Особенности накопления 137Cs растениями травянистых сообществ в ближней зоне Чернобыльской АЭС на этапе отдаленных последствий радиационной аварии
Аннотация
Радиоактивные изотопы Cs в значительной степени определяют тяжесть радиационных аварий с выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду. Поэтому актуальным является выявление закономерностей их поведения в различных экосистемах, переход по пищевым цепям, а также поиск эффективных методов воздействия на эти процессы.
Цель исследования – поиск закономерностей накопления 137Cs травянистыми растениями естественных экосистем на этапе отдаленных последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС. Работы проводились на трех экспериментальных полигонах, расположенных на расстоянии 13–16 км от эпицентра аварии. На каждом полигоне заложены пробные площадки, на которых изучена характеристика растительного покрова и почвы. Для подтверждения влияния режима увлажнения на накопление 137Cs растениями также был поставлен микровегетационный опыт. Анализ результатов наблюдений в травянистых экосистемах не позволил выявить непосредственную связь между показателями валового загрязнения по- чвы 137Cs, содержанием его растворимой, ионообменной и лабильной форм нахождения в почве с накоплением радионуклида надземными частями Elytrigia repens (L.) Nevski, Calamagrostis epigejos (L.) Roth, Poa pratensis L. и Carex brizoides L. Среди комплекса эдафических факторов наиболее тесную связь с удельной активностью 137Cs в надземных частях злаковых растений имеют объемная доля воды в почве, содержание в ней подвижного K2O и лабильной, извлекаемой тетрафенилборатом, формы радионуклида. Обратный экспоненциальный характер связи этих параметров с накоплением 137Cs опосредован K-зависимыми механизмами поглощения Cs и снижением эффективной диффузии K из почвенного раствора к поверхности корня при уменьшении влажности почвы. Для Carex brizoides K-зависимый механизм регуляции корневого поглощения Cs не подтвержден. Эксперимент в контролируемых условиях подтвердил существенное увеличение накопления 137Cs злаковыми растениями при снижении влагообеспеченности, обусловленное активацией переносчиков K с высокой аффинностью как к этому элементу, так и к Cs.
Литература
- Steinhauser G, Brandl A, Johnson TE. Comparison of the Chernobyl and Fukushima nuclear accidents: A review of the environ- mental impacts. Science of the total environment. 2014;470(471):800–817. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.10.029.
- Sanzharova NI, Sysoeva AA, Isamov NN (ml.), Aleksahin RM, Kuznetsov VK, Zhigareva TL. Rol khimii v reabilitatsii sel’skok- hozyaistvennykh ugodii, podvergshikhsya radioaktivnomu zagryazneniyu [The role of chemistry in the rehabilitation of agricultural land exposed to radioactive contamination]. Russian Chemistry Journal. 2005;XLIX(3):26–34. Russian.
- Fesenko SV, Spiridonov SI, Sanzharova NI, Anisimov VS, Aleksakhin RM. Simulation of 137Cs migration over the soil–plant system of peat soils contaminated after the chernobyl accident. Russian journal of ecology. 2002;33(3):170–177. DOI: 10.1023/a:1015475406815.
- Tsybulka MM, Putyatin YuV. Biologicheskaya dostupnost’ 137Cs i 90Sr v dernovo-podzolistykh pochvakh v otdalennyi period avarii na Chernobyl’skoi AES [Biological availability of 137Cs and 90Sr in soddy-podzolic soils in the long period of the accident at the Chernobyl NPP]. Journal of the Belarusian State University. Ecology. 2022;4:108–117. DOI: 10.46646/2521-683X/2022-4-108-117. Russian.
- Frissel M, Deb DL, Fathony M, Lin YM, Mollah AS, Ngo NT, Othman I, Robison WL, Skarlou-Alexiou V, Topcuoğlu S, Twining JR, Uchida S, Wasserman MA. Generic values for soil-to-plant transfer factors of radiocesium. Journal of environmental radioactivity. 2002;58(2–3):113–128. DOI: 10.1016/s0265-931x(01)00061-3.
- Absalom JP, Young SD, Crout NMJ, Nisbet AF, Woodman RFM, Smolders E, Gillett AG. Predicting soil to plant transfer of radiocesium using soil characteristics. Environmental science & technology. 1999;33(8):1218–1223. DOI: 10.1021/es9808853.
- Tarsitano D, Young S, Crout N. Evaluating and reducing a model of radiocaesium soil-plant uptake. Journal of environmental radioactivity. 2011;102(3):262–269. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2010.11.017.
- Rai H, Kawabata M. The dynamics of radio-cesium in soils and mechanism of cesium uptake into higher plants: Newly elucidated mechanism of cesium uptake into rice plants. Frontiers in plant science. 2020;11:528. DOI: 10.3389/fpls.2020.00528.
- Putyatin YV. Vliyanie gumusovogo sostoyaniya dernovo-podzolistykh supeschanykh pochv na nakoplenie radionuklidov 137Cs i 90Sr kormovymi kul’turami [Influence of humus status of sod-podzolic loamy sand soils on the accumulation of 137Cs and 90Sr radionuclides by forage crops]. Soil Science and Agrochemistry. 2019;1:203–211. Russian.
- Podoljak AG, Timofeev SF, Grebenshhikova NV, Arastovich TV, Zhdanovich VP. Prognozirovanie nakopleniya 137Cs i 90Sr v travostoyakh osnovnykh tipov lugov Belorusskogo Poles’ya po agrokhimicheskim svoistvam pochv [Prognosis of accumulation of 137Cs and 90Sr in the herbage of main types in the Belarus Polessje meadows using agrochemical soil properties]. Radiation biology. Radioecology. 2005;45(1):100–111. Russian.
- Smolders E, den Brande KV, Merckx R. Concentrations of 137Cs and K in soil solution predict the plant availability of 137Cs in soils. Environmental science & technology. 1997;31(12):3432–3438. DOI: 10.1021/es970113r.
- Zhu Y‐G, Smolders E. Plant uptake of radiocaesium: a review of mechanisms, regulation and application. Journal of experimental botany. 2000;51(351):1635–1645. DOI: 10.1093/jexbot/51.351.1635.
- Ramírez-Guinart O, Kaplan D, Rigol A, et al. Deriving probabilistic soil distribution coefficients (Kd). part 2: Reducing cae- sium Kd uncertainty by accounting for experimental approach and soil properties. Journal of environmental radioactivity. 2020;223- 224:106407. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2020.106407.
- Konoplev A. Mobility and Bioavailability of the Chernobyl-Derived Radionuclides in Soil-Water Environment: Review. In: Be- havior of radionuclides in the environment II: Chernobyl. Singapore: Springer; 2020. p. 157–193. DOI: 10.1007/978-981-15-3568-0_3.
- Park S-M, Alessi DS, Baek K. Selective adsorption and irreversible fixation behavior of cesium onto 2:1 layered clay mineral: A mini review. Journal of hazardous materials. 2019;369:569–576. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.02.061.
- Prister B. Behavior of the Chernobyl-Derived Radionuclides in Agricultural Ecosystems. In: Behavior of radionuclides in the environment II: Chernobyl. Singapore: Springer; 2020. р. 229–282. DOI: 10.1007/978-981-15-3568-0_5.
- White PJ, Broadley M.R. Mechanisms of caesium uptake by plants. New phytologist. 2000;147(2):241–256. DOI: 10.1046/j.1469- 8137.2000.00704.x.
- Kashparov V, Levchuk S, Zhurba M, et al. Spatial datasets of radionuclide contamination in the Ukrainian Chernobyl exclusion zone. Earth system science data. 2018;10(1):339–353. DOI: 10.5194/essd-10-339-2018.
- Delvaux B, Kruyts N, Cremers A. Rhizospheric mobilization of radiocesium in soils. Environmental science & technology. 2000;34(8):1489–1493. DOI: 10.1021/es990658g.
- Ogasawara S, Nakao A, Eguchi T. et al. The extractability of potassium and radiocaesium in soils developed from granite and sedimentary rock in Fukushima, Japan. Journal of radioanalytical and nuclear chemistry. 2019;323(1):633–640. DOI: 10.1007/s10967- 019-06971-2.
- Wakabayashi S, Eguchi T, Nakao A, et al. Effectiveness of non-exchangeable potassium quantified by mild tetraphenylboron ex- traction in estimating radiocesium transfer to soybean in fukushima. Science of the total environment. 2022;820:153119. DOI: 10.1016/j. scitotenv.2022.153119.
- Wauters J, Elsen A, Cremers A, et al. Prediction of solid/liquid distribution coefficients of radiocaesium in soils and sediments. Part one: a simplified procedure for the solid phase characterisation. Applied geochemistry. 1996;11(4):589–594. DOI: 10.1016/0883- 2927(96)00027-3.
- Kuchenbuch R, Claassen N, Jungk A. Potassium availability in relation to soil moisture. I. Effect of soil moisture on potassium diffusion, root growth and potassium uptake of onion plants. Plant and soil. 1986;95(2):221–231. DOI: 10.1007/bf02375074.
- Kumar P, Kumar T, Singh S, et al. Potassium: a key modulator for cell homeostasis. Journal of biotechnology. 2020;324:198–210. DOI: 10.1016/j.jbiotec.2020.10.018.