Сельскохозяйственная радиоэкология: результаты, актуальные задачи, перспективы (к итогам 10-летних исследований в регионе аварии на Чернобыльской АЭС)

Сельскохозяйственная радиоэкология: результаты, актуальные задачи, перспективы

Алексахин Р.М.

ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Российской академии сельскохозяйственных наук, Обнинск

Изложены результаты исследований миграции радионуклидов в сельскохозяйственных цепочках в системе почва-растения-животные-пищевые продукты в регионе аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Описаны защитные мероприятия в агропромышленном производстве, ведущие к снижению концентрации радионуклидов в сельскохозяйственной продукции, и дозы внутреннего облучения. Дана характеристика аварии с точки зрения рационального ведения сельского хозяйства в регионах, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Agricultural radioecology: results, currently central tasks and prospects

Alexakhin R.M.

Russian Institute of Agricultural Radiology and Agroecology of RAAS, Obninsk

Results of investigations of radionuclide migration in agricultural chains in the system soil-plant-animal-food products on the territory affected by the Chernobyl nuclear power plant in 1986 are given. Main countermeasures in agroindustrial complex causing the decrease of radionuclide content in agricultural produce and reduction in the internal dose of irradiation are described. The impact of this accident on agriculture is considered.

Ликвидация последствий аварии на Южном Урале осенью 1957 г., приведшей к образованию Восточно-Уральского радиоактивного следа, убедительно показала, что решение проблемы ведения агропромышленного производства на загрязненных угодьях составляет одно из центральных звеньев реабилитации территорий, подвергшихся воздействию аварии. Основным аргументом в пользу этого утверждения явилось то, что внутреннее облучение населения, т.е. облучение, связанное с потреблением радионуклидсодержащей сельскохозяйственной продукции - один из ведущих (а в ряде ситуаций и просто доминирующих) источников дополнительного облучения. Для разных периодов радиоактивного загрязнения (этим обусловлено изменение его радионуклидного со-

става) в зависимости от различных условий окружающей среды (тип почвы и т.п.), а также видов хозяйственной деятельности человека и ряда других факторов (включая социальные), вклад внутреннего облучения в суммарную дозовую нагрузку может составлять от 20 до 100%. При этом в большом числе ситуаций он равен 30-70%. Немаловажными обстоятельствами, свидетельствующими о значимости ликвидации последствий радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий и получения продукции, отвечающей радиологическим стандартам, являются большие возможности агропромышленного производства по регулированию потоков радионуклидов в пищевых цепочках (т.е. по уменьшению дозы внутреннего облучения) в противовес сложности снижения до-

зы внешнего облучения, что требует значительных экономических затрат. И, наконец, принципиально важным является исключение производства сельскохозяйственной продукции с превышением временно допустимых уровней (ВДУ) для стабилизации инфраструктуры села и сектора аграрной экономики, а также снятия явления радиофобии у населения [1].

Таким образом, к моменту аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. сельскохозяйственная наука и практика располагали концептуальными схемами ликвидации последствий этой аварии в агропромышленном комплексе, хотя их успешной реализации препятствовал ряд факторов.

Во-первых, авария на ЧАЭС охватила очень большую территорию. Площадь с плотностью загрязнения по 137Сэ свыше 1 Ки/км2 (37 кБк/м2) составила 240,9 км2 (при этих уровнях загрязнения при неблагоприятном стечении обстоятельств, например, распространении в загрязненном ареале малоплодородных песчаных подзолистых и торфяных почв, необходимо было внедрение системы защитных мероприятий в сельскохозяйственном производстве).

Во-вторых, авария произошла в самое неблагоприятное для сельского хозяйства время: в конце весны - начале лета, когда были практически завершены посев и посадка всех сельскохозяйственных культур и, что особенно важно с радиологической точки зрения, скот был переведен со стойлового на пастбищное содержание (запасы "чистых" кормов фактически отсутствовали).

В-третьих, основным дозообразующим радионуклидом на территории, подвергшейся воздействию аварии, явился 1 7Сэ (на ранних этапах вместе с 134Сэ). Хотя биогеохимия этого радионуклида, его поведение в пищевых цепочках и метаболизм в организме сельскохозяйственных животных были достаточно изучены, тем не менее "национальным" радионуклидом в бывшем СССР можно считать 90Бг, так как именно он определял радиологическое лицо аварии на Южном Урале 1957 г. и был исследован в плане поведения в окружающей среде очень разносторонне. С этой точки зрения миграция 137Сэ в природных средах на момент аварии сохраняла немало белых пятен.

И, наконец, в-четвертых, в силу секретности выполняемых работ по радиационным авариям в бывшем СССР в целом, и по общей и сельскохозяйственной радиологии в частности, информацией о поведении радионуклидов в окружающей среде и радиологических аспектах аварии с выбросом радионуклидов располагало достаточно ограниченное число специалистов и эти сведения оставались во многом недоступными. Тем не менее, сразу после аварии на ЧАЭС опыт ликвидации последствий аварийного загрязнения на Южном Урале сыграл исключительно важную роль, а участие специалистов, имеющих такой опыт, нельзя недооценить.

С радиологической точки зрения любая радиационная авария, связанная с загрязнением окружающей среды, наиболее опасна в ранний период, характеризующийся наибольшими дозами

облучения и максимальными концентрациями радионуклидов в объектах окружающей среды. В этом отношении не является исключением и сельскохозяйственное производство в ранний пострадиационный период. Опыта ведения сельского хозяйства в условиях, когда в агросферу было выброшено большое количество коротко- и сред-неживущих радионуклидов, не было (напомним, что в аварии 1957 г. на Южном Урале в природную среду были выброшены 90Бг и относительно долгоживущие радионуклиды - 144Се, 952г и 106Яи). Сравнительно мало информации было накоплено о миграции в пищевой цепи 1311 и сочетанном действии выведенных в окружающую среду радионуклидов и внешнего облучения (хотя крупные полу-полевые эксперименты по этим вопросам были проведены на Опытной научно-исследовательской станции ПО "Маяк" и во ВНИИ сельскохозяйственной радиологии) [2].

При ликвидации последствий чернобыльской аварии в АПК накоплены уникальные данные по лучевым эффектам у сельскохозяйственных животных от поступающего в окружающую среду 1311 (поражение щитовидной железы). Благодаря правильно примененным защитным мероприятиям в животноводстве в острый период (эвакуация животных) в целом удалось избежать потерь скота вследствие лучевого поражения.

На раннем этапе ликвидации последствий аварии в острый период основными защитными мероприятиями в АПК являются ограничительные (или, в крайнем случае, запретительные) в отношении использования сельскохозяйственных продуктов - с одной стороны и ведения АПК (например, прекращение выпаса животных) - с другой стороны. Выполнение этих мероприятий предполагает в качестве обязательной стадии радиационного мониторинга сельскохозяйственных угодий. В этом плане опыт ликвидации последствий аварии на ЧАЭС дал весьма важные результаты. Были отработаны принципы радиационного мониторинга на больших территориях с использованием воздушной и наземной съемок, радиационного контроля больших объемов кормов и сельскохозяйственной продукции (в том числе в личных подсобных хозяйствах, где такого рода контроль имеет много специфических особенностей). Существенны достижения в разработке соответствующей радиометрической и дозиметрической аппаратуры.

Присутствие в выброшенной при аварии на ЧАЭС смеси радионуклидов долгоживущих компонентов (в первую очередь 13 Сэ, в меньшей сте-

90 239

пени Бг, а также Ри) создало условия длительной опасности их накопления в сельскохозяйственной продукции, что служит основанием необходимости реализации длительной программы проведения защитных мероприятий в АПК. И если на раннем этапе ликвидации последствий аварии на ЧАЭС в сельскохозяйственном производстве доминирующими были ограничительные (запретительные) меры, то в более позднюю фазу после-аварийного периода на первое место выходят защитные мероприятия, выполняемые в многолетнем режиме и направленные на устойчивое

снижение содержания радионуклидов в пищевых продуктах. Первостепенной задачей этих контрмер является исключение производства продукции, не отвечающей радиологическим стандартам, т.е. с превышением ВДУ радиологически значимых нуклидов.

Для реализации этой длительно действующей стратегии планомерного снижения содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции в регионе аварии на ЧАЭС в течение 10 лет была выполнена обширная программа исследований в области сельскохозяйственной радиоэкологии, которая была научным обеспечением для внедрения в практику рекомендаций по ведению агропромышленного производства на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

В общих чертах итоги научных исследований по сельскохозяйственной радиоэкологии в зоне аварии на ЧАЭС можно сформулировать следующим образом. В регионе аварии на ЧАЭС распространены малоплодородные почвы: дерново-подзолистые легкого механического состава (песчаные и супесчаные), а также гидроморфные почвы торфяного ряда. Для этих почв, характеризующихся максимальными коэффициентами перехода 137Сэ из почвы в растения, были определены параметры переноса этого радионуклида в системе почва-растение. Была отслежена динамика изменения биологической доступности 1 7Сэ в почвах и определены темпы "старения" этого радионуклида в почвах (усиления фиксации за счет протекания кристаллохимических реакций с некоторыми почвенными минералами типа клиноптилолита и других биогеохимических процессов). Были рассчитаны экологические полупериоды уменьшения концентрации 137Сэ в важнейших сельскохозяйственных продукциях (молоко, мясо, продукция растительного происхождения), т.е. времени, в течение которого концентрация этого радионуклида уменьшается в 2 раза. Были определены два периода в поставарийное время, которые резко отличаются по темпам уменьшения скорости миграции 137Сэ в системе почва-растение (для первого из этих периодов, равного 2-5 годам после аварии, снижение перехода 137Сэ из почвы в растения и далее в продукцию животноводства проходит в 3-5 раз быстрее, чем для второго периода).

По существу, радиоэкологию чернобыльской аварии можно назвать радиоэкологией 137Сэ. В области агрохимии была оценена роль антагонистических отношений в усвоении корневыми системами растений 137Сэ и его химического аналога и неизотопного носителя щелочного макроэлемента - калия. Эти работы послужили научным обоснованием внесения повышенных количеств калийных удобрений

137

схемы внесения удобрений на почвах этого типа. На загрязненных угодьях была решена проблема использования торфа и органических удобрений с повышенным содержанием радионуклидов.

В области почвенной химии 13 Сэ накопление большого количества фактического материала позволило разработать модель вертикального транспорта этого радионуклида в профиле почв разных типов, а также установить коррелятивные зависимости между содержанием отдельных форм 137Сэ и их доступностью для корневого усвоения. Отдельной главой химии 137Сэ стало поведение 137Сэ в системе почва-растение для ситуаций, когда радионуклид поступил на почвенно-растительный покров не в относительно растворимой форме, а в виде твердых частиц (остатки разрушенных ТВЭЛов реактора).

В растениеводстве собраны обширные данные о накоплении 137Сэ очень большим набором сельскохозяйственных культур, что создало базу для использования в практике видов и сортов растений, характеризующихся минимальной концентрацией 13 Сэ.

Весьма существенно расширились наши представления о миграции 37Сэ в лугопастбищных экосистемах, интерес к которым предопределялся тем, что молоко (отчасти мясо) явились основными дозообразующими пищевыми продуктами. Наличие луговой дернины как важнейшего компонента лугового биогеоценоза предопределяет долговременное существование депо радионуклидов с их повышенной доступностью для поглощения растениями (в дернине радионуклиды благодаря отсутствию фиксации малым количеством минеральной фракции остаются длительное время в подвижном состоянии). Экологические полупериоды снижения концентрации 137Сэ в лугопастбищной растительности существенно больше, чем на пахотных почвах. Детальное изучение миграции 137Сэ на лугах позволило разработать эффективные защитные мероприятия по ограничению поступления 137Сэ в растения и, следовательно, в животноводческую продукцию.

В животноводстве анализ метаболизма 137Сэ у сельскохозяйственных животных позволил выработать систему рационального кормления животных (перевод на "чистые" корма перед забоем), что сделало возможным исключение производства мяса с превышением ВДУ. Существенный вклад в решение вопросов получения мяса с нормативной концентрацией 137Сэ внесло применение цезий-связывающих препаратов (ферроцианидсодержащие соединения). В перерабатывающих отраслях АПК (особенно для животноводческой продукции) были проанализированы схемы основных

для подавления перехода Сэ из почвы в расте- технологических процессов с оценкой изменения

ния. Была оценена положительная роль фосфорных удобрений в снижении поглощения 13 Сэ растениями и подтверждено положение, согласно которому добавление повышенных количеств азотных удобрений может обусловливать усиление усвоения 137Сэ растениями. Новые данные были получены по почвенной химии 137Сэ в торфяных почвах; были разработаны специальные

концентрации 137Сэ в продуктах переработки от сырья до конечного продукта, что позволило выбрать наиболее рациональные схемы, обеспечивающие минимизацию содержания 137Сэ в пищевых продуктах. В области сельскохозяйственного машиностроения были разработаны конструкции нескольких видов техники для работы в условиях радиоактивного загрязнения территории.

Итогом многолетних комплексных исследований в области сельскохозяйственной радиоэкологии стало создание системы защитных мероприятий в агропромышленном производстве, внедрение которых на территории, подверженной воздействию аварии на ЧАЭС, позволило добиться существенного снижения доз облучения населения и привело к значимому оздоровлению окружающей среды [3].

Основу указанного комплекса контрмер в АПК составили:

- в земледелии и растениеводстве - рациональная обработка почв с максимально возможным заглублением радионуклидов, специальная система удобрений (усиление роли фосфорных и особенно калийных удобрений и контроль внесения азотных), известкование, подбор видов и сортов растений с минимальным выносом радионуклидов;

- в луговодстве - перевод низкопродуктивных естественных пастбищ в искусственные (сеяные травы) с известкованием и внесением удобрений;

- в животноводстве - кормление животных, обеспечивающее получение продукции, отвечающей радиологическим стандартам (в частности, перевод животных на "чистые" корма в предубойный период, введение ферроцианидов для снижения концентрации 137Сэ в молоке и мясе);

- в ветеринарной медицине - исключение лучевой патологии животных (ограничение поступления радионуклидов в организм животных, уменьшение дозы внешнего облучения);

- в защите растений - оптимизация применения химических средств защиты, ведущая к минимизации содержания токсикантов в пищевых продуктах (радионуклидов и веществ нерадиационной природы);

- в перерабатывающих отраслях - использование технологических процессов, обеспечивающих более низкие концентрации радионуклидов в конечных (пищевых) продуктах относительно сырья (в частности, переработка молока на масло).

За 10 лет, прошедших со дня аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г., сельскохозяйственной радиоэкологией собран обширный фактический материал о поведении в агросфере важнейших в радиоэкологическом отношении радионуклидов, их накоплении в сельскохозяйственной продукции и действии ионизирующих излучений на объекты сельскохозяйственного производства. На основе этой научной информации разработаны и внедрены на значительных территориях различные контрмеры, целью которых является уменьшение содержания радионуклидов в пищевых продуктах. Собранная научная информация и накопленный практический опыт ликвидации аварии на ЧАЭС вносят существенный вклад в решение проблемы охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения.

Литература

1. Сельскохозяйственная радиоэкология/Под ред. Але-ксахина Р.М. и Корнеева Н.А. - М.: Экология, 1992. -400 с.

2. Радиобиология и радиоэкология сельскохозяйственных животных/Под ред. Анненкова Б.Н., Дибобе-са И.К. и Алексахина Р.М. - М.: Атомиздат, 1973. -224 с.

3. Alexakhin R.M., Fesenko S.V., Sanzharova N.I. Serious radiation accidents and the radiological impact on agriculture//Radiat. Prot. Dosim. - 1996. - V. 64, N 1/2. -P. 37-42.