриминации обычно выше, чем на почвах с низким содержанием кальция, что связано с конкуренцией этих элементов при поступлении в растения. Это важно учитывать при выращивании кормовых культур, так как в кормах должно быть не только низкое содержание радиоактивного стронция, но и высокое содержание кальция, который препятствует поступлению 90Бг в организм животных.

На накопление 90Бг в растениях оказывают влияние их биологические особенности. В зависимости от вида растения накопление 908г в биомассе может отличаться от 2 до 30 раз, а в зависимости от сорта — от 1,5 до 7 раз.

Минимальное накопление 908г происходит в зерне и клубнях картофеля, максимальное — в бобовых и зернобобовых культурах. Если сравнить коэффициенты накопления 90Бг в злаковых и бобовых культурах, то у бобовых они будут значительно выше (табл. 5.16).

Таблица 5.16

Коэффициенты перехода 90Бг в разные сельскохозяйственные культуры на дерново-подзолистых супесчаных почвах (Бк/кг)/(кБк/м2)

Культура

Часть растения

Солома, зеленая масса, сено

Зерно

Озимая пшеница

5,09—6,57 (солома)

1,13-1,46

Яровая пшеница

4,94—7,08 (солома)

1,13-1,62

Озимая рожь

4,29-6,73 (солома)

0,74-1,18

Ячмень

5,62—7,35 (солома)

1,46-1,90

Овес

4,41—7,23 (солома)

1,25-1,79

Горох

2,16—7,42 (зеленая масса)

1,90-3,30

Люпин

2,25-7,98 (зеленая масса)

3,52-5,60

Культура

Часть растения

Солома, зеленая масса, сено

Зерно

Многолетние злаковые травы

6,38—15,28 (сено)

Многолетние злаково-бобовые травы

1 1,12-25,52 (сено)

Клевер

15,85-32,48 (сено)

908г накапливается в основном в вегетативных органах растений. В зерне, семенах и плодах его всегда значительно меньше, чем в других органах. Причем стронций преимущественно накапливается не в корнях, а в надземных частях растений.

В порядке убывания концентрации 90Бг полевые культуры распределяются следующим образом:

  • • зерновые, бобовые и зернобобовые: яровой рапс > люпин > горох > вика > ячмень > яровая пшеница > овес > озимая пшеница > озимая рожь;
  • • зеленая масса: бобовые многолетние травы > злаково-зернобобовые травосмеси > клевер > люпин > многолетние бобово-злаковые смеси > горох > многолетние злаковые травы > вика >

> рапс яровой > горохо-овсяная смесь > вико-овсяная смесь >

> кукуруза;

• естественные ценозы: разнотравье > осоки > злаково-разнотравные > разнотравно-злаковые > злаковые > мятлик луговой > ежа сборная.

Концентрация радиоактивного стронция в культурах зависит от содержания кальция в растениях. Из табл. 5.17 (Маракушкин, 1977, цит. по: Пристер, 1991) видно, что чем выше в культуре содержание кальция, тем больше в них накапливается 908г.

Таблица 5.17

Содержание 905г и Са в растениях

(полевой опыт с постоянным уровнем загрязнения почвы)

Культура,

905г, н К и/кг

Са, г/кг

орган растения

варьирование

среднее за 15 лет

среднее за 15 лет

Рожь:

зерно

3,2-10,4

6,6

0,4

солома

41-200

86

2,5

Ячмень:

зерно

3,0-13

8,0

0,5

солома

32-130

73

1,8

Овес:

зерно

6,6-18

12

0,9

солома

34-140

73

1,9

Культура,

905г, нКи/кг

Са, г/кг

орган растения

варьирование

среднее за 15 лет

среднее за 15 лет

Вика:

зерно

16-66

32

1,4

солома

250-660

450

13,5

Картофель:

клубни

8,8-24

15

0,4

ботва

230-680

430

21,6

Кукуруза, зеленая масса

52-180

84

2,5

Тимофеевка

30-125

73

2,4

Клевер

160-180

170

12,5

Распределение корневой системы растений также оказывает влияние на накопление 908г. Например, такие плотнокустовые злаки, как овсяница овечья и мятлик полевой, накапливают 908г в 1,5— 3,0 раза больше, чем корневищные злаки — пырей ползучий и костер безостый. Это связано с тем, что у плотно кустовых злаков узел кущения находится на поверхности почвы и образующиеся молодые корни оказываются в самом верхнем загрязненном слое почвы. У корневищных злаков узел кущения и соответственно новые корни образуются на глубине 5—20 см, где содержание 908г в природных экосистемах значительно ниже. Культуры с неглубоким распределением корневой системы всегда больше загрязнены радионуклидом.

Травы с естественных лугов имеют выше концентрации 908г в биомассе, чем сеяные травы, что объясняется большей подвижностью радионуклида в верхнем дерновом горизонте почвы, где он находится в более доступной для растений форме, чем в минеральных горизонтах почвы.

в лесных экосистемах. При аэральном загрязнении лесных экосистем 908г надолго остается прочно закрепленным в наружных покровах древесных растений. Он характеризуется малой подвижностью и при листовом загрязнении практически не перемещается по тканям и проводящим путям растений.

Однако накопление 908г через корни, в отличие от ассимиляции через листья, намного более выражено и в древесной, и в травянистой растительности. Со временем это приводит к заметному накоплению радиостронция во всех частях растений, включая древесину. У хвойных пород деревьев накопление радионуклидов за счет корневого поступления проявляется заметно слабее, чем у лиственных. Наиболее значительно 908г поглощается осиной, рябиной обыкновенной, крушиной ломкой, ивами, лещиной обыкновенной. Более высокое накопление 908г по сравнению с |37Сз характерно также для ели, дуба, клена, березы, липы.

Соотношение 908г : 137С5 в древесине со временем существенно изменяется, от 0,2—0,7 во время аэрального загрязнения до 6—7 при преобладании корневого поступления. Это связано с тем, что |37Сз в отличие 908г легче перемещается по органам растений после попадания на поверхность листьев, чем через корни, так как он прочно сорбируется почвой. 908г находится в почве в более доступной форме. Так, отмечают, что через 5—7 лет после загрязнения лесов Чернобыльской зоны содержание 90Бг в древесине увеличилось в 5— 15 раз по сравнению с первым годом (Клековкин, 2004). Корневое поглощение 908г усиливается на гидроморфных почвах.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >