6. ПРОТИРАДІАЦІЙНИЙ ЗАХИСТ І РАДІОСЕНСИБІЛІЗАЦІЯ

Захистити ґрунт в умовах випадання радіоактивних опадів з атмосфери можна хіба що в умовах закритого ґрунту або покривши поверхню ґрунту полімерною плівкою. Зрозуміло, що здійснити це можливо тільки в мізерних масштабах. Проте, після випадіння опадів можна провести деякі заходи, які створюють перепони для їх міграції по поверхні ґрунту, тобто обмежують їх розповсюдження, тим самим захищаючи незабруднені чи забруднені у меншому ступеню території. Одним з найефективніших підходів в цьому напряму є здійснення системи меліоративних та протиерозійних заходів.      

           Проведення меліоративних робіт та протиерозійних заходів на забруднених радіоактивними речовинами територіях

Як підкреслювалось у розділі 5, велику роль у міграції радіоактивних речовин у навколишньому середовищі і, зокрема, надходженні їх в сільськогосподарські рослини, грає рельєф місцевості та окремі ландшафтно-географічні особливості території. Вони можуть посилювати рух радіонуклідів як в горизонтальному, так і у вертикальному напрямах і, відповідно, впливати на їх перехід в рослини. В цьому відношенні умови в регіоні аварії на Чорнобильські АЕС досить несприятливі. По-перше, підвищена кількість атмосферних опадів, велика кількість водойм, високий рівень ґрунтових вод, вірогідність підтоплення грунтів в період весняної повені і літньо-осінніх злив збільшують горизонтальну і вертикальну міграцію радіонуклідів з рідкими та твердими стоками води. По-друге, дуже слабка агрегуємість частинок грунтів, представлених переважно піщаними та супіщаними різновидностями з невисоким вмістом гумусу, мулистої фракції, фізичної глини сприяє їх переносу під впливом вітру і води на великі відстані і спричиняють, відповідно, до переміщення радіонуклідів на інші, часом більш „чисті” площі. По-третє, хоча залісненість території Полісся у порівнянні з іншими регіонами України досить висока в досягає 40-50 %, на відкритих розораних сільськогосподарських угіддях процеси вітрової і водяної ерозії внаслідок відзначених особливостей ґрунту йдуть при значно більш низьких, ніж на важких ґрунтах, швидкостях вітру і стоків води.

Висока еродованість грунтів вказує на необхідність проведення на територіях з підвищеними рівнями забруднення радіоактивними речовинами системи протиерозійних заходів. Вона повинна включати низку взаємопов’язаних та взаємодоповнюючих гідромеліоративних, агромеліоративних та лісомеліоративних прийомів. Основні з них такі:

1. Проведення осушувальної меліорації, яка забезпечує  зниження рівня ґрунтових вод і зменшує вертикальну та горизонтальну міграцію радіонуклідів з водою. Проте проведення таких робіт не повинно призводити до переосушення грунтів, так як це значно посилює вітрову ерозію, особливо на поширених в Поліссі торф’яно-болотних ґрунтах. На цих угіддях меліоративні заходи повинні мати осушувально-обводнювальний характер. З цією ж метою необхідне проведення снігозатримання та регулювання сніготанення.

2. На схильних до ерозії дуже забруднених радіонуклідами ділянках проведення заорювання поверхневого шару ґрунту на максимально можливу глибину з наступним обробітком безвідвальними знаряддями 

3. Задерновування і залісення виведених із землекористування внаслідок високого вмісту радіоактивних речовин відкритих територій з ціллю послаблення вітрового перенесення частинок гранту і їх міграції з водними стоками.

4. Для боротьби з виникненням ярів та балок застосування водозатримующих споруд для скиду води, закріплення дна ярів, терасування схилів, використання на схилах від 4 до 12^о ґрунтозахисних сівозмін, головними компонентами яких повинні бути багаторічні трави на зелений корм з підсівом багаторічних трав, озима пшениця, кукурудза. В цілому ж зведення до мінімуму механічного обробітку ґрунту, який руйнує його структуру і посилює ерозійні процеси, особливо на водозборах.

5. Внесення на сільськогосподарських угіддях, що використовуються, підвищених норм мінеральних та органічних добрив, проведення інших заходів, що сприяють збереженню та збагаченню гумусового шару ґрунту, котрі відіграють важливу роль у фіксації та утриманні радіоактивних речовин.

6. Посилення протипожежних заходів, оскільки зола і попіл, які містять кількості радіонуклідів на декілька порядків вищі, ніж ґрунти, на яких вони утворюються, можуть переноситись вітром на значно більші відстані, ніж ґрунтові частинки.

Широке здійснення такої системи протиерозійних заходів дозволяє значно зменшити „розповзання” по території радіонуклідних плям, знизити швидкість міграції радіонуклідів в об’єктах навколишнього середовища та сільськогосподарського виробництва, загальмувати їх рух по харчовим ланцюжкам і в першу чергу перехід з ґрунту в рослини.

         Фітодезактивація грунтів

Особливої уваги серед заходів, що спрямовані на очищення ґрунту від радіонуклідів, заслуговує прийом, який одержав назву „фітодезактивація” (іноді використовуються терміни „фітоекстракція”, „фіторемедіація”). Фітодезактивація – це видалення радіонуклідів з ґрунту за допомогою спеціально вирощуваних на них рослин з наступною переробкою біомаси, концентруванням радіоактивних відходів та захороненням у спеціальних могильниках.

Фітодезактивація – це єдиний прийом, який дозволяє здійснити саме фізичне очищення грунту від радіонуклідів, за винятком хіба що згаданого у попередній главі 10 трудомісткого, ефективного, як правило, тільки у перші періоди після надходження радіоактивних речовин у навколишнє середовище, в усякому разі до першого обробітку грунту, дуже дорогого зняття забрудненого шару грунту з наступним його захороненням у спеціально відведених місцях.

З метою фітодезактивації звичайно застосовують види рослин, які характеризуються максимальним виносом радіонуклідів з грунту, тобто мають високі коефіцієнті накопичення (К_Н) радіонуклідів, і формують велику біомасу. У найбільшій мірі серед вивчених у цьому розумінні видів рослин  цим вимогам відповідає люпин, дещо в меншій мірі люцерна, конюшина та деякі інші бобові рослини, які мають високі К_Н як щодо ⁹⁰Sr, так і ¹³⁷Cs, а також відомі калієфіли кукурудза, соняшник, ріпак, щириця, які мають високі К_Н щодо ¹³⁷Cs, при вирощуванні в ущільнених посівах (на зелену масу), деякі травосумішки, до яких включають конюшину лучну і білу, тимофіївку лучну, лисохвіст лучний, стоколос безостий, кострицю безосту, грястицю збірну. Рекомендуються також деякі мало поширені види, серед яких насамперед слід відзначити рослини з родини бобових козлятник східний (Yalega orientalis L.), чина лісова і лучна (Lathyrus silvestris L., L. pratensis L.), а також кропива дводомна і коноплевидна (Urtica dioica L., U. Cannabiana L.), топінамбур (Helianthus tuberoses L., H. Annuus L.), cільвія пронизанолистна (Silphium perfoliantum L.), живокіст шорсткий (Symphytum asperumLepech.), гірчак забайкальський (Polygonum divaricatum L.).

При додержанні основних правил агротехніки, внесенні оптимальних та підвищених доз добрив, проведенні при необхідності  зрошення, введенні у ґрунт активної мікробіоти (наприклад, силікатних бактерій, які прискорюють руйнування радіоактивних частинок та вивільнення радіонуклідів) та використанні інших чинників, що сприяють створенню оптимальних умов росту рослин та переводу радіонуклідів у доступний для них стан, можна суттєво підвищити винос радіоактивних речовин з ґрунту.

По відношенню до радіонуклідів цезію (порівняно короткоживучого ¹³⁴Cs та ¹³⁷Cs) фітодезактивація найбільш ефективною є у перші роки після їх випадіння на грунт. З роками відбувається їх фіксація на ґрунтових частинках, перехід у важкорозчинний слабодоступний для рослин стан (так зване „старіння” радіонуклідів) і ефективність прийому зменшується. Це в більшому ступеню відноситься до грунтів, що мають високий вбирний комплекс, у першу чергу до чорноземів, і значно меншому - до бідних на нього торфово-болотних та дерново-підзолистих найбільш забруднених грунтів Полісся. І це майже не відноситься до ⁹⁰Sr, який протягом десятиліть зберігає високу рухомість.

У звичайних умовах вирощування щорічний виніс ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²³⁹Pu як абіогенних елементів становить досить невелику величину – 0,1–1,5 %. Проте, засвоєння радіонуклідів може бути підвищене. Зокрема, суттєве підвищення доз кислих форм азотних добрив (а саме такою є аміачна селітра – найбільш розповсюджене в Україні, як і у більшості європейських країн азотне добриво) буде сприяти з одного боку підкисленню грунту та збільшенню за рахунок цього рухомості і, відповідно, надходження радіонуклідів в рослини, а з іншого – наростанню біомаси рослин. Слід уникати вапнування кислих грунтів, застосування фосфорних і  калійних добрив та здійснення всіх заходів, які сприяють зв’язуванню радіонуклідів у грунті, або зменшують їх надходження за рахунок інших механізмів.

Збільшити надходження ¹³⁷Cs можна за рахунок складання спеціальних сівозмін з таких видів рослин, які, з одного боку, самі по собі мають високу здатність до його виносу завдяки специфічним кореневим виділенням, а з іншого – сприяють підвищенню доступності радіонуклідів рослинам наступної ланки. Так, Ю.О. Кутлахмедов та ін. (2000) в умовах вегетаційного досліду показали, що вирощування ріпаку, кукурудзи, гороху або соняшника сприяє збагаченню грунту на доступні для рослин форми радіоцезію, підвищуючи К_Н у наступній культури – озимого жита у 2–4 рази. А після послідовно вирощуваних гороху і соняшника або кукурудзи і соняшника К_Н у жита збільшувався у 7 разів порівняно з вирощуванням жита без будь-якого попередника (чистий пар). В умовах польових дослідів, здійснених на території 30-кілометрової зони відчуження Чорнобильської АЕС, результати виявились більш скромними, хоча в окремих комбінаціях за рахунок вдало підібраного попередника вдавалось досягти збільшення К_Н у наступної культури в 4,5 рази.

Оцінюючи потенційні можливості фітодезактивації ці ж автори доходять висновку, що максимальну здатністю до виносу ¹³⁷Cs урожаєм, враховуючи К_Н та біомасу, має люпин, а ⁹⁰Sr – редька олійна. За їх даними спроможність люпину щодо виносу з грунту радіоцезію протягом одного вегетаційного періоду можна довести до 10% радіоцезію. Дезактиваційна здатність редьки значно нижча – вона виносить тільки 0,76%  радіостронцію. Автори пов’язують це зі слабою рухомістю по рослині стронцію у порівнянні із цезієм, як і їх хімічних аналогів – відповідно кальцію у порівнянні із калієм.

П’ятирічні дослідження дозволили дійти висновку, що оптимальна система сівозмін з високими значеннями  К_Н у рослин (2–10) і урожаями біомаси (40-80 т/га) дозволяє протягом цього періоду зменшити вміст ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Се, ¹⁰⁶Ru у дерново-підзолистому ґрунті в 4–5 разів.

 Менш оптимістична точка зору висловлюється А.П. Кравець та Ю.О. Павленко [КрП]. На підставі розробленої математичної моделі, яка дає динамічно та кількісно адекватний опис міграційних процесів у системі грунт-рослина протягом вегетаційного періоду, вони розрахували швидкість виносу радіонуклідів з грунту. Модель свідчить, що тільки при підвищенні щорічного виносу радіонуклідів не менш, як до 2–3% (що цілком досяжне) прийом, чи технологія фітодезактивації може дати реальне скорочення часу очищення. Їх висновки заставляють досить скептично віднестись до можливості очищення грунту за допомогою рослин від  ¹³⁷Cs через 5–10 років після надходження радіоактивних речовин. Що ж стосується ⁹⁰Sr, то як свідчить запропонована модель, час  напівочищення верхнього орного шару дерново-підзолистого супіщаного грунту у порівнянні з природним може бути скорочений більш як удвічі. 

Особливого значення проблема фітодезактивації грунтів набуває по відношенню до ²³⁹Pu та інших трансуранових елементів альфа-випромінювачів, які мають дуже довгі періоди піврозпаду (для ²³⁹Pu він складає 24000 років, в той час як для ⁹⁰Sr – 29 і для ¹³⁷Cs – 30 років). Отже, сподівання на дезактивацію цього радіоактивного ізотопу за рахунок природного розпаду малоперспективні. Але конкретних відомостей щодо можливостей його вилучення з грунту за допомогою певних видів рослин немає. Хоча і є дані про те, що різні види по-різному накопичують його, хоча в цілому і у невеликих кількостях. Справа в тому, що не маючи хімічних аналогів серед біологічно важливих хімічних елементів, цей штучний радіоактивний елемент дуже слабо надходить у рослини і пересувається транспортними шляхами. Але це зовсім не означає, що його можна залишати у грунті. Він може надходити в рослини аеральним шляхом, осідаючи на надземних органах з частинками грунту під час вітру, злив; в організм тварин та людини через органи дихання, зрештою через шкіру. Вважається, що його радіохімічна токсичність при попаданні всередину організму у сотні разів вища за  ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs.

Більш того, останнім часом відомості щодо можливостей пересування по рослині ізотопів плутонію, як і інших трансуранових елементів, зокрема америцію, з котрих ²⁴¹Аm з періодом піврозпаду 432 роки є наступним після плутонію забруднювачем навколишнього середовища, переглядаються. Є дані, що ці елементи можуть транспортуватись по рослині разом з залізом, марганцем, кобальтом. При цьому К_Н можуть досягати 0,1–0,3 і навіть 1. Найвищими вони є також для видів рослин родини бобових [Б]. 

Отже, з усіх точок зору (пристосованість до умов Полісся, великі К_Н всіх довгоживучих радіонуклідів, великий вихід біомаси) люпин можна вважати найбільш зручною рослиною для забруднених внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС грунтів. Хоча, безперечно, з цією метою залежно від місцевих умов, зокрема характеру радіонуклідного забруднення, прийнятого набору видів рослин, можуть бути використані й інші види рослин, що згадувались.

Перепоною на шляху широкого застосування фітодезактивації є труднощі утилізації великих кількостей забрудненої радіонуклідами рослинної біомаси.  Технологічно ця проблема вирішується, і вже існують не тільки проекти, але й створені експериментальні установки, які дозволяють спалювати її без попадання радіоактивних продуктів у навколишнє середовище з одержанням золи з дуже високою концентрацією радіонуклідів (у сотні разів). При цьому передбачене одержання електрики. Існують проекти одержання біогазу з такої маси рослин, білкових концентратів, спирту, паперу. Отже, актуальність проблеми фітодезактивації як унікальної та виняткової біотехнології, а саме так – біотехнологією у самому класичному розумінні цього поняття може бути названий прийом очищення ґрунтів від радіонуклідів за допомогою рослин, не викликає сумнівів, і є всі підстави вважати, що вона знайде своє місце серед комплексних систем і способів мінімізації їх переходу у продукцію рослинництва.

Треба відзначити, що процес спонтанної фітодезактивації ґрунту триває постійно. І в агроценозах на забруднених радіоактивними речовинами територіях велика кількість радіонуклідів виноситься з урожаєм. Порівняно високі темпи такої фітодезактивації на луках і пасовищах. Так, з кормовими травами за вегетаційний період  може виноситись  до 10–12% кількості радіонуклідів у ґрунті. І за даними Гідромету рівень радіонуклідного забруднення пасовищ та сіножатей ¹³⁷Cs з урахуванням його розпаду та  міграції по профілю ґрунту у 1997–1998 рр. був у 2–3 рази менший, ніж у 1988–1991 рр. [Ку, Д]. Тепер, через 25 років після аварії, помітні суттєві відміни між рівнями радіоактивності ґрунтів сільськогосподарських угідь, що активно використовуються для вирощування  сільськогосподарських культур, і ґрунтів населених пунктів. Зрозуміло, що в усіх цих випадках радіонукліди включаються в трофічні ланцюжки. І в певних ситуаціях є великий сенс прискорити процес очищення ґрунту від них за допомогою цілеспрямованої фітодезактивації і захистити людину від додаткового опромінення.

Фітодезактивація – один з небагатьох прийомів, який передбачає саме очищення ґрунту від радіонуклідів. Більшість решти прийомів мінімізації переходу їх в рослини базується на утриманні їх у ґрунті за допомогою  зв’язування  з іншими речовинами, переводом у нерозчинний стан, витісненні конкурентними способами з транспортних шляхів та іншими із сподіваннями на їх подальший природній фізичний розпад.

Основною метою захисту ґрунтів від радіонуклідів є зменшення їх переходу в рослини – першу ланку міграційного шляху до людини.