Накопление радионуклидов в биоте. Лекция 12

1. 25.03.2023

ЛЕКЦИЯ 12
Накопление радионуклидов в биоте
Байтимирова Марина Олеговна

2. Содержание лекции

Концентрирование радионуклидов в живом
веществе, коэффициент накопления. Наземные
и водные пищевые цепи. Поглощение и
распределение радионуклидов в растениях.
Перенос радионуклидов в тело животных и
включение их в метаболизм. Радиоэкологически
значимые радионуклиды в пищевых цепях.
2

3.

3

4. Схема поступления радиоактивных изотопов в различные звенья биотической цепи

4

5. Коэффициент накопления

Накопление радионуклидов (кумуляцию) в живом веществе
планеты (биоте) оценивают коэффициентом накопления:
Концентрация в живом организме
Кн
Концентрация в окружающей среде
В пресной воде, где концентрация минеральных компонентов во
много раз ниже, чем их концентрация в морской воде (нет
конкуренции) фитопланктон обладает большей
концентрационной способностью.
Например, коэффициент накопления 90Sr
водорослями из морской воды равен KH=20, а
из пресной воды – 5 105,
коэффициент накопления железа рыбой
o в реке – 105,
o в океане – 103 .
5

6. Пути загрязнения растений

Наземные пищевые цепи:
почва – растение – человек
почва – растение – животное – человек.
Среди путей загрязнения растений радионуклидами можно
выделить три:
• корневое усвоение;
• прямое отложение радиоактивных веществ на поверхности
растений;
• абсорбция листвой растворенных радионуклидов.
Наличие радионуклидов в почве обуславливает их корневое
усвоение растениями. За счет обменных процессов из почвы
радионуклиды попадают в растения, а из них с кормами и
продуктами питания в организм человека и животных.
6

7. Корневое усвоение

• Является основным
радионуклидами.
путем
загрязнения
растений
• Растения не способны различать элементы, сходные в
химическом отношении. Нет преимущественного усвоения
растениями одного элемента относительно другого,
являющегося его химическим аналогом.
• Степень, с которой радионуклид усваивается растениями,
зависит от его химической формы, физиологических
потребностей растений и физико-химических свойств почвы
• Относительное накопление растениями различных
радиоэлементов из почв выглядит следующим образом:
Sr >> I > Ba > Cs
Ru > Ce > Y
Pm, Zr, Nb > Pu.
7

8. Прямое отложение

• В случае аварии наиболее важным становится прямое
загрязнение растительности радиоактивными аэрозолями.
• Опасность от прямого загрязнения сельскохозяйственных
растений наиболее велика в период перед уборкой урожая и в
период активного выпаса скота.
• При прямом загрязнении поверхности растений следует
учитывать относительно короткоживущие радиоактивные
изотопы.
• Поверхностное отложение радиоактивных веществ
возможно не только вследствие выпадения радиоактивных
аэрозолей после аварии, но за счёт сухого и мокрого
выпадения. Чем более шероховата поверхность, тем активнее
идет выведение из атмосферы радионуклидов.
8

9. Абсорбция листвой

• Нет полной ясности относительно механизмов усвоения
разных радионуклидов, предположительно абсорбция
листвой может происходить через устьица или кутикулу.
• Проникновение в устьица водных растворов зависит от
поверхностного натяжения раствора, смачиваемости и
морфологического строения пор.
• Чем дольше загрязняющие вещества находятся на
поверхности растения, тем выше вероятность их всасывания.
• Определенную роль в абсорбции листвой растворенных
радионуклидов играют организмы, которые могут
утилизировать находящиеся на поверхности загрязняющие
вещества, переводя их в формы, в большей или меньшей
степени поглощающиеся листвой.
9

10. Накопление радионуклидов в организме животного

Динамика накопления радионуклидов в
животного будет определяться:
• режимом поступления радионуклидов;
• периодом полураспада радионуклидов;
• биологическим периодом полувыведения.
организме
Традиционно перенос с пастбища в организм животного
анализируют с использованием
коэффициента переноса «растение – животное», который
определяют как отношение концентрации радионуклида в
мясе или молоке (Бк/кг или Бк/л) к суточному потреблению
[концентрация в корме (Бк/кг) х суточное потребление корма
(кг/день)].
10

11. Факторы, влияющие на коэффициент переноса «растение-животное»

• концентрация радионуклида в корме;
• суточная норма потребления;
• способ питания (косвенно или прямо заглатывается
растение животными);
• видовой состав растений;
• химическая форма радионуклида;
• содержание стабильных элементов в корме;
• состояние обмена веществ у животных в период
наблюдения;
• присутствие радионуклида в почве, его химическая
форма в почве;
• способы земледелия.
11

12. Концентрация естественных радионуклидов в теле сельскохозяйственных животных, Бк/кг

Нуклид
В мышцах
В печени
В костях
Крупный рогатый скот
40K
111
100
17
210Po
0,074
3,2
4,03
226Ra
0,044
0,21
5,5
228Тh
0,044
0,048
2,63
Свиньи
40K
62,9
60
15
210Po
0,044
1,11
0,63
226Ra
0,044
0,21
0,41
228Тh
0,041
0,15
0,59
Северные олени
40K
159
150
20
210Po
2,59
3,07
185
226Ra
0,18
0,17
26
12

13. Радиоэкологически значимые искусственные радионуклиды в пищевых цепях

Йод
В растворимой форме он быстро и почти полностью
всасывается из желудочно-кишечного тракта, накапливается
в щитовидной железе, где происходит его включение в
гормоны. Затем происходит его концентрирование в
молочной железе.
Разные виды животных отличаются по эффективности
накопления йода в молоке. В ряду «коза – овца – корова»
эффективность убывает. Количество 131I в молоке коз и
овец будет в 5–10 раз больше, чем в молоке дойных коров.
Максимальные концентрации 131I в молоке будут между
вторым и четвертым днями, если загрязнение было разовое.
13

14. Радиоэкологически значимые искусственные радионуклиды в пищевых цепях

Стронций
o Обмен стронция рассматривается относительно обмена
кальция. Содержание кальция в рационе оказывает решающее
влияние на всасывание стронция из пищеварительного
тракта. Перенос кальция через биологические мембраны
более эффективен, чем перенос стронция, поэтому кальция в
молоке примерно в 10 раз больше, чем стронция.
o Стронций, также как и кальций, может включаться в костную
ткань, из которой он выводится крайне медленно.
o Откладываясь в костях, 90Sr представляет опасность для
костного мозга человека.
o Максимальное содержание стронция в молоке коров,
находившихся во время аварии на пастбище, обнаружено
на третий – четвертый день, время пребывания в организме
около десяти дней.
14

15. Радиоэкологически значимые искусственные радионуклиды в пищевых цепях

Цезий
Очень легко поглощается и включается в обмен веществ
млекопитающих. Также как калий, он распространяется по
мягким тканям тела (мускулам и органам) и попадает внутрь
клеток.
Между цезием и калием не наблюдается той же степени
взаимосвязи как между кальцием и стронцием.
Всасывание цезия происходит быстрее, если он поступает в
организм в растворимой форме в виде хлорида цезия (CsCl)
или с молоком. Больше цезия накапливается в теле молодых
животных за счет повышенной усвояемости цезия,
поступающего с молоком.
Известно, что такие факторы, как содержание грубых волокон
в корме и наличие заглатываемых глинистых частиц,
уменьшают всасывание цезия.
15

16. Радиоэкологически значимые искусственные радионуклиды в пищевых цепях

Трансурановые элементы (Pu, Am, Np)
Всасывание
трансурановых
элементов
из
пищеварительного тракта идет слабо.
Накапливаются актиноиды преимущественно в костях
и печени, хотя в последней их обычно несколько
меньше.
Очень неактивно переносятся в молоко.
Обладают высокой радиотоксичностью, так как эти
элементы являются -излучателями и имеют большие
периоды полураспада (Т1/2).
16

17. Некоторые показатели качества воды исследуемых водоемов

Шершневское
водохранилище
Водоем В-11
РО43-, мг/дм3
0,056
0,17
NO2-, мг/дм3
0,17
<0,01
NH4+, мг/дм3
0,96
0,45
NO3-, мг/дм3
0,2
0,16
2500
Ca, мг/дм3
39
57
35
Cl-, мг/дм3
8
73
36
SO42-, мг/дм3
41
527
100
ХПК, мг О/дм3
36
29
14
0,03
0,94
4,5 10 4
0,04
1,5 10 3
2,5 10 5
Показатели
3
Цезий-137, Бк/дм
3
Стронций-90, Бк/дм
Водоем В-17
<0,1
17

18.

Удельная активность радионуклидов в гидробионтах В-11
Объекты исследования
Удельная активность радионуклидов
(кБк/кг сухой массы)
90Sr
137Cs
Фитопланктон
400
2,2
Тростник (Phragmites australis)
13,2
0,028 ± 0,008
Рогоз (Typha angustifolia L.)
25,7
0,03 ± 0,01
Рдест (Potamogeton lucens L.)
89
0,56 ± 0,06
мышцы
6
0,36 ± 0,03
кости + плавники
120
0,24 ± 0,04
чешуя
160
0,20 ± 0,03
мышцы
3,7
1,80 ± 0,09
кости + плавники
95,7
0,75 ± 0,05
чешуя + кожа
70,8
0,76 ± 0,05
мышцы
2,1
3,9 ± 0,2
кости
120,3
0,38 ± 0,05
голова + плавники
58,5
0,63 ± 0,03
чешуя
81,6
0,73 ± 0,05
Плотва
(Rutilus rutilus L.)
Окунь
(Perca fluviatilis L.)
Щука
(E. lucius L.)
18

19.

Радиоактивное загрязнение проб фитопланктона
и зоопланктона из водоема В-11
Станции отбора проб
Показатели
Среднее
В-17/1
В-17/2
В-17/3
Удельная активность137Cs , кБк/кг
336 000
413 000
1 230 000
659 000
Удельная активность90Sr, кБк/кг
1 060 000
604 000
664 000
775 000
Коэффициент накопления Кн 137Cs, дм3/кг
7 290
8 950
28 400
14 900
Коэффициент накопления Кн 90Sr, дм3/кг
4 330
2 300
2 890
3 170
Удельная активность137Cs , кБк/кг
640
179
199
339
Удельная активность90Sr, кБк/кг
747
624
613
661
Коэффициент накопления Кн 137Cs, дм3/кг
13,9
3,9
4,6
7,5
Коэффициент накопления Кн 90Sr, дм3/кг
3,1
2,4
2,7
2,7
Фитопланктон
Зоопланктон
19

20.

20

21.

22.

Грибы очень хорошо
концентрируют цезий (в 30 и
более раз), в том числе и
радиоактивный изотоп 137Cs.
Цезий -137 (Т1/2=30 лет ; Eγ= 661.0 кэВ) поступая в
организм, аналогично калию, вместе с кровью
равномерно распределяется во всех тканях тела.
Приблизительно 10 % цезия выделяется быстро с
периодом полувыведения 2 дня, и 90 %
устраняется более медленно, с периодом
полувыведения 110 дней.
22

23.

ПДК Cs-137 - 500 Бк/кг [2]
23

24. Концентрирование Cs-137 различными грибами К=Сгриб/Спочва

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ
CS-137 РАЗЛИЧНЫМИ
ГРИБАМИ
К=СГРИБ/СПОЧВА
24

25. Распределение Cs-137 в различных частях грибов

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ CS-137 В РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЯХ ГРИБОВ
25

26.

26

27.

Влияние отваривания на содержание Cs-137 в грибах
Отваривание грибов в
течение 20-30 мин
(соотношение фаз 1:51:10) позволяет
снизить содержание
Cs-137 на 70 %
27

28.

29. ПДК 238U составляет 0,5 мг/кг Превышение ПДК урана обнаружено в отдельных образцах грибов из Дубны (до 15 раз) и Тулы

ПДК 238U СОСТАВЛЯЕТ 0,5 МГ/КГ
ПРЕВЫШЕНИЕ ПДК УРАНА ОБНАРУЖЕНО В ОТДЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦАХ ГРИБОВ
ИЗ ДУБНЫ (ДО 15 РАЗ) И ТУЛЫ
29

30.

31.

Накопление Sr-90 в растениях примерно в 2-5 раз выше,
чем накопление Cs-137

32.

33.

34.

Агротехнические приёмы, снижающие подвижность
радионуклидов и их накопление в сельскохозяйственных растениях:
Агротехнический прием
Известкование
Применение минеральных и
органических удобрений,
сапропелей
Кратность снижения
содержания
Источник
радионуклидов в
растениях
Cs 1,5-3,0
Алексахин, 1992; Агеец, 2001
Sr 1,5-2,6
Cs 1,5-3,0
Внесение сорбирующих
добавок (цеолитов и
глинистых минералов,
композиционных
сорбентов)
1,5-2,0
Запашка радиоактивнозагрязнённого слоя на
глубину недоступную для
корней растений (глубокая
вспашка 35-40 см)
Cs 8-16
Sr 2,0-3,0
Панов, 2009; Cанжарова,
2005; Зубец, 2011; Пристер,
1991
Овчинников, Безденежных,
1996; Campbell, Davies, 1997;
Бондарь, 1998; Кацнельсон,
1983; Misaelides, 2011 и
Бударков, 1994
Зубец, 2011

35.

36.

37.

38. Выводы

1. В окружающей среде, загрязненной радиоактивными
изотопами, последние принимают участие в процессах
обмена наряду со стабильными, поэтому все живые
вещества (растения, животные, человек) способны
накапливать в себе радионуклиды.
2. Среди путей загрязнения растений радионуклидами можно
выделить три: корневое усвоение, прямое отложение
радиоактивных веществ на поверхности растений,
абсорбция листвой растворенных радионуклидов.
3. Основными путями поступления радионуклидов в организм
животных, как и в организм человека,
являются
поступление через дыхательные пути с загрязнённым
воздухом, через желудочно-кишечный тракт с пищей и
водой, через кожные покровы. В последующем
радионуклиды принимают участие в естественных
38
процессах метаболизма.

39. Библиографический список

1. Эйзенбад М. Радиоактивность внешней
Эйзенбад. М. : Атомиздат, 1967. 332 с.
среды /М.
2. Пути миграции искусственных радионуклидов в
окружающей среде. Радиоэкология после Чернобыля /Под
ред. Ф.Уорнера и Р. Харрисона, пер. с англ. М. : Мир, 1999.
512 с.
3. Сахаров В.К. Радиоэкология: учебное пособие /В.К.
Сахаров. СПб. : Издательство «Лань», 2006. 320 с.
39