Вопрос 3. Воздействие радиоактивных веществ на сельскохозяйственные растения

 

Радиоактивные вещества поступают в растения двумя основными способами: загрязнение растений радиоактивными веществами, которые выпадают из атмосферы непосредственно на растения и усвоение радионуклидов с грунта. В вегетационный период загрязнение растений радионуклидами может происходить одновременно двумя способами.

Загрязнения сельскохозяйственных растений обуславливаются: природой радиоизотопов, условиями внешней среды, физико-химическими свойствами радиоактивных веществ и биологическими свойствами растений.

Уровни радиоактивного загрязнения растений зависят от концентрации радионуклидов в атмосфере и интенсивности их выпадения. Значительную роль играет дисперсность радиоактивных веществ, чем больше частицы, тем меньше их задерживается на растениях. На степень фиксации растениями радионуклидов влияют химические свойства. В растения проникают наиболее подвижные радионуклиды, в первую очередь йод и цезий.

На степень радиоактивного загрязнения растений влияют морфологические особенности. Задержка растениями радиоактивных веществ увеличивается с ростом и развитием вегетативной массы, с горизонтальным размещением листьев и стеблей, наличием складок.

На уровни радиоактивного загрязнения существенно влияют условия внешней среды. Повышенная влажность воздуха увеличивает степень удержания на растениях радиоактивных веществ, наоборот большой дождь смывает их с растений.

Уменьшение загрязнения растений радионуклидами со временем уменьшается, в связи с воздействием всех факторов внешней среды: смывание дождём, сдувание ветром, падением отмерших старых листьев.

Облучение растений осуществляется радиоактивными веществами, которые находятся на растениях и на поверхности грунта.

Излучение, поглощаемое отдельными растениями, испускается радиоактивными частицами, лежащими на этом растении, а также находящимися на поверхности почвы или соседних растениях. В зависимости от размеров частиц, густоты травостоя или плотности насаждений, формы листа и характера его поверхности (гладкая или опущенная) на растениях задерживается от 8 до 25 % оседающей на землю радиоактивной пыли. Показатели эти зависят как от густоты травостоя на единицу площади (чем гуще травостой, тем больше удерживается радиоактивных осадков), так и от формы листа и характера его поверхности (на опущенную или морщинистую поверхность листа прилипает больше радиоактивной пыли, чем на гладкую поверхность).

В радиационном поражении растений в отличие от людей и животных главную роль играет бета, а не гамма излучение. Это объясняется тем, что бета частицы, обладая определённой массой и меньшей скоростью, сильнее поглощаются растениями, имеющими за счёт листьев очень большую поверхность непосредственного контакта с частицами, препятствовать чему практически невозможно.

Вклад бета излучения в общую поглощённую растениями дозу излучения в первые часы после выпадения может в 10 раз и более превышать вклад гамма облучения, а это значит, что доза облучения, получаемая растениями, в 10 раз выше экспозиционной дозы гамма излучения, измеренной дозиметрическим прибором.

Радиоактивные вещества, выпадающие на растения, не только загрязняют поверхность, но и всасываются через листья внутрь (йод, цезий), а оказавшись в почве (особенно долго не задерживаются) и в её верхнем слое (5 -7 см), начинают поступать в растения через корневую систему. Поскольку для этого нужно некоторое время, в течение которого короткоживущие изотопы распадаются, то из почвы поступают долгоживущие радионуклиды, и в первую очередь стронций 90. Радиоактивные изотопы, поступающие в растения через корневую систему, депонируется в основном в листьях и стеблях и значительно меньше (до 2 %) в зерне. Цезий 137 лучше, чем стронций 90, всасывается через поверхность листа, но хуже усваивается из почвы через корневую систему. В зёрнах проса, кукурузы, озимой ржи стронций 90 накапливается в 3 -4 раза меньше, чем в зёрнах бобовых и гречихи. Пшеница и овёс занимают промежуточное положение. В расчёте на 1 кг сухого вещества в клубнях картофеля его накапливается также в 4 – 6 раз меньше, чем в корнях сахарной и кормовой свеклы, в 10 – 20 раз меньше, чем в корнях брюквы и турнепса. Меньше, чем клевер, усваивает стронций 90 тимофеевка. Травы естественных угодий накапливают его в 3 раза больше, чем травы на вспаханной почве. Из трав естественных угодий в бобовых и разнотравье содержится этого изотопа в 3 – 4 раза больше, чем в злаковых. На вспаханной почве высокой загрязнённостью стронцием 90 отличаются многолетние и однолетние бобовые травы, а также капуста кормовая, ботва брюквы и турнепса.

Радиоактивные вещества, выпадающие на растения из атмосферы, не только загрязняют их, но и частично всасывают внутрь. В частности, внутрь через листья наиболее активно всасываются изотопы йода и цезия, хуже изотопы стронция и других элементов. Радиоизотопы поступают в растения также из почвы, при этом лучше усваиваются изотопы стронция и хуже изотопы других элементов.

Лучевое поражение растений проявляется в замедлении роста и развития, снижения урожайности, понижении репродуктивного качества семян, клубней, корнеплодов.

Пищевое качество урожая также снижается. Тяжёлое поражение приводит к полной остановке роста и гибели растений через несколько дней или недель после облучения.

Летальные дозы однократного облучения растений в фазе вегетации могут быть: тис 800 рад, сосна 1000 рад, ель 1020 рад, лук репчатый 1500, овёс 1300 рад, кукуруза 4200 рад, ячмень 4350 рад, пшеница 4500 рад, горох 4600 рад, берёза, дуб 8000 рад, природные травы 12000 рад, помидоры 12400, картофель 12600 рад, сахарная свекла 13400 рад, лён 20700 рад, фасоль 30000 рад.

Облучение растений может быть: внешним, внутренним, смешанным. При внешнем облучении бета частицы равномерно облучают все органы. Внутреннее облучение растений осуществляется тогда, когда радиоактивные вещества поступают в растения через корневую систему и листья. Наличие источников внешнего и внутреннего излучения даёт смешанное облучение.

Степень радиоактивного заражения (от замедления роста до полной потери урожая и гибели всех растений) зависит в основном от следующих факторов: полученной дозы облучения и радиочувствительностью растений во время облучения. Радиочувствительность растений количественно характеризуется величиной дозы, которая вызывает определённый эффект, замедления роста, снижения урожайности, частичную или полную их гибель.

Неодинаковая чувствительность растений к облучению обуславливается объёмом их клеточных ядер, размером хромосом и содержанием ДНК в клетке. При объёме ядер, большем размере хромосом и повышении содержания ДНК в клетках растения отличаются более высокой радиочувствительностью.

Радиочувствительность растений сильно зависит от фазы развития их во время облучения и формирования репродуктивных органов.

Так пшеница, просо, ячмень и другие злаковые культуры наиболее чувствительны в фазе выхода в трубку, кукуруза, в стадии выброса султана, гречиха, бобовые, в фазе ранней фазе бутонизации, картофель и корнеплоды в фазе проростков.

Качество семян наиболее сильно снижаются при облучении в фазе колошения у зерновых и цветения у бобовых. В овощных культурах семена наиболее радиочувствительны в фазе начала бутонизации.

Семена растений разных видов также отличаются неодинаковой чувствительностью к облучению. В связи с этим выделяют растения: радиочувствительные (фасоль, кукуруза, рожь, пшеница), среднечувствительные (горох, соя, чечевица, овёс, ячмень, подсолнечник) и устойчивые (лён, люцерна, клещевина, табак).

При облучении радиочувствительных семян дозой 20000 рад прорастание их угнетается, а последующий рост растений замедляется. Чтобы такое же угнетающее действие у семян среднечувствительных, их необходимо облучить дозой 20000 – 100000 рад; семена же устойчивых растений следует в таком случае облучить дозой до 150000 – 200000 рад. Семена сосны, ели, кедра, пихты теряют всхожесть на 50 % при облучении дозой 1000 рад, а семена лиственных пород, при облучении дозой 500 рад.

Степень поражения растений зависит от величины накоплений ими дозы облучения:

- нормальный вид растений, доза облучения 10 % от смертельной;

- снижение роста на 10%, доза облучения 25 %;

- снижение роста на 50%, доза облучения 34 %;

- резкое угнетение роста, доза облучения 60 %;

- гибель половины растений, доза облучения 75 %;

- полная гибель растений, доза облучения 100 %.

При выпадении радиоактивных веществ на лесные массивы продукты деления задерживаются преимущественно кронами деревьев (40 – 90 %), причём лиственных пород лучше, чем хвойных. Атмосферные осадки и ветер перемещают радиоизотопы под полог леса.

Часть их проникают внутрь древесных пород, и распространяется либо равномерно по всему стволу (берёза), либо преимущественно в наружных слоях ствола (сосна). Значительное количество радиоактивных веществ будет поглощено грибами и ягодами и будет содержаться в мясе диких зверей и птиц.

Радиоактивные осадки, оседающие на растения, не только поражают их, но и загрязняют урожай.

Загрязнённость урожая радиоактивными веществами зависит от следующих факторов:

- плотности оседания радиоактивных веществ;

- первичного задержания радиоактивных осадков в момент их выпадения на поверхность растений, что зависит от вида растений, размеров и различия частиц выпадения;

- потерь радиоактивных частиц от загрязнённых растений, которые обусловлены смыванием частиц дождём, встряхиванием ветром, опадением отмерших загрязнённых листьев.