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

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 Черно быльской 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 за грязнения по ¹³⁷Cs свыше 1 Ки / км ² (37 кБк / м ²) со ставила 240,9 км ² ( при этих уровнях загрязнения при неблагоприятном стечении обстоятельств , например , распространении в загрязненном ареа ле малоплодородных песчаных подзолистых и торфяных почв , необходимо было внедрение сис темы защитных мероприятий в сельскохозяйст венном производстве ).

Во - вторых , авария произошла в самое небла гоприятное для сельского хозяйства время : в кон це весны - начале лета , когда были практически завершены посев и посадка всех сель скохозяйственных культур и , что особенно важно с радиологической точки зрения , скот был переве ден со стойлового на пастбищное содержание ( запасы " чистых " кормов фактически отсутствова ли ).

В - третьих , основным дозообразующим радио нуклидом на территории , подвергшейся воз действию аварии , явился ¹³⁷Cs ( на ранних этапах вместе с ¹³⁴Cs). Хотя биогеохимия этого радионук лида , его поведение в пищевых цепочках и мета болизм в организме сельскохозяйственных живот ных были достаточно изучены , тем не менее " на циональным " радионуклидом в бывшем СССР можно считать ⁹⁰Sr, 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 ¹³⁷Cs 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 се льскохозяйственной радиологии в частности , ин формацией о поведении радионуклидов в окру жающей среде и радиологических аспектах аварии с выбросом радионуклидов располагало доста точно 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 90Sr и относительно долгоживущие радионуклиды - 144Ce, 95Zr и 106Ru). Сравнительно мало информации было накоплено о миграции в пищевой цепи 131I и сочетанном действии выведенных в окружающую среду радионуклидов и внешнего облучения (хотя крупные полуполевые 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 жи вотных от поступающего в окружающую среду ¹³¹I ( поражение щитовидной железы ). Благодаря пра вильно примененным защитным мероприятиям в животноводстве в острый период ( эвакуация жи вотных ) в целом удалось избежать потерь скота вследствие лучевого поражения .

На раннем этапе ликвидации последствий ава рии в острый период основными защитными ме роприятиями в АПК являются ограничительные ( или , в крайнем случае , запретительные ) в отно шении использования сельскохозяйственных про дуктов - с одной стороны и ведения АПК ( напри мер , прекращение выпаса животных ) - с другой стороны . Выполнение этих мероприятий предпо лагает в качестве обязательной стадии радиаци онного мониторинга сельскохозяйственных угодий . В этом плане опыт ликвидации последствий ава рии на ЧАЭС дал весьма важные результаты . Бы ли отработаны принципы радиационного монито ринга на больших территориях с использованием воздушной и наземной съемок , радиационного контроля больших объемов кормов и сельскохо зяйственной продукции ( в том числе в личных подсобных хозяйствах , где такого рода контроль имеет много специфических особенностей ). Суще ственны достижения в разработке соответствую щей радиометрической и дозиметрической аппа ратуры .

Присутствие в выброшенной при аварии на ЧАЭС смеси радионуклидов долгоживущих компонентов (в первую очередь 137Cs, в меньшей степени 90Sr, а также 239Pu) 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 внедре ния в практику рекомендаций по ведению агро промышленного производства на территориях , подвергшихся радиоактивному загрязнению .

В общих чертах итоги научных исследований по сельскохозяйственной радиоэкологии в зоне аварии на ЧАЭС можно сформулировать следую щим образом . В регионе аварии на ЧАЭС распро странены малоплодородные почвы : дерново - под золистые легкого механического состава ( песча ные и супесчаные ), а также гидроморфные почвы торфяного ряда . Для этих почв , характеризующих ся максимальными коэффициентами перехода ¹³⁷Cs из почвы в растения , были определены па раметры переноса этого радионуклида в системе почва - растение . Была отслежена динамика изме нения биологической доступности ¹³⁷Cs в почвах и определены темпы " старения " этого радионуклида в почвах ( усиления фиксации за счет протекания кристаллохимических реакций с некоторыми поч венными минералами типа клиноптилолита и дру гих биогеохимических процессов ). Были рассчита ны экологические полупериоды уменьшения кон центрации ¹³⁷Cs в важнейших сельскохозяйствен ных продукциях ( молоко , мясо , продукция расти тельного происхождения ), т . е . времени , в течение которого концентрация этого радионуклида умень шается в 2 раза . Были определены два периода в поставарийное время , которые резко отличаются по темпам уменьшения скорости миграции ¹³⁷Cs в системе почва - растение ( для первого из этих пе риодов , равного 2-5 годам после аварии , снижение перехода ¹³⁷Cs 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 137Cs. В области агрохимии была оценена роль антагонистических отношений в усвоении корневыми системами растений 137Cs и его химического аналога и неизотопного носителя щелочного макроэлемента - калия. Эти работы послужили научным обоснованием внесения повышенных количеств калийных удобрений (в 2-3 раза выше общепринятых) для подавления перехода 137Cs из почвы в растения. Была оценена положительная роль фосфорных удобрений в снижении поглощения 137Cs растениями и подтверждено положение, согласно которому добавление повышенных количеств азотных удобрений может обусловливать усиление усвоения 137Cs растениями. Новые данные были получены по почвенной химии 137Cs в торфяных почвах; были разработаны специальные 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 ¹³⁷Cs 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 ¹³⁷Cs и их доступностью для корневого усвоения . Отдельной главой химии ¹³⁷Cs стало поведение ¹³⁷Cs в системе почва - растение для ситуаций , ко гда радионуклид поступил на почвенно - раститель ный покров не в относительно растворимой фор ме , а в виде твердых частиц ( остатки разрушенных ТВЭЛов реактора ).

В растениеводстве собраны обширные данные о накоплении ¹³⁷Cs очень большим набором сель скохозяйственных культур , что создало базу для использования в практике видов и сортов расте ний , характеризующихся минимальной концентра цией ¹³⁷Cs.

Весьма существенно расширились наши пре дставления о миграции ¹³⁷Cs в лугопастбищных экосистемах , интерес к которым предопределялся тем , что молоко ( отчасти мясо ) явились основны ми дозообразующими пищевыми продуктами . На личие луговой дернины как важнейшего компонен та лугового биогеоценоза предопределяет долго временное существование депо радионуклидов с их повышенной доступностью для поглощения растениями ( в дернине радионуклиды благодаря отсутствию фиксации малым количеством минера льной фракции остаются длительное время в под вижном состоянии ). Экологические полупериоды снижения концентрации ¹³⁷Cs в лугопастбищной растительности существенно больше , чем на па хотных почвах . Детальное изучение миграции ¹³⁷Cs на лугах позволило разработать эффектив ные защитные мероприятия по ограничению по ступления ¹³⁷Cs в растения и , следовательно , в животноводческую продукцию .

В животноводстве анализ метаболизма ¹³⁷Cs у сельскохозяйственных животных позволил выра ботать систему рационального кормления живот ных ( 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 ¹³⁷Cs внесло применение цезий - связывающих препаратов ( ферроцианидсодер жащие соединения ). В перерабатывающих от раслях АПК ( особенно для животноводческой про дукции ) были проанализированы схемы основных технологических процессов с оценкой изменения концентрации ¹³⁷Cs в продуктах переработки от сырья до конечного продукта , что позволило вы брать наиболее рациональные схемы , обеспечи вающие минимизацию содержания ¹³⁷Cs в пище вых продуктах . В области сельскохозяйственного машиностроения были разработаны конструкции нескольких видов техники для работы в условиях радиоактивного загрязнения территории .

Итогом многолетних комплексных исследова ний в области сельскохозяйственной радиоэко логии стало создание системы защитных ме роприятий в агропромышленном производстве , внедрение которых на территории , подверженной воздействию аварии на ЧАЭС , позволило добить ся существенного снижения доз облучения насе ления и привело к значимому оздоровлению окру жающей среды [3].

Основу указанного комплекса контрмер в АПК составили :

• -    в земледелии и растениеводстве - рациона льная обработка почв с максимально возможным заглублением радионуклидов , специальная сис тема удобрений ( усиление роли фосфорных и особенно калийных удобрений и контроль внесе ния азотных ), известкование , подбор видов и сор тов растений с минимальным выносом радионук лидов ;

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

• -    в животноводстве - кормление животных , обе спечивающее получение продукции , отвечающей радиологическим стандартам ( в частности , пере вод животных на " чистые " корма в предубойный период , введение ферроцианидов для снижения концентрации ¹³⁷Cs в молоке и мясе );

• -    в ветеринарной медицине - исключение лу чевой патологии животных ( ограничение пос тупления радионуклидов в организм животных , уменьшение дозы внешнего облучения );

• -    в защите растений - оптимизация применения химических средств защиты , ведущая к ми нимизации содержания токсикантов в пищевых продуктах ( радионуклидов и веществ нера диационной природы );

• -    в перерабатывающих отраслях - использова ние технологических процессов , обеспечивающих более низкие концентрации радионуклидов в ко нечных ( пищевых ) продуктах относительно сырья ( в частности , переработка молока на масло ).

За 10 лет , прошедших со дня аварии на Чер нобыльской 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 внедре ны 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 .