Курсовая работа: Рослинність України та вплив на неї антропогенної радіонуклідної аномалії
Розділ І. Антропогенна радіонуклідна аномалія — визначення та причини
І.1. Радіонукліди штучного походження
Розділ ІІ. Радіобіологічні ефекти у рослин
ІІ.1. Нагромадження радіонуклідів у компонентах фітоценозу
Розділ ІІІ. Тератогенез в зоні антропогенної радіонуклідної аномалії
ІІІ.2. Відбудовні процеси у багаторічних рослин, які виростають у зоні радіонуклідної аномалії
ІІІ. 4. Дія на рослини інкорпорованих радіонуклідів
Вступ
Розвиток атомної промисловості, випробування ядерної зброї, аварії на атомних реакторах різного походження призводять до локальних підвищень рівня діючих радіаційних доз і до глобального збільшення фону іонізуючих випромінювань. Істотне підвищення радіаційного фону на значних територіях викликала аварія на Чорнобильській атомній електростанції – найбільша в історії ядерної енергетики. Вона стала причиною забруднення радіонуклідами більше 100 тис. км2 на території СНД, де мешкає близько 4 млн. чоловік.
Після аварії на ЧАЕС особливої актуальності набула проблема про тривалі й віддалені ефекти опромінення в низьких дозах. Існуючі експериментальні дані не дозволяють дати достатньо науково обґрунтований прогноз генетичної небезпеки підвищеного фону радіації в забруднених радіонуклідами районах. Ризик впливу на здоров’я людини малої кількості радіоактивних речовин, які містяться в повітрі, воді, грунті, їжі, недооцінюється приблизно в 100-1000 разів.
Актуальність теми. Серед численних антропогенних та природних чинників, які шкідливо впливають на біоценози та на людину, важливим залишається радіоактивне забруднення. Результати багатьох радіологічних досліджень свідчать, що значну небезпеку для людини створюють малі дози іонізуючого випромінювання.
Одним з головних наслідків Чорнобильської аварії є значні рівні та величезні масштаби забруднення довгоживучими радіонуклідами агроценозів з різноманітними екологічними характеристиками. Для сучасної, відновлювальної стадії поставарійного періоду основним механізмом забруднення сільськогосподарської продукції є надходження радіонуклідів в рослинну ланку з ґрунту.
Внаслідок надходження радіонуклідів у навколишнє середовище в процесі виробництва ядерної енергії дослідження міграції радіонуклідів у рослинах і ґрунтах залишаються надзвичайно актуальними. На особливу увагу заслуговують дослідження з вивчення поведінки рослин в умовах антропогенної радіонуклідної аномалії.
Розкриття системи взаємодій "ґрунт-рослина", що обумовлюють радіонуклідне забруднення продуктів харчування, є одним з основних в сучасній системі заходів, направлених на зменшення дозових навантажень людини.
Виявлена значна несталість нагромадження радіонуклідів рослиною та залежність від комплексу фізико-хімічних, кліматичних, геохімічних, та біологічних. Разом з тим залишаються маловідомими біологічні механізми, що визначають видоспецифічність нагромадження та його високу пластичність в залежності від факторів довкілля. Недостатньо визначеними є й радіаційні наслідки ґрунтового надходження радіонуклідів у трофічні ланцюжки за умов розмаїття природних характеристик та рівнів забруднення агроценозів. Кількісний аналіз внеску ґрунтового шляху у формування потоку радіонуклідів “ґрунт-людина” проведено у ряді сучасних екологічних дозових моделей. Вони застосовувалися для відповідних оцінок у гострому періоді радіоактивних випадінь та менш пристосовані до умов тривалої відновлювальної стадії, коли значну роль в формуванні та розвитку радіаційної ситуації починає відігравати різноякісність природних характеристик забрудненого середовища — клімат, тип ґрунту, рівень зволоження. Такі оцінки стають можливими при врахуванні комплексу факторів, що визначають інтенсивність включення радіонуклідів в рослину, як початкову ланку переважної більшості трофічних ланцюжків.
Унікальність радіоекологічної ситуації в Україні та значимість ланки "рослина" у визначенні радіаційних наслідків забруднення агроценозів обумовило напрямки досліджень при виконанні курсової роботи.
Відомо, що радіонукліди, після надходження у ґрунт, поглинаються його компонентами, в результаті чого їхні концентрації у ґрунті значно знижуються, в той же час вміст радіонуклідів у рослинності, може зрости у тисячі і десятки тисяч разів. Через це, знаючи основні параметри динаміки формування радіаційної ситуації і розподілу радіонуклідів в компонентах цих екосистем, можна з достатньою ймовірністю визначити розмір і скласти прогноз радіоактивного забруднення рослинності і, у разі необхідності, задіяти комплекс контрзаходів зі зниження існуючого рівня забруднення рослинних обўєктів, що, відповідно, сприятиме зменшенню дозового навантаження на людину через шлях ґрунт-рослина-продукти харчування.
Мета і завдання дослідження.Мета роботи – визначення характерних рис антропогенної радіонуклідної аномалії, радіоекологічного стану та параметрів розподілу і накопичення радіонуклідів рослинами України
Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішити такі завдання:
визначити характерні риси формування радіаційного стану та антропогенної радіонуклідної аномалії в рослинності України;
визначити параметри поглинання і перерозподілу 90Sr , 137Сs, 3Н рослинами та їх наслідки;
визначити особливості міграції радіонуклідів в агроценозах України;
Об’єкт дослідження. Шляхи та фактори формування радіаційного стану та аномальної радіонуклідної аномалії в рослинних екосистемах України; міграція штучних радіонуклідів в рослинах.
Предмет дослідження. Рослинність України та вплив на неї антропогенної радіонуклідної аномалії.
Методи дослідження. Загальнотеоретичні методи наукового пізнання, дослідження в галузі радіоекології та АПК, економіки природокористування та охорони навколишнього середовища. Для вирішення поставлених завдань використовувалися такі основні методи: монографічний (вивчення існуючих підходів до оцінки земель), абстрактно-логічний (теоретичні узагальнення та формування висновків) та метод узагальнення.
Практичне значення. Результати роботи допомагають зрозуміти спадкові зміни в рослинах при радіонуклідному забрудненні оточуючого середовища, поглиблюють знання про наслідки впливу низьких доз опромінення факторів у віддалені строки. Результати курсового дослідження можуть бути використані при розробці екологічних програм рослинності, а також, при подальшому дослідженні даної проблематики.
Структура курсового дослідження. Курсова робота складається зі вступу, трьох розділів, які в свою чергу містять підрозділи, висновків і списку використаних джерел та літератури.
Розділ 1. Антропогенна радіонуклідна аномалія — визначення та причини
Інтенсифікація промислового виробництва в другій половині XX ст. привела до появи на планеті великої групи антропогенних радіонуклідів. Їхня сумарна активність у середньому порівнянна з активністю природного радіоактивного фону, але на деяких ділянках техногенного радіоактивного фону може істотно перевищувати його. Антропогенні радіонукліди утворюють дві основні групи: штучні радіонукліди, одержувані в результаті ядерних реакцій, і природні, або природні радіонукліди (уран, торій і продукти їхнього розпаду), концентрація яких на земній поверхні різко зросла за рахунок екологічних процесів, пов'язаних з переміщенням їх з більш глибоких зон земної кори (наприклад видобуток урану). Цей розподіл умовний, оскільки легкі радіонукліди, які утворюються в природних умовах, можуть бути отримані й штучними шляхом наприклад, тритій утворюється в навколишньому середовищі (у результаті ядерних реакцій хімічних елементів з космічним випромінюванням) і в реакціях, штучно викликаних розподілом або синтезом ядер. Стронцій-90 також виникає в навколишньому середовищі при спонтанному розподілі урану-238 і може бути отриманий штучно. [3, 14-15]
1.1. Радіонукліди штучного походження
Штучні радіонукліди не властиві біосфері, вони з'явилися лише із середини XX ст. у результаті розвитку ядерних технологій військового й цивільного застосування.
Радіоактивні речовини, які утворюються в результаті ядерного вибуху, представлені в основному продуктами розподілу урану-238 і плутонію-239, що не вигоріли ядерним паливом і матеріалами з наведеною активністю.
Залежно від часу, що пройшов з моменту вибуху до осідання часток на земну поверхню, радіоактивні випадання діляться на три види.
1. Ближні, або локальні випадання представлені відносно великими (більше 100 мкм.) частками, що осідають на землю переважно під дією сили ваги. Локальні випадання починаються відразу після вибуху й тривають протягом наступних 12 діб, охоплюючи в міру переносу радіоактивної хмари вітром усе більш велику територію. У результаті локальних випадань на земній поверхні утворюється радіоактивний слід шириною в кілька десятків і довжиною в кілька сотень кілометрів. Великі частки, що осідають під дією сили ваги, попадають безпосередньо на земну поверхню, у т.ч. на рослинність і тварин, обумовлюючи їхнє поверхневе забруднення. Вважається, що при наземних ядерних вибухах мегатонної потужності на ближні випадання доводиться до 80 %, а при атмосферних близько 10 %.
2. Проміжні, або тропосферні випадання представлені дрібними частками (кілька мікрометрів і менш). Ці частки формуються в тропосфері, нижче тропопаузи, на висоті 1116 км. Період напіввиведення цих часток із тропосфери становить 2030 доби. На тропосферні випадання при наземних вибухах мегатонної потужності доводиться 5%.
3. Глобальні, або стратосферні випадання складаються із часток від декількох сотих до десятих часток мікрометра, що закидаються в стратосферу на висоту 1030 км. Звідти вони переносяться в тропосферу струминними плинами й циклональними вихрами або з повітряними масами через розриви в тропопаузі. У помірних широтах глобальні випадання з атмосферними опадами (вологі випадання) становлять 6070 % загальної суми радіоактивних випадань, інша їхня частина (3040 %) представлена сухими випаданнями. Глобальні випадання розподіляються по всій поверхні земної кулі.
Із глобальних випадань у водяний розчин переходить близько 50 % загальної кількості радіонуклідів, у водонерозчинній формі надходить до 95 % стронцію-90 і до 70 % цезію-137, у розчинній формі 30 % церію-144 і 40 % цирконію-95. З локальних і тропосферних випадань від атмосферних вибухів, представлених частками величиною до 20 мкм., у воді розчиняється до 30 % (в основному це радіонукліди йоду, цезію, стронцію, барію). [3, 22]
Кількість радіоактивних ізотопів, утворених при ядерних вибухах, що включаються в харчові ланцюжки, визначається не тільки тим, скільки їх випало з повітря, але також структурою екосистеми й особливостями біогеохімічних циклів. У цілому в малопродуктивних місцеперебуваннях значна частка опадів включається в харчові ланцюжки. В екосистемах з високою продуктивністю інтенсивність обміну речовин і більшою сорбуючою ємністю ґрунту або донних відкладень забезпечують таке розведення опадів, що в рослини вони попадають у відносно невеликій кількості. Радіоактивні опади (особливо стронцій-90 і цезій-137) доходять по харчовому ланцюжку до людини, але їхній зміст у тканинах організму людини ніколи не буває таким високим, як у тканинах тварин.
У результаті роботи реактора накопичуються продукти розподілу ядерного палива, продукти нейтронної активації й залишки вигорілого палива. Продукти розподілу утворюються переважно всередині тепловиділяючих елементів і там залишаються, вихід за межі оболонки цих обўєктів мізерно малий для всіх радіонуклідів, крім тритію (через оболонки з нержавіючої сталі проникає близько 80 % тритію). До складу продуктів розподілу входять також інертні гази, летучі й нелетучі речовини. Всі вони є бета- і гамма-випромінювачами й мають періоди напіврозпаду від часток секунди так десятків років. Серед продуктів нейтронної активації також присутні радіонукліди різної сполуки й тривалості життя. Відпрацьовані тепловиділяючі обўєкти витримують на території АЕС у спеціальних басейнах витримки для розпаду короткоживучих радіонуклідів, а потім відправляють на радіохімічні заводи для переробки. [24, 157]
При нормальній роботі АЕС надходження радіонуклідів у зовнішнє середовище не значне. Забруднення навколишнього середовища в результаті роботи радіохімічних заводів набагато серйозніше. Значний внесок у глобальне забруднення біосфери підприємствами ядерного паливного циклу (ЯТЦ) вносять вуглець-14, криптон-тритій і йод-129. Інші довгоживучі негазоподібні радіонукліди (стронцій-цезій-137, ізотопи трансуранових елементів), що надходять у навколишнє середовище з викидами підприємств ЯТЦ, розсіюються на обмеженій території, тобто створюють локальне забруднення.
Крім «планових» викидів, джерелом радіоактивного забруднення навколишнього середовища є аварії на ядерних реакторах. Основну небезпеку при цьому представляють продукти розподілу й нейтронної активації, що нагромадилися в активній зоні реактора. Умовою їхнього збереження усередині тепловиділяючих обўєктів (твелів) є герметичність і достатнє охолодження твелів і кожуха. Перегрів палива й оплавлення активної зони реактора можуть відбутися лише в тому випадку, якщо кількість теплової енергії, виділюваної в процесі ядерної реакції, перевищить величину, яка знімається теплоносієм. Тоді теплоносій переходить у пару, що разом із хмарою газоподібних продуктів розподілу може привести до надлишкового тиску й вибуху. При руйнуванні захисного ковпака продукти розподілу й нейтронної активації разом з невигорілим паливом надійдуть у зовнішнє середовище й викличуть радіоактивне антропогенне забруднення природними радіонуклідами (торій-232, уран-238, 1-235, продукти їхнього розпаду, а також ка-40) може виникнути при витягу й переробці багатьох корисних копалин. У результаті цих процесів у біосфері зберігаються локальні ділянки з концентрацією радіонуклідів, які істотно перевищують природний радіоактивний фон. Такі ділянки відносять до розряду малоактивних забруднень. Однак участь у них довгоживучих природних радіонуклідів з дуже великим періодом напіврозпаду робить забруднення подібного роду небезпечними, оскільки вони можуть існувати практично нескінченно.
Подібна аномалія є постійним джерелом високоенергетичних короткоживучих радіонуклідів, серед яких особливу небезпеку представляють газоподібні ізотопи радію. Всі підприємства ядерного паливного циклу служать джерелами надходження радіонуклідів у навколишнє середовище, як у процесі виробництва, так і при їхньому зберіганні й похованні. Але основна кількість радіонуклідів надходить в атмосферу в процесі видобутку й переробки уранової руди, поділу ізотопів урану й виробництва ядерного палива. Локальне (у деяких випадках і глобальне) забруднення біосфери важкими природними радіонуклідами відбувається головним чином на першому етапі в процесі видобутку й переробки уранової руди. І хоча тут частка радіоактивного забруднення навколишнього середовища не перевищує 0,04 % забруднення, що дає повний ЯТЦ, саме видобуток і переробка радіоактивної сировини роблять загальний забруднюючий вплив на навколишнє середовище, з огляду на високу територіальну концентрацію виробництва.
1.2 Природні радіонукліди
Основним джерелом природних радіонуклідів у біосфері є видобуток, переробка й використання фосфатних добрив. Осадові фосфатні руди характеризуються високою концентрацією урану-238 і радіонуклідів його сімейства із середньою концентрацією 1500 Бк/кг і значно більше низькою концентрацією радіонуклідів сімейства торія-232. Залежно від типу вихідної сировини й технологічних особливостей його переробки в добриво можуть переходити практично весь уран-238 і певна частина радію-226, торія-228, торія-230, свинцю-210 і полонію-210. Концентрація цих радіонуклідів у всіх видах фосфорних добрив незалежно від розроблювальних родовищ трохи вище, ніж в орних ґрунтах. При виготовленні добрив концентрація радію-226 знижується майже у всіх видах продукції, одержуваної з фосфатної сировини, і, навпроти, концентрація урану-238, торія-232 і торія-228 збільшуються в подвійному суперфосфаті, амофосі й діамофосі, але не більш ніж у два рази.
Концентрація калію-40 у калійних добривах приблизно в десять разів перевищує його концентрацію в ґрунті. Зміст радіонуклідів уранового ряду у фосфоромістячих добривах різних країн світу варіюється в межах 702400 Бк/кг, а концентрація радіонуклідів торієвого ряду не перевищує 70 Бк/кг. У деяких країнах (США, Франція, Тайвань, Росія) відзначається збільшення змісту природних радіонуклідів в орних ґрунтах за рахунок тривалого використання фосфорних добрив.
Існує кілька шляхів впливу на людину природних радіонуклідів, що втримуються в добривах, але основним з них є внутрішнє опромінення, обумовлене споживанням сільськогосподарської продукції. І хоча за даними Наукового комітету ООН по дії атомної радіації, відносний внесок у додаткову дозу опромінення живих організмів від застосування добрив дуже малий і не перевищує 0,01 % сумарного природного радіоактивного фону, це не повинно виявитися причиною недооцінки зазначеного фактора у зв'язку з швидкоростучими темпами хімізації сільського господарства. [24, 159]
Систематичне застосування добрив приводить до збільшення концентрації природних радіонуклідів і у водоймах (воді, донних відкладеннях, водних організмах). Це обумовлено виносом природних радіонуклідів з водозбірних територій, що вдобрюються, як у розчиненому виді (з поверхневим і дренажним стоком), так і в нерозчиненому виді в результаті ерозії ґрунту.
Однією із причин підвищення радіоактивного фону в деяких районах є використання більш радіоактивних у порівнянні із ґрунтом геологічних порід як будівельного матеріалу (наприклад при підвищеному змісті урану-238, торія-232 і калію-40 у таких традиційних будівельних матеріалах, як будівельний камінь, пісок, гравій і ін. або матеріалах, зроблених з використанням промислових відходів).
Техногенне джерело збільшення природного радіоактивного фону дає більший внесок у дозу опромінення населення, ніж використання добрив або викиди природних радіонуклідів з летучою золою ТЕС.
В останню чверть XX ст. у десятки разів зросло споживання енергетичної сировини (вугілля, нафта, газ, торф), що супроводжується переміщенням на земну поверхню великої кількості деяких хімічних елементів, у тому числі радіологічно-значимих природних радіонуклідів. Близько 70 % вугілля, що добувається у світі, спалюється на ТЕС і приблизно 20 % у коксових печах. Концентрація природних радіонуклідів у природному куті, як правило, невисока й звичайно нижча, ніж у ґрунті. При спалюванні вугілля на ТЕС при температурі близько 1700 °С вуглець органічних сполук окисляється до чадного й вуглекислого газу, а мінеральні компоненти перетворюються в склоподібні частки золи. Частина важкої золи з неповністю згорілими органічними речовинами осідає на дно, створюючи так звану подову золу й шлаки. Більше дрібні частки становлять летучу золу й з потоками газів попадають в атмосферу. Кількість зольних викидів у середньому становить: на ТЕС США 8 % загальної кількості золи, Франції — близько 1 %, Італії — 5 %, Польщі — 20 %, Індії — 10 %, Росії — 10%. Найбільш дрібна фракція викидів частки золи субмікронного рівня. Саме такі частки максимально збагачені мікроелементами, у тому числі природними радіонуклідами. Ізотопи торія й калію плавляться, перемішуються з алюмосилікатними масами й входять у матриці твердих часток незалежно від їхнього розміру. Ізотопи урану утягуються в обидва ці процесів. Та частина урану, що входить у глинисті й інші мінерали, плавиться й залишається в складі осклованих часток золи, уран, пов'язаний з органічною речовиною, улетучивається, а потім конденсується на частках летучої золи у вигляді оксиду. Радій-226 як продукт розпаду урану-238 поводиться аналогічно. Радій-228 як продукт розпаду торія-232 в основному входить у матрицю летучої золи. [24, 165-168]
Викиди летучої золи можуть забрудни ґрунт у радіусі декількох десятків кілометрів від ТЕС. Так, у пробах льоду на відстані 150 км від промислового центра за 11 років спостерігалося 50-кратне збільшення концентрації радію-226. У верхньому шарі ґрунту (05 см.) воно було істотно вище, ніж у нижньому (510 см.). Навколо сучасної ТЕС із хорошою системою газоочищення радіоактивне забруднення ґрунту мізерно мале.
Крім того, природні радіонукліди, надходять у навколишнє середовище при спалюванні вугілля в результаті опалювання приватних будинків, а також застосування вугільної золи у виробництві цементу й бетону як наповнювача для дорожніх покриттів і добрива в сільському господарстві. По даним НКДАР ООН, при опаленні приватних будинків спалюється лише 10 % виробленого у світі вугілля, однак за рахунок малої висоти димарів і відсутності систем золовловлення внесок цього джерела в сумарний викид природних радіонуклідів у навколишнє середовище еквівалентний внеску викидів ТЕС.
Негативний вплив підприємств вугільного циклу на населення по своїх масштабах і різноманіттю може перевершувати вплив ЯТЦ. Крім постійних викидів в атмосферу продуктів згоряння вугілля, ще одним важливим фактором є великий об'єм відходів, утилізація й зберігання яких також може приводити до забруднення навколишнього середовища. З 1920-х рр. відомо, що пластові води нафтових і газових покладів, особливо в зоні водовуглецевого контакту, відрізняються підвищеним змістом природних радіонуклідів. Радіоактивність таких вод обумовлена насамперед високою концентрацією радію-226, зміст якого в 1001000 разів перевищує природний радіоактивний фон (вони навіть використовувалися для промислового витягу радію). Розлив радіоактивних вод навколо шпар приводить до забруднення ґрунту в районі промислу.
Розділ 2. Радіобіологічні ефекти у рослин
2.1 Нагромадження радіонуклідів у компонентах фітоценозу
Особливістю радіонуклідного забруднення, пов'язаного із антропогенною радіонуклідною аномалією, є розмаїтість хімічних форм агрегатних станів, викинутих у навколишнє середовище радіоактивних елементів. Частина елементів була викинута у водорозчинному, крапельно-рідкому стані, частина ж у вигляді "гарячих" часток, причому співвідношення цих форм не є постійним, а змінюється під впливом біотичних і абіотичних факторів середовища. У цих умовах нагромадження радіонуклідів рослинами, що відбувається в основному за рахунок водорозчинної й обмінної форм компонентів забруднення, відбиває досить складні перехідні процеси в ґрунті, швидкість і спрямованість яких визначається біологічною активністю всіх компонентів кореневого шару.
Значна частина радіонуклідів перебуває в ґрунті, як на поверхні, так і в нижніх шарах, при цьому їхня міграція багато в чому залежить від типу ґрунту, його гранулометричної сполуки, водно-фізичних і агрохімічних властивостей.
Говорячи про кореневе надходження радіоактивних забруднень, слід зазначити, що цезієвий період кореневе надходження забруднень визначає стронцій-90 і цезій-137. Будучи хімічними аналогами, відповідно кальцію й калію, вони відрізняються високою рухливістю. Причому, при позакореневому шляху надходження найбільш рухливий цезій-137. Позакореневе надходження ж стронцію-90 відбувається в десятки разів повільніше. І, навпаки, при кореневому шляху надходження більше рухливий стронцій-90, що із ґрунту через корінь легше надходить у рослини.
Поглинання ґрунтом стронцію-90 менше, ніж цезію- 137, а отже, він є більш рухливим радіонуклідом. У момент викиду цезію-137 у навколишнє середовище, радіонуклід споконвічно перебуває в добре розчинному стані (парогазова фаза, дрібнодисперсні частки й т.д.) У цих випадках надходження в ґрунт цезія-137 є легко доступним для засвоєння рослинами. Надалі радіонуклід може включатися в різні реакції в ґрунті й рухливість його знижується, збільшується міцність закріплення, радіонуклід “старіє”, а таке “старіння” представляє комплекс ґрунтових кристалохімічних реакцій з можливим входженням радіонукліда в кристалічну структуру вторинних глинистих мінералів. Механізм закріплення радіоактивних ізотопів у ґрунті, їхня сорбція має велике значення, тому що сорбція визначає міграційні якості радіоізотопів, інтенсивність поглинання їхніми ґрунтами, а, отже, і здатність проникати їх у корінь рослин. Сорбція радіоізотопів залежить від багатьох факторів і одним з основних є механічна й мінералогічна сполука ґрунту. Важкими по гранулометричній сполуці ґрунтами поглинені радіонукліди, особливо цезій 137, закріплюються сильніше, ніж легкі й зі зменшенням розміру механічних фракцій ґрунти, міцність закріплення ними стронцію 90 і цезію 137 підвищується. Найбільш міцно закріплюються радіонукліди мулистою фракцією ґрунту. Більшому втриманню радіоізотопів у ґрунті сприяє наявність у ній хімічних елементів, близьких по хімічних властивостях до цих ізотопів. Калій схожий по своїх хімічних властивостях із цезієм 137. Калій, як неізотопний аналог цезію перебуває в ґрунті в макрокількостях, у той час як цезій в ультромікроконцентраціях. Внаслідок цього в ґрунтовому розчині відбувається сильне розведення мікрокількостей цезію 137 іонами калію, і при поглинанні їх кореневими системами рослин відзначається конкуренція за місце сорбції на поверхні кореня. Тому при надходженні цих елементів із ґрунту в рослинах спостерігається антагонізм іонів цезію й калію. [6, 15-18]
Крім того ефект міграції радіонуклідів залежить від метеорологічних умов (кількість опадів). Встановлено, що стронцій 90, який потрапив на поверхню ґрунту, вимивається дощем у самі нижні шари. Варто помітити, що міграція радіонуклідів у ґрунтах протікає повільно і їхня основна частина перебуває в шарі 0 5 см.
Нагромадження (винос) радіонуклідів сільськогосподарськими рослинами багато в чому залежить від властивості ґрунту й біологічної особливості рослин. На кислих ґрунтах радіонукліди надходять у рослини в значно більших кількостях, ніж із ґрунтів слабокислих. Зниження кислотності ґрунту, як правило, сприяє зменшенню розмірів переходу радіонуклідів у рослини. Так, залежно від властивості ґрунту вміст стронцію 90 і цезію 137 у рослинах може змінюватися в середньому в 10-15 разів. А міжвидові розходження сільськогосподарських культур у нагромадження цих радіонуклідів спостерігається зернобобовими культурами. Наприклад, стронцій 90 і цезій 137, в 2 6 разів поглинається інтенсивніше зернобобовими культурами, ніж злаковими. Надходження стронцію 90 і цезію 137 у травостій на лугах і пасовищах визначається характером розподілу в ґрунтовому профілі. [6, 22]
Нагромадження радіонуклідів трав'янистими рослинами залежить від особливостей будови дернини. На злаковому лузі з потужною щільною дерниною вміст цезію 137 у фітомасі в 3-4 рази вище, ніж на різнотравному з пухкою малопотужною дерниною. Культури з низьким змістом калію менше накопичують цезій. Злакові трави накопичують менше цезію в порівнянні з бобовими. Рослини порівняно стійкі до радіоактивного впливу, але вони можуть накопичувати таку кількість радіонуклідів, що стають не придатними до вживання в їжу людини й на корм худобі.
Надходження цезію-137 у рослини залежить від типу ґрунту. За ступенем зменшення нагромадження цезію у врожаї рослини ґрунту можна розташувати в такій послідовності: дерено-підзолисті супіщані, дерново-підзолисті суглинні, сіра лісова, чорноземи й т.д. Нагромадження радіонуклідів у врожаї залежить не тільки від типу ґрунту, але й від біологічної особливості рослин. Відзначається, що кальцієлюбні рослини зазвичай поглинають більше стронцію-90, ніж рослини бідні кальцієм. Найбільше накопичують стронцій-90 бобові культури, менше коренеплоди й бульбоплоди, і ще менше злакові. Нагромадження радіонуклідів у рослині залежить від вмісту в ґрунті елементів харчування. Так встановлено, що мінеральне добриво, внесене в дозах N 90, Р 90, збільшує концентрацію цезію-137 в овочевих культурах в 3-4 рази, а аналогічні внесення калію в 2-3 рази знижує його зміст. Позитивний ефект на зменшення надходження стронцію-90 у врожай зернобобових культур робить внесення речовин, які містять кальцій. Так наприклад внесення у вищолужний чорнозем вапна в дозах, еквівалентних гідролітичної кислотності, зменшує надходження стронцію-90 у зернові культури в 1,5-3,5 рази. Найбільший ефект на зниження надходження стронцію-90 у врожай рослин досягається внесенням повного мінерального добрива на фоні доломіту. На ефективність нагромадження радіонуклідів у врожаї рослин впливають органічні добрива й метеорологічні умови, а також і час їхнього перебування в ґрунті. Встановлено, що нагромадження стронцію-90, цезію-137 через п'ять років після їхнього проникнення в ґрунт знижується в 3-4 рази. У такий спосіб міграція радіонуклідів багато в чому залежить від типу ґрунту, її механічної сполуки, водно-фізичних і агрохімічних властивостей. Так на сорбцію радіоізотопів впливають багато факторів, і одним з основних є механічний і мінералогічний склад ґрунту. Важкими по механічній сполуці ґрунтами поглинені радіонукліди, особливо цезій-137, закріплюються сильніше, ніж легкими. Крім того ефект міграції радіонуклідів залежить від метеорологічних умов (кількості опадів). Нагромадження (винос) радіонуклідів сільськогосподарськими рослинами багато в чому залежить від властивості ґрунту й біологічної здатності рослин.
Масовий відбір ґрунту, рослинності, зроблений улітку 1986 р. по всій території України, і наступний їхній гамма-спектрометричний аналіз дозволив виділити ряд кількісних і якісних особливостей у характері забруднення різних районів, відповідно до яких територія України може бути умовно розділена на три зони: ближня зона радіусом 10 - 20 км від ЧАЕС; проміжна зона — від 20 до 150 км; далека зона — понад 100 - 150 км від ЧАЕС [11, 57]. Конфігурація цих зон характеризується різним ступенем витягнутості по напрямках. За рівнем сумарної активності основних продуктів розподілу (цезію, церію, цирконію, барію) у ґрунті вони різняться в такий спосіб: n-10-7 – n-10-8Ки/кг — дальня зона; n-10-9 — n-10-10Ки/кг — проміжна зона; n-10-7— n-10-5 та більше Ки/кг —ближня зона. Наряду с кількісними відмінностями за рівнем сумарної активності радіоактивне забруднення ґрунту й фітомаси в цих зонах має ряд особливостей як за складом, так і за характером поглинання радіонуклідів структурними компонентами фітоценозу, які мають принципове значення з погляду формування дозових навантажень на рослинні співтовариства, за рахунок включення їх у продукти харчування, у тому числі кормові й зернові культури, що приводять до зараження молока, м'яса й хлібопродуктів.
Результати дослідження нагромадження радіонуклідів у рослинах, що характеризуються морфологічними особливостями видової приналежності й виростають на реперних ділянках з різними рівнями радіоактивного забруднення, показали [14, 46-48], що існують міжвидові й навіть внутрішньовидові розходження в нагромадженні радіонуклідів у різних частинах рослин. Амплітуда коливань значень рівнів активності суміші гамма-випромінювачів для різних культур перебувала в межах 2 - 5-кратних розходжень, а для люпину (Lupinus luteus L.) досягала навіть 20-кратної величини. Динаміка нагромадження радіонуклідів багаторічними кормовими травами (люцерна (Medicago sativa L.), люпин) характеризувалася різким спадом питомої активності в 1987 р. у порівнянні з 1986 р. і менш значним у наступний період. Більше високим ступенем нагромадження радіонуклідів характеризується коренева система в порівнянні з надземною частиною рослини в цілому як у лугових, так і в злакових культур (розходження від 1,3 до 7-кратних). Серед органів надземної частини рослин найбільшою концентрацією радіонуклідів відрізнялися листки й найменші репродуктивні органи (суцвіття). Таким чином, нагромадження радіонуклідів рослинами визначається не тільки їхньою кількістю в ґрунті конкретного регіону, але й анатомо-морфологічними й фізіологічними особливостями рослинного організму, типом кореневої системи, ступенем її розвитку й глибиною проникнення в ґрунт.
Лісова рослинність має велику поглинальну ємність стосовно радіонуклідів, що пов'язане з наявністю значно й сильно розчленованих поверхонь (листя, хвоя, дрібні гілки). Так, надземна частина сосново-березового лісу (типові ділянки Полісся) затримала більше 40 % різних випадань (90Sr,137Cs,144Рє), сосновий приріст – 90 %, густі соснові насадження — майже 100 %. Більша поглинальна здатність хвойних порід зв'язана й з тим, що поверхня багаторічної неопадаючої хвої цілий рік концентрує радіонукліди.
Лісові насадження 30-кілометрової зони навколо ЧАЕС представлені головним чином молодняками й середньодорослими рослинами (57,3 і 33,3%). Середній вік насаджень 35 років. Найпоширеніші лісостворюючі породи — сосна звичайна (Pinus sylvestris), дуб (Quercus robur), береза (Betula pendula), осика (Populus tremula), вільха (Ainobetula rubra).
Аналіз отриманих в 1986 р. даних по вертикальному розподілі радіонуклідів на хвойних древостоях дозволив виявити наступні закономірності: деревами 20 - 25-літнього віку, що виростають на території, що прилягає до ЧАЕС, крупнодисперсні аерозолі (частки більше 50 мкм.) практично не затримувалися й осідали безпосередньо під пологом лісу, з них 30 % — у лісовій підстилці. У надземній фітомасі деревного ярусу затримувалося близько 20 % радіонуклідів. Значно забруднена поверхня кори, особливо тієї частини, що звернена до джерела викиду. Ефективність захоплення аерозолів надземними органами рослин залежала як від фізико-хімічних параметрів аерозолів, що випадають, так і від устрою листової поверхні й морфологічної будови цих рослин. [4, 58-61]
У рослин чутливість до іонізуючих випромінювань змінюється за час життя. Як і у всіх тварин, у них є "критичні" органи й тканини, що найбільше гостро реагують на опромінення. Найбільш чутливий до радіоактивних забруднень деревостій, особливо хвойні ліси (сосна, ялина, кедр, модрина). Хвойні дерева в 5-10 разів дошкульніше листяних порід. Трав'янисті рослини й більшість чагарників стійкіше деревних рослин. Нижчі рослини (мохи, водорості, лишайники) ще стійкіше до опромінення. Однак мохи відрізняються найбільшою концентруючою здатністю. Коефіцієнт нагромадження в них стронцію й цезію в 5-10 разів вищий, ніж у трав'яних рослин. У деревному ярусі найбільшим забрудненням відрізняються кора дерев і асимілюючі органи (листя, хвоя), потім ідуть гілки, спочатку дрібні, потім великі. Найбільше забруднюється деревина берези, менше — дуба, вільхи.
Радіоактивні аерозолі розміром менш 50 мкм. селективно адсорбувались (захоплювалися) волосками, що містять смолисті речовини, розташованими на поверхні листка рослин. Понад 30 % загальної кількості продуктів розподілу, утримуваного рослинністю, пов'язане з аерозолями розміром менш 4 мкм. Дані про рівні забруднення фітомаси багаторічних рослин і динаміку її зниження свідчать про переважаючий внесок некореневого механізму забруднення до 1988 р. і про постійне збільшення внеску кореневого надходження з 1988 р. по теперішній час.
У перший рік після аварії в надземній фітомасі хвойних лісів утримувалося 18,5 % 137Cs і 6,7 % 90Sr. Причому, у підстилці перебувало 64,5 і 83,2 % відповідно, а в ґрунті 17,0 і 10,1 % загальної кількості.
Отримані дані свідчать, що до 1990 — 1992 р. у верхній шар ґрунту з підстилки мігрувало близько 25 % радіонуклідів. У трав'янистому покриві під пологим хвойного ліси за 5 років вміст 90Sr зменшився більш ніж в 2 рази, a 137Cs — в 7,5 рази. У загальній формі співвідношення активності, виражене у відсотках від сухої маси, виглядає так:
хвоя (листя) > дрібні гілки > більші гілки > стовбури.
В 1992 р. збільшилося кореневе надходження 137Cs у різні органи й тканини. Причому інтенсивність надходження залежить від ступеня забруднення ґрунту полігонів. Найбільш інтенсивне надходження відзначене в рослин, що виростають на полігонах с.Новошепеличи (150 Ки/км2) і с.Буряковка (70 Ки/км2).
На мал. 1, 2 представлені результати радіоавтографії галузей хвойних і листяних порід різного віку, відібраних на фіксованих полігонах. Якщо в 1986 - 1987 р. реєструвалося тільки поверхневе забруднення фітомаси, то автографи 1992 р. свідчать про значне включення радіонуклідів безпосередньо в тканину хвої й листя.
Отримані в 1992 р. дані про рівні забруднення фітомаси, про топографію розподілу радіонуклідів по органах рослин свідчать про значне підвищення внеску кореневого надходження у фітомасу. Ця закономірність особливо проявляється в рослин, що виростають на території з рівнем забруднення більше 100 Ки/км2. Ці дані свідчать про необхідність строгої диференціації території зони при розробці заходів щодо догляду за лісовими насадженнями.
Мал.1. Радіоавтограф гілки осики 3-річного віку, що виростає на полігоні з рівнем забруднення понад 200 Ки/км2.
Результати спостережень в 1986 - 1992 р. над характером вертикальної міграції радіонуклідів по ґрунтових обріях різних ґрунтів на фіксованих полігонах в 30-кілометровій зоні ЧАЕС, показали, що незалежно від типу ґрунтів і характеру приґрунтового покриву, основні їхні кількості фіксовані у верхньому 1-5-сантиметровому шарі ґрунту. Однак в останні роки відзначається тенденція до збільшення швидкості вертикальної міграції, проявляється залежність розподілу радіонуклідів від генетичних особливостей ґрунтів, характеру ґрунтового покриву, ступеня зволоженості.
Так, у результаті вертикальної міграції до кінця вегетаційного періоду 1992 р. радіонукліди в доступних для вимірів концентраціях мігрували в прошарок 15-20 см. мінеральної частини ґрунтів. Найбільша швидкість міграції радіонуклідів по в сторону зменшення в торф'яних, луго-болотних, лугових ґрунтах. Низькою рухливістю 137Cs характеризується в дернових слабокопідзолистих глинясто-піщаних ґрунтах.
На зайнятих лісами територіях близько 85 % радіонуклідів продовжує залишатися в підстилці. Таким чином, основна кількість радіонуклідів зосереджена в прошарку ґрунту 0 - 5 см. Тут за весь період спостережень запас 37Cs знизився на 12 % , у тому числі за останні 2 роки на 8 %, а в нижніх прошарках —збільшився: у прошарку 5 - 10 см. на 1,5 %, у прошарку 10 - 15 см.— на 0,5 %. Міграція 137Cs пo профілю ґрунту відбувається приблизно на 1 см. у рік.
Розраховані значення коефіцієнтів квазидиффузії 137Cs лежать у межах 1,6-10-9 см2/с для дернових слабопідзолистих глинисто-піщаних ґрунтів і 3,5·10-9 см2/с для торф'яних малопотужних. [7, 16]
Відсутність або наявність лісової підстилки на ґрунті в сосновому або березовому лісі істотно відбивається на міграції 137Cs і з листового березового або хвойного соснового опаду в поверхневий прошарок ґрунту. Період напіввитрат 137Cs зі свіжого опаду, поміщеного на ґрунт із підстилкою — 5 діб а на ґрунті без підстилки — 45 діб.
Швидкість розкладання свіжого листового опаду була в 10 разів більше, ніж у варіанті без підстилки. Міграція радіонуклідів з підстилки ґрунту в рослини за 5 років склала близько 0,01 %.
Особливості біологічної дії іонізуючих випромінювань на багаторічні рослини в 30-кілометровій зоні ЧАЕС пов'язані з нерівномірним розподілом дозових навантажень на окремі частини й органи рослин протягом після аварійного періоду, обумовлених процесами міграції, нагромадження й перерозподілу радіонуклідів як у ґрунті, так і в самій рослині.
Відмінною рисою деревних рослин є високий ступінь локалізації радіочуттєвих тканин. Практично всі біологічні ефекти на рівні багаторічного організму викликані дією випромінювання на верхівкову меристему рослин. Навіть такі ефекти, як посилення кущіння, інтенсивне зростання бічних пагонів або пробудження сплячих бруньок, пов'язані з поглиненою дозою у верхівковій меристемі, оскільки поразка конуса наростання проводить до зняття апікального домінування. Тому для прогнозування стану багаторічних рослин в 30-кілометровій зоні ЧАЕС необхідно досліджувати не тільки формування загальної дозової навантаження на біоценоз, але й динаміку формування дозових навантажень на критичні тканини рослин (меристеми), тобто досліджувати геометрію розподілу доз по ярусах багаторічних рослин.
Для одержання даних про експозиційну дозу в різних ярусах деревостою використовували термолюмінесцентні, біологічний і рентгенографічний методи дозиметрії.
Таблиця 1.
Вертикальна міграція радіонуклідів у ґрунті (Бк/кг). Полігон - с.Новошепеличи, 1991 р.
| Глибина, см. | 106Ru, % | 134Cs, % | 137Cs, % | 144Ce, % | 154Eu, % | Загальна активність Бк/кг |
| 0-5 | 6,7 | 8,50 | 84,80 | - | - | 44172,30 |
| 5-10 | - | 7,70 | 92,30 | - | - | 285,5 |
| 0-15 | - | - | 82,80 | 17,40 | - | 187,7 |
| 5-20 | - | - | 63,90 | 36,10 | - | 76,3 |
| 20-25 | - | - | 100 | - | - | 92,1 |
За допомогою датчиків, розташованих у ярусах крон представників голосім’яних рослин - ялина (Picea excelsa), сосна (Pinus sylvestris) — на різній висоті від поверхні ґрунту, отримані дані про зміну дозових навантажень на вегетативні апекси протягом вегетаційного періоду на фіксованих полігонах (села Новошепеличи, Черевач, Залісся, лінії електропередач (ЛЕП)), які свідчать про те, що відзначаються істотні розходження в дозових навантаженнях на апекси як по вертикалі в межах кожної рослини, так і в межах кожного з полігонів.
Якщо в перші роки після аварії дозова навантаження визначалося зовнішнім забрудненням кори й хвої (близько 70 % радіонуклідів у вигляді дрібних аерозолів утримувалося обростаючою деревиною, корою, хвоєю й тільки 30 % перебувало в листовому опаді й ґрунті), то в цей час активність розподілилася по досліджуваних компонентах у такий спосіб, %: хвоя, листя — 1 - 3; кора – 4 - 20; ґрунт – 0,2 - 0,4; трава – 4 - 6; підстилка — 78 - 95. Наслідком перерозподілу дозових навантажень з'явилося різке посилення відбудовних процесів в апексах верхніх ярусів дерев, що виявилося в значному зменшенні кількості аномалій у формостворюючих процесах.
Аналіз отриманих результатів показав, що максимальну дозову навантаження в 1991 р. мали точки росту нижнього ярусу деревостоя, розташовані в безпосередній близькості від поверхні ґрунти. Так, у районі с.Новошепеличи доза опромінення меристем апексів верхівкових бруньок сосни і ялини склала 82,3 мГр/рік, бічних пагонів, розташованих на висоті 50 см. — 103,4 мГр/рік.
Інша закономірність дозових навантажень виявлена на полігонах з більш низькою щільністю забруднення. Так, у районі с. Залісся доза опромінення бруньок нижнього ярусу склала 28,9 мГр/рік, а верхівкових бруньок — 27,2 мГр/рік. Слід зазначити, що на висоті першого ярусу рослин сосни і ялини п'ятирічного віку на полігоні с. Новошепеличи потужність експозиційної дози більш ніж на порядок вище, ніж у районі полігона с.Залісся (табл. 2.).
Таблиця 2.
Потужність експозиційної дози на різній висоті від поверхні ґрунту на полігонах 30-кілометрової зони ЧАЕС в 1991 р. (24.04 - 16.10)
| Висота,см. | с. Залісся | с.Новош епеличи | ||||||||
| Цілина | Рілля | |||||||||
| верх | середина | низ | ||||||||
|
мкГр/год |
мГр/ рік |
мкГр/год |
мГр/ рік |
мкГр/год |
мГр/ рік |
мкГр/год |
мГр/ рік |
мкГр/год |
мГр/ рік |
|
| 250 | 3,1 | 27,2 | 9,4 | 82,3 | ||||||
| 200 | 3,2 | 28,0 | 10,4 | 91,1 | ||||||
| 150 | 3,4 | 29,7 | 11,8 | 103,4 | ||||||
| 100 | 3,2 | 28,0 | 4,0 | 5,0 | 3,9 | 4,2 | 3,8 | 3,3 | 11,1 | 97,2 |
| 50 | 3,1 | 27,2 | 4,9 | 2,9 | 3,9 | 4,2 | 3,5 | 0,7 | 11,8 | 103,4 |
Характерною рисою вегетативного періоду 1992 р., як опромінення в сумарну дозу на полігонах показали результати аналізу кернів зі стовбурів рослин, з'явилося значне кореневе надходження радіонуклідів у вегетативні органи рослин, що істотно позначилося на формуванні дозових навантажень за рахунок інкорпорованих радіонуклідів.
Дані, отримані за перше півріччя 1992 р., свідчать про більш низькі в порівнянні з попередніми роками дозах, поглинених кореневою системою багаторічних рослин. Так, експозиційна доза на поверхні ґрунту полігона с.Залісся склала 5-8 сГр, а на глибині 50 см. — 0,3 - 0,4 сГр. Чітко простежується значне зниження дозових навантажень на кореневу систему багаторічних рослин у порівнянні з попередніми роками. В 1991 р., використовуючи методи термолюмінесценції й електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) керамічних зразків, відібраних на полігонах 30-кілометрової зони, удалося реконструювати первинну дозу, отриману багаторічними насадженнями в перший рік після аварії. Результати цих досліджень свідчать про те, що основна, ударна доза була отримана в 1986 р. Ця доза становить 11,0 Гр для полігона с. Новошепеличи й 4,5 Гр для полігона с.Залісся. Від сумарної дози, отриманої за 6 років після аварії, ударна доза становить 96 - 97 %. Ці дані істотно змінюють уявлення про внесок гострого й хронічного опромінення у формування радіобіологічних реакцій багаторічних рослин.
Мал. 2. Радіоавтограф сіянців сосни й брусниці, що виростають на полігоні з рівнем забруднення понад 200 Ки/км.
Такий перерозподіл дозових навантажень, природно, позначається на характері прояву різних аномалій у рості й розвитку латеральних і термінальних бруньок рослин. [10, 16-17]
Розділ ІІІ. Тератогенез в зоні антропогенної радіонуклідної аномалії
Крім ростових реакцій на радіонуклідний пресинг, у рослин в 30-кілометровій зоні ЧАЕС виникли різного роду аномалії в морфогенетичному процесі, що зв'язано не тільки із зовнішнім опроміненням, але й з нерівномірністю розподілу радіоактивних елементів у тканинах рослин, що формуються.
Отримано багаторічні дані [10, 17] по виходу морфологічних аномалій в озимої пшениці. В 1986 - 1987 р. кількість аномалій перевищувало 40 %, а в наступні роки ця цифра значно зменшилася. Спектр виявлених аномалій досить широкий, однак частота їхньої зустрічальності різна. Так, у перший рік після аварії в рослин озимої пшениці, що перебувають у фазі кущіння, найбільш частим проявом ушкоджень (49 %) було утворення в колосі стерильних зерен або так звана череззерниця. В 1987 р. кількість аномалій цього типу досягло 30 %, а в наступному поколінні зменшилося (1,9 %). Часто зустрічалися колосся з додатковими колосками ("грижі") і вкорочені колосся. Утворення додаткових колосків у наступних поколіннях зростало майже в 2 рази. До розповсюджених змін структури колосся можна віднести аномалії типу скверхед.
Викид радіонуклідів зі зруйнованого реактора в період, коли багаторічні деревні рослини перебували в стані найбільшої радіочуттєвасті привів їх до короткочасного гострого тотального опромінення, що перейшло потім у хронічне. У результаті такого впливу на ділянках, де розрахункові значення доз склали за перший рік 7,4 Гр, за другий — 2,54, за третій — 1,55 Гр, реєстрували появу різного роду аномалій у формостворювальному процесі багаторічних рослин. (Мал. 4) Форма прояву аномалій залежала від дозових навантажень, які визначалися характером розподілення радіонуклідів по асиміляційній поверхні вегетативних органів рослин.
Під впливом гострого опромінення у весняний період 1986 р. (полігон в 10-кілометровій зоні) у цьому ж році відбулися зміни листових пластин у хвойних і листяних дерев. Листові пластини ялини іноді збільшувалися в 3 рази. Різко змінився колір голочок. У сосни вони були ясно-жовті, а в ялини — малинові. Листові пластинки дорослих дерев дуба помітно втратили властиву їм конфігурацію, аж до придбання форми овалу. У зв'язку з більшим нагромадженням антоціанів листя змінило фарбування — стало малиновим. В однолітніх саджанців дуба (Quercus robur L.) спостерігалося сильне кущіння прикореневих пагонів, укорочення черешків, утворення пальмовидних пагонів на одній гілці. Однолітні саджанці каштана (Castanea sativa L.) являли собою рослини з різко вкороченими пагонами, невеликими листовими пластинками, що мали зелено-жовтий колір. Відзначено розсічення листових пластин, збільшення кількості радіальних прожилок і зменшення між ними мезофільних прошарків клітин. [11, 57]
Мал. 3 Порушення в процесі морфогенезу у вегетативних пагонах ялини, що виростає на полігоні з рівнем радіонуклідного забруднення понад 150 Ки/км
Мікроскопічні дослідження пагонів, на яких виявлені порушення формостворюючих процесів, показали [17, 16-17], що розвиток латеральних бруньок у цьому випадку загальмовано, а організація термінального апекса порушена. Спостерігалася елімінація зони центральних материнських кліток і перехідної зони; клітки периферичної зони формували значну частину бруньки; закладка луски модифікувалася. Верхівки пагонів із укороченими стеблами й хвоєю не мали термінальної бруньки — її заміщали кілька латеральних.
При скануванні зачатків пагонів, що перебувають у стані зимового спокою, 1987 - 1988 р. на їхній розширеній основі реєстрували істотну зміну апікальної частини, стовщення купола зачатка, на її місці в зачатку утворювалося поглиблення, розміри якого варіювали.
Таким чином, при гострому й хронічному опроміненні в багаторічних рослин, що виростають у насадженнях навколо ЧАЕС, зона Центральних материнських кліток з низьким рівнем мі тотичної активності виявлялася більше радіочуттєвішою, ніж ініціальний шар і периферична зона, де рівень мітотичної активності вищий, що веде до тератогенезу. Вид і розміри, що формуються залежать, очевидно, від поглиненої дози.
3.1 Частотний аналіз морфогенетичних змін у рослин, що виростають у зоні підвищених рівнів хронічного опромінення
Оскільки в контрольній групі рослин багато аномалій практично повністю були відсутні, а на полігонах, які вивчаються частота відхилень від норми в перші 2 роки після аварії коливалася від 20 до 26 %, то з повною підставою виявлені терати можуть бути віднесені до індукованих радіацією, тому що при опроміненні рослин на гамма-полі спостерігали утворення аналогічних радіоморфозів. Дозовий еквівалент для таких випадків приблизно може відповідати дозам більше 15 Гр.
Більшість морфологічних змін (морфозів) пов'язане зі змінами в меристематичних тканинах, що представляють собою групу рослинних кліток у стадії активного розподілу й росту. У спрощеній формі ця тканина складається із двох типів кліток: з високим ступенем репродукції; з різним ступенем диференціації. Результати вивчення репродуктивної здатності сосни при різних рівнях опромінення показали, що в зібраному насінні врожаю 1986 - 1988 р. такі ознаки, як пустозерність, життєздатність, маса насіння, енергія проростання, коливаються в широкому інтервалі залежно від дози опромінення [22, 25-28]. Зібрані насіння сосни висівали в тепличних умовах для вивчення морфологічних ознак і їх наслідування в потомстві. Аналіз однолітніх сіянців і дворічних саджанців показав високу мінливість по широкому спектрі морфологічних ознак, більшість із яких спостерігали на дорослих деревах.
Отримані дані свідчать про те, що в міру збільшення тривалості перебування багаторічних рослин у зоні з радіонуклідною аномалією, варто очікувати селективного збільшення поліморфізму й фізіологічної нестабільності. У цьому випадку пролонгований радіаційний вплив на меристеми точок росту може сприяти перетворенню генетичного й фізіологічного гомеостазу, що, очевидно, може привести до мікроеволюційних зрушень.
3.2 Відбудовні процеси у багаторічних рослин, які виростають у зоні радіонуклідної аномалії
Хронічний режим опромінення, що зложився на території 30-кілометрової зони ЧАЕС після гострого періоду опромінення навесні 1986 р., затрудняє розуміння природи променевої поразки багаторічних рослинних організмів, тому що радіочуттєвість всіх їхніх компонентів зазнає істотні зміни протягом річного циклу розвитку. Інтерпретація результатів ускладнюється й тією обставиною, що в ході опромінення поряд з розвитком ефектів поразки протікають відбудовні процеси. Після гострого періоду опромінення відбудовні реакції в багаторічних деревних і чагарникових породах спостерігали через 1-1,5 року. Як критерії відновлення використовували інтенсивність таких процесів, як корене-, пагоно- і порослестворення, фізіологічні реакції компенсаторного характеру.
Багаторічні дерева сосни не здатні до утворення порості. У них потужним відбудовним потенціалом вегетативного характеру володіє крона, що має велику кількість сплячих бруньок, захищених фотосинтезуючою хвоєю [23, 5-6]. Спостереження в пострадіаційний період (1986 - 1992) показали, що в сосни при дозі опромінення понад 14 Гр (сублетальна доза для сосни при гострому весняному опроміненні) відновлення відбувалося за рахунок додаткового пагоностворення з раніше сплячих бруньок. Цей процес починався через рік після опромінення, тобто в 1987 р., і виражався в появі у верхній частині крони одиничних пагонів, що представляють собою пучки дуже довгої хвої, яка сидить на короткому товстому ауксибласті. Роль цих пагонів полягає в забезпеченні мінімального рівня фотоасиміляції, необхідного для підтримки життєдіяльності не уражених опроміненням атрагуючих органів і тканин дерева (коріння, деревина стовбура й гілки). Підтвердженням цього є надзвичайно висока інтенсивність фотосинтезу хвої таких пагонів (в 3 - 4 рази вище контрольних), що свідчить про компенсаторний характер цього процесу. З кожним наступним роком кількість таких пагонів у кроні збільшується, що вказує про можливість поступового часткового відновлення вихідних функцій багаторічної рослини.
Починаючи з вегетаційного сезону 1988 р., у зоні сильної й середньої поразки при тих самих поглинених дозах інтенсивніше проходило відновлення дерев більше старшого віку, а приріст пагонів минулого року був вищим у верхніх колотівках, ніж у нижніх. Виживаність сильно уражених дерев залежить від приросту пагонів останнього року, і і якщо приріст становить близько 20% нормальної охвоєності при спостережуваних темпах росту, то для відновлення таких дерев буде потрібно 2-3 роки. [18, 63-67]
Тому можливе виживання окремих дерев, у яких кількість пагонів із зеленою хвоєю в цей час становить близько 5-10%. Зміна вершини дерева — пострадіаційна реакція на загибель осьового верхівкового пагона; його роль бере на себе один з бічних пагонів колотівки, найбільш потужний. Це явище відзначали приблизно в 30% сосен (Pinus sylvestris) і ялин (Picea excelsa L.), опромінених у межах 11-15 Гр. Про можливість відновлення багаторічних рослин, які ростуть в 30-кілометровій зоні ЧАЕС, свідчать і дані про динаміку компенсаторної й репродуктивної генерації при різних дозових навантаженнях. Як критерії компенсаторної регенерації використовували також такі показники, як загоєння ран на гілках багаторічних рослин, зпили гілок певного діаметру, величина вторинного приросту на багаторічних рослинах після видалення верхньої бруньки.
В якості критерію протікання репродуктивної регенерації в рослин, що виростають на ґрунтах з різним рівнем забруднення радіонуклідами, використовували такий показник, як інтенсивність ризогенеза в черешків смородини чорної (Ribes nigrum), верби гостролистної (Salix acutifolia).
Отримані результати свідчать про те, що при тих рівнях дозового пресингу, які спостерігаються на території 30-кілометрової зони ЧАЕС, реєструється достовірне збільшення інтенсивності всіх типів регенераційних процесів у багаторічних рослин.
3.3 Мутагенна дія
Під впливом зовнішнього й внутрішнього опромінення радіонуклідами, викинутими при аварії, у рослинах реєстрували мутації як у соматичних, так і в статевих клітинах.
Виникнення мутацій зв'язується, як правило, із прямим фізичним руйнуванням або функціональною інактивацією під впливом продуктів радіолізу ділянок хромосом і їхніх унікальних структур. Про ушкодження унікальних структур може свідчити збільшення розривів у молекулах ДНК. Використовуючи прийом додаткового гамма-опромінення рослин, що вже одержали певну дозу радіації, за допомогою методу електрофорезу однониткової ДНК і лужного розплітання, виявили при обстежені в 1987р. популяціях трав'янистих рослин, які ростуть на околицях ЧАЕС, зокрема, у радіочуттєвої бобової рослини горщика мишачого (Vicia cracca L.) підвищений вихід однониткових ДНК [20, 41-46].
Формування генетичних змін і їхня фіксація в наступних поколіннях багато в чому залежать від функціонування систем репарації ДНК. При цьому в рослин дані системи грають особливо важливу роль у пилку, що обумовлено її особливою функцією й гаплоїдністю ядер. Ефективність функціонування систем репарації ДНК повинна забезпечити стабільність генома, що може легко ушкоджуватися внаслідок слабкої захищеності дозрілого пилкового зерна. Тому ослаблення функціонування систем репарації є свідченням посилення генетичної дії випромінювання. При випромінюванні спонтанного відновлення ДНК і індукованого гострим гамма-опроміненням позапланового синтезу ДНК, що відбиває її репарацію, було встановлено, що формування пилка берези бородавчастої (Betula pendula L.) при високих концентраціях радіонуклідів у ґрунті приpзводить до придушення системи темнової репарації ДНК у зрілому пилку, що зберігається, [20, 73]. При збереженні в такого пилка здатності до запліднення можна чекати в рослин нагромадження генетичних ушкоджень.
Багатьма дослідниками відзначено збільшення аберацій хромосом в утворювальних тканинах рослин, які ростуть в зоні аварії ЧАЕС. Так, виявлено [16, 28-35] збільшення в кілька разів числа клітин з абераціями хромосом у кореневих мерисистемах проростків ослинника дворічного (Oenothera biennis L.), вирощених у лабораторних умовах з насіння рослин, що виростають при рівнях гамма-фоону в 1986р. від 0,05 до 60мР/ч. При цьому показана характерна прямо пропорційна залежність виходу мутацій від потужності дози й виявлені множинні аберації хромосом, які можуть бути наслідком дії щільно-іонізуючого альфа-випромінювання.
При проведенні досліджень [16, 38-41] на різних за рівнем забруднення радіоактивними випаданнями ділянках (від 120 до 800 МБк/м2), спостерігали лінійну або близьку до неї залежність між поглиненою протягом 26.04 - 5.06 (збір насіння) 1986р. сумарної бета- і гамма-дозою рослинами озимого посівного жита (Secale cereale L.) і виходом клітин з абераціями хромосом у кореневих меристемах проростків М 2-поколіннями (мал. 4.).
Цей же тест був використаний [13, 592] для оцінки впливу радіоактивного забруднення на насіння 7 видів рослин, зібраних у зоні, що прилягає до ЧАЕС. Потужність дози склала 2 - 3 мр/ч. При цьому в деяких видах, які відрізняються за радіочуттєвістю було виявлено від 1 до 8% аберацій хромосом, причому спостерігалося підвищення частоти аберацій зі збільшенням потужності дози. Але лінійної залежності не встановлено, що, очевидно, обумовлено нерівномірним розподілом радіонуклідів по поверхні ґрунту або впливом різних забруднювачів хімічної природи. Цікаво, що на другий рік після аварії частота аберацій хромосом у деяких видів зросла в 1,5 - 3 рази незважаючи на 2 - 3-кратне зниження радіаційного фону. Цей факт має винятково важливе значення з погляду генетичної небезпеки не тільки зовнішнього, але й внутрішнього опромінення за рахунок радіонуклідів, які попадають у рослини із ґрунту.
При вирощуванні високо-радіочуттєвих кінських бобів (Vicia faba L.) сорту Російські чорні [12, 149-152] в 30-кілометровій зоні при рівнях радіоактивного забруднення орного обрію ґрунту по 90Sr близько 2·1012 Бк/км2 і по 137Cs близько 4·1012 Бк/км2 (поглинена доза для кореневої системи за 3 місяці вирощування рослин складала 0,15 - 0,4 Гр) реєстрували збільшення в 2 - 3 рази кількість клітин з абераціями хромосом.
Крім того, було встановлено [14, 46-48] збільшення кількості клітин з абераціями хромосом і хроматид у кореневій меристемі проростків скерди покрівельної (Crepis tectorum L.), вирощених з насіння рослин, зібраних на території зони ЧАЕС при умовах гамма-фону 5-10 мР/год у перший і 0,02 - 20 мР/год у другий роки після аварії. У проростках першого року максимальна частота клітин з абераціями досягала 10,2 - 15,3%, причому нерідко спостерігалися клітини із множинними абераціями. У другий рік на ділянках з максимальним рівнем фона було виявлено 1,4 - 2,2% клітин з абераціями хромосом. При мінімальних потужностях опромінення частота клітин з абераціями склала всього 0,3 - 0,5%; ці значення відповідають спонтанному рівню. Крім того, відзначали також появу рослин зі зміненим каріотипом, що свідчить про активні мікроеволюційні процеси в популяціях, які опромінюються хронічно.
Є дані [8, 3-9], що свідчать про підвищення кількості стерильного пилка в рослинах, що ростуть на територіях, забруднених радіонуклідами. Так, досліджуючи дві популяції фіалки ранкової (Viola matutina klok), що виростає на двох ділянках 30-кілометрової зони ЧАЕС, які різняться на 3 порядки по величинах поглинених доз, виявили в 1987 і 1988 р. збільшення в 1,5 - 2 рази кількості стерильних пилкових зерен. При рівні потужності дози на висоті 2 м 4 - 5 Гр/рік спостерігали часткову жіночу стерильність сосни (Pinus sylvestris L.), що виражалася в зниженні гамето-фитної виживаності сім’ябруньок, обпилених в 1986 р. і зменшенні ембріональної виживаності сім’ябруньок, обпилених в 1985 р.
Безумовно, стерильність — нездатність організму утворювати гамети або достатня їхня кількість, не приводить до генетичного ушкодження, а лише знижує число нащадків. Але при дії іонізуючої радіації стерильність, як правило, є наслідком генних або хромосомних мутацій, що обумовлюють порушення мейозу — основної ланки гаметогенезу.
Прямим свідченням генетичної дії іонізуючих випромінювань на пилок є безпосередня реєстрація в них мутацій. У рослин, вирощуваних на ґрунтах 30-кілометрової зони ЧАЕС із загальною бета-активністю 2,6·103- 6,3·104Бк/кг, в пилку ячменя (Hordeum vulgare L.) відзначали збільшення частоти waxy-змін в 2 - 3 рази [6, 147-156].
Таблиця 3
Кількість хлорофільних мутацій типу альбіна в житі (Secale cereale L.) і ячмені (Hardeum vulgare L.), %
| Культура | Контроль | 1986 р. | 1987 р. | 1988 р. | 1989 р. |
| Жито Київське 80 | 0,01 | 0,14 | 0,40 | 0,91 | 0,71 |
| Жито Харківське 03 | 0,02 | 0,80 | 0,99 | 1,20 | 1,14 |
| Ячмінь | 0,40 | 0,90 | 0,74 | 0,80 | 0,91 |
Примітка. Насіння отримані в 30-кілометровій зоні ЧАЕС.
У перші місяці після аварії при вирощуванні рослин жита (Secale cereale L.) і ячменя (Hardeum sativum jessen) в умовах закритого ґрунту на ґрунтах, привезених з 30-кілометрової зони, було виявлене збільшення частоти зустрічальності різних типів хлорофільних мутацій. Переважали нежиттєздатні мутації типу альбіна. У наступні роки насіння, зібране в зоні, висівали знову. У жита і ячменя, вирощуваних в 30-кілометровій зоні на ґрунті із сумарною гамма-активністю 1·105Бк/кг, реєстрували багаторазове перевищення спонтанного рівня виходу хлорофільних мутацій (табл. 3). При цьому було відзначено, що в кожному наступному поколінні мутації не елімінувалися, оскільки висіяні насіння піддавалися наступному пресингу радіонуклідів. Вихід морфологічних аномалій в 4 сортів озимої пшениці (Triticum vulgare L.) при їхньому вирощуванні протягом 3 років на ґрунті із сумарною активністю гамма-випромінювання 5,2·104- 1,8·105Бк/кг в 1986 - 1987 рр. перевищив 40 %, але в 1988 р. зменшився.
Спектр виявлених аномалій досить широкий: у перший рік після аварії найбільш частим (до 49 %) було утворення в колоссях стерильних зон — череззерниця; в 1987 р. кількість аномалій цього типу досягалася 30 %, а в наступному поколінні знижувалося до 1,9 %. Часто зустрічалися колосся з додатковими колосками ("грижі") і вкорочені колосся. До розповсюджених змін структури колосся варто також віднести аномалії типу скверхед.
Зустрічалися також рослини з підвищеною остистістю, нерівномірною остистістю, колосся "ялинка", зміни фарбування стебла й інші. У різних сортів вихід морфологічних аномалій проявляється по-різному, що може бути зв'язано, з одного боку, з різною їх радіо чуттєвістю, а з іншого боку — з неоднаковою здатністю до нагромадження радіонуклідів.
Безумовно, відмічувані морфологічні аномалії, відхилення від норми, як правило, мають місце лише в поколіннях організмів, що опромінюються, і зазвичай не закріплюються в потомстві. Проте їхній стійкий прояв в усі наступні роки, аж до 1994 р., дозволяє припускати, що більшість з цих змін носять генетичний характер і свідчать про те, що під впливом іонізуючих випромінювань радіонуклідів, викинутих при аварії на ЧАЕС, у популяціях рослин іде мутаційний процес.
3.4 Дія на рослини інкорпорованих радіонуклідів
Радіочуттєвість рослин до опромінення, яке створюється в результаті нагромадження в тканинах радіонуклідів, вивчена менше, ніж радіочуттєвість до опромінення від зовнішніх джерел. Головним чином це обумовлено тим, що більшість видів рослин має більш високу в порівнянні зі ссавцями радіостійкістю, і навіть при нагромадженні радіонуклідів у значних кількостях дія випромінювань у них проявляється набагато в меншій мері.
Рослинам зазвичай приділяється роль переносників радіонуклідів по харчовому ланцюжку "ґрунт — рослина — тварина — людина" або "ґрунт — рослина — людина".
Проте при попаданні й нагромадженні радіонуклідів у відносно радіочуттєвих видах рослин залежно від фізико-хімічних характеристик радіоактивних речовин, їхньої кількості, місць локалізації можуть спостерігатися ті ж радіобіологічні ефекти, що й при еквівалентних поглинених дозах зовнішнього опромінення: радіаційна стимуляція, морфологічні зміни, променева хвороба, прискорення старіння й скорочення тривалості життя, загибель, генетична дія. Однак радіоактивні речовини, що попали усередину рослин, можуть володіти підвищеною в порівнянні із зовнішнім опроміненням небезпекою, викликаною рядом причин. Перша й основна з них — здатність деяких радіоактивних речовин вибірково накопичуватися в окремих тканинах і органах, що приводить до відносно високих локальних рівнів опромінення. Друга причина — збільшення небезпеки дії альфа-і бета-випромінювачів, які мало впливають на рослини в умовах зовнішнього опромінення, але можуть стати надзвичайно сильним джерелом іонізуючої радіації при попаданні всередину клітин і клітинних структур. Третьою причиною є, як правило, тривалі строки опромінення.
Через специфіку метаболізму рослин радіонукліди, акумулюючись у тканинах, практично не виводяться з них на відміну від тварин. При величезних періодах напіврозпаду 90Sr, 137Cs, 239Pu навіть у багаторічних рослин ці радіонукліди будуть обумовлювати опромінення протягом усього онтогенезу.
І якщо в перший рік аварії опромінення рослин було обумовлено в значній мірі за рахунок зовнішнього опромінення, то в наступні роки з міграцією, радіонуклідів по трофічному ланцюжку, яка розпочалася, воно майже винятково обумовлюється внутрішнім опроміненням. Але якщо в одно-, дворічних рослин за порівняно короткий період вегетації не завжди встигають сформуватися досить високі дози опромінення, то в багаторічних рослин протягом десятків років можуть зложитися порівняно високі рівні опромінення. Більше того, більшість видів багаторічних рослин, як правило, більш чуттєві до дії радіації, ніж одно-, дворічні трав'янисті види.
У зоні Чорнобильської катастрофи в кроні деревних рослин спочатку було затримано від 60 до 90 % радіонуклідів, що випали на ліс. Після випадання радіоактивних опадів на лісову рослинність починається їхня вертикальна міграція під впливом сил гравітації, атмосферних опадів, руху повітря, з листовим опадом у результаті чого радіонукліди переміщаються в нижні шари крон, під полог лісу. Швидкість вертикальної міграції залежить від фізико-хімічних характеристик радіоактивних випадань, типу й віку деревостою, метрологічних умов, пори року. Через деякий період, який у хвойних лісах може вимірятися декількома роками, основна маса радіоактивних речовин переходить у лісову підстилку й у верхній шар ґрунту.
Саме з нього через 4 - 5 років у листяному лісі й через 8 - 10 років у хвойному (що обумовлено особливостями у швидкості вертикальної міграції радіонуклідів і більш швидкою мінералізацією листя у порівнянні із хвоєю) починається активне попадання радіонуклідів у деревні рослини через корінь.
Якщо механізми надходження й засвоєння радіонуклідів одно-, дворічними трав'янистими й багаторічними деревними рослинами в основному не різняться, то характер з нагромадження має принципові розходження. Багаторічні деревні рослини здатні до істотного нагромадження радіонуклідів у всіх органах — листях, гілках, корі, деревині. Багаторічний замкнутий цикл радіонуклідів по ланцюжку "листя — лісова підстилка — ґрунт — корінь — стовбур — листя" і так далі може приводити до істотного радіоактивного забруднення всіх органів. В одного із самих радіочуттєвих видів — сосни — це може приводити до всіляких типів порушень.
Ушкоджуватися можуть і інші види. Ялина, наприклад, має більш високу радіостійкість, але вона є кальцієфілом і здатна накопичувати -Sr у більших кількостях, ніж сосна й інші види.
Різні радіонукліди не тільки по-різному накопичуються окремими видами рослин, але й по-різному концентруються в різних органах, приводячи до різного ступеня опромінення. На радіоавтографах цілих рослин, отриманих при введенні різних радіонуклідів, як правило, буває добре визначена нерівномірність їхнього розподілу по окремих органах. Чітко простежуються місця концентрації, зосереджені, як правило, у тканинах, які володіють високою метаболічною активністю (меристема й генеративні органи) і найбільш високою радіочуттєвістю. Саме тому як при зовнішньому, так і при внутрішньому опроміненні радіобіологічні ефекти, у першу чергу, проявляються на цих групах клітин. Зокрема, у меристемах спостерігаються вповільнення або прискорення розподілу клітин, формування різного роду морфологічних змін, уповільнення росту органів і рослини в цілому, загибель меристем і ін.
У рік аварії в п'яти областях України (Київській, Чернігівській, Житомирській, Черкаській і Вінницькій), у тому числі в різних місцях 30-кілометрової зони, були зібрані зразки насіння 9 сортів озимої пшениці (Tviticum vulgare L.), рослини якої протягом 3 місяців з фази кущіння (час аварії) до дозрівання піддавалися опроміненню радіоактивними викидами. [10, 16-17]
Максимальний рівень сумарної бета- і гамма-активності насіння досягав 3,7·104Бк/кг. По загальноприйнятим методикам експериментального мутагенезу в наступних 6 поколіннях вивчалися частоти й спектр мутаційної мінливості рослин. В 18,4 % зразків виявили достовірне збільшення (більш ніж в 2,7 рази) частоти хромосомних аберацій у клітинах меристеми первинного проростаючого корінця насіння. В одному випадку в проростків з насіння рослин, що виросли в 16 км від станції, спостерігали збільшення в 32 рази кількості аберацій. Реєстрували збільшення в 2,7 - 8,7 рази частоти видимих мутацій. Їхній спектр охоплював 27 типів мутацій за ознаками структури стебла, листа й колосся, фізіологічним ознакам. Специфікою спектра були порівняно часті мутації по генах карликовості, а також, що рідко зустрічаються у звичайних умовах мутації типу "общипане колосся" і "розгалужене колосся". Мутації полімерних генів по елементах структури врожаю в наступних поколіннях призвели до зміни продуктивності мутантів і в підсумку до втрати типовості сортів. [15, 291-295]
При вирощуванні проростків гороху (Pisum sativum L.) і кукурудзи (Zea mays L.) на водних витяжках ґрунтів з 10-кілометрової зони ЧАЕС, що мають сумарну бета-активність 5·10-9- 5·10-8Ки/л, спостерігали значне зниження відносної швидкості росту рослин. [14, 46-48]
Радіаційну стимуляцію, яка виражалася в прискоренні проростання насіння, росту рослин, проходженні фаз розвитку, підвищенні фотохімічної активності хлоропластів, збільшенні змісту хлорофілу, спостерігали в жовтого люпину (Lupinus luteus L.), вирощеного з насіння, яке буле зібране в 30-кілометровій зоні ЧАЕС при рівні забруднення по 137Cs Ки/км2. Такі насіння містили 137Cs 2,31·103 та 90Sr 1,65·102Бк/кг [14, 48].
Найбільшу чутливість до радіоактивного забруднення виявили соснові ліси через високу радіочуттєвість цього виду рослин, значну затримуючу здатність хвої й, як наслідок, високого внеску бета-випромінювання в дозове навантаження [1, 16]. Загальна поглинена доза у хвої й бруньках приблизно в 10 разів більше дози зовнішнього гамма-опромінення. Саме тому на ділянках з високим рівнем забруднення в активно зростаючих меристемах виявляли найбільш сильні ушкодження, які призводять до їхньої масової загибелі, проліфірації бічних бруньок з неупорядкованою орієнтацією, утворенню вкорочених пагонів із дрібною або гігантською хвоєю, скривленню голок хвої, порушенню орієнтації молодих вегетативних пагонів. До кінця літа 1986 р. виявилися летальні ефекти опромінення сосни. Протягом наступного осінньо-зимового періоду було виявлено, що загальна площа загиблого лісового масиву, що примикає із заходу до проммайданчика АЕС, досягає 500 га.
Через 4 роки після аварії спостерігалося зниження в 5 - 10 разів продуктивності насіння в аборигенної популяції подорожника ланцетолистного (Plantago lanceolata L.), який росте в місцях з рівнем гамма-фону від 2,8 до 1334 па/кг [8, 4-9]. Очевидно, даний тип радіаційної поразки рослин можна зв'язати із гнітючою дією багаторічного хронічного опромінення на популяцію цього радіочуттєвого представника трав'яного покриву, не виділяючи внесок зовнішнього й внутрішнього опромінення.
Крім того, без сумніву, можна стверджувати, що на 4-й рік після аварії, коли зовнішнє опромінення в порівнянні з первісним поставарійним періодом зменшилося в багато разів, фактор внутрішнього опромінення в радіаційному ушкодженні рослин грає визначальне значення. Особливо це стосується трав'янистих рослин з мочковатою кореневою системою, що формують основну масу корінь у верхньому, найбільш забрудненому радіонуклідами прошарку ґрунту.
Проте варто визнати, що головна небезпека нагромадження рослинами радіонуклідів складається не в їхній традиційній погрозі для рослин, а в тому, що вони є головною ланкою міграційного ланцюжка на шляху передачі радіонуклідів більш радіочуттєвим видам живих організмів — ссавцям і, у першу чергу, людині.
Висновки
Розвиток атомної промисловості, випробування ядерної зброї, аварії на атомних реакторах різного походження призводять до локальних підвищень рівня діючих радіаційних доз і до глобального збільшення фону іонізуючих випромінювань. Істотне підвищення радіаційного фону на значних територіях викликала аварія на Чорнобильській атомній електростанції – найбільша в історії ядерної енергетики. Вона стала причиною забруднення радіонуклідами більше 100 тис. км2 на території СНД, де мешкає близько 4 млн. чоловік.
Серед численних антропогенних та природних чинників, які шкідливо впливають на біоценози та на людину, важливим залишається радіоактивне забруднення. Результати багатьох радіологічних досліджень свідчать, що значну небезпеку для людини створюють малі дози іонізуючого випромінювання.
Підводячи підсумок дослідження, можна стверджувати, що продовольча й технічна якість продукції зерна, бульб, олійного насіння, коренеплодів, одержуваних від опромінених рослин істотно не погіршується навіть при зниженні врожаю до 30-40 %. Вміст білка й клейковини в зерні пшениці, розрахований на одиницю маси, не знижується, однак загальний вихід помітно зменшується в результаті більших втрат урожаю зерна. Опромінення рослин у період масового цвітіння й початок плодоносіння дозою до 10 кр. загальмовує розвиток насіння у плодів, що формуються, які зазвичай стають безнасінними. Аналогічна закономірність отримана в досвідах з картоплею. При опроміненні рослин у період створення бульб врожай при опроміненні дозами 7 10 кр. практично не знижується. Якщо рослини опромінюються в більше ранню фазу розвитку, врожай бульб зменшується в середньому на 30 50 %. Крім того, бульби виходять не життєздатними через стерильність вічок.
Опромінення вегетуючих рослин не тільки приводить до зменшення їхньої продуктивності, але й знижує посівні якості насіння, що формуються. Так при опроміненні зернових культур у найбільш чутливі фази розвитку (кущіння, вихід у трубку) сильно знижується врожай, однак схожість одержуваного насіння істотно знижується, що дає можливість не використовувати їх для посіву. Якщо ж рослини опромінюють на початку молочної спілості (коли відбувається формування ланки) навіть у відносно високих дозах, урожай зерна зберігається практично повністю, однак такі насіння не можуть бути використані для посіву через гранично низьку схожість. У такий спосіб радіоактивні ізотопи не викликають помітних ушкоджень рослинних організмів, однак у врожаї сільськогосподарських культур вони накопичуються в значних кількостях.
Отже, одним з головних наслідків Чорнобильської аварії є значні рівні та величезні масштаби забруднення довгоживучими радіонуклідами агроценозів з різноманітними екологічними характеристиками, які створюють зони антропогенної радіонуклідної аномалії. Для сучасної, відновлювальної стадії поставарійного періоду основним механізмом забруднення сільськогосподарської продукції є надходження радіонуклідів в рослинну ланку з ґрунту. Відомо, що радіонукліди, після надходження у ґрунт, поглинаються його компонентами, в результаті чого їхні концентрації у ґрунті значно знижуються, в той же час вміст радіонуклідів у рослинності, може зрости у тисячі і десятки тисяч разів. Через це, знаючи основні параметри динаміки формування радіаційної ситуації і розподілу радіонуклідів в компонентах цих екосистем, можна з достатньою ймовірністю визначити розмір і скласти прогноз радіоактивного забруднення рослинності і, у разі необхідності, задіяти комплекс контрзаходів зі зниження існуючого рівня забруднення рослинних обўєктів, що, відповідно, сприятиме зменшенню дозового навантаження на людину через шлях ґрунт-рослина-продукти харчування.
Список використаних джерел та літератури
Абатуров Ю.Д., Абатуров А. В., Быков А. В.Состояние сосновых лесов в ближней зоне ЧАЭС// Биологические и радиоэкологические аспекты последствий аварии на ЧАЭС. — М., 1990. — С. 16;
Абрамов В.И., Шевченко В.Л.Генетические последствия хронического действия ионизирующих излучений на популяции// Радиационный мутагенез и его роль в эволюции и селекции. — М., 1987. — С. 83 – 109;
Алексахин Р. М., Архипов Н. П., Бархударов Р. М. и др. Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере. — М.: Наука, 1990;
Алексахш P.M., Нарышкин М.А.Миграция радионуклидов в лесных биогеоценозах. — М.: Наука, 1977. — 144 с.;
Андриенко Т.Д. Растительный мир // Природа Украинской ССР. — Киев, 1985;
Антропогенная радионуклидная аномалия и растения / Д. М. Гродзинский, К. Д. Коломиец, Ю. А. Кутлахмедов и др. — Киев: Лыбидь, 1991. — 160 с.;
Архипов Н.П., Федотов И.С., Мишенков Н.Н. Лесные насаждения на дезактивированных землях// Биологические и радиоэкологические аспекты последствий аварии на ЧАЭС. - М., 1990. - С. 16;
Балашов Л. С. Антропогенные изменения лугов Украинского Полесья // Экология. — 1991. — С. 3 – 9;
Бубряк И.И., Гродзшскчй Д.М.Репарация ДНК в пыльце березы, произрастающей в условиях радиоактивного загрязнения // Радиобиология. — 29, вып 5 — С 589 – 594;
Булах А.А.Особенности морфогенеза вегетативных побегов многолетних растений в условиях радионуклидной аномалии на территории 30-километровой зоны ЧАЭС // Радиобиологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС: Всесоюзн. конф Минск, 30 окт. - 1 нояб. 1991: Тез. докл. — Минск, 1991. — С. 16 – 17;
Гайченко В.А., Крыжановский В.И., Стовбчатый В.Н. Экологическая обстановка в 30-километровой зоне ЧАЭС и ее изменения за 3 послсаварийных года // Биологические и радиоэкологические аспекты аварии на ЧАЭС: Материалы I междунар. конф. Зеленый мыс, 1990: Тез. докл. — М., 1990. — С. 57;
Гудков П., Иванова Е.А.Сравнительная радиочувствительность различных сортов конских бобов и возможность их использования для биологической дозиметрии// Тез. докл. Второй радиобиол. съезд. — 1993.
Дощечкчна О.В.Оценка генетических изменений в природных популяциях Ocnothcra biennis L., произрастающих в условиях хронического облучения: Тез. докл. I Всесоюз. радиобиол. съсзда. Т. 3. — Пущине, 1989. — С. 592;
Зезина Н.В. Михеев А.Н., Кутлахмедов Ю.А. и др. Особенности ростовой реакции растений при действии инкорпорированных радионуклидов. Оценка относительной биологической эффективности// Актуальные проблемы радиационной биологии и радиационной генетики/ АМН СССР. — Обнинск, 1990. — С. 46 – 48;
Зяблиикая Е.Я. Спирин Е.В., Санжарова Н.И. и др. Генетический и биологический эффекты действия хронического облучения посевов озимой ржи радиоактивными выпадениями от аварии на Чернобыльской АЭС // Радиобиология. — 30, вып. 3. — 1990. — С. 291 – 295;
Израэль Ю.А., Соколовский В.Г., Соколов В.Е. и др. Экологические последствия радиоактивного загрязнения природных сред в районе аварии на Чернобыльской АЭС// Атомная энергия. — 64, вып. 1. — 1988. — С. 28 – 40;
Кабашникова Г.И. Накопление радионуклидов в компонентах лесного фитоценоза // Радиобиологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС: Всесоюзн. конф., Минск, 30 окт. — 1 нояб. 1991: Тез. докл. — Минск, 1991. — С. 16 – 17;
Козубов Г.М., Таскаев А.И. Радиационное воздействие на хвойные леса в районе аварии на Чернобыльской АЭС. — Сыктывкар: КНЦ УрО АН СССР, 1990. — 136 с.
Одум Ю. Основы экологии. — М.: Мир, 1975;
Перелина И.И., Саенко А.С., Сынзыныс Б.И. и др. Радиобиологические проблемы Чернобыля // Биологические и радиоэкологические последствия аварии на ЧАЭС: I междунар. конф. Зеленый мыс., 1990: Тез. докл. —М., 1990. — С. 174;
Пристер Б.С. Гахов В.Ф., Цапка Ю.Л. и др. Вертикальная миграция радиоцезия в дерновоподзолистых почвах легкого механического состава // I Всесоюз. радиобиол. съезд. — Т. 4. — Пущине, 1990. — С. 976 – 977;
Уварова С.А.Влияние комплексного воздействия радионуклидов на морфологию некоторых древесных растений: Тез.докл.//Радиобиологическне последствия аварии на Чернобыльской АЭС: Всесоюз. конф., Минск, 30 окт. — 1 нояб. 1991: Тез. докл. — Минск, 1991;
Федотов И.С., Мишенков Н.Н., Архипов Н.П. и др. Пострадиационные эффекты облучения лесных экосистем в зоне аварии на Чернобыльской АЭС // III Всесоюз. конф. по с.х. радиологии, Обнинск, 1990: Тез. докл. — С. 5 – 6.
Чистик О. В. Экология: Учеб. пособие. — Минск.: "Новое знание", 2000;
Шилов П. А. Экология: Учеб. для биол. и мед. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1998.