Как получить экологически безопасную продукцию в условиях радиоактивного загрязнения

У лучшение качества урожая, получаемого в условиях повышенной радиационной нагрузки, является актуальной задачей сельскохозяйственной науки, так как основными способами обеспечить экологическую безопасность продуктов питания являются агрохимические, агротехнические и мелиоративные мероприятия.

Проблема радиоактивного загрязнения в Воронежской области возникла более 30 лет назад в связи с аварией на Чернобыльской АЭС. Несмотря на значительную удаленность границ области (более 600 км) от эпицентра аварии, в компонентах экосистем было зафиксировано появление техногенных радионуклидов – 127I, 137Cs и 90Sr.

Тридцатилетний период, прошедший после Чернобыльской катастрофы, позволяет оценить долговременные последствия крупномасштабной радиационной аварии.

Карта Воронежской области, на которой заштрихованы районы, отнесенные к зонам радиоактивного загрязнения вследствие аварии на Чернобыльской АЭС (плотность загрязнения составляет 1–5 Ки/км2)

Вопрос о целесообразности ведения сельскохозяйственного производства на загрязненных землях является чрезвычайно актуальным, поскольку плотность населения, проживающего в загрязненных районах, высока – 40-44 чел./км2, при этом качество пахотных земель в Центрально-Черноземном регионе наивысшее.

На представленной на рисунке карте Воронежской области заштрихованы районы, отнесенные к зонам радиоактивного загрязнения вследствие аварии на Чернобыльской АЭС. В насе- ленных пунктах Воронежской области, отнесенных к зоне радиоактивного загрязнения в Аннинском, Верхнехав-ском, Нижнедевицком, Ольховатском, Острогожском, Панинском, Репьев-ском и Хохольском районах, плотность радиоактивного загрязнения составляет 1-5 Ки/км2.

Кроме отмеченных восьми радиоактивно загрязненных районов в Павловском районе Воронежской области функционирует предприятие ОАО «Павловск неруд», чей производственный цикл связан с добычей, производством и реализацией гранитного щебня. Гранит в карьерах для добычи полезных ископаемых – это твердая монолитная скала, искус -ственно взрываемая для получения глыб гранита, которые затем дробятся и просеиваются с целью деления на фракции. Природный гранит содержит естественные радионуклиды, и при его добыче неизбежны рассеивание нуклидов в окружающей среде, загрязнение почвенного покрова и биоты, а также миграция по трофическим цепям к человеку.

С учетом вышеизложенного целью представленной исследовательской работы являлась оценка радиоэкологической обстановки в экосистемах, прилегающих к карьерам ОАО «Павловск неруд», а также в агроэкосистемах К(Ф)Х «Палихов А.А.» Хохоль-ского района, так как эти районы включены в перечень населенных пунктов, находящихся в границах зон радиоактивного загрязнения вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС.

В круг задач проведенного исследования входили оценка мощности полевой эквивалентной дозы на выбранных территориях, общей токсичности и качества сельскохозяйственной продукции, произведенной в хозяйствах, а также анализ мероприятий, способ- ствующих снижению радиационной нагрузки.

Материалы и методы

Исследования радиоэкологической ситуации велись в 2016–2018 гг. в К(Ф)Х «Палихов А.А.» Хохольского района и СХА «Дружба» Павловского района Воронежской области.

Измерения мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения осуществлялись с помощью комбинированного дозиметра РКСБ-104 «Радиан».

Общую токсичность продукции зерновой пробы определяли биотестированием.

В качестве биотеста использовали семена редиса и кресс-салата, которые чувствительны на внесение пестицидов и тяжелых металлов.

Результаты и их обсуждение

Оценка последствий от техногенной аварии проводилась систематически и комплексно испытательным лабораторным центром ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области», данные исследований использовались для составления радиационногигиенического паспорта Воронежской области, а также базы данных «РегБД36», разработанной ФБУН «Санкт-Петербургский НИИ радиационной гигиены имени профессора П.В. Рамзаева».

По данным ретроспективного анализа за 1986-2014 гг., в 79 населенных пунктах, которые были в зоне радиоактивного загрязнения, почти все показатели радиоактивного загрязнения снизились. Территориальные значения среднегодовой дозы группы населения уменьшились в 55,9 раза (с 7,63 до 0,14 мЗв/год), среднее значение радиационного фона по области составляет 0,11 мкЗв/час, что укладывается в интервал естественных фоновых колебаний. Среднемесячные и максимальные суточные значения концентрации радиоактивных веществ в приземном слое не превышают критических значений.

Санитарно-гигиенический подход к оценке состояния окружающей среды основан на соблюдении принципа: безопасность среды для человека гарантирует и общую экологическую безопасность для существования других видов. Однако далеко не все параметры окружающей среды допустимо нормировать исходя из этого принципа.

Например, при загрязнении почвы тяжелыми металлами наиболее чувстви-

Таблица 1. Оценка радиационного фона на территории

К(Ф)Х «Палихов А.А.» и СХА «Дружба»

Варианты в К(Ф)Х «Палихов А.А.»	Мощность экспозиционной дозы, мкЗв/час	Варианты в СХА «Дружба»	Мощность экспозиционной дозы, мкЗв/час
Селитебная зона	0,15	45 км от карьера	0,15
Ток	0,18	40 км от карьера	0,17
Поле № 2 озимой пшеницы	0,13	30 км селитебная зона	0,18
АЗС	0,14	Вблизи карьера	0,30

тельными организмами в микробном сообществе становятся азотфиксаторы, бактерии рода Bacillus, а доминировать начинают устойчивые виды микроми-цетов: псевдомонады, стрептомицеты и многие виды целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Различную чувствительность к тяжелым металлам проявляют и почвенные простейшие (раковинные амебы и др.), водоросли.

Экологическое нормирование оценивает безопасность среды обитания по наиболее чувствительному к данному фактору нагрузки виду, что позволяет сохранить все видовое разнообразие на участке.

Экологический подход к обеспечению радиационной защиты населения состоит в том, что, обеспечивая безопасную среду обитания для наиболее чувствительной к поражающему фактору популяции, мы создаем благоприятные условия и для всех остальных популяций в биоценозе. Чем выше уровень организации вида, тем меньше резистентных механизмов по отношению к поражению от радиации. Наиболее чувствительным и уязвимым видом, таким образом, является человек. Согласно постулату Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) безопасность от поражающих радиационных факторов для любой экологической системы в целом гарантирована, если обеспечен уровень защиты всех людей.

Максимальный показатель средней эффективной дозы по Российской Федерации составляет 3,789 мЗв/год, а в Воронежской области – и 3,309 мЗв/год. За 2010-2016 гг средняя годовая эффективная доза на жителя Воронежской области за счет всех источников ионизирующего излучения составляла от 2,980 до 3,309 мЗв, что не превышает предельно допустимой дозы 5 мЗв согласно Нормам радиационной безопасности НРБ-99/2009.

Радиационная обстановка на территории исследуемых хозяйств формируется в результате воздействия естественных (природных) и искусственных источников радиации, которые вносят свой вклад в радиационный фон.

Радиационный фон отслеживался на протяжении 3 лет в разных точках территории К(Ф)Х «Палихов А.А.» и СХА «Дружба», агроценозы и селитебная зона которой расположены на расстоянии 30-0 км от карьеров «Павловск неруд» (табл.1).

В непосредственной близости к карьеру радиационный фон повышен в 1,3-1,5 раза по следующим причинам.

О В некоторых природных минералах содержится уран. Наивысшее содержание среди горных пород имеют первичные вулканические породы (гранит) и некоторые осадочные породы, образовавшиеся благодаря разрушению первичных пород и выщелачиванию из них урана.

@ Из горных пород по трещинам с газовой фазой и с водой к поверхности Земли эманирует радиоактивный газ радон. Скорость переноса 222Rn из земной поверхности и его концентрация в приземном слое воздуха зависят от многих факторов, например от содержания урана в материнских породах.

На всех остальных исследуемых участках значения мощности гаммафона колебались в естественных для данной местности пределах 0,1–0,2 мкЗв/ч, что объясняется слабым уровнем плотности поверхностного загрязнения, а также проводимыми в хозяйствах профилактическими мероприятиями, которые снижают радиационную нагрузку.

В структуре коллективной дозы населения основную долю нагрузки жители получают от природных источников

По данным ретроспективного анализа за 1986– 2014 гг., в 79 населенных пунктах, которые были в зоне радиоактивного загрязнения, почти все пока-

затели радиоактивного загрязнения снизились. Территориальные значения среднегодовой дозы группы населения уменьшились в 55,9 раза (с 7,63 до 0,14 мЗв/год), среднее значение радиационного фона по области составляет 0,11 мкЗв/час, что укладывается в интервал естественных фоновых колебаний.

(75%), от медицинских исследований (23%), техногенно измененного фона (2%).

Защита от внешнего облучения осуществляется традиционно по четырем направлениям:

• •    увеличение расстояния от источника излучения;

• •    экранирование объекта поглощающими материалами;

сокращение времени облучения;

полноценное питание населения, увеличивающее резистентность организма по отношению к радиотоксинам.

Защиту от внутреннего облучения обеспечивает комплекс мер, снижающих перемещение радионуклидов из почвы в трофические цепи. Внутреннее облучение организма возникает в случае попадания радионуклидов с пищей, водой или воздухом в легкие или внутренние органы по пищевым цепям или с дыханием.

Предельная эквивалентная доза, полученная от техногенных источников, для населения группы В составляет 1 мЗв/год. Расчет дозы внешнего облучения от загрязнения почвы оценивают по следующей формуле:

D_внеш (мЗв/год) ≈ 0,1 а_s (Ки/км²), где а - средняя плотность загрязнения территории ¹³⁷Cs.

В Хохольском районе плотность поверхностного загрязнения цезием колеблется в пределах 0,62-1,66 Ки/км2.

Таким образом, вклад внешнего облучения, обусловленного поверхностным загрязнением, в общую дозу, получаемую местным населением, незначителен, так как не превышает 0,06–0,17 мЗв/год (1–3%). Поэтому можно заключить, что в условиях слабого радиоактивного загрязнения фактором, определяющим вредный эффект, является инкорпорированные в сельскохозяйственную продукцию радионуклиды 137Cs и 90Sr.

На этапе перехода радионуклидов из почвы в растения (продовольственные или кормовые культуры) рекомендуется проведение ряда агротехнических, агрохимических и мелиоративных мероприятий, позволяющих уменьшить мобильность цезия и стронция. Особенно действенными для черноземных кислых почв является внесение калийных и органических удобрений, а также проведение известкования.

В таблице 2 изложены почвенные показатели участков в К(Ф)Х «Палихов А.А.», на которых проводились профилактические мероприятия по снижению миграции цезия и стронция в продукцию.

При внесении калийных удобрений в почве повышается концентрация ионов калия, что создает конкурентные условия для поглощения растениями цезия - элемента антагониста калия. Аналогичная ситуация происходит и при известковании: стронций усваивается растениями в 20 раз меньше с увеличением концентрации ионов кальция.

Кроме того, нейтрализация почвы в процессе известкования приводит к снижению растворимости ионов стронция и, следовательно, к уменьшению перехода в растения. Внесение органических удобрений способствует росту биомассы, повышению урожайности, что снижает удельную активность цезия и стронция в продукции.

Таблица 2. Агрохимические показатели почвы опытных участков

№ поля	Гумус, %	Гидролизуемый азот, мг/кг	Подвижный фосфор, мг/кг	Обменный калий, мг/кг	Сумма обменных оснований, мг-экв./100 г	Гидролитическая кислотность, мг-экв./100 г	рНсол
1	5,3	65,1	115	186	33,0	4,33	5,39
2	5,3	63,2	117	189	34,6	4,28	5,39
3	5,2	60,5	108	178	34,8	4,36	5,31
4	5,3	62,9	113	184	34,1	4,32	5,36
5	4,2	60,4	86	169	33,4	2,76	5,87
6	5,1	61,3	141	237	29,0	4,61	4,63
7	5,7	60,6	169	200	28,5	3,48	4,75
8	5,4	64,1	138	184	28,5	2,07	6,02
9	5,0	65,7	137	188	29,0	4,32	5,64
10	4,3	61,1	153	182	32,0	5,25	5,72
11	4,7	64,2	143	173	29,5	5,48	5,60
12	5,0	63,2	145	226	26,5	3,71	5,92
13	4,5	60,9	163	174	28,5	2,02	6,18
14	4,3	64,8	152	162	24,5	2,74	5,32
15	5,3	60,5	136	177	27,5	3,96	4,98
16	5,1	61,7	156	163	29,5	4,52	5,50
17	5,7	61,5	149	158	30,0	4,32	4,47
18	4,6	60,6	122	156	31,0	4,05	3,89
19	5,1	63,3	100	175	29,0	5,85	4,09
20	5,2	61,9	167	169	29,0	2,86	4,10

Таблица 3. Урожайность сельскохозяйственных культур в К(Ф)Х «Палихов А.А.»

Культура	Урожайность, ц/га
	2015 г.	2016 г.	2017 г.
Озимая пшеница	55,6	53,9	58,1
Ячмень	45,5	42,7	44,4
Подсолнечник	27,3	29,1	20,2
Кукуруза	55,8	58,6	60,4
Лен	-	-	12,8

Для снижения поступления радионуклидов в продукцию животноводства используются следующие способы:

• •    изменение режима содержания животных;

о рациональное использование кормов и кормовых добавок, в том числе использование чистых кормов, включение в рацион растений, в наименьшей степени накапливающих радионуклиды: зерно злаковых, клубни картофеля, кормовой свеклы, предубойное кормление чистыми кормами, кормле- ние обогащенными кальцием кормами: добавки мела, извести, фосфата кальция, добавки в корма цеолитов, комплексонов, сульфата бария, альгинатов (из морских водорослей).

Если удлинить производственнотрофическую цепь за счет нескольких производственных звеньев переработки продукции, то в конечном продукте потребления количество радионуклидов сокращается. Приемы переработки продукции растениеводства и животноводства позво- ляют в несколько раз снизить содержание цезия и стронция.

Продуктивность агроценозов, а также качество продукции в К(Ф)Х «Палихов

А.А.» не зависят от наличия в хозяйстве радиоактивного загрязнения 1-го (низкого) уровня (табл. 3).

В СХП Павловского района, находящихся на разном удалении от карьера по добыче гранита, не обнаружено зависимости урожайности и качества продукции от расстояния до карьера (табл. 4).                                   !►

При внесении калийных удобрений в почве повышается концентрация ионов калия, что создает конкурентные условия для поглощения растениями цезия – элемента антагониста калия. Аналогичная ситуация происходит и при известковании: стронций усваивается растениями в 20 раз меньше с увеличением концентрации ионов кальция.

Эффективность хозяйственной деятельности зависит от различных факторов – качества пахотных земель, соблюдения севооборотов, организации работ и т. п. Продукция всех предприятий сертифицирована, образцы зерновой продукции СХА «Дружба» были проанализированы ФГБУ ГЦАС «Воронежский» на содержание радионуклидов. Удельная активность зерновой пробы составила 2,9 ± 1,2 Бк/кг, что не превышает предельно допустимых уровней активности по СанПиН 2.3.2.1078-01 (70 Бк/кг).

Для выбора оптимальных технологий производства сельскохозяйственной продукции в сложных неоднозначных исходных условиях рекомендуется составлять прогнозную оценку радионуклидного загрязнения конечного продукта. Также желательно производить расчет прогнозируемого уровня облучения населения, проживающего на загрязненной территории, потребляющего местную сельскохозяйственную продукцию.

Прогноз и расчет радиационной нагрузки осуществляют по методикам, предложенным А.Д. Фокиным с соавт. (2011).

Чтобы оценить влияние мероприятий по снижению перехода загрязнений в сельскохозяйственную продукцию, была проанализирована общая токсичность биомассы растений, выращенных на загрязненной территории в К(Ф)Х «Палихов А.А.» и на незагрязненной – в УНТЦ «Агротехнология» Воронежского ГАУ (табл. 5). Метод биотестирования позволяет оценить суммарную токсичность продукции, обусловленную как радиоактивным загрязнением, так и применением средств химизации.

Согласно эксперименту разница в токсичности продукции составляет 5–%, что меньше существенной разницы для метода биотестирования.

Лабораторные исследования проб основных пищевых продуктов (молоко, картофель, мясо), питьевой воды, воды открытых водоемов показали, что превышения допустимых норм содержания в них радионуклидов нет, в том числе в населенных пунктах, имеющих статус загрязненных после аварии на Чернобыльской АЭС.

Выводы

О Экологический подход к обеспечению радиационной защиты населения состоит в том, что, организуя безопасную среду обитания для наиболее чувствительной к поражающему фактору популяции, мы создаем благоприятные условия и для всех остальных популяций в биоценозе.

@ На исследуемых участках в К(Ф) Х «Палихов А.А.» и СХА «Дружба» Хохольского и Павловского районов Воронежской области значения мощ-

Таблица 4. Анализ урожайности хозяйств Павловского района в зависимости от удаленности от карьера

Наименование хозяйства	Удаленность от карьера, км	Урожайность подсолнечника, ц/га	Урожайность зерновых, ц/га
ОАО «Мир»	1,9	16,9	14,0
ЗАО «Славяне»	2,5	19,5	16,1
ЗАО «Павловская МТС»	2,8	25,4	31,0
ЗАО «Агрофирма Павловская нива»	3,7	35,4	27,5
ООО «Агрофирма Тихий Дон»	4,3	17,3	23,0
ООО «Павловскинвест»	4,8	27,7	27,5
ЗАО «Павловскрыбхоз»	5,5	24,6	40,8
СХА «Рассвет»	25	21,6	31,5
СХА племзавод «Дружба»	30	15,3	24,9
ООО «Нива»	33	15,1	25,9
ЗАО «Родина»	34	40,1	28,0
ЗАО «Заря»	39	24,6	22,8
ООО «Воронцовское»	48	20,3	21,7
Всего по СХП	–	26,3	26,4

Таблица 5. Оценка общей токсичности продукции

Культура Вариант Биотест с редисом – длина корня, мм Биотест с кресс-салатом – длина корня, мм Пшеница яровая, сорт Дарья Контроль – УНТЦ «Агротехнология» 25 13 К(Ф)Х «Палихов А.А.» 26 12 Ячмень яровой, сорт Вакула(элита) Контроль – УНТЦ «Агротехнология» 21 15 К(Ф)Х «Палихов А.А.» 23 17 ности гамма-фона колебались в естественных для данной местности пределах 0,1–,2 мкЗв/ч, что объясняется слабым уровнем плотности поверхностного загрязнения, а также проводимыми в хозяйствах агрохимическими мероприятиями, которые снижают радиационную нагрузку.