Поступление радионуклидов в растения через корни

Механизм усвоения радионуклидов корнями растений сходен с поглощением основных питательных веществ – макро- и микроэлементов. Основное отличие состоит в том, что в большинстве случаев радионуклиды во внешней среде присутствуют в предельно низких концентрациях. Например, в весовом отношении 1 Ки ⁹⁰Sr составляет 7 · 10^–3 г.

Поглощение растениями любого питательного элемента зависит от ряда факторов. Основными факторами, обусловливающими поступление иона через корни в растение, являются его химические свойства, концентрация в питательной среде и степень участия в метаболических процессах.

Радиоактивные изотопы различных химических элементов с разной интенсивностью поступают в растение и неодинаково распределяются по отдельным его органам.

Поглощение ионов состоит из трёх стадий:

1) ионы благодаря диффузии легко проникают в «свободное пространство» ткани

корневых волосков, затем поступают в проводящие ткани корня путём активного

переноса;

2) ионы проникают в проводящие ткани растения (одновалентные ионы поглощаются

быстрее, чем многовалентные);

3) восходящее движение ионов по сосудистой ткани.

Радиоактивные изотопы Cs и Sr, как аналоги К и Са, имеют много сходного в поступлении в растение и распределении по разным его органам. В наибольших количествах поступает из питательного раствора ¹³⁷Cs, несколько меньше ⁹⁰Sr. Такие изотопы, как ⁶⁰Co, ⁹¹Y, ¹⁴⁴Cr, ⁹⁵Nb, ⁹⁵Zr, ¹⁰⁶Ru, поступают в надземную часть растений на порядок, на два и три порядка меньше (табл. 7).

Таблица 7

Накопление радиоизотопов в различных органах растений пшеницы

Радиоактивные ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr при поступлении в растение через корни в относительно больших количествах накапливаются в наземных его органах. Другие изотопы концентрируются в течение всего вегетационного периода преимущественно в корнях. Закономерность распределения изотопа по органам растений заключается в том, что радионуклиды, поступающие в наземную часть растения, в основном концентрируются в соломе (листья и стебли), меньше – в мякине (колосья, метёлки без зерна) и относительно мало – в зерне. Поглощение радиоизотопов растениями отстаёт от нарастания наземной массы, и накопление радионуклида на единицу массы сухого вещества с ростом растения снижается, но во время созревания – повышается. Поступление в растения радиоизотопов, как правило, увеличивается с повышением их концентрации в растворе. Максимальное поглощение радионуклидов наблюдается при рН, близкой к нейтральной.

Радионуклиды сорбируются почвой и поэтому поглощаются растениями из почвы иначе, чем из водных растворов. Разные нуклиды с разной прочностью закрепляются в почве, например, изотопы Sr более подвижны в почве, чем другие. Процесс сорбции радионуклидов в почве является одним из факторов, влияющих на переход их из почвы в растение. Все радионуклиды поступают в растение из почвы в меньшем количестве, чем из водного раствора (для ⁹⁰Sr – в 30 раз, для ¹³⁷Cs – в 700–1300 раз). Сопоставление данных о поступлении в растения радионуклидов из водного раствора и почвы показывает значение взаимодействия изотопов с почвой как фактора, влияющего на их поступление в растение.

Особенности минерального питания, разная продолжительность вегетационного периода, характер распределения корневых систем в почве, различия в продуктивности и другие биологические особенности растений влияют на накопление радионуклидов разными видами и сортами сельскохозяйственных культур. Межвидовые различия в аккумуляции радионуклидов при корневом пути перехода могут достигать 10–30 раз. ⁹⁰Sr в 2–6 раз больше накапливается бобовыми культурами, чем злаковыми. Содержание ¹³⁷Cs выше в зернобобовых, чем в злаковых культурах. Коэффициент накопления ¹⁰⁶Ru и 144Ce в различных видах растений отличается более чем в 100 раз. Влияние сортовых различий в накоплении радионуклидов менее значимо, чем видовых (предел колебаний 2–3 раза).

При возделывании сельскохозяйственных культур в разных регионах страны используются разнообразные способы агротехнической и агрохимической обработки почв. Способы обработки влияют на агрохимические и водно-физические свойства почвы, это изменяет размеры перехода радионуклидов в растения. В условиях орошаемого земледелия усиливается интенсивность круговорота радионуклидов в агроценозах. При поверхностном поливе накопление радионуклидов в растениях из почвы увеличивается в среднем в 1,5–3 раза по сравнению с богарными условиями. При непосредственном по-ступлении радионуклидов из поливной воды в наземную часть растения (полив дождеванием) размеры перехода увеличиваются в 10–1000 раз относительно богарных условий. При этом наблюдается интенсивное накопление в растениях радионуклидов, относительно малоподвижных при поступлении их из почвы. Так, содержание ¹³⁷Cs в озимой пшенице возрастает в 250– 400 раз.

Распределение радионуклидов в вертикальном профиле почв влияет на поглощение их растениями. Обработка загрязнённого верхнего слоя изменяет расположение его по отношению к основной массе корней и снижает накопление нуклида в растении. Равномерное распределение радионуклидов в пахотном слое может привести к 2- или 3-кратному ограничению их поступления в растение.

Приём захоронения загрязнённого слоя почвы за пределы распространения основной массы корней уменьшает накопление нуклидов в 7–11 раз.