9.1. ЗАХОДИ ІЗ ЗМЕНШЕННЯ НАДХОДЖЕННЯ РАДІОНУКЛІДІВ У ПРОДУКЦІЮ РОСЛИННИЦТВА

1. Основні принципи організації ведення сільського господарства на забруднених радіонуклідами територіях

Ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених радіонуклідами територіях повинно здійснюватись згідно положень відповідних нормативних документів про умови проживання і трудову діяльність населення на територіях з підвищеними рівнями радіаційного забруднення, з додержанням принципів радіаційної безпеки і основних санітарних правил роботи з радіоактивними речовинами і забезпечувати виробництво продуктів харчування, що не містять радіоактивних речовин вище допустимих рівнів.

Сільське господарство на забруднених радіонуклідами територіях повинно бути спрямоване на вирішення головного завдання – виробництва сільськогосподарської продукції, споживання котрої без обмежень не приведе до перевищення середньорічної ефективної еквівалентної дози опромінення людини. Це досягається за рахунок впровадження у виробництво таких заходів:

1. Підвищення загальної культури ведення сільськогосподарського виробництва з дотриманням необхідних прийомів радіаційної безпеки;

2. Проведення спеціальних  радіозахисних заходів, основною метою яких є мінімізація переходу радіонуклідів в продукцію рослинництва і тваринництва;

3. Перепрофілювання напрямів сільськогосподарського виробництва на забруднених територіях, яке забезпечить виключення одержання окремих видів продукції з підвищеним вмістом радіонуклідів.

Якщо впровадження цих заходів не забезпечує виробництва продукції, що відповідає санітарно-гігієнічним нормативам, ведення сільськогосподарського виробництва на цій території припиняється.

Максимальне зменшення розповсюдження радіоактивних речовин за межі забруднених ділянок – дуже важливий принцип ведення сільськогосподарського виробництва на забруднених територіях. Він досягається за рахунок залісення, проведення різних видів меліоративних робіт. Ці заходи не повинні призводити до  суттєвих змін у родючості ґрунту, погіршення якості продукції та викликати інші несприятливі наслідки.

До раціонального мінімуму повинен бути зведений вивіз сільськогосподарської продукції за межі забрудненої території. Останнє, однак, не може бути перепоною для використання поза неї продукції, у якій кількість радіонуклідів відповідає державним санітарно-гігієнічним нормативам.

2. Способи зменшення переходу радіонуклідів з грунту в сільськогосподарські рослини

Запобігання переходу радіонуклідів з ґрунту в рослини, тобто гальмування їх руху на початковій і найвідповідальнішій ланці їх короткого харчового ланцюжку – одне з головних сучасних завдань не тільки сільськогосподарської радіоекології, а й загальної радіобіології, так як спрямоване у кінцевому підсумку на протирадіаційний захист людини.

В залежності від властивостей ґрунту, ступеню його забруднення радіоактивними речовинами, а також видів сільськогосподарських рослин, що вирощуються, шляхів використання врожаю та деяких інших умов застосовують різні засоби, які можуть зменшити нагромадження радіонуклідів в продукції рослинництва і кормовиробництва в багато разів. Згідно з однією з класифікацій вони поділяються на дві групи:

1. Загальноприйняті заходи, застосування яких забезпечує ведення звичайного рівня рільництва або навіть сприяє збільшенню родючості ґрунту, зростанню врожаю, якості врожаю і водночас приводить до зменшення переходу радіонуклідів в рослини;

2. Спеціальні заходи, головною метою яких є виключно зменшення надходження радіонуклідів в рослини.

Таке розподілення, звичайно, має дуже умовний характер, тому що загальноприйняті засоби у певних ситуаціях можуть бути трактовані як спеціальні і навпаки. Тому слушно визначити п’ять основних комплексних систем зниження надходження радіонуклідів у рослини, які враховують як загальноприйняті, так і спеціальні механічні, агротехнічні, агрохімічні, хімічні та біологічні заходи: обробіток ґрунту, застосування хімічних меліорантів та добрив, зміни складу рослин у сівозміні, зміни у режимі зрошення і застосування спеціальних речовин та прийомів.

3. Обробіток ґрунту

Після випадання радіоактивні опади концентруються головним чином у верхньому досить тонкому шарі ґрунту. При порівняно невисоких рівнях забруднення ґрунту достатнім заходом може бути обробка звичайними фрезерними машинами або важкими дисковими боронами, а також оранка відвальними плугами на звичайну глибину 20–25 см. Змішування забрудненого поверхневого шару з більш глибоким різко зменшує розповсюдження радіоактивних опадів з вітром і суттєво знижує забруднення рослин аеральним шляхом.

За високих рівнях забруднення ефективним прийомом є загортання забрудненого шару ґрунту плантажним плугом на глибину 50–75 см з обертом скиби. Це приводить до зменшення нагромадження рослинами радіоактивних продуктів у зоні переважного розташування кореневих систем у 5–10 разів.

Безперечно, внаслідок такої оранки бідних дерново-підзолистих ґрунтів, можна очікувати істотного погіршення родючості, практично, до повної її втрати. Проте у ряді випадків вона необхідна, так як знижує можливість поверхневого вітрового підйому і перенесення, змиву радіоактивних речовин, а також на порядок знижує радіаційний фон на місцевості. Крім того, при достатньому внесенні органічних та мінеральних добрив, вапна на кислих або гіпсу на лужних ґрунтах, врожай може і не зазнавати суттєвого зниження.

Глибоке заорювання радіоактивних речовин – енергоємний захід, що вимагає багато зусиль і коштів. Тому його можна рекомендувати лише у виключних випадках під певні культури і, як правило, на невеликих площах.

За дуже високих рівнях забруднення проводять знімання верхнього шару грунту. З цією метою використовують нетрадиційну для агрономічної практики шляхоприбиральну, шляхобудівельну або спеціально сконструйовану техніку .

Проте зняття поверхневого шару ґрунту на глибину усього 5 см дає до 500 м³ з 1 га. Більш того, навіть за допомогою спеціальних машин в умовах поля неможливо зняти шар такої товщі, і тому об’єм ґрунтової маси може значно збільшуватись. Таку кількість ґрунту важко знімати, транспортувати, а головне – захороняти. Тому очищення поверхні ґрунту за допомогою цього прийому може бути рекомендоване лише в тих випадках, коли кількість радіонуклідів на них значно перевищує межі допустимих рівнів.

Іноді при дуже високих рівнях забруднення рекомендується глибока засипка поверхневого радіоактивного горизонту товстим (0,5–1 м) шаром чистого ґрунту, вибраного з глибини. Безперечно, такий захід важко провести на значних територіях. Як і глибока оранка, знаття верхнього шару ґрунту, він може мати лише локальне застосування.

Більшість розглянутих прийомів, які зв’язані з обробітком  ґрунту, мають характер спеціальних заходів і ефективні лише у перший рік після випадання радіоактивних речовин. Якщо ж була проведена оранка і поверхневий забруднений шар перемішався на глибину орного шару, проведення їх часто втрачає сенс. У такому разі необхідно звернутися до інших засобів. Одним з найбільш ефективним на всі наступні роки є застосування хімічних меліорантів і добрив.

4. Застосування хімічних меліорантів і добрив

Роль хімічних меліорантів, як речовин, що покращують фізико-хімічний стан ґрунтів; мінеральних та органічних добрив, як постачальників елементів живлення рослин,  в умовах забруднення угідь радіонукдідами не змінюється. Проте, вони можуть набувати нових функцій, які пов’язані з їх фізико-хімічними та хімічними властивостями. В умовах кваліфікованого застосування в певних формах, кількостях та співвідношеннях за допомогою них можна у багато разів зменшувати надходження радіонуклідів в рослини.

Вапнування та роль кальцію. Радіоактивні речовини часто-густо надходять у навколишнє середовище у вигляді нерозчинних і важкорозчинних необмінних форм. Проте з часом при контакті з водою, киснем повітря  вони можуть переходити  в розчинний обмінний стан. Цьому особливо сприяє кисла реакція середовища. І було помічено, що на кислих ґрунтах в рослини надходить більша кількість радіонуклідів, ніж на нейтральних чи лужних. В зв’язку з цим спосіб вапнування кислих ґрунтів, котрий широко застосовується у практиці сільського господарства, як виявляється, не тільки сприяє поліпшенню умов росту рослин, але також і зниженню надходження у них радіонуклідів.

Головним компонентом вапна є кальцій – хімічний аналог стронцію у вигляді окису, гідроокису, вуглекислої солі. Тому внаслідок конкуренції, антагонізму між ними надходження в рослини ⁹⁰Sr зменшується, як правило, у більшій мірі, ніж ¹³⁷Сs.

Вапнування застосовують звичайно на підзолистих, дерново-підзолистих, деяких болотних, торфових грунтах, менше на сірих лісових ґрунтах. На дерново-підзолистих і сірих лісових ґрунтах Полісся при вмісті гумусу до 3% потребу у вапні можна визначити за рН сольової витяжки з ґрунту із урахуванням його механічного складу 

Оптимальні дози вапна в перерахунку на чистий і сухий

вуглекислий кальцій, т/га (Б.С.Прістер та ін., 1998)

Вапнування кислих забруднених радіонуклідами ґрунтів слід вважати одним з головних засобів, що суттєво гальмують перехід радіонуклідів з ґрунту в рослини. Згідно з даними різних авторів, одержаних за 25 років після аварії на Чорнобильській АЕС, воно дозволяє зменшувати вміст ⁹⁰Sr в картоплі до 5–10 разів, у сіні бобових трав – в 6–8 разів, в овочах – в 4–6 разів, в ягодах – в 3–5 разів. Для ¹³⁷Сs ці кратності, як правило, дещо нижчі.

Зрозуміло, що внесення вапна та інших вапняних матеріалів можливе лише на кислих ґрунтах. Що стосується лужних ґрунтів, то збагачення їх на кальцій може проводитися за рахунок гіпсування. На нейтральних ґрунтах можна вносити збалансовані кількості вапняних матеріалів та гіпсу. Але слід відзначити, що досвід гіпсування ґрунтів з метою зменшення надходження радіонуклідів в рослини значно скромніший, ніж вапнування.

Калійні добрива. Надходження ¹³⁷Сs в рослини та нагромадження його в урожаї у значній мірі визначається вмістом в ґрунті і в самих рослинах його хімічного аналогу – калію. З підвищенням кількості калію в ґрунті зменшується надходження ¹³⁷Сs в рослини. Тому внесення калійних добрив у підвищених кількостях, особливо під рослини калієфіли, є одним з головних засобів зменшення вмісту цього радіонукліду в продукції рослинництва.

Досвід вивчення впливу калійних добрив на надходження ¹³⁷Сs в сільськогосподарські рослини величезний. Він однозначно свідчить про те, що їх внесення на бідних на калій ґрунтах завжди приводить до суттєвого зменшення вмісту цього радіонукліду в урожаї: в овочах і картоплі – в 4–8 разів, в зерні злаків і зернобобових – в 3–6 разів, в кормових травах, соломі злаків, льону – в 3–7 разів.

Досить суттєво знижує надходження ¹³⁷Сs як через корені, так і через листя некореневе підживлення рослин калієм.

В цілому накопичення ¹³⁷Сs рослинами обернено пропорційне вмісту в ґрунті обмінного калію. Але зниження рівнів його вмісту в рослинах залежно від дози калію носить гіперболічний характер, тобто ефективність калійного живлення у міру підвищення доз знижується. Проте збільшення кількості калію в два і три рази порівняно з загально прийнятими нормами дозволяє зменшувати надходження радіонукліду в 3–6 разів.

Підсилення калійного живлення рослин зменшує і надходження ⁹⁰Sr. Особливо виразно це проявляється також на підзолистих та дерново-підзолистих ґрунтах. Так, додавання калійних добрив на дерново-підзолистих ґрунтах легкого механічного складу знижує нагромадження ⁹⁰Sr в урожаї зернових, картоплі і овочевих рослинах в 2–3 рази. Зменшення надходження цього радіонукліду під впливом калійних добрив звичайно пояснюється відомим антагонізмом між калієм з одного боку, і кальцієм та ⁹⁰Sr з другого.

Фосфорні добрива. Солі фосфорних кислот здатні утворювати зі стронцієм, як, до речі, і з іншими елементами другої групи, слабо розчинні чи навіть практично нерозчинні сполуки типу вторинних і третинних фосфатів. На підставі цього цілком слушно було припущено, що внесення в ґрунт фосфорних добрив повинно зменшувати перехід ⁹⁰Sr в рослини. І досить великий масив науково-дослідницьких і виробничих даних  свідчить про те, що внесення фосфорних добрив в будь-яких формах на будь-яких відмінностях зменшує нагромадження ⁹⁰Sr практично всіма видами рослин в 2–6 разів. Найбільш ефективними є добрива, які містять фосфати кальцію та калію. Так, внесення в грунт фосфатів калію у декілька разів знижує в рослинах вміст як ⁹⁰Sr, так і ¹³⁷Сs. Інші фосфати – амонію, натрію, магнію впливають, головним чином, тільки на кількість ⁹⁰Sr.

Якщо у відношенні впливу фосфорних добрив на надходження в рослини ⁹⁰Sr протиріч немає, то у відношенні ¹³⁷Сs вони існують. На деяких ґрунтах фосфорні добрива у формі суперфосфатів можуть посилювати нагромадження  ¹³⁷Сs рослинами.  Так, внесення суперфосфату на вилугуваному чорноземі зумовлює збільшення вмісту ¹³⁷Сs в продуктивних органах рослин в 1,5–2 рази. На бідних дерново-підзолистих ґрунтах цей ефект практично не проявляється. Азотно-фосфорне добриво без калію часто підсилює надходження ¹³⁷Сs в рослини на всіх типах ґрунтів. На чорноземах спостерігали збільшення майже у 4 рази.

Азотні добрива. На забруднених радіонуклідами ґрунтах слід обережно підходити до використання азотних добрив. Існує немало даних про те, що при їх внесенні збільшується накопичення в рослинах як ¹³⁷Сs, так і ⁹⁰Sr. Основною цього вважається можливе підкислення ґрунтового розчину і зростання в цих умовах рухомості практично всіх елементів живлення, в тому числі і радіоактивних, при застосуванні традиційних для України і більшості країн Європи аміачної селітри – фізіологічно кислої форми азотних добрив, а також карбаміду, який, розкладаючись в ґрунті на аміак та вуглекислоту, здатний також сприяти зсуву реакції середовища у бік підкислення. 

Саме тому на забруднених радіонуклідами ґрунтах не рекомендується збільшувати дози азотних добрив, а вносити їх у тих кількостях, що рекомендовані для звичайних умов вирощування виду на даній ґрунтовій відмінності чи навіть менших. Але дози фосфорних і калійних добрив з метою максимального зниження находження радіонуклідів слід збільшувати, відповідно, в 1,5 і 2 рази.

Мікродобрива. Певна роль у зниженні надходження радіонуклідів в рослини належить мікроелементам. Дія мікроелементів особливо значуща на ґрунтах з їх дефіцитом. Саме такими є ґрунти Полісся і півночі Лісостепу, найбільш піддані радіонуклідному забрудненню внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС. І багатогранна роль, яку грають мікроелементи в житті живих організмів, дозволяє припустити різні механізми їх впливу на поведінку радіонуклідів у системі ґрунт-рослина. Деякі з них, будучи хімічними аналогами радіонуклідів, можуть вступати з ними в конкурентні відносини при надходженні з ґрунту в рослини. Вони можуть впливати на проникність клітинних мембран для радіонуклідів з певними іонними радіусами, зарядом, геометрією координаційної та електронної конфігурацій; можуть активізувати або, навпаки, гальмувати системи транспорту окремих радіонуклідів; утворювати комплексні сполуки з різними речовинами, в тому числі і фізіологічно активними, котрі впливають на надходження радіонуклідів в рослини та їх пересування в окремі органи. І особливо гостро всі ці ефекти можуть проявлятися в умовах природного або штучного дефіциту мікроелементів. Саме тоді їх додаткове внесення  приводити до максимально виражених позитивних результатів.

Так, внесення в ґрунт при посіві або позакореневе підживлення рослин люпину, гороху, вівса розчинами цинку, марганцю, міді, кобальту на дерново-підзолистих піщаних ґрунтах в 1,5–2 рази зменшує накопичення ⁹⁰Sr і ¹³⁷Сs в соломі і зерні.

Органічні добрива. Внесення в ґрунт  органічних добрив збільшує ємність ґрунтового вбирного комплексу і може суттєво зменшувати надходження в рослини радіонуклідів. До того ж органічні добрива, основну масу котрих складають розкладені рештки рослин, містять у збалансованих кількостях чи близьких до таких всі необхідні для рослин макро- та мікроелементи, багато з яких знижують надходження радіонуклідів в рослини. Пташиний послід містить ще й у підвищених кількостях кальцій.

Особливо ефективним є внесення гною, перегною, низинного торфу, сапропелів на ґрунтах легкого механічного складу. При цьому органічні добрива запобігають переходу в рослини не тільки ⁹⁰Sr і ¹³⁷Сs, але й багатьох інших радіонуклідів, таких як ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Се і навіть ²³⁹Рu та ²⁴¹Аm, які не мають хімічних аналогів-антагоністів серед елементів живлення.

При використанні органічних та інших місцевих добрив слід дотримуватися певних правил. Гній, компост, попіл, одержані в місцевості з підвищеною щільністю радіонуклідного забруднення, можуть перетворитися на джерело вторинного забруднення ґрунту. Високий рівень забруднення можуть мати і сапропелі за рахунок концентрування радіоактивних частинок з площ водозборів. Тому такі добрива не рекомендується застосовувати на полях з низьким вмістом радіонуклідів. Не слід також вносити їх на овочево-картопляних сівозмінах, продукція яких йде безпосередньо в раціон людини часто-густо без будь-якої кулінарної обробки. Найбільш доцільно використовувати такі добрива під технічні культури, на насінницьких ділянках, у сівозмінах кормового напряму.

Таким чином, застосування хімічних меліорантів і добрив на забруднених радіоактивними речовинами ґрунтах при дотриманні певних правил і закономірностей є одним з головних засобів зменшення їх кількості в рослинах. При цьому треба враховувати і те, що зниження радіоактивності продукції рослинництва досягається не тільки за рахунок зменшення їх переходу з грунту, але й за рахунок розбавлення при збільшенні врожаю.

5. Зміна складу рослин у сівозміні

Як відзначалося вище, різні види рослин з неоднаковою інтенсивністю поглинають і накопичують у своїх органах окремі радіонукліди. Тому при плануванні заходів по зменшенню їх надходження в сільськогосподарські культури слід звертати особливу увагу на добір у сівозміні як видового складу рослин, так і сортового.

Кальцієфільні рослини, у першу чергу бобові, такі як люпин, люцерна, конюшина, вика, горох, квасоля, формуючи свої органи, разом з кальцієм накопичують,  так би мовити „помилково” і його хімічний аналог стронцій, в тому числі і ⁹⁰Sr. Злаки, які поглинають кальцій у порівняно невеликих кількостях, значно менше нагромаджують і ⁹⁰Sr. Тому накопичення цього радіонукліду різними видами рослин при вирощуванні в однакових умовах може відрізнятись  у десятки разів.  Вегетативні органи зернових і зернобобових видів нагромаджують ⁹⁰Sr у багато разів більших кількостях, ніж зерно.

З овочевих культур, які складають значну частку в раціоні людини, мабуть найбільше усього накопичують ⁹⁰Sr коренеплоди і бульбоплоди.

По їх відносній частці у раціоні перше місце займають  картопля і буряки столові. Суттєва частка належить і капусті.

Аналогічно калієфільні рослини, такі як той же люпин, кукурудза, картопля, буряки, гречка та багато інших разом з калієм у великих кількостях накопичують його хімічні аналоги з першої групи періодичної системи, в тому числі і цезій з його радіоактивними ізотопами ¹³⁴Сs і ¹³⁷Сs. В порядку зменшення вмісту ¹³⁷Сs у продовольчих частина окремі види рослин розміщуються у такій послідовності: зернові та зернобобові – гречка-соя-боби-квасоля-горох-овес-жито-пшениця-ячмінь-просо-тритикале-кукурудза; кормові (зелена маса) – люпин жовтий-капуста кормова-вика-соняшник-конюшина-тимофіївка-костриця безоста-кукурудза; деякі технічні – редька олійна-ріпак-буряки цукрові-соняшник-льон; овочеві – капуста-буряк столовий-салат-морква-картопля-огірок-гарбуз-помідор.

Міжвидові відмінності сільськогосподарських рослин у накопиченні цих радіонуклідів сягають багатьох десятків разів. Так, різниця у накопиченні ¹³⁷Сs у зерні гречки і кукурудзи досягає 60 разів, продуктивними органами овочевих рослин – 25 разів. Кількість ⁹⁰Sr в сіні бобових трав в 2–10 разів вища, ніж в злакових. 

Велике значення у формуванні сівозміни на забруднених радіонуклідами території можуть мати сортові особливості рослин. Так, окремі сорти гороху за здатністю накопичувати ⁹⁰Sr відрізняються в 2,5 рази, а сорти ярої пшениці за здатністю нагромаджувати ¹³⁷Сs – майже в 2 рази. Що ж стосується озимої пшениці, то різниця у накопиченні цього радіонукліду різними сортами досягає 5 разів. Є відомості щодо 3-кратних коливань у накопиченні ¹³⁷Сs різними сортами кукурудзи, картоплі.

Дані про здатність тих чи інших видів рослин та їх сортів до накопичення певних радіонуклідів  необхідно використовувати при організації рослинництва на забруднених радіонуклідами територіях з метою одержання продукції з мінімальною їх кількістю. Для цього вносять відповідні корективи у сівозмінах шляхом заміни видів рослин з високими  К_Н на такі, що мають менші їх значення. Іноді для того, щоб знизити або уникнути забруднення продукції навіть міняють напрям рослинництва.

Згідно з рекомендаціями Інституту землеробства НААН України, на забруднених радіонуклідами  дерново-підзолистих  піщаних  ґрунтах   слід   застосовувати таку сівозміну: 1) озимі на зелений корм + післяукісна кукурудза на зелений корм, 2) озиме жито, 3) картопля, 4) овес;  на дерново-підзолистих супіщаних ґрунтах – таку: 1) кукурудза на зелений корм та силос,  2) озиме жито,  3) картопля,  4) ячмінь з підсівом  багаторічних трав (злаково-бобові сумішки), 5) багаторічні трави, 6) озима пшениця; на сірих лісових суглинистих ґрунтах та чорноземах обмежень щодо видового набору і чергування культур немає. 

6. Зміна режиму зрошення

При зрошенні інтенсивність залучення радіонуклідів у біологічний кругообіг зростає. Розрізняють три головних шляхи впливу зрошення на їх нагромадження в рослинах:                                                                                                                                                                                                       

1. При зрошенні відбуваються істотні зміни у водному режимі ґрунту, внаслідок чого може зростати рухомість радіонуклідів і їх доступність для кореневих систем рослин;

2. Внаслідок змін характеру фізіологічних процесів, які знаходяться у зв’язку зі змінами у надходженні в рослини і транспорті елементів мінерального живлення, відбуваються зміни як у нагромадженні окремих елементів, так і радіонуклідів;

3. При зрошенні надходження радіонуклідів у рослини може йти по таких ланцюжках міграції, яких немає у богарному землеробстві (наприклад, перехід радіонуклідів у рослини безпосередньо з поливних вод, які містять радіоактивні речовини, через надземні органи).

Таким чином, в умовах зрошення можуть утворюватися сприятливі умови для надходження радіонуклідів в рослини. Джерелами їх можуть бути як забруднена вода, так і ґрунт.

Надходження радіонуклідів у рослини залежить від способу поливу. При дощуванні (а цим засобом в Україні зрошується більш як 95% зрошуваних земель) забрудненою водою радіонукліди поглинаються головним чином надземною частиною рослин при попаданні поливної води на листя, квіти, плоди, стебла. В цьому випадку надходження радіонуклідів до рослин буде максимальним. При поверхневому поливі поля по борознах, напуском по смугах, затоплюванням; при підгрунтовому зрошенні, коли вода надходить по капілярах безпосередньо у кореневмісний шар ґрунту з системи підгрунтових зволожувачів; при крапельному зрошенні, коли вода підводиться до поверхні ґрунту у зоні кореневої шийки, їх надходження відбувається через корені. В цьому випадку накопичення радіонуклідів буде значно меншим, оскільки частину з них поглинає ґрунт. Не можна не враховувати й того, що частина радіонуклідів  затримується кореневою системою, поглинається стінками провідних судин стебла та інших органів надземної частини.

При поливі незабрудненою радіонуклідами водою, навпаки, слід віддати перевагу поливу дощуванням.

Полив чистою водою сприяє глибокому промиванню ґрунту, переносу радіонуклідів з поверхневих горизонтів у більш глибокі до зони кореневого заселення, збільшення рухомості  радіонуклідів і надходженню їх у рослини.

Виділяють такі загальні правила щодо зміни режиму зрошення. Головним чином вони стосуються найбільш небезпечної ситуації, коли полив здійснюється водою, яка містить радіоактивні речовини. А саме така ситуація склалася у теперішній час на зрошуваних землях півдня України, де полив проводиться Дніпровською водою, яка приносить радіонукліди з північної частини (приток Дніпра Прип’ять, на якому знаходиться Чорнобильська АЕС, формує до 40% радіоактивного стоку Дніпра):

– при можливості вибору способу зрошення перевагу віддавати поверхневому поливу;

– в межах обсягу зрошувальної норми зменшити кількість поливів;

– віддавати перевагу проведенню поливів у першій половині вегетаційного періоду;

– не допускати поливу, особливо дощуванням, в період формування та визрівання частин рослин, які становлять предмет урожаю.

Зазначені обмеження у зрошенні, безперечно, можуть впливати на продуктивність сільськогосподарських рослин, тому що будь-яке відхилення від технології зрошення призведе до порушення оптимальних умов їх вирощування. Але це повністю компенсується одержаною більш чистою щодо вмісту радіонуклідів продукцією рослинництва.

7. Застосування спеціальних речовин та прийомів

Відомо досить багато всіляких відносно простих і складних, природних та штучних речовин, внесення яких у ґрунт зменшує перехід радіонуклідів у рослини. Серед них можна виділити два основних класи – адсорбенти і комплексонати. Перші поглинають радіонукліди, роблячи їх недоступними для рослин, другі – утворюють з радіонуклідами складні сполуки, переводячи їх у важко розчинні не засвоювані рослинами форми або, навпаки, легко розчинні, котрі вимиваються з кореневмісного шару у глибинні горизонти ґрунту.

У якості адсорбентів найбільше розповсюдження одержали деякі природні мінерали, які мають високу сорбційну здатність щодо радіонуклідів, зокрема, цеоліти, поклади яких виявлені у Карпатах. Міцно і у великих кількостях сорбують ⁹⁰Sr і ¹³⁷Сs ілліти та вермикуліти, дещо слабкіше - монтморилоніти та каолініти. Ефективними сорбентами вважаються такі мінерали, як флогопіти, гідрофлогопіти, глауконіти,  асканіти, гумбрини, біотити, бентоніти. Не дивлячись на відносну дешевизну, їх використання пов’язане з великими витратами, так як є доцільним тільки за дуже високих норм їх внесення у ґрунт – до 0,5–1% до об’єму орного шару. А це – 10–12 тон мілко розмеленого мінералу на один гектар поля. За такого разового внесення вдається знизити надходження радіонуклідів у рослини в 1,5–3 рази протягом декількох наступних років. Іноді ці мінерали відносять до меліорантів, так як їх внесення суттєво покращує механічні властивості ґрунту.  

Виражену сорбційну здатність має так зване „активне вугілля” – різновид шлаків, що утворюється при спалюванні кам’яного вугілля. Його внесення на підзолистих ґрунтах у кількостях удвічі менших, ніж природних мінералів, дозволяє досягти такого ж ефекту.

В багато разів зменшує надходження у рослини багатьох радіонуклідів, в тому числі ²³⁹Рu і ²⁴¹Аm, внесення в ґрунт амінополікарбонових кислот та їх похідних. Ці речовини утворюють з радіонуклідами комплексні водорозчинні сполуки, сприяючи їх швидкому вимиванню. Однак, цей спосіб належить до дуже дорогих заходів і поки що не одержав розповсюдження у рослинництві.

Засобом прямого зниження надходження радіоактивних речовин у сільськогосподарські рослини є обприскування ґрунту і рослинності розчинами спеціальних хімічних сполук, які утворюють на них важкорозчинні у воді полімерні плівки. Така захисна плівка подавляє вторинний пиловий перенос радіоактивних частинок, зменшуючи тим самим ступінь аерального забруднення рослин і інших організмів радіоактивними речовинами.

Безперечно, всі розглянуті способи належать до спеціальних, у більшості випадків дорого коштовних і мало перспективних.

Узагальнені дані, щодо дії деяких з найбільш ефективних прийомів зменшення надходження радіонуклідів в сільськогосподарські рослини наведені в таблиці.

Ефективність радіозахисних заходів у зниженні вмісту ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr в рослинах

Необхідно відзначити, що кожна з розглянутих комплексних систем заходів чи окремих прийомів по запобіганню переходу радіонуклідів з ґрунту в сільськогосподарські рослини в умовах одночасного застосування декількох з них можуть не давати арифметичного збільшення ступеню зниження депонування радіонуклідів рослинами. Більш того, на фоні декількох заходів їх  вплив на надходження в рослини продуктів поділу може істотно змінюватися аж до зниження ефективності кожного з них при застосуванні окремо.

8. Очищення продукції рослинництва від радіонуклідів

Якими б ефективними не були радіозахисні заходи при вирощуванні продукції рослинництва на забруднених радіонуклідами територіях, далеко не завжди вдається отримати продукти харчування чи сировину, які відповідали б санітарно-гігієнічним нормативам щодо вмісту радіонуклідів. Проте це зовсім не означає, що така продукція повинна бути знищена. За деяких технологічних переробок, які передбачають її розподіл на декілька компонентів, може виявитись, що переважна частина радіонуклідів зосереджується  тільки у деяких з них. Нерідко таким компонентом стає не основний, а супутній продукт переробки. Необхідно також мати на увазі, що радіонукліди надходять у рослини, переходять у організм тварин і транспортуються по тканинах переважно у формі розчинених у воді речовин. Тому зосереджуються вони переважно у водяній частині продукції і переходять під час переробки до водного розчину. Внаслідок цього будь-яка технологічна переробка продукції, яка передбачає відокремлення води шляхом віджимання, фільтрування, центрифугування та інших засобів, але не висушування і концентрування, буде приводити до її дезактивації. Такі прийми дозволяють зменшити вміст дозоутворюючих радіонуклідів у 1,5–10 і більш разів, доводячи кінцевий продукт до необхідного рівня.

Існують досить прості прийоми очищення деяких видів продукції рослинництва, і складні  технології, які можуть бути здійснені тільки за промислових умов. Так, оскільки мінералізовані плівки і оболонки бульбоплодів, коренеплодів, цибулин та інших овочевих культур, продукція котрих часто-густо без будь-якої кулінарної обробки попадає на стіл споживача, можуть бути забруднені частинками ґрунту, містять багато солей кальцію і калію, а з ними, відповідно, стронцію і цезію, промивка водою, ретельне глибоке очищення дозволяє значно знизити кількість в них радіонуклідів. У коренеплодів найбільш забрудненими частинами є головка і кінчик, у голівці капусти – качан, у цибулин – денце, у салатних видів – прикореневі частини.   При очищенні це треба враховувати.

 Внаслідок очищення зернівок зернових та круп’яних культур, борошно, крупи містять у 1,5–2 рази менше радіонуклідів, ніж зібране зерно. Тому, чим вище сортність таких продуктів, хлібобулочних виробів, тим нижчий у них вміст радіоактивних речовин.

При варінні, засолюванні, маринуванні овочів відбувається додаткове, часом значне, їх очищення від радіонуклідів. Зрозуміло, що радіонукліди при цьому переходять, відповідно, у відвар, розсіл, маринад.

Дуже високого ступеня очищення продукції можна досягти при переробці забрудненої радіонуклідами картоплі на крохмаль. Технологія виділення крохмалю передбачає подрібнення бульб з наступним відокремленням клітинного соку та видобуванням крохмальних зерен промиванням водою. За цих операцій переважна частина радіонуклідів відходить з водою, а одержаний продукт – полісахарид крохмаль містить їх у середньому в 50 разів менше, ніж сама картопля. Аналогічним шляхом після попереднього намочування у воді видобувається крохмаль iз зерна злаків.

При переробці будь-якої вуглеводмісної продукції рослинництва і плодівництва на етиловий спирт практично всі радіоактивні речовини, як між іншим, і нерадіоактивні, залишаються у середовищі бродіння. Одержаний же внаслідок дистиляції продукт виявляється у тисячу і більше разів чистішим за вихідний матеріал.

Забруднення радіоануклідами „не небезпечне” для цукрових буряків. Технологія одержання цукру складається з подрібнення коренеплодів на тонку стружку і наступного вимивання його гарячою водою, до якої разом з цукром переходять і всі радіонукліди. Але за наступних операцій видалення та очищення цукру – дефектації, сатурації, сульфітації, випаровування, фільтрації, уварення і, зрештою, кристалізації, одержується так званий „білий цукровий пісок” з кількістю радіонуклідів у 50–70 разів меншою, ніж у коренеплодах.

Надзвичайно високий ступень очищення продукції із дуже забруднених радіонуклідами рослин досягається при одержанні рослинних олій з насіння соняшнику, льону, конопель та інших видів рослин. Технологія одержання олій передбачає проведення таких операцій як віджимання рідкої фракції, екстрагування жиру, його дистиляція та очищення. Головна операція – екстрагування жирів здійснюється за допомогою органічних розчинників, у яких 90Sr, 137Сs та інші радіонукліди не розчиняються. І вже на цьому етапі можна одержати практично чистий від радіоактивних речовин проміжний продукт, який у перебігу наступної дистиляції та очищення шляхом відстоювання, фільтрації, гідратації, а, особливо, рафінування, доводиться до надзвичайно високого ступеня чистоти.

Саме тому зазначені технічні культури рекомендуються для вирощування на особливо забруднених радіоактивним  речовинами територіях, де вирощування звичайних сільськогосподарських рослин неможливе або недоцільне з економічної точки зору.

Забруднена радіонуклідами, непридатна навіть для годівлі тварин біомаса рослин може бути використана для прямого одержання харчового та кормового білку. Ця новітня біотехнологія, яка вже досить широко застосовується у деяких країнах, в Україні знаходиться на стадії вивчення. Вона передбачає виділення білку безпосередньо з зеленої маси шляхом віджимання клітинного соку і наступної коагуляції з нього, згідно спеціальної технології, чистого білку, який містить в десятки разів менше радіоактивних речовин, ніж рослини. Такий білковий препарат являє собою надзвичайно цінний продукт для харчової промисловості і як добавка до концентрованих кормів сільськогосподарським тваринам.

Ця технологія може знайти застосування при утилізації забрудненої радіоактивними речовинами біомаси рослин, що одержується внаслідок проведення фітодезактивації ґрунтів, про яку говорилось вище.

Не всі розглянуті прийоми переробки продукції рослинництва можна назвати її очищенням. Все ж таки в результаті їх застосування часто одержується хоча і чистий, але інший продукт. Проте вони свідчать про можливий раціональний підхід до використання забрудненої радіонуклідами продукції рослинництва, зрештою – шляхи її утилізації.

9. Прогнозування надходження радіонуклідів у продукцію сільськогосподарського виробництва

Є всі підстави вважати, що з часом після аварії на Чорнобильській АЕС відносний внесок у дозу загального опромінення населення України інкорпорованих радіонуклідів зростає . Отже, зростає відповідальність працівників сільського господарства по відношенню до одержання чистих щодо вмісту радіонуклідів продуктів харчування, так як раціон людини в основному складається з продукції сільськогосподарського виробництва та їх переробки. Виняток становить тільки риба, дичина, продукція лісів та деякі інші джерела, внесок яких у раціон більшості населення невеликий.

Тому для того, щоб не перевищити певні межі надходження радіонуклідів в організм людини, необхідно знати їх кількість в ґрунті, воді, сільськогосподарських рослинах, організмі продуктивних тварин і по можливості регулювати перехід та нагромадження в продукції рослинництва та тваринництва. В основі такої регуляції лежить прогнозування надходження радіонуклідів в рослини з ґрунту та організм тварин з раціоном.

Прогнозування надходження і нагромадження радіоактивних речовин у сільськогосподарських рослинах з метою подальшої розробки заходів, які запобігають їх наступному пересуванню шляхами міграції по харчовим ланцюгам, натепер є основним завданням сільськогосподарської радіобіології та радіоекології. Для більш-менш точного прогнозування слід реально уявляти ступінь та характер радіонуклідного забруднення на тій чи іншій території, а також мати необхідні довідкові дані щодо закономірностей переходу окремих радіонуклідів в рослини, які обумовлені їх специфікою, типом ґрунту, забезпеченістю його елементами живлення, видом культури. Існує велика кількість і інших факторів, які досить важко врахувати і контролювати, хоча вплив їх на надходження радіоактивних речовин у рослини може бути досить значним. До них в першу чергу належать особливості погодних умов року, від яких залежить стан і рухомість радіонуклідів в ґрунті (атмосферні опади), швидкість їх надходження у рослини (атмосферні опади, рух повітря, температура), інтенсивність накопичення рослинами біомаси (атмосферні опади, температура, інсоляція).

Застосовують декілька основних методів приблизної оцінки можливого забруднення врожаю сільськогосподарських рослин радіоактивними речовинами.

Найбільш поширений з них полягає у використанні величини коефіцієнту накопичення (К_Н) чи коефіцієнту переходу (К_П) радіонуклідів продуктивними органами рослин, що вирощуються на різних ґрунтових відмінностях. В таблиці для прикладу наведені середні значення К_Н щодо накопичення ⁹⁰Sr деякими видами сільськогосподарських рослин в залежності від типу ґрунту, на якому вони вирощуються.

Середні значення коефіцієнтів накопичення (К_Н)* ⁹⁰Sr для деяких сільськогосподарських рослин при вирощуванні на різних типах ґрунтів  (Б.М. Анненков, К.В. Юдинцева, 1991)

* Значення К_Н для картоплі і овочів наведені з розрахунку на сиру речовину, решта – на повітряно-суху 

Виходячи з наведеного у розділі 9 визначення К_Н, кількість радіонукліду в 1 кг речовини рослини (РА_Р) буде дорівнювати добутку його вмісту в 1 кг ґрунту (РА_Г), який завжди можна визначити, та відповідного табличного значення К_Н:  РА_Р= РА_Г ^. К_Н. Порівнюючи одержану цифру зі встановленими допустимими рівнями забруднення радіонуклідом продукції, можна зробити висновок щодо можливості вирощування того чи іншого виду в існуючих умовах радіонуклідного забруднення.              

Цей метод може бути використаний для прогнозування накопичення в рослинах будь-якого радіонукліду. Для цього лише треба мати значення їх К_Н або К_П. І чим більш точнішими і диференційованими будуть вони щодо різних видів і сортів рослин та ґрунтових відмінностей, на яких вирощуються ці рослини, тим з більшою точністю можна передбачити можливе накопичення радіонукліду в продукції рослинництва. Тому робота щодо оцінки середніх величин цих коефіцієнтів має надзвичайно важливе значення.

Якщо ж даних про коефіцієнт накопичення або вміст радіонукліду в рослинах при певній щільності забруднення немає, можливу кількість їх в продукції визначають дослідним шляхом за допомогою методу проростків. Для цього задовго до посіву беруть ґрунт з глибини орного шару і в лабораторних умовах висівають на нього насіння. У 15–30-денному віці масу рослин висушують до повітряно-сухого стану і визначають вміст радіонуклідів. Ця величина дасть уявлення про можливе накопичення радіонуклідів вегетативною масою рослин. Знаючи, що їх перехід в плоди у декілька разів менший, можна з деякою вірогідністю прогнозувати їх вміст і в цих продуктивних органах.

Існують також і інші способи передбачення кількості надходження радіонуклідів в урожай сільськогосподарських рослин. Проте всі вони не менш прості, не більш точні і також потребують попередньої роботи щодо оцінки різних коефіцієнтів та показників, а іноді і проведення спеціальних досліджень. При цьому треба пам'ятати, що яки б інформативні матеріали не мав спеціаліст, суттєві поправки у прогноз можуть вносити погодні умови вегетаційного періоду, головним чином кількість атмосферних опадів.

10. Контрольні запитання до лекції 9

1. Завдання сільськогосподарського виробництва на забруднених

    радіонуклідами територіях.

2. Основні комплексні системи зниження надходження радіонуклідів у

    сільськогосподарські рослини.

3. Прийоми обробітку ґрунту, що зменшують перехід радіонуклідів в

    рослини.

4. Роль вапнування та гіпсування ґрунтів у запобіганні надходження

    радіонуклідів у рослини.

5.  Вплив окремих мінеральних добрив на надходження радіонуклідів

    в рослини.

6. Роль органічних добрив у зменшенні надходження радіонуклідів у рослини

    та особливості їх застосування.

7. Здатність окремих видів рослин щодо накопичення радіонуклідів.

8. Принципи підбору сільськогосподарських культур у сівозмінах

    на забруднених радіонуклідами територіях.

9. Основні правила проведення зрошення на забруднених радіонуклідами

    угіддях.

10. Суть прийому фітодезактивації ґрунту.

11. Можливості кулінарної обробки в очищенні продукції рослинництва та

       тваринництва від радіонуклідів.

12. Основні технологічні прийомі переробки продукції рослинництва, які

      сприяють очищенню продукції рослинництва від радіонуклідів.