Миграция радионуклидов в почве

Под миграцией радионуклидов в почве понимается совокупность процессов: перемещение радионуклидов в почве, перераспределение между различными фазами и состояниями, перераспределение радионуклидов по глубине и в горизонтальном направлении.

К движущим силам, приводящим к миграции радионуклидов в почвах, относятся:

1) конвективный перенос (фильтрация атмосферных осадков вглубь почвы, капиллярный подток влаги к поверхности в результате испарения, термоперенос влаги под действием градиента температуры);

2) диффузия свободных и адсорбированных ионов;

3) перенос по корневым системам растений;

4) перенос на мигрирующих коллоидных частицах;

5) роющая деятельность почвенных животных;

6) хозяйственная деятельность человека.

Перечисленные факторы не являются равнозначными, так как интенсивность и продолжительность их действия различны и зависят от конкретных условий. Качественное различие в характере действия двух наиболее важных факторов – конвективного переноса с током влаги и диффузии – состоит в следующем: если в начальный момент времени радионуклид находится в очень тонком поверхностном слое почвы и в процессе миграции извне не поступает, то первый из этих факторов (конвективный перенос) приводит к перемещению зоны нахождения радионуклида со смещением максимума концентрации радионуклида вглубь почвы.

Диффузионный характер миграции радионуклида вызывает расширение зоны его нахождения с одновременным уменьшением величины максимума концентрации. Значимость переноса радионуклидов по корневым системам растений зависит от глубины распространения и густоты корней в почве, физико-химических свойств радионуклидов, биологических особенностей растений и т. д.

Конвективный перенос и диффузия радионуклидов тесно связаны с поглощением и прочностью их закрепления твёрдой фазой почвы. Конвективный перенос характерен для водорастворимой и (частично) обменной форм радионуклидов. Диффузионный перенос и перенос по корневым системам растений характерны для водорастворимой и обменной форм радионуклидов. Механический перенос на коллоидных частицах или передвижение в результате роющей деятельности почвенных животных присущи для всех форм (водорастворимой, обменной, прочнофиксированной) радионуклидов.

Пути поступления радионуклидов в растение

Количественные показатели накопления радионуклидов растениями

Из почвы

Для оценки поступления радионуклидов из почвы растения используют различные показатели. Одним из наиболее широко применяемых является коэффициент накопления, или коэффициент концентрации (КН, или К_Н) – отношение содержания радионуклида в единице массы растений и почвы соответственно. Близким к понятию КН является почвенный коэффициент пропорциоальности (К_П), который соотносит концентрацию радинуклидов в растении к площадному загрязнению почвы:

К_П = концентрация радионуклидов в растениях, Бк/г / плотность загрязнения, Бк/м²

В радиоэкологии вместо понятия коэффициент накопления (КН) применяют иногда термин коэффициент биологического поглощения (КБП), с помощью которого равнивают концентрации радионуклида в золе растений и почве.

Скорость переноса микроколичеств радионуклидов по трофическим цепочкам в природной среде (и в звене почва – растение») зависит от содержания сопровождащих их носителей: изотопных (изотопы одного элемена – стабильный ⁸⁸Sr и ⁹⁰Sr) или неизотопных (⁹⁰Sr и стабильный ⁴⁰Са). Часто роль неизотопных носителей для ранспорта радионуклидов важнее, так как их количетво гораздо больше. Например, концентрация ⁸⁸Sr в пове 2–3 · 10^–3 %, а Са – 1,4 %.

Для оценки переноса радионуклида относительно го стабильного макроносителя в трофических цепочках используют понятие наблюдаемое отношение (НО):

НО = [С_{радионуклид}/_{Сстабильный носитель}] растение / [С_{радионуклид} /С_{стабильный носитель}] почва,

где С– концентрация.

Между радиостронцием и кальцием в различных звеньях складывается определённое соотношение. Это отношение называют «стронциевая единица» (с.е.):

1 с.е. = 1 п Ки ⁹⁰Sr на 1 г Са

Коэффициентом дискриминации (КД) называют частное от деления величины стронциевых единиц в данной пробе на величину стронциевых единиц в предшествующем звене биологической системы:

КД = с. е. в корнях растений/с.е. в почве

Аналогично этому введено понятие цезиевой единицы (ц.е.):

1 ц.е. = 1 п Ки 137Cs на 1 г К

Для оценки поступления ⁹⁰Sr в растение был предложен ряд показателей, учитывающих зависимость поведения этого радионуклида от концентрации в почве обменного кальция. Показатель Фредрикссона (П_Ф) соотносит концентрацию ⁹⁰Sr в растениях (по отношению к Са, т. е. в стронциевых единицах) к концентрации ⁹⁰Sr в почве:

П_Ф = ⁹⁰Sr/Са в растениях (Бк/г Са) / ⁹⁰Sr в почве (Бк/г почвы)

Показатель Клечковского (К_кл), или комплексный показатель, нормирует отношение содержания стронциевых единиц в растениях к плотности загрязнения почв ⁹⁰Sr, отнесённой к количеству обменного Са в почве:

A⁹⁰_Sr • А_1Са

Ккл = ----------------- ,

A₁⁹⁰_Sr • А_Са

где A⁹⁰_Sr – концентрация ⁹⁰Sr в растениях; A₁⁹⁰_Sr – содержание ⁹⁰Sr в почве на единицу площади (плотность загрязнения), Бк/м²; А_Са – концентрация Са в растениях, г/г; А_1Са – концентрация обменного Са в почве, мг-экв/100 г.

Основным носителем радиоцезия является калий, но сходство в поведении у них при поступлении в растение меньше, чем у стронция и кальция. В связи с этим отношение цезия к калию используется в оценке транспорта радиоцезия значительно реже.

Радиоактивные продукты деления поступают в растение в основном двумя путями:

1) непосредственное загрязнение наземных частей растений находящимися в воздухе радиоактивными частицами; при этом радионуклиды могут адсорбироваться поверхностью тканей и проникнуть внутрь растения;

2) поступление радионуклидов, попадающих в почву, через корни. Непосредственное загрязнение наземных частей растения обусловлено только теми радионуклидами, которые выпадают из атмосферы на растения в течение вегетационного периода, тогда как поступление через корни зависит от количества радионуклидов в почве.

Растения могут выдерживать высокие дозы радионуклидов и способны в довольно больших количествах накапливать нуклиды в различных частях урожая (до 1Ки на 1 кг соломы или зерна), поэтому при загрязнении почв может получаться продукция, непригодная для использования в пищу человеку или на корм скоту. В зависимости от среды (вода, песок, разные почвы), в которую попали радионуклиды, особенностей растений и физико-химических особенностей самих изотопов содержание их в урожае может сильно меняться.