Накопление искусственных радионуклидов растениями на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона

Ларионова, Наталья Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Накопление искусственных радионуклидов растениями на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона
ВАК РФ 03.01.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Накопление искусственных радионуклидов растениями на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона"

На правах рукописи

ЛАРИОНОВА Наталья Владимировна

НАКОПЛЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ РАС ГЕНИЯМИ НА ТЕРРИТОРИИ ЬЫВШЕГО СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА

Специальность: 03.01.01 — радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

005542925

| ДЕК 2013

Обнинск - 2013

005542925

Диссертация выполнена в Филиале «Инсттуг радиационной безопасности и экологии» Республиканского Государственного предприятия «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАСХН Санжарова Наталья Ивановна

Официальные оппоненты:

Рат ников Александр Николаевич, доктор сельскохозяйственных наук. Всероссийский научно-исследовательский инсттут сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, ведущий научный сопрулник

Латынова Наталья Евгеньевна, кандидат биологических наук, НОУ Д1Ю «ЦИПК» Росатома, старший преподаватель

Ведущая организация:

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, факультет почвоведения

Защита состоится «26» декабря 2013 года в 9 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 006.068.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии по адресу: 249032, г. Обнинск, Киевское шоссе, 109 км, ГНУ ВНИИСХРДЭ Россельхозакадемии, к. 510.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИСХРЛЭ Россельхозакадемии.

Отзывы на автореферат просим отправлять по адресу: 249032, г. Обнинск, Киевское шоссе, 109 км, ГНУ ВНИИСХРЛЭ Россельхозакадемии, Диссертационный совет. Факс: (48439) 6-80-66. Автореферат разослан «25» ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Шубина Ольга Андреевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие атомной промышленности и энергетики, осложненное рядом аварийных ситуаций и катастроф, и ядерные испытания привели к глобальному загрязнению биосферы Земли и, как следствие, к увеличению общего радиоактивного фона (Израэль Ю.А., Соколовский В.Г., 1987). Для Казахстана, помимо глобальных выпадений, дополнительными источниками радиоактивного загрязнения служат участки разработки многочисленных урановых месторождений. Не последнюю роль в загрязнении территории радиоактивными веществами сыграла деятельность бывшего Семипалатинского испытательного полигона (СИП), расположенного на пересечении трех областей Восточно-Казахстанской, Павлодарской и Карагандинской и занимающего площадь 18,5 тыс. кв. км. За время функционирования СИП (1949-1989 годы) на его территории было проведено 456 ядерных испытаний, в том числе 30 наземных, 86 воздушных и 340 подземных ядерных взрывов. Многочисленные локальные участки с высоким радиоактивным фоном на СИП имеются до настоящего времени. Ситуация осложняется неоднородным характером загрязнения, обусловленным проведением различных испытаний (ядерных испытаний (атмосферных, подземных, экскавационных), гидроядерных испытаний, испытаний боевых радиоактивных веществ (БРВ), испытаний на реакторных установках и, возможно, других пока неизвестных нам экспериментов), а также климатическими и природными условиями (штормовые ветра, различные геологические и гидрологические условия) (Калыржанов К.К., 2000. 1999; Батырбеков Г.А., 1999; Казачевский И.В., 2000; Лукашенко С.Н., 2012).

Для получения полноценной картины радиоэкологической ситуации на СИП необходимы статистически достоверные данные о параметрах перераспределения радионуклидов в системе «почва-растение» с учетом видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения. С момента закрытия СИП получен большой объем информации относительно текущей радиационной обстановки на его территории. Однако данные по изучению особенностей накопления радионуклидов растениями, полученные сотрудниками Национального ядерного центра Республики Казахстан до 2007 года (Тулеубаев Б.А., 2004, Кадырова Н.Ж., 2005, Кайрамбаев С.К., 2006), в силу отсутствия на тот момент соответствующих поставленных задач, не систематичны и охватывают лишь небольшую часть территорий СИП.

Не применимы для территории СИП с его почвенно-климатическими характеристиками и специфическим радиоактивным загрязнением и данные о параметрах накопления радионуклидов lj7Cs и ,0Sr растениями, полученные учеными для других климатических зон и регионов. При этом сравнительно слабо изученным в мировой практике остается вопрос о накоплении растениями трансурановых радионуклидов 239+240ри и 241Ат, загрязнение которыми является весьма характерным для территории СИП.

Дополнительную актуальность исследованиям особенностей накопления искусственных радионуклидов растениями на СИП на сегодняшний день придает проведение масштабных работ по передаче части его земель в хозяйственный оборот. В этих условиях параметры перераспределения радионуклидов в системе «почва-растение» являются неотъемлемым звеном для прогноза уровней радиоактивного загрязнения продуктов питания, и, как следствие, используются при расчете доз для населения, проживающего на территории СИП.

Цель исследования: разработка методологии и методов радиоэкологического обследования СИП с учетом видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения, получение систематической информации о параметрах перераспределения искусственных радионуклидов в системе «почва-растение» для различных участков СИП и факторах, их определяющих.

Задачи исследования:

1 - разработать методологию и методы радиоэкологического обследования СИП с учетом видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения;

2 - определить количественные параметры накопления радионуклидов растениями в зависимости от характеристик радиоактивного загрязнения, видовых особенностей растений и типа почв степных и луговых экосистем;

3 - изучить характер перераспределения и динамику содержания радионуклидов в надземной части растений для луговых экосистем;

4 - оценить подвижность радионуклидов в системе «почва-растение» в зависимости от физико-химических свойств почв и характеристик радиоактивного загрязнения;

5 - провести анализ радиоэкологической обстановки для различных участков территории СИП для обоснования возможности их передачи в хозяйственное использование.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методология и методы радиоэкологического обследования СИП, учитывающие виды проведенных испытаний, механизмы формирования радиоактивного загрязнения и факторы их определяющие.

2. Параметры накопления радионуклидов в растениях в зависимости от вида проведенных испытаний, характеристик загрязнения территории, подвижности радионуклидов в почвах и видовых особенностей растений. Установлено уменьшение накопления радионуклидов растениями для эпицентров наземных испытаний, увеличение в зонах «следов» и на условно «фоновых» территориях, максимальное накопление в зонах радиоактивных водотоков и в местах испытания БРВ. Различия в Кн '"Се достигают 71 раза, Кн 908г - 74 раз, Кн239+240ри - 14 раз, Кн 241 Аш - 11 раз.

3. Получен ряд радионуклидов по их способности к накоплению растениями из почв:905г> '"Сб > 239+240ри > 24,Аш. Кн 905г в среднем в 8 раз превышают Кн '"Се и до 16 раз Кн 239+240Ри. Значения Кн 239+240ри до 3 раз выше Кн 241Аш.

4. Максимапьные коэффициенты накопления '"Сб и 905г получены для растений луговых экосистем, почвенный покров которых представлен почвами с легким механическим составом. Установлено влияния содержания в почве Са, М§ и 8г на Кн '"Бг и А1, Ре на Кн 239+240Рц. Видовые особенности растений луговых и степных экосистем обуславливают различия в накоплении радионуклидов от 2 до 10 раз.

Предмет и объест исследования. Предметом исследований является разработка методологии и методов, определение количественных параметров миграции радионуклидов в системе «почва-растение» для оценки радиационной обстановки на территории СИП. Объектом исследования являются почвы и доминантные виды растений степных и луговых экосистем.

Научная новизна работы. Разработана методология радиоэкологического обследования СИП с учетом проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения. Впервые для территории СИП получены системные статистически достоверные данные параметров накопления искусственных

осколочных радионуклидов 137Cs, 90Sr и трансурановых 239+240pu и 241Am доминантными растениями степных и луговых экосистем. Проведен сравнительный анализ параметров накопления искусственных радионуклидов растениями для участков СИП с различным характером радиоактивного загрязнения.

Теоретическая и практическая значимость работы: Теоретическая значимость работы обусловлена разработкой уникальной методологии радиоэкологического обследования СИП с учетом видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения. Исследованы закономерности поведения широкого спектра радионуклидов в экосистемах, выявлены факторы и оценены параметры миграции радионуклидов в системе «почва-растение». Полученные параметры накопления искусственных радионуклидов доминантными растениями степных и луговых экосистем могут быть применены для прогнозирования радиоэкологической ситуации на территории СИП и являются входными параметрами моделей, используемых для описания поведения радиоактивных веществ и оценки риска загрязнения компонентов природной среды. Материалы являются основанием для разработки как конкретных практических рекомендаций, направленных на решение проблемы радиоактивного загрязнения почвенно-растительного покрова исследуемой территории, так и для комплекса мероприятий по снижению содержания радионуклидов в продукции, получаемой в условиях радиоактивного загрязнения. Полученные параметры накопления радионуклидов растениями используются для расчета доз облучения населения, проживающего на территории СИП, и научного обоснования возможности передачи территории СИП в хозяйственное использование (Материалы комплексного экологического обследования, 2010,2011, 2013).

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с формулой специальности 03.01.01 «Радиобиология», охватывающей проблемы последствий ядерных катастроф и радиоэкологии (п. 9), принципы и методы радиационного мониторинга (п. 10), в диссертационном исследовании представлен сравнительный анализ радиоэкологической обстановки для различных участков СИП.

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов основывается на достаточном объёме материала и применении современной измерительной базы аккредитованных лабораторий. За время исследований всего отобрано и проанализировано 734 пробы объектов луговых и степных экосистем (223 пробы почвы и 511 проб растений).

Личный вклад диссертанта в работу. Соискателем поставлена цель исследования, выполнена постановка всех натурных экспериментов, включая организацию экспедиционных работ, отбор проб окружающей среды (почва, растения) и обработку результатов их анализа, рассчитаны коэффициенты накопления, проведено обобщение и анализ полученных данных.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных и региональных конференциях, конкурсах, совещаниях и конгрессах: Международная конференция «Environmental radioactivity» (Рим, 2010); Международное совещание «Technical Working Group Meeting on the environmental assessment for long term monitoring and remediation in and around Fukushima» (Tokyo, 2012); V Всемирный конгресс инжиниринга и технологий - WCET-2012 «Наука и технологии: шаг в будущее» (Алматы, 2012); IV Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, МГУ, 2013); IX Всероссийская (с международным

участием) научно-практическая конференция «Тобольск научный - 2012» (Тобольск, 2012); 7-я, 8-я и 9-я Международные конференции «Ядерная и радиационная физика» (Алматы, 2009, 2011, 2013); Международная конференция молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы мирного использования атомной энергии» (Алматы, 2012); Ш-я, 1У-я и У-я Международные научно-практические конференции «Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения» (Курчатов, 2008, 2010, 2012); Конференция-конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов НЯЦ РК (Курчатов, 2005, 2008, 2010, 2011, 2012).

Результаты исследования были включены в отчёты при выполнении работ по следующим программам: научно-техническая программа 0346 «Развитие атомной энергетики в Республике Казахстан», республиканская бюджетная программа «Обеспечение радиационной безопасности на территории РК» (мероприятие 1 «Обеспечение безопасности бывшего СИП») и др.

По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе две статьи в рецензируемых журналах из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 169 страницах, включает введение, 6 глав, выводы, 40 таблиц, 53 рисунка и список публикаций из 160 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, ставятся цель и задачи, обсуждается их научная новизна, теоретическая и практическая значимость.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

На основе анализа отечественной и зарубежной литературы рассмотрено загрязнение почвенно-растительного покрова, произошедшего, как вследствие нормальной, так и нештатной работы атомно-энергетических объектов (радиационные аварии на Южном Урале, Чернобыльской АЭС, на АЭС «Фукусима-1» в Японии). Описан механизм поступление радионуклидов в растения и основные факторы, влияющие на него.

ГЛАВА II. РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ СИП

Дана природно-климатическая характеристика территории СИП, включающая климат, рельеф, гидрогеологические условия, гидрографию, почвенные покров и растительный покров. Показан характер радиоактивного загрязнения отдельных территорий СИП: испытательных площадок «Дегелен» (штольни № 176 и № 177) и «Опытное поле», зоны радиоактивных выпадений при прохождении радиоактивного облака («след» от взрыва 1953 года), условно «фоновых» территорий СИП, а также площадка испытания БРВ (площадка «4а»).

ГЛАВА III. МЕТОДОЛОГИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Методология радиоэкологического обследования СИП основывается на учете видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения. Методологический подход включает выделение участков загрязнения, сформировавшихся в результате наземных испытаний, радиоактивных выпадений (ближних, дальних), выноса радионуклидов с водотоками из штолен и проведения испытаний боевых радиоактивных веществ (БРВ). При комплексном обследовании территории СИП на единой методической базе определяются радионуклидный состав загрязнения, основные физико-химические свойства почв, показатели подвижности радионуклидов в почвах, видовой состав луговой и степной растительности,

количественные параметры миграции.

Исследуемые участки: зоны радиоактивных водотоков (площадка «Дегелен»); эпицентры наземных испытаний (площадка «Опытное поле»); «следы» радиоактивных выпадений (площадка «Опытное поле» и «след» от взрыва 1953 года (р-н месторождения «Байтемир» и «юго-восточной» части СИП)); условно «фоновые» территории («северная», «западная» и «юго-восточная» части СИП; р-н месторождения «Коскудук»); места испытаний БРВ (площадка «4а») (рис. 1).

Уловные обозначения

I_; гоамииы испытательных площадок

границы исследуемой территории Изолиния 0 3 Ки/кв.км, Cs- Î37

Рис. 1. Схема расположения исследуемых территорий

Отбор проб растений в основном производился по видовому составу (площадь отбора не превышала 2 кв. м). Для оценки параметров накопления радионуклидов сопряжено с растениями отбирались смешанные пробы почвы (методом конверта). Глубина отбора проб почвы определялась миграционной способностью радионуклидов по почвенному профилю и для степных экосистем составляла 5 см, а для луговых - 20 см.

Механический состав почвы определялся пипег-методом. устанавливающим количественное соотношение почвенных фракций в процентах. Определение содержания в почве гумуса проводилось по методу Тюрина в модификации Никитина. Карбонатность определялась объемным методом по Голубеву, основанном на измерении добавочного давления в кальциметре (Дюсенбеков З.Д., 1998). Измерение кислотности почвы проводилось методом, основанным на измерении величины рН водной вытяжки пород электродной системой (Метод определения рН водной вытяжки вскрышных и вмещающих пород, 1985). Элементный анализ на содержание Na, К, Са, Mg, Fe, Al и Cs и Sr в пробах почв проводился методами масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Использовались следующие приборы: квадрупольный масс-спектрометр Elan 9000 фирмы «Perkin Elmer SCIEX» и оптический атомно-эмиссионный спектрометр ¡САР 6300 Duo фирмы Thermo Scientific.

Формы нахождения исследуемых элементов и радионуклидов в почве определяли

методом последовательного выщелачивания и определением их содержания в полученных вытяжках (Минеева В.Г., 2001). Наиболее доступные растениям формы радионуклидов извлекали водой (водорастворимая форма) и IM раствором уксуснокислого аммония (обменная форма).

Определение удельной активности радионуклидов 137Cs и 24,Ат проводилось на гамма-спектрометре Canberra GX-2020. Радионуклид 90Sr определяли методом радиохимического выделения, высокие концентраций 90Sr определяли на бета-спектрометре «Прогресс». Радионуклид 239+240ри определяли радиохимическим выделением с последующим измерением на альфа-спектромертре Canberra, мод.7401. Концентрация J Cs в растениях определялась в сухих (предварительно вымытых) измельченных образцах, 241 Am, 90Sr и 239+240pu - в золе, с последующим пересчетом на сухое вещество. Предел обнаружения по b7Cs составлял 1 Бк/кг (для проб растений) и 4 Бк/кг (для проб почвы), 241Лт - 0,3 Бк/кг и 1 Бк/кг, 239+240ри - 0,1 Бк/кг и 1 Бк/кг соответственно, 90Sr - 1 Бк/кг и 5 Бк/кг (до 200 Бк/кг на «Прогрессе»), Погрешность измерений для 131Cs и 241Аш в основном не превышала 10-20 %, 90Sr - 15-25 %

239-240pu _ 30%_

Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения использовался коэффициент накопления (Кн) - отношение содержания радионуклида в единице массы растений и почвы соответственно. Полученные результаты обработаны с помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007.

ГЛАВА IV. РАДИОНУКЛИДЫ В РАСТЕНИЯХ ЛУГОВОГО БИОГ ЕОЦЕНОЗА В РАЙОНЕ ВОДОТОКОВ ШТОЛЕН НА ПЛОЩАДКЕ «ДЕГЕЛЕН»

Исследования на площадке «Дегелен» (рис. 1) проводились на примере луговой экосистемы в районе водотоков штолен 176 и 177.

4.1 Изучение характера перераспределения и динамики содержания радионуклидов в надземной части растений

Для изучения характера перераспределения и динамики содержания радионуклидов в надземной части растений в районе поверхностного радиоактивно-загрязненного водотока штольни № 177 затожены 3 мониторинговые площадки. На каждой площадке в течение всего вегетационного сезона (с апреля но октябрь) производился периодический отбор (каждые 15 дней) проб отдельных органов (генеративных (цветки) и вегетативных (листья и стебли, в т.ч. стебли прошлого года и прирост)) кустарника - ивы (Salix triandra). Во всех пробах определялась удельная активность радионуклидов ,37Cs, 90Sr, 241Am и 239"240Pu.

На гистограмме (рис. 2а)^ показано усредненное отношение содержания радионуклидов 137Cs, 90Sr и 239+240pu в вегетативных (стеблях и листьях) и генеративных (цветках) органах ивы (Salix triandra) по данным с трех мониторинговых площадок за весь период исследования, нормированное на концентрацию в стеблях. Значения удельной активности 241 Am в растениях оказались ниже предела обнаружения.

Концентрация радионуклидов b7Cs и 90Sr в генеративных органах (цветках) в целом ниже, чем в вегетативных (листьях и стеблях), хотя содержание 137Cs в цветках превышает его содержание в стеблях, при этом основное содержание обоих радионуклидов отмечается в листьях. Значимые величины удельной активности ' 9+ 40Ри чаще всего встречаются именно в цветках (1,4-2,3 Бк/кг) и сравнительно меньшие - в вегетативных органах (0,6-1,8 Бк/кг).

Ю цветни 0 стебли Е] листья л - число случаев

-стебли {прошлого года) о цветки листья —♦—стебли (прирост]

75 90 10S 120 135 150

Период исследования, дней

Рис.2. Среднее отношение содержания радионуклидов u'Cs, 90Sr и Ри в различных органах ивы (Salix triandra) (а); динамика содержания ,0Sr в иве (Salix triandra) (6) Динамика содержания радионуклидов в отдельных органах ивы (Salix triandra) в течение вегетационного периода, показанная на графике (рис. 26), представлена только для одной мониторинговои площадки и только для радионуклида Ьг из-за отсутствия достаточного количества значимых величин активностей <_s, Am и 239+240pu определенная тенденция роста концентрации радионуклида 90Sr в иве (Salix triandra) прослеживается для листьев и стеблей прироста, при этом значения удельной активности 40Sr в стеблях прошлого года в среднем варьируют в пределах погрешности. В целом, динамика содержания 90Sr в рассмотренных вегетативных органах ивы (Salix triandra) имеет достаточно сложный характер, что может быть связано как с условиями произрастания (непосредственно в радиоактивно-загрязненном водотоке), гак и с физиологическими особенностями исследуемого растения.

Дополнительные исследования динамики содержания радионуклидов lj7Cs и Sr в надземной части растений в течение вегетационного периода в зависимости от основных фаз вегетации проводились для отдельных видов естественных луговых трав в районе штольни №176. Для этого на 6 мониторинговых площадках производился периодический (через каждые 15 дней) отбор проб надземной части растений (волоснеца (Leymus angustus) и пижмы (Tanacetum vulgare)). Динамика

средних значении удельной активности виде графиков (рис. 3).

Cs и Sr для каждого вида представлена в

-пижма волоснац

-пижма -®-8олоснец

Г ? i 1»

-4

v--

Период исследования, дней

V-

Период исследования, дней 137 f

Рис. 3. Динамика средних величин удельной активности ' С$ и Sr и исследуемых растениях в зависимости от основных фаз вегетации

На основании полученных результатов можно сказать, что динамика содержания радионуклида Ь7С$ для разных видов исследуемых растений не одинакова и носит несколько хаотичный характер. Более равномерное накопление в течение всего вегетационного периода можно наблюдать для радионуклида 905т. Анализ

полученных данных показывает, что его содержание в исследуемых видах растений резко увеличивается с началом цветения и возрастает на протяжении всего вегетационного периода. Максимальное накопление радионуклида 90Sr. также как и J Cs, приходится на обсеменение, а также на осеннюю фазу вегетации.

4.2 Выявление количественных параметров переноса радионуклидов из почвы в надземную часть растений

Для установления статистически достоверных значений Кн для отдельных видов растений луговых экосистем в местах радиоактивного загрязнения вдоль водотоков штолен № 176 и № 177 заложено соответственно 30 и 36 исследовательских площадок, на которых сопряженно производился отбор проб почвы и надземной части растений. В качестве опытных видов растений в районе штольни № 176 выбраны пижма (Tanacetum vulgare), шиповник (Rosa spinosissimá) и волоснец (.Leymus angustus), в районе штольни № 177 - пижма (Tanacetum vulgare), иван-чай (Chamaenerium angustifolium) и бодяк (Cirsium ai~vense).

В пробах, отобранных в районе штольни № 176, определялась удельная активность радионуклидов ,37Cs и 90Sr, в районе штольни № 177 - l37Cs, 90Sr, 239+240pu и Аш. Данные содержания радионуклидов в исследуемых видах растений и почвах представлены в таблице 1.

Таблица 1. Диапазоны значений удельной активности радионуклидов I37Cs, 90Sr, Ри и 241 Am в исследуемых растениях и почвах в районе штолен № 176 и № 177

Объект исследования Диапазон значений удельной активности. Бк/кг

Cs Sr w,Am

Min | max min | max min j max ninl max

район штольни № 176

пижма [0,12±0,02)*10 {8,7±0,1)*10 (12±2)*10J (2,5+0,3)*10a _

шиповник (0,03+0,01)*10J (1,2+0,1)*10й 4,4+0,8)*10J (2,7±0,4)*10i _ _ _

волоснец :0.03±0.01)*10J (5,4±0,1)*104 3,9±0,8)*10J (2,1+0,3)40'' - _ _

почва <0,03+0,01 )*10J 45,2±0,1)*10" (0,6±0,2)*10J (3,3±0.4)*10" _ _ _

район штольни № 177

пижма 101+3 (30+4П01 (85±10)'10J 0,9+0,2 57+1

иван-чай 38±4 (7+1)*10J (150±20)*10J 35+5 2+1

бодяк _** 540±4 ioo+ionoJ (320+40)4 0J 90+10 4+1

почва 16±3 11300+100 1,8±0,4)*10J (130±15)*10J (2,9+0,04)*10J 12,2+0.1Г10 380+10

Примечание; * - ниже предела обнаружения: IJ'Cs - <0 1 ¿*'/\m - <0 3

Уровень радиоактивного загрязнения как почв, так и растений выбранных исследовательских площадок варьирует в довольно широком диапазоне. Значения удельной активности 241Ат в растениях минимальны и зачастую количественно не определены.

Сравнительное распределение Кн радионуклидов '"Се и 908г исследуемыми видами растений в районе обеих штолен представлено в виде гистограмм частоты встречаемости их значений, выраженных в виде десятичных логарифмов (рис. 4).

Е шиповник

■волоснец

С 4

§5

си

О.

с 3

Ig Кн lä'Cs район штольни Ns 176

Ig Кн '»Sr район штольни № 176

ЕЭ иван-чай

I бодяк

□ иван-чай

I бодяк

1 I

-з -2.5 -2 -1,5 -1 "0.5 О 05 1 1,5 .3 -2.5 -2 -1.5 -1 -05 0 0.5 1 1.5

^ Кн ШС5 Кн '"Бг

район штольни № 177 район штольни № 177

Рис. 4. Распределение значений % Кн '"Сь и 'в5г исследуемыми растениями в районе

штолен № 176 и № 177

Различия в распределении значений Кн видны как для отдельных видов растений, так и для разных радионуклидов, причем более резко выражены для '"Се, чем для 905г. Так, в районе штольни № 176 для волоснеца диапазон значений Кн Ь7Сз меньше (два порядка), чем для пижмы и шиповника (по три порядка), а в районе штольни № 177 диапазон значений Кн и7Сэ меньше для пижмы (один порядок), чем для бодяка

(два порядка) и иван-чая (три порядка). Средние же значения Кн

1",

Яг. в отличие от

'Се, в целом смещены в сторону больших величин, следовательно, в большей степени в растениях накапливается именно 908г. Определенное исключение составляют данные для пижмы в районе штольни № 177, средние значения Кн 8г которой не превышают единицы. Также необходимо отметить, что определенный сдвиг значений Кн '"Сэ в сторону меньших величин прослеживается для всех исследуемых растений в районе штольни № 177.

Видовые особенности растений обуславливают различия в накоплении радионуклида |37Св от 2 до 10 раз, 9С5г - от 2 до 6 раз, 235К240Ри - в 2 раза.

Учитывая все полученные данные (в том числе результаты дополнительных исследований в районе штольни № 176, приведенные в диссертации), выполнено обобщение параметров накопления '"Сб, 908г и 239^240Ри растениями луговых экосистем в районе водотоков штолен на площадке «Дегелен». В таблице 2 представлены некоторые статистические показатели Кн данных радионуклидов.

Таблица 2. Статистические показатели Кн

137Сз, "вг и

¡'и для растений луговых

экосистем в районе радиоактивных водотоков штолен на площадке «Дегелен»

Радионуклиды П т1п - тах ем ввР АМ ЭР

,3'Сз 134 0,0014-16 0,20 7,3 1,07 2,4

13? 0,10-29 1,7 2,1 2,3 2,8

239*240ри 32 0,00016-0,13 0,0059 5,9 0,021 0,034

п - число случаев; ОМ-ср. геом. (вЭР - станд. откл.), АМ - ср. ариф. (БР- станд. откл.)

Как видно из представленной таблицы, параметры накопления Сб, ' 5г и 239+240рц для исследуемой территории характеризуются большими диапазонами значений Кн данных радионуклидов. Прежде всего, это может быть обусловлено состоянием самих радионуклидов, формы нахождения которых напрямую зависят от характера их поступления в экосистему водотоков штолен и их дальнейшего взаимодействия со всеми ее компонентами. Учитывая постоянный вынос водорастворимых форм радионуклидов водотоками из штолен, на исследуемой территории имеют место два механизма поступления радионуклидов в растения лугового биогеоценоза: из почвы и из раствора. Накопление всех исследуемых радионуклидов изменяется в следующем ряду убывания: Кн Бг > Кн " Сэ > Кн

4.3 Оценка влияния некоторых физико-химических свойств почв на накопление радионуклидов растениями

Возможность причинно-следственной связи между параметрами накопления радионуклидов растениями, т.е. Кн, и некоторыми физико-химическими свойствами луговых почв рассмотрена при обобщении результатов по штольням № 176 или № 177 для одного вида растений (пижмы (Tanacetum vulgare)) (рис. 5).

£ штольня 176 □штольня 177

3.0 2,5 2.0

1 1.0 0,5

..«Д. ,,»..,.

ib.

>п

тЧВР

физическая глина, %

Рис. 5. Зависимость Кн от некоторых физико-химических свойств луговых почв (для

пи немы)

Представленные графики отражают как разницу в значениях Кн, так и разницу в физико-химических свойствах почв для обеих штолен. Так, почвы в районе штольни № 176 характеризуются более легким механическим составом и лучше промыты от водорастворимых солей, чем почвы в районе штольни № 177, при этом содержание гумуса в районе обеих штолен относительно одинаковое, а Кн как 137Cs, так и 90Sr для пижмы в районе штольни № 176 выше, чем в районе штольни № 177. Таким образом, можно предположить, что сравнительно меньшее накопление радионуклидов растениями в районе штольни № 177 может быть связано именно с более тяжелым механическим составом и повышенным содержанием солей в почвах в районе этой штольни.

4.4 Оценка влияния форм нахождения радионуклидов в почве на их накопление растениями

Некоторая прямая зависимость была установлена между Кн 137Cs и обменной формой содержания данного радионуклида в почвах, а также для всех исследуемых видов растений между Кн 90Sr и его водорастворимой формой содержания в почвах в районе штольни № 176, и обменной - в районе штольни № 177. Сравнительный анализ проведен для пижмы (Tanacetum vulgare) в районах штолен № 176 и № 177 (рис. 6).

3,0 2,5

.л 2'°

I1'5 1,0

0,5

0,0

в штольня 176 □штольня 177

.....

я 176 □

* «

♦

10,000

1,000 а

3 0,100 ......

3 Й 0,010

0,001

...*.......

.....

.........в.

3,0 2,5

й2'° !

Г 1,5 ;

0^5 I ■!

0,0 I

Ъ штольня 176 О шт(

□ -ф"

, водорзс.

ленного 9

Рис. 6. Зависимость Кн от форм нахождения радионуклидов (для пижмы) Полученные зависимости также в целом подтверждают определенное влияние более высокого содержания в почвах наиболее доступных растениям форм радионуклидов (водорастворимой и обменной) на повышение уровня их накопления растениями, в частности, пижмой в районе штольни № 176.

4.5 Оценка влияния некоторых макроэлементов и стабильных изотопов на накопление радионуклидов растениями

Зависимости накопления радионуклида 137Сз растениями от содержания в почвах его элементов аналогов (К, Ыа) и стабильного изотопа Сб не установлено. Некоторая обратная взаимосвязь накопления наблюдается для радионуклида 908г от содержания в почвах в районе штолен № 176 и № 177 водорастворимых и обменных форм элементов-аналогов Са и и его стабильного изотопа 8г (рис. 7).

&^1тольня N9 176 Оштольня№177

©штольня №176 О штольня №177 3

; _2.5 ®

■Г 2 а

; Х1.5

• штольня № 176 Оштольня№177

0.5 0

• тольня № 176

2.5 * •

8 ' *15 VI

0.5 0 ж

0 500 1000

водорастворимый Са, мг/л

Рис. 7. Зависимость Кн "'Л> от содержания в почвах в районах штолен № 176 и № 177 водорастворимых и обменных форм некоторых элементов и стабильных изотопов Влияние элементов К, 1Ча, Са и на накопление 239'240Ри растениями отсутствует. Некоторая обратная связь просматривается лишь для Ре и А1, что может быть связано с сорбцией 23 ~240Ри гидроксидами этих металлов.

4.6 Исследование зависимости накопления 137Сб растениями от содержания в почве его стабильного изотопа

В районе штольни № 176 проведен натурный эксперимент в естественных условиях по исследованию зависимости накопления |37Сз растениями от содержания в почве его стабильного изотопа. Полученные данные показали отсутствие влияния внесенного стабильного Сб на накопление растениями 137Сз в условиях проведенного эксперимента.

ГЛАВА V. НАКОПЛЕНИЕ РАСТЕНИЯМИ РАДИОНУКЛИДОВ, ОБРАЗОВАВШИХСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОВЕДЕНИЯ НАЗЕМНЫХ ИСПЫТАНИЙ НА СИП

5.1 Количественные параметры переноса радионуклидов из почвы в надземную часть растений на площадке «Опытное поле»

п 137^ 90г.

Для выявления количественных параметров переноса радионуклидов Cs, br, 2j9'"40Pu и 24lAm из почвы в надземную часть растений стенных экосистем в местах проведения наземных испытаний было заложено 32 исследовательские площадки на 12-ти выявленных эпицентрах на площадке «Опытное поле» (по 2-4 площадки на каждом эпицентре) (рисунок 1). На основании данных загрязнения почв трансурановыми радионуклидами, в том числе 24|Аш, на «Опытном поле» дополнительно было заложено 10 исследовательских на радиоактивно-загрязненных участках между эпицентрами - в местах ближних выпадений от наземных испытаний. С каждой площадки сопряженно отобраны надземные части исследуемых видов растений ковыль (Stipa capillata), типчак (Festuca alesiacá) и полынь (Artemisia sublessingiana, A. marschalliana) и смешанная проба почвы. Во всех пробах определена удельная активность радионуклидов 241Am, b7Cs, 90Sr и 2j9+240pu (таб. 3).

Таблица 3. Диапазоны значений удельной активности радионуклидов 137С5, 8г, 239+240рц и М1дт в исследуемых растениях и почвах степных экосистем на «Опытном поле»

Объект исследования Диапазон значений удельной активности, Бк/кг

137Cs 90Sr 23S-240pu г"'Ат

min i max min max min | Max min I max

эпицентры наземных испытаний

ковыль 2.1+0,2 103+1 9,4±1,1 1970±10 1.8+0.1 9500±300 0,26±0,07 530+1

типчак 0,87±0,4 33±1 5,4+0,6 260±20 2,4+0,1 120±4 0,36+0,09 14,1±0,3

полынь 0,48+0,1 43+1 3,1±1,6 2090+10 1,8±0,1 1600+100 0,18±0,07 198±2

почва 340±30 В000±1000 560±240 29000±3800 900±100 1300000±80000 700+70 101600+10000

зона ближних выпадений

ковыль 0,82±0,3 31±1 5,4±0,6 72+6 2,3±0,1 35±1 0,39+0,20 2,5+0,3

типчак 1,5+0,7 6.8±0,9 8,1+2,7 26+4 1,1+0,1 18±1 0,4+0,2 2,2±0,3

полынь 2,5±0,3 22±4 7,3±0,9 180±30 2,9+0,1 4800±200 0,21+0,11 94±1

почва 18+1 860±10 300+120 2600±500 105±15 41000±3000 49±2 1460±10

Распределение значений юТ^Ат и " Ри между различными видами растений в эпицентрах проведения наземных испытаний и между ними представлены в виде гистограмм частоты встречаемости Кн данных радионуклидов (рис. 8).

В целом значения Кн 241Аш и 2j9+240Pu для участков, расположенных в зонах ближних выпадений, сдвинуты в сторону больших величин. Наибольший диапазон значений Кн в эпицентрах проведения наземных испытаний отмечается для полыни (Artemisia sublessingiana), в зонах ближних выпадений - для ковыля (Stipa capillata).

Видовые особенности растений обуславливают различия в накоплении радионуклида ,37Cs от 2 до 4 раз,241 Ат - от 2 до 5 раз, 90Sr и 2j9+240pu _ в 3 раза.

Определенные различия в накоплении радионуклидов растениями отмечаются на отдельных эпицентрах. На рис. 9 представлены средние значения Кн l37Cs и 90Sr для растения ковыль (Stipa capillata).

1д Кн г4,Ат

а.

□полынь ^

—...............— ■ 6

ф со

-.......................... г

» >« >

9' » 9? » 1д Кн М1Ат

!д Кн *»*™Ри

1д Кн гзв.2<ори

Рис. 8. Распределение значений Кн 241 Лт и 239*2мрц ,)ля исследуемых видов растений в эпицентрах (а, б) и между ними (в, г)

¡1

г.....,«I.......Л Л ||

иппипп

•п» "52 Г>м? "I"

Рис. 9. Средние значения кн '"а и 5> для каждого из исследуемых эпицентров (для растения ковыль (Ъпра сарИШа))

Явное смешение значений Кн в сторону больших величин отмечается для радионуклида 908г на 8-м, 10-м и 11-м эпицентрах и '"Се- на 10-м эпицентре.

Для того, чтобы в целом рассмотреть особенности накопления радионуклидов степными растениями в местах проведения наземных ядерных испытаний на «Опытном поле» проведем обобщение всех полученных данных. В таблице 4 представлены некоторые статистические показатели Кн 137С8, 908г, 241Ат и 239+240Ри.

Как видно из представленной таблицы, параметры накопления радионуклидов для исследуемой территории характеризуются большими диапазонами значений Кн, которые для ШС8 составляют 2 порядка, для 908г - 3 порядка, а для радионуклидов трансуранового ряда (241 Ат и 239+240Ри) достигают 4-х порядков.

Таблица 4. Статистические показатели Кн |37С$, ^г, 241Ат и Ы9+240ри для растений степных экосистем на площадке «Опытное поле»

Радионуклиды | п | гтп - шах | СМ | вБО | АМ 1 Бй

Эпицентры

7Сэ 72 0,00023-0,07 0,0028 3,6 0.0061 0.01

90Эг 67 0,002-1,1 0,023 3,6 0,065 0,16

241 Ат 73 0,000004 - 0,064 0,00052 3,8 0,0019 0,0075

239«240ри 66 0,000011 -0,13 0,0014 5,6 0,0060 0,018

участки между эпицентрами

1Э7Сз 30 0,0029-0,30 0,020 3,1 0,042 0,068

Э05г 24 0,0038-0,18 0,026 2,7 0.040 0,041

241 Ат 23 0,00050-0,42 0,0056 4,2 0,025 0,086

239-»240ри 29 0,000090-0,27 0,0068 6,6 0,024 0,051

п - число случаев; вМ - ср. геом. (ввй - станд. откл.), АМ - ср. арис з. (БР - станд. откл.)

Несмотря на высокую вариабельность, значимая разница в накоплении радионуклидов отмечается для отдельных участков площадки «Опытное поле» -сравнительно более низкие значения Кн Ь7Сэ, а также И1Аш и 2-,9+М0ри отмечаются в эпицентрах проведения наземных испытаний, тогда как более высокие в зонах ближних выпадений. Более равномерное накопление наблюдается для радионуклида '"Бг, что может быть связано с его большей подвижностью в системе «почва-растение». Однако, исходя из полученных данных, в целом на территории «Опытного поля» можно выделить 2 территории с принципиально разными типами радиоактивного загрязнения: эпицентры непосредственного проведения наземных испытаний и участки так называемых «следов» ближних выпадений, расположенных между ними. Накопление всех исследуемых радионуклидов изменяется в следующем ряду убывания:

Кн ^г > Кн 137Сз > Кн 239+240Ри > Кн 24,Аш

5.2 Особенности поступления радионуклидов из почвы в растения в зонах радиоактивных выпадений при прохождении радиоактивного облака («след» от взрыва 1953 года)

В разделе 5.2 рассмотрено распределение значений Кн радионуклидов ь7Сэ, 908г.

239+240г» 241 .

Ри и Аш в зависимости от расстояния по оси «следа» от эпицентра взрыва 1953 года, произведенного на площадке Г1-1. Выявлено, что по мере удаления по «следу» от эпицентра проведения испытания увеличиваются и значения Кн радионуклидов, что говорит о повышении биологической доступности радионуклидов в почвах. Минимальные значения Кн 903г, 137Сз, 239+240ри и 241Ат наблюдаются в районе непосредственного эпицентра проведения наземного термоядерного испытания, а максимальные - на расстоянии более 100 км по «следу» от него (рис. 10).

расстойние по "следу- по мере илаления от п-1, км Н7Я,- «О. 2тт„ 241 ,

Ри и Ат по оси

Рис. 10. Распределение значений Кн радионуклидов Сэ, Яг,'

«следа» по мере удаления от эпицентра взрыва 5.3 Переход радионуклидов из почлы в растения на условно «фоновых» территориях СИП

На большей части территорий СИП не проводилось каких-либо ядерных испытаний, но их загрязнение, помимо глобальных выпадений может быть обусловлено выпадениями от наземных испытаний, проведенных на площадке «Опытное поле». Для оценки параметров перехода радионуклидов из почвы в растения на таких условно «фоновых» территориях СИП («северная», «западная», «юго-восточная» части СИП, а также район месторождения «Коскудук» (рисунок 1)) на участках со сравнительно повышенными значениями удельной активности радионуклидов в почве заложено 52 исследовательские площадки. На каждой площадке сопряжено произведен отбор проб почвы и степного разнотравья (табл. 5).

170, '"вг,

Таблица 5. Диапазоны значений удельной активности радионуклидов

239+240« 241 ........................................................... _ , '_____

Объект исследования Диапазон значений удельной активности, Бк/кг

Се Эг 239+240р и Ат

гтип тах ггш тах Мт тах тт тах

растения 0,21 ±0,08 7,9±0,2 0,92+0,29 30±6 [3,059+0,016 2,5±1,3

почва 4,5±0,2 110+2 1,0±0,3 204+8 1,2+0,4 190+6 17±4

Примечание: * - ниже предела обнаружения: Л1Ат - <0,3 (для растений), <1 (для почвы

6 представлены некоторые статистические показатели Кн

В таблице радионуклидов.

Таблица 6. Статистические показатели Кн '37С$, экосистем на условно «фоновых» территориях СИП

'С- .. 239+240«

аг и Ри для растении степных

Радионуклиды п гшп - тах ем СЭО АМ

"'Се 39 0,003-0,3 0,030 3,2 0,057 0,073

18 0,0079-1,73 0,25 4,1 0,45 0,42

239+240ри 32 0,00075-0,21 0,019 3,4 0,036 0,044

п - число случаев; ЭМ - ср. геом. (ЭЭР - станд. откл.), АМ - ср. ариф. (БО - станд. откл.)

Параметры накопления радионуклидов для исследуемой территории, по сравнению с участками водотоков штолен площадки «Дегелен» и «Опытным полем», характеризуются меньшими диапазонами значений Кн, которые для '"Ся составляют 2 порядка, а для 908г и 239+240ри - по 3 порядка. Более равномерное накопление может объясняться более однородным характером радиоактивного загрязнения исследуемой

территории. В этих условиях разница в накоплении радионуклидов растениями, прежде всего, будет зависеть от физико-химических свойств почв и биологических особенностей самих растений. Накопление радионуклидов изменяется в следующем ряду убывания: Кн 90Sr > Кн ,37Cs > Кн 239+240ри.

5.4 Параметры накопления радионуклидов степными растениями на площадке проведения испытаний боевых радиоактивных веществ (БРВ)

Кроме ядерных взрывов на территории СИП были проведены наземные испытания радиологического оружия, снаряженного боевыми радиоактивными веществами (БРВ), на площадке «4а» (рисунок 1). Для оценки параметров накопления радионуклидов в местах испытания БРВ на участках радиоактивного загрязнения заложено 10 исследовательских площадок. На каждой площадке произведен сопряженный отбор проб растений по видовому составу (ковыль (Stipa capillatá), типчак (Festuca valesiaca) и полынь (Artemisia sublessingiana)) и смешанных образцов почв. Из-за высоких концентраций радионуклида 90Sr возникли сложности с определением удельной активности радионуклидов ,j7Cs и 24'Ат, предел обнаружения которых оказался существенно завышенным (табл. 7). Таблица 7. Диапазоны значений удельной активности радионуклидов 1 в исследуемых растениях и почвах в районе испытаний БРВ__

Cs, Sr и Am

Объект исследования

Диапазон значений удельной активности, Бк/кг

max

min

Max

280±60

7,9 10 ±1,2-10

3,410 ±0,4 10

270±701JH0 ±0,3-10

6,4-10 гЮ.бЮ3

550±110 i5,6-104±0,7-104

1,5-106±0,2-106

7±1

10600±2100|3,6-104±0,4Ю4 3,1-105±0,3-10:

160±30

Примечание: * - ниже предела обнаружения: Сб - <10-50; 241Ат - <4-40 (для растений), <7-20 (для почвы)

Значения Кн '"Бг (от 0,15 до 6,3, вМ - 1,2 (080 - 2,4), АМ - 1,7 (вО - 1,4)), в большинстве случаев превышающие единицу, в границах исследуемой территории до 2-х порядков выше, чем имеющиеся количественные значения Кн 137Сз (от 0,025 до 0,052).. Определенная разница отмечается в накоплении радионуклидов разными видами растений — Кн Ь7Ся и Кн 905г для полыни в среднем в 2-3 раза выше, чем для ковыля и типчака.

5.5 Изучение и оценка влияния некоторых физико-химических свойств почв на накопление радионуклидов растениями на площадке «Опытное поле»

Проведенные исследования показали отсутствие влияния кислотности, содержания в почве гумуса и физической глины на накопление радионуклидов г41Ат,

Cs,

90Sr и 2j9+240Pu для растения ковыль (Stipa capillata) в эпицентрах проведения

наземных испытании.

5.6 Исследование зависимости накопления 137С5 растениями от содержания в почве его стабильного изотопа

На данном этапе исследований явных различий в накоплении |37Сз степными видами растений в зависимости от количества внесенного стабильного цезия (СбЬГОз) не выявлено.

ГЛАВА VI. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ РАСТЕНИЯМИ НА ТЕРРИТОРИИ СИП

6.1 Сравнительный анализ параметров накопления радионуклидов растениями для различных участков СИП

Для оценки параметров накопления радионуклидов |37Сб, 908г, 239+240ри и 241 Дт растениями для различных участков СИП проведен сравнительный анализ полученных коэффициентов накопления (Кн) для эпицентров проведения наземных испытаний, «следов» радиоактивных выпадений, условно «фоновых» территорий и зон радиоактивных водотоков. Дополнительно рассмотрены Кн 903г для мест испытаний БРВ. Распределение значений Кн '"Сб, 908г, 241Аш и 239+240ри для различных исследуемых территорий СИП рассмотрим в виде гистограммы частоты встречаемости ^Кн (рис. 11).

эпицентры наземных испытаний

|2<,Агт □ 239'2ИРи □'»с*

•3.25 .2 Г5

-а 25 -4.75

следы радиоактивных выпадении

■0 25 0 25

1 25 1д КН

1д Кн

условно "фоновые" территории

e_-.lzr.Z-" "Г.

радиоактивные водотоки

--ТТ......01........^ПгДкЖ

-5 25 -4 75 -125 -3 75 -

места испытания БРВ

|д кн

1д Кн

Рис. 11. Распределение значений Кн 241 Ат, 239+240Ри, 137 Сч и 90вг для исследуемых

территорий СИП

Представленная гистограмма наглядно демонстрирует, что характер распределения ^ Кн 137Сэ, 908г, 239+240Ри и 241Аш близок к нормальному, поэтому в качестве средних величин Кн данных радионуклидов для исследуемых территории наиболее верно будет использовать среднее геометрическое (вМ). Таким образом, в таблице 8 приведены установленные в результате проведенных исследований средние значения Кн радионуклидов '"Сб, 908г, 239+240Ри и 24|Аш.

Таблица 8. Установленные средние значения коэффициентов накопления радионуклидов П7С$, ^г, ц,+240ри и 241Лщ для исследуемых территорий_

Исследуемая территория Установленные средние значения коэффициентов

СБ ¿г "'Ат

п = 275 п = 276 п= 159 п = 96

эпицентры наземных испытаний 0,0028 0,023 0,0014 0,00052

«следы» радиоактивных выпадений 0,020 0,026 0,0068 0,0056

условно «фоновые» территории 0,030 0,25 0,019 -

зоны радиоактивных водотоков 0,20 1,7 0,0059 -

места испытаний БРВ - 1,2 - -

п - общее число случаев

В среднем минимальное накопление всех рассмотренных радионуклидов отмечается на «Опытном поле», далее увеличивается по «следам» радиоактивных выпадений и на условно «фоновых» территориях. Наибольшие значения коэффициентов накопления характерны для зон радиоактивных водотоков и мест испытания БРВ. Различия в Кн для '"Сб достигают 71 раза, 905г - 74 раз, 239+240Ри - 14 раз, 241 Ат - 11 раз. Тем не менее, ряд убывания радионуклидов по их способности к накоплению растениями имеет следующий вид: Кн 908г > Кн |37Сн >Кн 239+240ри > Кн 241Ат. Кн 908г в среднем в 8 раз превышают Кн Ь7Сэ и до 16 раз Кн 239+240Рц. Значения Кн 239+240рц до 3 раз выше Кн 24|Аш.

Полученные количественные характеристики радиоактивного загрязнения и разница параметров накопления радионуклидов растениями являются основой для радиоэкологического зонирования территории СИП, на основании которой выделены участки с низкими темпами миграции радионуклидов в системе «почва-растение» (эпицентры наземных испытаний) и высокими (зоны радиоактивных водотоков и места испытания БРВ), а также территории, которые могут быть возвращены в хозяйственное использование.

6.2 Использование параметров накопления для оценки радиоактивного загрязнения растительного покрова отдельных территорий СИП с целью их дальнейшей передачи в хозяйственное использование

Учитывая неоднородность радиоактивного загрязнения территории СИП, делать выводы о среднем содержании радионуклидов в растительном покрове на основании отдельных анализов растений не корректно. Для более объективной оценки среднее содержание 137Сз, ^Бг, 2^+240Ри и 24|Ат в растительном покрове рассчитывается на основании средних значений Кн данных радионуклидов для соответствующих участков СИП и их средней удельной активности в почвах исследуемых территорий. Например, для «северной», «западной», «юго-восточной-1» (ЮВЧ-1) и «юго-восточной-2» (ЮВЧ-2) частей СИП (рисунок 1), территории которых по характеру радиоактивного загрязнения отнесены к условно «фоновым», в качестве Кн Ь7Сз, Кн905г и Кн^9+240Ри было принято считать средние значения Кн для соответствующих территорий (табл. 8), в качестве Кн 241 Ат использованы литературные данные (МАГАТЭ, 2009) (табл. 9).

Исходя из проведенного расчета, предполагаемое содержание радионуклидов '"Сб и 908г в растениях не превышает 3 % от предельно-допустимых уровней радиоактивного загрязнения кормовых трав ('"Сэ - 74 Бк/кг, 905г - 111 Бк/кг), установленных Минсельхозом Республики Казахстан (1994). Концентрация 239+240ри и 241Аш в растениях не нормируется, однако, исходя из степени общей радиотоксичности каждого, можно предположить, что допустимые уровни по 239+240Ри, 241 Ат будут ориентировочно на порядок меньше, чем по 908г (Гигиенические нормативы, 2012), примерно по 10 Бк/кг. При этом расчетные значения удельной

активности 239+240ри и 241Ат составляют менее 2 % от предполагаемых допустимых уровней.

Таблица 9. Расчет удельной активности искусственных радионуклидов в растениях

Исследуемая территория Средняя удельная активность, Бк/кг Искусственные радионуклиды

Сэ ^Бг 233»240ри Ат

Коэффициенты накопления 0,030 0,25 0,019 0,002

«северная» часть в почве 17 10 4,1 0,8

в растениях (расчетная) 0,51 2,5 0,078 0,0016

«западная» часть в почве 18 6 6,5 1,1

в растениях (расчетная) 0,54 1,5 0,12 0,0022

ЮВЧ-1 в почве 19 3,4 3,7 0,7

в растениях (расчетная) 0,57 0,85 0,070 0,0014

ЮВЧ-2 в почве 23 6,3 7,4 0,8

в растениях(расчетная) 0,69 1,6 0,14 0,0016

Таким образом, уровни загрязнения травянистой растительности искусственными радионуклидами Ь7С5, 908г, 239+240Ри, 24,Аш «северной», «западной» и «юго-восточной» зон СИП не превышают установленных нормативов, выделенные участки могут использоваться под сенокосы и пастбища при возвращении территории в хозяйственное использование.

ВЫВОДЫ

1. Разработана методология радиоэкологического обследования СИП с учетом видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения. Методологический подход включает выделение участков загрязнения, сформировавшихся в результате наземных испытаний, радиоактивных выпадений (ближних, дальних), выноса радионуклидов с водотоками из штолен и проведения испытаний боевых радиоактивных веществ (БРВ). При комплексном обследовании территории СИП на единой методической базе определяются радионуклидный состав загрязнения, основные физико-химические свойства почв, показатели подвижности радионуклидов в почвах, видовой состав луговой и степной растительности, количественные параметры миграции.

2. Определены параметры накопления радионуклидов в растениях в зависимости от вида проведенных испытаний, характеристик загрязнения территории, подвижности радионуклидов в почвах и видовых особенностей растений. Максимальные значения удельной активности 137Сз (87 кБк/кг) отмечены в районе радиоактивных водотоков, 905г (1500 кБк/кг) - в местах испытания БРВ, 239+240Ри (9,5 кБк/кг) и 241Аш (0,53 кБк/кг) - в эпицентрах проведения наземных испытаний. Выявлено увеличение коэффициентов накопления радионуклидов растениями в зонах «следов» и на условно «фоновых» территориях по сравнению с территориями эпицентров наземных испытаний, максимальное накопление отмечено в зонах радиоактивных водотоков и в местах испытания БРВ. Различия в Кн для 137Сэ достигают 71 раза, 903г - 74 раз, 239+240ри _ 14 раз; 241Аш - 11 раз. Минимальные Кн для эпицентров проведения наземных испытаний составили: "Бг - 0,023 > 137Сз -0,0028 > "9+240ри - 0,0014 > 24'Аш - 0,00052; максимачьные Кн для зон радиоактивных водотоков: 90Бт - 1,7 > 137Ся - 0,20 > 239+240ри - 0,0059.

3. Получен ряд радионуклидов по их способности к накоплению растениями из почв: 905г > '"Сэ > 239+240ри > 24|Аш. Кн 9°8г в среднем в 8 раз превышают Кн '"Сб и до 16 раз Кн 239+240Ри. Значения Кн 239+240Ри до 3 раз выше Кн 241 Аш.

4. Максимальные коэффициенты накопления 137Cs и ^Sr получены для растений луговых экосистем, почвенный покров которых представлен почвами с легким механическим составом, что обусловлено повышенным содержанием доступных растениям форм радионуклидов (водорастворимой и обменной). Установлено влияния содержания в почве Ca, Mg и Sr на Кн 90Sr и AI, Fe на Кн 2j9+240Pu. Влияния рассмотренных физико-химических свойств светло-каштановых почв на накопление радионуклидов растениями не выявлено. Увеличение параметров накопления радионуклидов растениями отмечено по оси «следа» от взрыва 1953 года по мере удаления от эпицентра, что может быть обусловлено влиянием форм нахождения радионуклидов в почвах.

5. Показано, что видовые особенности растений луговых экосистем обуславливают различия в накоплении радионуклида 137Cs от 2 до 10 раз, 90Sr - от 2 до 6 раз, 239+240ри - в 2 раза, растений степных экосистем - ,37Cs от 2 до 4 раз, 241Ат -от 2 до 5 раз, 90Sr и 239+240ри _ в 3 раза. Максимальная концентрация 137Cs и 90Sr отмечена в листьях, 239+240Ри - в цветках. Содержание радионуклида 90Sr в растениях резко увеличивается с началом цветения и возрастает в течение всего вегетационного периода, максимальное накопление b7Cs и 90Sr приходится на осенние месяцы (фаза обсеменения).

6. Полученные количественные характеристики радиоактивного загрязнения и параметры миграции радионуклидов в системе «почва-растение» позволили оценить радиационную обстановку и провести зонирование территории СИП, на основании которого были выделены участки с высокими темпами миграции, а также территории, которые могут быть возвращены в хозяйственное использование.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Ларионова, Н.В. Поступление радионуклидов из почвы в растения в зоне радиоактивных выпадений на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона / Н.В. Ларионова, С.Н. Лукашенко // Бюллетень Радиация и риск. - 2013. - № 3 - С. 65-71.

2. Ларионова, Н.В. Параметры накопления радионуклидов растениями в местах испытания боевых радиоактивных веществ на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона / Н.В. Ларионова, С.Н. Лукашенко, Н.И. Санжарова // Бюллетень Радиация и риск. - 2013. - № 4 - С. 85-64.

В журналах, сборниках статей и материалов конференций:

3. Ларионова, Н.В. Изучение параметров накопление искусственных радионуклидов растениями лугового биогеоценоза / Н.В. Ларионова, С.Н. Лукашенко, A.M. Кабдыракова [и др.]. // Вестник НЯЦ PK. - Курчатов, 2008. - Вып. 3. - С.ЗЗ -38.

4. Ларионова, Н.В. Особенности накопления техногенных радионуклидов растениями лугового биогеоценоза / Н.В. Ларионова, С. Н. Лукашенко II Вестник НЯЦ PK. -Курчатов: НЯЦ PK, 2010. -Вып. 2. -С.136-144.

5. Ларионова, Н.В. Состояние растительного покрова / Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Радиоэкологическое состояние «северной» части территории Семипалатинского испытательного полигона] / под рук. Лукашенко С.Н. - Вып. 1. -Павлодар: Дом печати, 2010. - 234с. - ISBN 978-601-7112-28-8.

6. Ларионова, Н.В. Особенности накопления техногенных радионуклидов растениями в районе штольневых водотоков площадки «Дегелен» / Н.В. Ларионова, С.Н. Лукашенко, A.M. Кабдыракова [и др.]. // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007 - 2009 гг.] / под рук. Лукашенко С.Н. - Вып. 2. - Павлодар: Дом печати, 2010. - С. 301-320. - ISBN 978-601-

71 12-28-Х.

7. Ларионова, 11.В. Особенности распределения искусственных радионуклидом в системе «почва-растение» в условиях лугового биогеоценоза /' II.И. Ларионова, C.II. Лукашенко, A.M. Кабдыракова, IMO. Магашева // 11роблсмы биогеохимии и геохимической экологии.-2010. -№3(14). -С.137-143.

8. Ларионова, Н.В. Особенности накопления искусственных радионуклидов сгемиыми растениями ми площадке «Опытное иоле» бывшего СИП / Н.В. Ларионова, С.II. Лукашенко, A.I:. Кундузбаена, С Л. Келлер // Вестник МЯ1 [ РК. - Курчатов, 2011. - Выи. 3. - С. 120-124.

9. Стрильчук, Ю.Г. Радиоэкологические состояние «западной» части территории СИП /

К).Г. Стрильчук, Л.О. Лйдарханов, С.В, Генова, Н.В. Ларионова [и др.]. // Лктуапь......

вопросы радиоэкологии Казахский) [Сборник трудов ............ого ядерного центра

Республики Казахстан за 2010 г.| / под рук. Лукашенко С II. - Павлодар: Дом печати, 2011. - Т. 1. - Вып. 3. - С. 81-164 . - ISBN 978-601-7112-32-5.

10. Ларионова, 11.В. Особенное! и перехода искусственных радионуклидов из почвы в растения степных экосистем на площадке «Опытное гюле» бывшего СИП /Н.В. Ларионова, С.II. Лукашенко. Л,И. Кундучбаева |и др.|. // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов 1 1ациональиого ядерного центра Республики Казахстан за 2010 г.] / под рук Лукашенко С.II. Павлодар: Дом печати. 201 1. - Т 2. -Вып. 3. - С. 85-100. - ISBN 978-601-71 12-32-5.

II Ларионова, I I B. Искусственные радионуклиды в расппельном покрове па территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона / Н.В. Ларионова. С П Лукашенко // Сб.тсз. V всемирного конгресса инжиниринга и технологии - WCTT-2012 «11аука и технологии: шаг в будущее» 1-2 июня 201 2 г - Алматы, 2012. - С. 215

12Ларионова, Н.В. Параметры накопления техногенных радионуклидов растениями на различных участках бывшею CI11I /7 1 I B. Ларионова, С.Н.Лукашенко // Тобольск научный -2012: IX Всероссийская (науч.-практ ическая коиф. с междунар. участием), 9-10 ноября 2012 г. -Тюмень: ОАО «Тюменский нчл.дом», 2012. - С.32-36.

13. Ларионова, I I.В. К вопросу о влиянии характера радиоактивного загрязнения почв на накопление искусственных радионуклидов растениями па территории бывшего СИП / Н.В. Ларионова, С.II. Лукашенко. A.M. Кабдыракова, A T. Кундузбаева // Современные проблемы загрязнения почв: сб. мат. IV Междунар. науч. коиф.. 27-31 мая 2013 г. -Москва: МГУ, 2013.-С.128-131.

14. Стрильчук, Ю.Г. Радиоэкологическое состояние «юго-восточной» (район с. Саржал) части территории СИП / ЮГ. Стрильчук. СЛ. Лукашенко, ВВ. Каширский, КУЮ. Яковенко, А.О. Лйдарханов. O.I I. Ляхова, I I.B. Ларионова [и др.]. // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана |Сборш1к трудов Национального ядерною центра Республики Казахстан за 201 1-2012 г.] / иод рук. Лукашенко С.11. - Павлодар: Дом печати, 2013. -Т.1. - Вып. 4. - С. 15-1 16. - ISBN 978-601-71 12-74-5.

15. Ларионова, Н.В. Сравнительный анализ параметров накопления радионуклидов растениями для различных участков бывшего Семипалатинского испытательного полигона / Н.В. Ларионова. С.11. Лукашенко. A.M. Кабдыракова, А.Г. Кундузбаева, А.В. Паницкий, Л.Р. Иванова, Л.Г>. Янкаускас, С Л. Келлер // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов 1 кщионалыюго ядерного центра Республики Казахстан за 2011-2012 г.] / пол рук. Лукашенко С.II. - Павлодар: Дом печати, 2013. -Т.2. - Вып. 4. -С. 149-158. - ISBN 978-601-71 12-74-5

Заказ №28. Тираж 100 экз. Объем 1п.л. Формат 60X84""' Отпечатано па ризографе ГНУ ВНИИСХРАЭ 249032 Калужская обл., г. Обнинск, Киевское шоссе, 109 км.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ларионова, Наталья Владимировна, Обнинск

ФИЛИАЛ «ИНСТИТУТ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИИ» РЕСПУБЛИКАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН»

НАКОПЛЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ РАСТЕНИЯМИ НА ТЕРРИТОРИИ БЫВШЕГО СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА

Специальность: 03.01.01 - радиобиология

Диссертация на соискание учёной степени

л ' Г!4 / С 4 СП7 ич¿О IНЭ!

Ларионова Наталья Владимировна

кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Н.И. Санжарова

Обнинск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................4

ГЛАВА I ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ РАСТЕНИЯМИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)...............10

1.1. Загрязнение почвенно-растительного покрова в результате радиационных аварий, инцидентов и испытания ядерного оружия................10

1.2. Основные закономерности миграции радионуклидов в системе «почва-растение»...................................................................................................18

ГЛАВА II РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА (СИП)...............................................................................................28

2.1. Природно-климатическая характеристика........................................29

2.1.1. Климатическая характеристика.......................................................29

2.1.2. Рельеф.................................................................................................29

2.1.3. Гидрогеологические условия...........................................................30

2.1.4. Гидрография......................................................................................31

2.1.5. Почвенный покров............................................................................32

2.1.6. Растительный покров........................................................................36

2.2. Характер радиоактивного загрязнения территории СИП................40

2.2.1. Испытательная площадка «Дегелен»..............................................41

2.2.2. Испытательная площадка «Опытное поле»...................................45

2.2.3. Зона радиоактивных выпадений при прохождении радиоактивного облака («след» от взрыва 1953 года).......................................50

2.2.4. Условно «фоновые» территории СИП............................................51

2.2.5. Площадка испытания боевых радиоактивных веществ (БРВ).....53

ГЛАВА III МЕТОДОЛОГИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ................................................................................................55

3.1. Экспедиционные работы.....................................................................55

3.1.1. Выбор исследуемых участков..........................................................55

3.1.2. Отбор проб растений и почв............................................................57

3.2. Камеральные работы............................................................................58

3.2.1. Пробоподготовка растений..............................................................58

3.2.2. Пробоподготовка почв......................................................................59

3.3. Лабораторные работы..........................................................................59

3.3.1. Физико-химический анализ почв....................................................59

3.3.2. Элементный анализ...........................................................................60

3.3.3. Радионуклидный анализ...................................................................61

3.3.4. Определение наиболее доступных растениям форм нахождения радионуклидов, их стабильных изотопов и макроэлементов в почвах...........63

ГЛАВА IV РАДИОНУКЛИДЫ В РАСТЕНИЯХ ЛУГОВОГО БИОГЕОЦЕНОЗА В РАЙОНЕ ВОДОТОКОВ ШТОЛЕН НА ПЛОЩАДКЕ «ДЕГЕЛЕН»...........................................................................................................64

4.1. Изучение характера перераспределения и динамики содержания радионуклидов в надземной части растений......................................................65

4.2. Выявление количественных параметров переноса радионуклидов из почвы в надземную часть растений................................................................70

4.3. Оценка влияния некоторых физико-химических свойств почв на накопление радионуклидов растениями.............................................................83

4.4. Оценка влияния форм нахождения радионуклидов в почве на их накопление растениями........................................................................................89

4.5 Оценка влияния некоторых макроэлементов и стабильных изотопов на накопление радионуклидов растениями........................................................93

137

4.6 Исследование зависимости накопления Сб растениями от содержания в почве его стабильного изотопа....................................................99

ГЛАВА V. НАКОПЛЕНИЕ РАСТЕНИЯМИ РАДИОНУКЛИДОВ, ОБРАЗОВАВШИХСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОВЕДЕНИЯ НАЗЕМНЫХ ИСПЫТАНИЙ НА СИП.....................................................................................103

5.1 Количественные параметры переноса радионуклидов из почвы в надземную часть растений на площадке «Опытное поле».............................103

5.2. Особенности поступления радионуклидов из почвы в растения в зонах радиоактивных выпадений при прохождении радиоактивного облака («след» от взрыва 1953 года)..............................................................................119

5.3 Переход радионуклидов из почвы в растения на условно «фоновых» территориях СИП................................................................................................124

5.4. Параметры накопления радионуклидов степными растениями на площадке проведения испытаний боевых радиоактивных веществ..............130

5.5. Изучение и оценка влияния некоторых физико-химических свойств почв на накопление радионуклидов растениями на площадке «Опытное поле».....................................................................................................................136

1 "37

5.6 Исследование зависимости накопления С б растениями от содержания в почве его стабильного изотопа..................................................138

ГЛАВА VI. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ РАСТЕНИЯМИ НА ТЕРРИТОРИИ СИП........................................................140

6.1. Сравнительный анализ параметров накопления радионуклидов растениями для различных участков СИП.......................................................140

6.2. Использование параметров накопления для оценки радиоактивного загрязнения растительного покрова отдельных территорий СИП с целью их дальнейшей передачи в сельскохозяйственное использование.....................145

ВЫВОДЫ...................................................................................................151

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ......................................153

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Развитие атомной промышленности и энергетики, осложненное рядом аварийных ситуаций и катастроф, и ядерные испытания привели к глобальному загрязнению биосферы Земли и, как следствие, к увеличению общего радиоактивного фона [27]. Для Казахстана, помимо глобальных выпадений, дополнительными источниками радиоактивного загрязнения служат участки разработки многочисленных урановых месторождений. Не последнюю роль в загрязнении территории радиоактивными веществами сыграла деятельность бывшего Семипалатинского испытательного полигона (СИП), расположенного на пересечении трех областей Восточно-Казахстанской, Павлодарской и Карагандинской и занимающего площадь 18,5 тыс. кв. км. За время функционирования СИП (1949-1989 годы) на его территории было проведено 456 ядерных испытаний, в том числе 30 наземных, 86 воздушных и 340 подземных ядерных взрывов. Многочисленные локальные участки с высоким радиоактивным фоном на СИП имеются до настоящего времени. Ситуация осложняется неоднородным характером загрязнения, обусловленным проведением различных испытаний (ядерных испытаний (атмосферных, подземных, экскавационных), гидроядерных испытаний, испытаний боевых радиоактивных веществ (БРВ), испытаний на реакторных установках и, возможно, других пока неизвестных нам экспериментов), а также климатическими и природными условиями (штормовые ветра, различные геологические и гидрологические условия) [15,29, 30, 32, 58].

полученные сотрудниками Национального ядерного центра Республики Казахстан до 2007 года [31, 33, 107], в силу отсутствия на тот момент соответствующих поставленных задач, не систематичны и охватывают лишь небольшую часть территорий СИП.

Не применимы для территории СИП с его почвенно-климатическими характеристиками и специфическим радиоактивным загрязнением и данные о параметрах накопления радионуклидов 137Сб и 908г растениями, полученные учеными для других климатических зон и регионов. При этом сравнительно слабо изученным в мировой практике остается вопрос о накоплении растениями трансурановых радионуклидов 239'240Ри и 241 Аш, загрязнение которыми является весьма характерным для территории СИП.

Задачи исследования:

1. разработать методологию и методы радиоэкологического обследования СИП с учетом видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения;

2. определить количественные параметры накопления радионуклидов растениями в зависимости от характеристик радиоактивного загрязнения, видовых особенностей растений и типа почв степных и луговых экосистем;

3. изучить характер перераспределения и динамику содержания радионуклидов в надземной части растений для луговых экосистем;

4. оценить подвижность радионуклидов в системе «почва-растение» в зависимости от физико-химических свойств почв и характеристик радиоактивного загрязнения;

5. провести сравнительный анализ радиоэкологической обстановки для различных участков территории СИП для обоснования возможности их передачи в хозяйственное использование.

Научная новизна работы:

Разработана методология радиоэкологического обследования СИП с учетом проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения. Впервые для территории СИП получены системные статистически достоверные данные параметров накопления искусственных осколочных радионуклидов 137Сз, 908г и трансурановых 239+240Рц и 241Аш доминантными растениями степных и луговых экосистем. Проведен сравнительный анализ параметров накопления искусственных радионуклидов растениями для участков СИП с различным характером радиоактивного загрязнения.

Достоверность результатов: Достоверность полученных результатов основывается на достаточном объёме материала и применении современной измерительной базы аккредитованных лабораторий. За время исследований всего отобрано и проанализировано 734 пробы объектов луговых и степных экосистем (223 пробы почвы и 511 проб растений).

Теоретическое и практическое значение работы:

Теоретическая значимость работы обусловлена разработкой уникальной методологии радиоэкологического обследования СИП с учетом видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения. Исследованы закономерности поведения широкого спектра

радионуклидов в экосистемах, выявлены факторы и оценены параметры миграции радионуклидов в системе «почва-растение».

Полученные параметры накопления искусственных радионуклидов доминантными растениями степных и луговых экосистем могут быть применены для прогнозирования радиоэкологической ситуации на территории СИП и являются входными параметрами моделей, используемых для описания поведения радиоактивных веществ и оценки риска загрязнения компонентов природной среды. Материалы являются основанием для разработки как конкретных практических рекомендаций, направленных на решение проблемы радиоактивного загрязнения почвенно-растительного покрова исследуемой территории, так и для комплекса мероприятий по снижению содержания радионуклидов в продукции, получаемой в условиях радиоактивного загрязнения. Полученные параметры накопления радионуклидов растениями используются для расчета доз облучения населения, проживающего на территории СИП, и научного обоснования возможности передачи территории СИП в хозяйственное использование [2, 99, 100].

Основные положения, выносимые на защиту:

2. Параметры накопления радионуклидов в растениях в зависимости от вида проведенных испытаний, характеристик загрязнения территории, подвижности радионуклидов в почвах и видовых особенностей растений. Установлено уменьшение накопления радионуклидов растениями для эпицентров наземных испытаний, увеличение в зонах «следов» и на условно «фоновых» территориях, максимальное накопление в зонах радиоактивных водотоков и в местах испытания БРВ. Различия в Кн Сб достигают 71 раза, Кн 908г - 74 раз, Кн 239+240ри - 14 раз, Кн241 Аш - 11 раз.

3. Получен ряд радионуклидов по их способности к накоплению растениями из почв: 908г > 137Сз > 239+240Ри > 241Ат. Кн 908г в среднем в 8 раз

превышают Кн 137Cs и до 16 раз Кн 239+240Ри. Значения Кн 239+240Ри до 3 раз выше Кн241 Am.

4. Максимальные коэффициенты накопления 137Cs и 90Sr получены для растений луговых экосистем, почвенный покров которых представлен почвами с легким механическим составом. Установлено влияния содержания в почве Са, Mg и Sr на Кн 90Sr и Al, Fe на Кн 239+240Ри. Видовые особенности растений луговых и степных экосистем обуславливают различия в накоплении радионуклидов от 2 до 10 раз.

Апробация работы и публикации:

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных и региональных конференциях, конкурсах, совещаниях и конгрессах: Международная конференция «Environmental radioactivity» (Рим, 2010); Международное совещание «Technical Working Group Meeting on the environmental assessment for long term monitoring and remediation in and around Fukushima» (Tokyo, 2012); V Всемирный конгресс инжиниринга и технологий - WCET-2012 «Наука и технологии: шаг в будущее» (Алматы, 2012); IV Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, МГУ, 2013); IX Всероссийская (с международным участием) научно-практическая конференция «Тобольск научный - 2012» (Тобольск, 2012); 7-я, 8-я и 9-я Международные конференции «Ядерная и радиационная физика» (Алматы, 2009, 2011, 2013); Международная конференция молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы мирного использования атомной энергии» (Алматы, 2012); Ш-я, IV-я и V-я Международные научно-практические конференции «Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения» (Курчатов, 2008, 2010, 2012); Конференция-конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов НЯЦ РК (Курчатов, 2005,2008, 2010,2011, 2012).

Результаты исследования были включены в отчёты при выполнении работ по следующим программам: научно-техническая программа 0346

«Развитие атомной энергетики в Республике Казахстан», республиканская бюджетная программа «Обеспечение радиационной безопасности на территории РК» (мероприятие 1 «Обеспечение безопасности бывшего СИП») и др.

Структура и объем диссертации:

Диссертация изложена на 169 страницах, включает введение, 6 глав, выводы, 40 таблиц, 53 рисунка и список публикаций из 160 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность директору Института радиационной безопасности и экологии С.Н. Лукашенко за всестороннюю помощь, внимание и неравнодушное отношение к проблематике диссертационной работы, научному руководителю доктору биологических наук, профессору Н.И. Санжаровой за весьма ценные советы и поддержку в выполнении данной работы, коллегам из Института ядерной физики В.Н. Глущенко и П.В. Харкину за помощь в организации качественного радионуклидного анализа, коллективу Института радиационной безопасности и экологии за помощь в проведении исследований.

ГЛАВА I

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ РАСТЕНИЯМИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Загрязнение почвенно-растительного покрова в результате радиационных аварий, инцидентов и испытания ядерного оружия

Изучение закономерностей поступления радиоактивных веществ в растения является одной из основных задач в области радиоэкологии [4, 6, 7] и представляет определенный интерес в общ�

Информация о работе

Ларионова, Наталья Владимировна
кандидата биологических наук
Обнинск, 2013
ВАК 03.01.01

Диссертация

Накопление искусственных радионуклидов растениями на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы