Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Екологія arrow Самоочищення природного середовища після чорнобильської катастрофи
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Біогеохімічні потоки радіонуклідів

Зважаючи на те що ґрунти як основний елемент ландшафту відповідають за його стійкість до техногенних змін, рослинність можна розглядати як індикатор таких змін.

Нормально функціонуючими є ґрунти, які зберігають на довгий час кількість і якість виробленої біомаси. Оскільки якість біомаси визначає стан забруднення ґрунтів, зміна хімічного складу рослинності і питання накопичення нею радіонуклідів безпосередньо стосуються проблеми стійкості ландшафту, тим більше що харчовий ланцюг тварин і людини для більшості хімічних елементів починається з рослин.

У складі рослинності є практично всі хімічні елементи Періодичної системи. Головними є макроелементи, вміст яких становить 99,7 % маси рослин. Це О, С, Η, N, Са, Р, S, К і Mg. Три з них – О, С, Н – найпоширеніші, їх вміст 98,5 %. На частку решти елементів, серед яких усі метали, припадає 0,24 %.

На поглинання рослинами хімічних елементів впливає понад 100 різноманітних факторів, які можна поділити на дві основні групи – фізіологічні

Перша групавнутрішніх факторів – визначає залежність хімічного складу рослин від їх родової належності, морфології, стадії розвитку і т. д. Цю групу вивчають біологічні науки.

Друга групазовнішніх факторів – визначає залежність хімічного складу рослин від хімічного складу ґрунтів і ґрунтотвірних порід, ґрунтових розчинів і підземних вод, атмосферних опадів та інших джерел надходження хімічних елементів до рослин.

Отже, хімічний склад рослин формується внаслідок надходжень із зовнішнього середовища. Частину поживних речовин у рідкій і газоподібній формі можуть засвоювати надземні органи – листя, гілки і т. п. Проте основним джерелом харчування є ґрунти і ґрунтотвірні породи.

Загальний вміст хімічних елементів у ґрунті не дає уявлення про те, яку їх кількість можуть засвоювати рослини. Для засвоєння рослинами хімічні елементи мають бути: у рухомій, тобто в іонній або іншій комбінованій, формі, яку можна видалити з ґрунту водною екстракцією; у формі легко- замінних іонів в органічних або неорганічних іонообмінних комплексах, які піддають екстракції нейтральними солями; у формі зв'язаних іонів в обмінних комплексах, які екстрагуються слабкими кислотами; в органічних і органо-мінеральних комплексах у формі, яка може бути вилучена кислотами; у складі осадів оксидів або солей, з яких їх вилучають сильними реагентами; фіксованими у вторинних (гіпергенних) мінералах.

Доступність для рослинності хімічного елемента, присутнього в ґрунті у кожній з перелічених форм, залежить від складу і кількості глинистих мінералів та органічної речовини в ґрунті, лужно-кислотних і окисно-відновних властивостей ґрунту, властивостей самого хімічного елемента.

Хімічні елементи можуть також надходити в організм рослин унаслідок активного контакту коренів з частками і мінералами ґрунту, шляхом так званого контактного поглинання. Причому деякі дослідники вважають цей механізм важливішим, ніж живлення водними розчинами.

Сутність контактного поглинання полягає в обміні іонів водню органічних кислот, виділених коренями рослин, на іони металів. Інтенсивність поглинання іонів металів рослинами з твердої фази може змінюватися в сотні і тисячі разів. Залежить це від властивостей ризосфери, зокрема мінерального складу ґрунтів, величини зерен, характеру кореневої системи тощо. Зумовлено це тим, що параметри кореневої системи рослинних організмів дуже високі. Так, площа поверхні коренів озимого жита сягає 400 м2, а довжина – 1000 м. У багаторічних рослин ці параметри набагато більші.

Практикою встановлена відсутність прямої залежності між вмістом хімічних елементів у рослинах і їх концентрацією в живильному середовищі. Особливо це характерно для мікроелементів.

А.П. Виноградов [56] виділяє два типи накопичення:

  • • групове, коли всі рослини в межах провінції з високим вмістом металу в ґрунтах акумулюють його в підвищених кількостях;
  • • селективне видове або, частіше, родове, коли окремий вид або рід рослинності в найрізноманітніших умовах вирощування завжди містить підвищену кількість визначеного металу порівняно з сусідніми видами (родами). Так, широко відома галмейна флора, що концентрує цинк, астрагали, які акумулюють селен та ін.

У разі групового накопичення висока концентрація токсичних елементів у низці випадків призводить до зміни морфології рослин, а іноді і до загибелі. Цю властивість використовують у пошуках мінеральної сировини геоботанічними методами.

На територіях, забруднених унаслідок Чорнобильської катастрофи, переважає саме механізм групового накопичення радіонуклідів.

Механізм надходження хімічних елементів у рослини, в тому числі токсичних елементів, важких металів і радіонуклідів, пояснює система бар'ерно-безбар'єрного накопичення, яку розробив А.Л. Ковалевський [163]. Сутність її в тому, що багато рослин мають антиконцентраційний фізіолого- біохімічний бар'єр, який перешкоджає поглинанню надлишкових кількостей токсичних елементів. Це пояснює загальновизнане положення про те, що рослини поглинають хімічні елементи вибірково, відповідно до їх біологічних особливостей, сформованих тривалою еволюцією і закріплених біохімічними механізмами.

Безбар'єрне накопичення характерне для тих рослин, які засвоюють хімічні елементи пропорційно їх концентрації в живильному субстраті. Якщо в останньому вміст токсичних елементів підвищений, то і рослини накопичують їх у кількості, яка може бути причиною отруєння і загибелі. Виділяють такі рівні вмісту елементів у живильному середовищі в умовах безбар'єрного накопичення:

  • 1) недостатній, коли збільшення вмісту справляє стимулюючу дію;
  • 2) оптимальний, коли продуктивність рослин максимальна;
  • 3) надлишок, коли підвищення вмісту призводить до зниження продуктивності;
  • 4) летальний, коли життєдіяльність рослини неможлива.

Бар'єрне накопичення властиве рослинам, здатним захищатися від надлишкового проникнення токсичних елементів у тканини, за високого вмісту останніх у живильному середовищі. При цьому в одних і тих самих рослин бар'єрне накопичення в одних органах може супроводжуватися безбар'єрним в інших. В умовах бар'єрного накопичення токсичної дії звичайно не спостерігається, а на аномаліях токсичних елементів у ґрунтах для всіх активних органів рослин (листя, квіти) характерний бар'єрний тип накопичення.

До безбар'єрного типу належать невелика кількість груп мохоподібних і лишайників, а також окремі анатомічні частини більшості бар'єрних – корені трав'янистих, кущових і деревних рослин, зовнішні шари кори стовбурів дерев і деякі інші.

Найнебезпечнішими в біологічному аспекті забруднювачами, які надійшли в біосферу внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС, є довгоіснуючі радіоактивні ізотопи стронцію, цезію і плутонію. Будучи хімічними аналогами елементів-біофілів, ці радіонукліди включаються в біологічний колообіг і зумовлюють довготривале дозове навантаження на екосистеми. Радіонукліди здатні надходити до рослинності внаслідок зовнішнього і внутрішнього забруднення і включатися як до покривних, так і до внутрішніх тканин.

Для оцінки надходження радіонуклідів з ґрунту в рослинність використовують різні показники. Найчастіше застосовують один з них – коефіцієнт накопичення (Кн), який визначається співвідношенням вмісту радіонуклідів в одиниці маси акцептора (рослини) і донора (ґрунту).

Накопичення радіонуклідів розглядають як суму зовнішнього (аерального) і внутрішнього (через кореневу систему) забруднення.

Зовнішнє забруднення визначається, в основному, двома чинниками: кліматичними умовами місцевості і висотою рослинності. Так, у пустельних районах коефіцієнт накопичення може сягати 0,1, для екосистем помірного клімату він на два порядки нижчий. Оскільки основна частина вітрового перенесення часток ґрунту відбувається на висоті до 1 м від поверхні, деякі види трав, лишайники і мохи характеризуються вищим Кн порівняно з високими рослинами.

Близьким до поняття Кн є ґрунтовий коефіцієнт пропорційності (переходу) Кп, який визначається співвідношенням питомої концентрації радіонукліда в рослині до щільності забруднення ґрунту.

Питання радіаційної чутливості рослин до хронічного опромінення, створеного внаслідок радіоактивного забруднення ґрунту і накопичення радіонуклідів тканинами рослин, вивчені менше, ніж до зовнішнього опромінення. Особливості біологічної дії радіонуклідів пов'язані з нерівномірним розподілом дозових навантажень на окремі частини і органи рослин, які визначаються процесами міграції, накопичення і перерозподілу забруднювачів у ґрунтах і безпосередньо в самих рослинах.

Поведінка радіонуклідів у системі ґрунт–рослини аналогічна поведінці їх стабільних аналогів. Швидкість перенесення радіонуклідів по трофічних ланцюгах залежить від вмісту носіїв, часто роль неізотопних носіїв більш значуща, ніж ізотопних, оскільки концентрації їх відрізняються на порядки. Наприклад, концентрація стабільного 88Sr у ґрунті в середньому становить (2–3)10-3, а кальцію – 1,4 %.

Перехід радіонуклідів з ґрунту в рослинність найчастіше вивчають на культурних рослинах, хоча відомо, що дикорослі здатні накопичувати значні кількості зольних елементів.

Лісова рослинність відзначається високою ємністю поглинання стосовно радіонуклідів, що пов'язане з наявністю значно розгалужених поверхонь (листя, хвоя, дрібні гілки). Так, наземна частина сосново-березового лісу затримує понад 40 % радіоактивних випадінь, сосновий приріст – 90, густі ялинні посадки – майже 100 %. Висока поглинальна здатність хвойних порід зумовлена тим, що поверхня багаторічної хвої може цілорічно концентрувати радіонукліди.

Акумуляція радіонуклідів рослинами залежить від таких факторів: фізико-хімічних властивостей радіонуклідів, агрохімічних характеристик ґрунтів, біологічних особливостей рослин, агротехнічних засобів тощо.

Надходження радіонуклідів у рослини визначається їх біофільністю і оцінюється за коефіцієнтом біологічного поглинання (КБП), за допомогою якого порівнюють концентрацію нукліда в золі рослин і ґрунті (табл. 5.5) [289].

За ступенем акумуляції рослинами хімічні елементи поділяють на 5 груп:

  • • сильного накопичення, Кн > 10;
  • • слабкого накопичення, КН1–10;

Таблиця 5.5

Коефіцієнт біологічного поглинання деяких хімічних елементів рослинами

Елемент

КБП

Елемент

КБП

S

59

К

2,2

В

40-50

Са

2,2

Zn

18-20

Li

1,0

І

12

Zr

0,9

Mg

11

Cs

0,79

Р

8-9

Ва

0,66

Sr

3,5

Y, V

< 0,4

Na

3,2

La, Ті

< 0,3

  • • відсутності акумуляції, Лі, 0,1–1;
  • • слабкої дискримінації, Кн 0,01–0,1;
  • • сильної дискримінації, Кн < 0,01.

Можливою причиною різної поведінки радіоактивних і стабільних нуклідів може бути різниця у формах знаходження їх у ґрунтах. Внесені в розчинній формі “свіжі” радіонукліди більш доступні для рослин, ніж у пізніші терміни, коли відбувся їх перерозподіл у ґрунті. Наприклад, для Cs спостерігається зниження інтенсивності надходження в рослинність з часом, а для Sr рухомість у системі ґрунт–рослинність змінюється повільно. Міграційна здатність радіонукліда у системі ґрунт–рослина залежить від форми його надходження в ґрунт.

Накопичення радіонуклідів рослинами залежить від їх концентрації в живильному субстраті. У більшості випадків, пов'язаних із забрудненням ґрунтового покриву, надходження радіонуклідів у рослини прямо пропорційне їхньому вмісту в ґрунті (щільності забруднення), оскільки радіонукліди знаходяться у ґрунтах в ультрамікроконцентраціях.

Коефіцієнт накопичення характеризується високою кореляцією з коефіцієнтом розподілу радіонуклідів (Kd) у ґрунті. В аналітичному вигляді ця залежність виражена формулою

(5.7)

де а і b – сталі величини, які використовують для визначення Кн за значеннями Κd а також для обернених розрахунків.

Кореляція між Кн і Kd свідчить про значний вплив на надходження радіонуклідів у рослини не лише фізико-хімічних властивостей перших, а й ґрунтових характеристик. Властивості ґрунтів за ступенем їх впливу на Kd для лужноземельних елементів (Са, Sr, Ва) розташовуються в такому порядку: концентрація обмінного Са > сума обмінних основ > ємність поглинання > вміст гумусу > pH.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші