Вплив радіоактивного забруднення на флору (стр. 6 из 9)
Овочі здебільшого надходять у їжу без переробки, тому їх споживання становить певну небезпеку. 90Sr найбільше накопичується в коренеплодах степового буряку, моркви, огірках і найменше - у плодах томатів і бульбах картоплі, що певною мірою пов'язано з концентрацією кальцію в цих частинах урожаю.
Менший вміст 90Sr в бульбах картоплі, ніж у коренеплодах буряку і моркви, пояснюється, очевидно, тим, що коренеплід - це видозмінений корінь, через який РН надходять з ґрунту в рослину; бульба ж картоплі - видозмінене стебло, і РН можуть надходити з ґрунту в надземну частину рослини, обминаючи бульби. У зовнішній частині бульби картоплі (коркова тканина) міститься в 3 рази більше 90Srна 1 г сухої маси, ніж у решті бульби.
У природних умовах у багатьох продуктах харчування містяться PP. Наприклад, в 1 кг свіжої картоплі міститься близько 2,9 х 10-9 Кі радіоактивного калію.
Забруднення харчових продуктів рослинництва, що сталося при засвоєнні РН кореневою системою і проникненні з атмосфери через поверхню, можна визначити кількісно. Концентрацію (З) РН у рослинних продуктах визначають за формулою
З = СҐхКҐ-СПхКП, Дж
де Сґ — вміст РН у ґрунті, мКі х м-2; Сп - інтенсивність осідання РН з атмосфери, мКі х м-2; Кг і Кп - ґрунтовий і повітряний коефіцієнти, що встановлюються шляхом дослідів.
Ґрунтовий коефіцієнт Кґ виражає концентрацію відповідних РН у рослинній продукції на одиницю щільності забруднення ґрунту. Наприклад, Кґ90Srдля основних харчових продуктів рослинного походження має такі значення: для пшениці - 7, картоплі - 16, цукрового буряку - 6. Середньоквадратичне відхилення від наведених цифр не перевищує 25%. Величина Кґ значною мірою залежить від природи РН.
Для відносної оцінки вмісту РН у раціоні людини і в кормах тварин необхідно знати розміри порівняльного їх накопичення в господарсько-цінній частині врожаю.
У табл. 3.2 наведено дані, що вказують, у скільки разів зміниться кількість РН в урожаї різних рослин порівняно з вмістом їх у зерні ярової пшениці (за одиницю прийнято вміст 90Sri137Csв 1 кг зерна ярої пшениці).
Таблиця 3.2
Кількість РН в урожаї різних рослин (Константінов М.П.)
| Культура | Коефіцієнт | |
| для 90Sr | для 137Cs | |
| Пшениця яра | 1 | 1 |
| Пшениця озима | 0,35 | 0,4 |
| Жито озиме | 0,35 | 0,4 |
| Овес | 1,3 | 0,8 |
| Ячмінь | 1,3 | 0,8 |
| Горох | 2,0 | 1,9 |
| Гречка | 1,4 | 0,9 |
| Кукурудза | 2,6 | 0,6 |
| Картопля (бульби) | 0,8 | 0,6 |
| Столовий буряк | 1,6 | 2,3 |
| Капуста | 0,3 | 1,2 |
Визначивши вміст РН у ярій пшениці того чи іншого ґрунту, можна орієнтовно розрахувати можливу кількість 90Sr і 137Cs в урожаї інших сільськогосподарських культур, що виросли на тому ж ґрунті.
РОЗДІЛ 4
ВПЛИВ РАДІОНУКЛІДІВ НА РОСЛИНИ
4.1 Радіорезистентність вищих рослин
Усі вищі рослини, диплоїдні і поліплоїдні еукаріоти, належать до IV каріотаксону, що відрізняється максимальною надійністю геному, яка становить близько 105 еВ. Така надійність геному зумовлена головним чином інтенсивними процесами диилоїдоспецифічної репарації ДНК, тому завдяки різко підвищеному порівняно з мікроорганізмами вмісту ДНК у ядрі їхня радіочутливість є не настільки високою. Залежно від вмісту ДНК у ядрі (який варіює в них від 10 до 1000 пг) Doдля вищих рослин коливається від одиниць до сотень грей. Проте це показник радіорезистентності лише клітин вищих рослин. Щоб спричинити загибель паростків, а тим більше дорослих рослин, потрібні поглинені дози випромінювання у десятки і сотні разів більші, особливо у випадку хронічного впливу [26].
Деякі уявлення про радіорезистентність вищих рослин при хронічному опромінюванні дають експерименти на гамма-полях, у тому числі з розміщенням гамма-джерел у лісах. Такі роботи проводились у Великій Британії (А. Сперроу), США (Г. Вудвелл), Пуерто-Рико (Г. Одум і Р. Піджін), Росії (М. В. Тимофєєв-Ресовський). Ці дослідження довели, що найменш радіорезистентними з вищих рослин є хвойні, насамперед сосна: голки її починають жовтіти, а потім обпадають уже за потужності поглиненої дози випромінювання близько 0,1 Гр/добу (10 рад/добу) чи 35 Гр (3500 рад) на рік. Майже таку саму чутливість до опромінення виявляють сосни у разі випадання радіонуклідів. Так, для аварії на Південному Уралі в 1957 p., а також на Чорнобильській АЕС характерний «рудий» ліс — великі масиви соснового лісу з поруділою хвоєю. Той факт, що хвойні, принаймні зовні, є найбільш радіочутливими рослинами, змушує розглянути це явище докладніше. Порудіння і потім обпадання хвої — наслідок впливу не стільки інкорпорованого, скільки зовнішнього опромінення (наприклад, від радіоактивної хмари, що виникла під час аварії і містила багато короткоіснуючих радіонуклідів). Коренева система дерев у ґрунті, що сорбував основну масу радіонуклідів, постраждала відносно мало, як і клітини камбію, що здатні пробуджуватися і давати нові паростки з нормальною хвоєю.
4.2 Чутливість рослин до хронічного опромінювання
Для того щоб дерево чи чагарник загинули внаслідок радіонуклідного забруднення, потрібно не тільки інактивувати значну частину клітин їхніх точок росту, тобто кінчиків коренів і паростків, а й знищити значну частину клітин камбію, здатних пробуджуватися і давати початок новим точкам росту. Завдяки такому захисному бар'єру криві виживаності дерев і чагарників мають зазвичай великі плечі й нахили, зумовлені рівнем Dо дляїхніх клітин, унаслідок чого вони стають подібними до кривих виживаності найпростіших. Тому відомості про рівень Do у випадку опромінення дерев (та й інших рослин) дають значно занижені оцінки їхньої радіорезистентності [26].
Численні експерименти з гострого і хронічного опромінювання насіння і наростків різних рослин засвідчили, що граничною дозою, нижче за яку в жодних рослин не вдається спостерігати інших наслідків опромінювання, крім променевого стимулювання, є доза 10 Гр, що приблизно відповідає поверхневій активності радіонуклідів 3,7 х 1014 Бк/км2 (104 Кі/км2) у перерахунку на хронічне опромінювання протягом року. Ця оцінка враховує результати вивчення рослин і в лабораторних експериментах, і в природних умовах. Найчутливішими до впливу радіонуклідів є насіння, паростки і дерева сосни, інші деревні значно стійкіші, ще більш радіорезистентні чагарники і, нарешті, трави. Тому трави (принаймні деякі види їх) можуть витримувати хронічне опромінювання дозою до 10 Гр/добу, що відповідає поверхневій активності радіонуклідів на забрудненій території до 3,7 х 1014 Бк/км2 (104 Кі/км2) і більше. Цей інтервал - від 3,7 х 1013 до 3,7 х 1015 Бк/км2 (103-105 Кі/км2) - можна вважати ушкоджувальним для лісових рослин.
Хронічний вплив градієнта гамма-випромінювання на дубово-сосновий ліс показано на мал. 4.1. Потужність дози 0,02 — 0,05 Гр/добу, або 2 — 5 рад/добу (що становить близько 10 — 20 Гр/рік, або 1000 — 2000 рад/рік), не впливає на рослини такого лісу. У разі потужності дози близько 0,1—0,2 Гр/добу (10 — 20 рад/добу) почне реагувати сосна, у якої згодом буріє та обпадає хвоя. Потужність поглиненої дози випромінювання 0,05—1 Гр/добу, або5—100 рад/добу (тобто 10 — 3,5 • 102 Гр/рік), призводить до зменшення видової різноманітності лісу і збільшення кількості комах-паразитів, що віддають перевагу пригніченим рослинам. Потужність поглиненої дози випромінювання, яка перевищує 1 Гр/добу (100 рад/добу), чи 3,5 • 102 Гр/рік, призводить до загибелі вищих рослий, які практично вимирають при 5 Гр/добу (500 рад/добу), чи 3,5 • 104 Гр/рік.
Мал. 4.1. Вплив градієнта хронічного гамма-випромінювання на дубово-сосновий ліс (за І.О. Одумом, 1975)
Найбільш радіорезистентними з лісових рослин є дрібні чагарники і трави, такі як верес, осока та інші, в яких значна частина рослини розміщена під землею і після припинення опромінювання дає кореневі паростки, що швидко відростають. Рекордсменом щодо цього є трав'яниста рослина Panicumsanguinale, яка утворює в разі хронічного опромінювання за потужності поглиненої дози 10 Гр/добу (1000 рад/добу) замість звичайної суміші багатьох видів різнотрав'я і злаків чистий травостій [26].
4.3 Вплив радіонуклідів на популяції рослин
Таким чином, можна обґрунтовано вважати, що поверхнева активність радіонуклідів території приблизно до рівня 3,7 • 103 Бк/км2 (103 Кі/км2) ніяк не впливатиме на проживання на ній мікроорганізмів і рослинність. Це нижня межа радіорезистентності цих організмів. Насправді їхня радіорезистентність є ще вищою. По-перше, ефект хронічного опромінювання набагато менший, ніж гострого (а наведений вище матеріал стосується в основному гострого опромінення). По-друге, при використаній даних про радіонуклідне забруднення ми враховували лише зовнішнє опромінення від радіонуклідів, внесених у ґрунт чи воду, а не додаткове внутрішнє опромінення за рахунок інкорпорованих радіонуклідів. Як відомо, коефіцієнти переходу і накопичення можуть бути дуже значними, і дози, отримані рослинами внаслідок дії радіонуклідів, мають бути істотно більшими, ніж було враховано нами під час розгляду впливу радіонуклідів на рослини (як і на тварин, що живуть на забруднених ними територіях).
Фактично людину цікавить не стільки характер змін у стані здоров'я окремих представників біоти, що живуть на забруднених територіях, скільки те, яку шкоду може заподіяти таке забруднення популяціям цих організмів, тобто як уплине їх опромінення на здатність давати повноцінне потомство. Таких даних уже накопичено досить, щоб вважати, що популяції мікроорганізмів і вищих рослин значно стійкіші до опромінення (особливо хронічного), ніж їх окремі особини. З огляду на такий популяційний аспект радіоекологічних досліджень можна цілком обґрунтованим вважати рівень потужності поглиненої дози випромінювання 10 Гр/рік чи поверхневої активності радіонуклідів 3,7 • 1013 Бк/км2 (103 Кі/км2) як нижню межу біологічно нешкідливого опромінення не тільки мікроорганізмів, а й рослин. Інакше кажучи, при дозах, що не перевищують наведених значень, ніяких несприятливих наслідків для рослин очікувати не слід. Незалежно від такого опромінення рослини і мікроорганізми будуть нормально виконувати свої трофічні функції, мати таку саму продуктивність і кондиціювальну здатність, як і без опромінення, і, отже, відігравати ту саму роль концентраторів і транспортерів радіонуклідів у міцно зв'язані з детритом форми захоронювання.