Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. Радиоактивное загрязнение окружающей среды 8
1.2. Радиоактивная обстановка в России и её влияние на человека 12
1.3. Радиационная обстановка в Тюменской области 19
1.4. Почвенные и климатические условия в Тюменской области 25
1.5. Миграция радионуклидов в природной среде 27
1.6. Мероприятия по снижению накопления радионуклидов в сельскохозяйственные растения 33
1.7. Поступление радионуклидов в организм животных 37
2. Материалы и методы исследований 42
2.1. Методика проведения исследований 42
2.2. Отбор и обработка проб почвы 44
2.3. Отбор и обработка проб растительных кормов мышечной ткани и молока 46
3. Результаты собственных исследований 52
3.1. Радиационное состояние почв Тюменской области 52
3.2. Радиоактивность растений Тюменской области 57
3.2.1. Радиоактивность сена естественных трав 58
3.2.2. Радиоактивность соломы 60
3.2.3. Радиоактивность зерна 62
3.2.4. Радиоактивность ягеля в автономных округах 63
3.3. Загрязненность радионуклидами животноводческой продукции 66
3.3.1. Радиоактивность молока 66
3.3.2. Радиоактивность мышечной ткани крупного рогатого скота 69
3.3.3. Радиоактивность мышечной ткани оленей 70
3.3.4. Радиоактивность костной ткани крупного рогатого скота 73
3.3.5. Радиоактивность костной ткани оленя 75
4. Расчеты загрязненности растительной, животноводческой, оленеводческой продукции и рациона человека по Тюменской области
4.1. Расчет перехода радионуклидов из почвы в рацион животных 79
4.2. Поступление радионуклидов в организм крупного рогатого скота по Тюменской области 82
4.3. Радиоактивная загрязненность рационов оленей и оленеводческой продукции 84
4.4. Расчет радиоактивного загрязнения животноводческой продукции... 87
4.5. Поступление радионуклидов с продуктами питания в организм человека 91
Выводы и предложения 97
Обсуждение результатов 100
Предложения для практики 109
Список использованной литературы
Приложен ие 123
- Радиоактивное загрязнение окружающей среды
- Радиационное состояние почв Тюменской области
- Расчет перехода радионуклидов из почвы в рацион животных
Введение к работе
Быстрое развитие ядерной энергетики и широкое внедрение источников ионизирующего излучения в различных отраслях науки, техники и отраслях народного хозяйства, а также всевозможные ядерные взрывы, аварии на АЭС и других объектах создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека.
Для жителей юга Тюменской области, Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов и прилегающих областей не исключена вероятность влияния радиационного загрязнения искусственными радионуклидами цезием - 137 и стронцием - 90. Проводившиеся в прошлом испытания ядерного оружия в атмосфере до сих пор остаются крупнейшим глобальным источником радиоактивного загрязнения. Этому послужили испытания ядерного оружия на Новой Земле, где было осуществлено 86 % всех ядерных взрывов проведенных в бывшем Союзе до 1962 года, а также 8 подземных взрывов проведенных на территории Тюменской области с 1967 по 1988 гг.
Через территорию Тюменской области и её областной центр прошли завершающие фазы Восточно - Уральского радиоактивного следа - от сбросов радиоактивных отходов в 1957 г и ветрового разноса радиоактивных аэрозолей с береговой полосы озера Карачай 1967 г, и Восточно -Чернобыльского следа в 1986 г, а также загрязнение бассейнов рек Теча, Исеть, Тобол.
Не исключено, что радиоактивное загрязнение окружающей среды радионуклидами еще долгое время будет напоминать о себе длительным последствием поступления. Так, наиболее короткий путь продуктов деления до человека, исключая непосредственное попадание из атмосферы: - через сельскохозяйственные растения - животных питающихся растениями с содержанием радиоактивных веществ.
Один из наиболее важных каналов, через которые радионуклиды могут включаться в пищевые цепочки, - почва - растение - животные - продукты животноводства - человек, начальным звеном является почва, от свойств которой в значительной степени зависят размеры перехода радионуклидов в пищевые цепи, а в конечном итоге - величина здоровой нагрузки на человека.
Таким образом, сложившиеся условия радиационного воздействия на окружающую среду в Тюменской области требуют постоянного контроля. Знание степени радиации полного загрязнения конкретных территорий и расположенных на них природных объектов позволит экологически целенаправленно использовать их для удовлетворения потребностей проживающего здесь населения.
Проведение радиационного мониторинга по определению содержания радионуклидов стронция - 90 и цезия - 137 в трофической цепи, почва -растение - животные - продукты животноводства - человек, позволит дать экологическую и санитарно - гигиеническую оценку радиоактивного состояния растительной животноводческой и оленеводческой продукции данного региона, а также установить возможности накопления радионуклидов в организме человека на данной территории.
Цель работы - провести экологическую оценку радиационного состояния объектов природной среды на территории Тюменской области. Наметить комплексные мероприятия по реабилитации радиационно-опасных объектов.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
определить мощность дозы гамма-излучения и радиоактивное загрязнение почв в Тюменской области.
изучить радиационное состояние растительности: сена естественных трав, соломы, зерна и зерновых культур, ягеля в Тюменской области.
выявить содержание радионуклидов стронция-90 и цезия-137 в продукции животноводства: в молоке, мышечной ткани крупного
рогатого скота и оленей и костной ткани крупного рогатого скота и оленей.
установить динамику накопления радионуклидов в указанных объектах окружающей среды.
определить возможности попадания искусственных радионуклидов в организм животных и человека с суточным рационом кормления и питания.
наметить мероприятия по снижению количества радионуклидов в элементах пищевой и трофической цепи.
Научная новизна. В условиях Тюменской области проведен многолетний мониторинг за радиационным состоянием объектов природной среды (растительности и животных). На основании этого, установлены количественные параметры накопления долгоживущих радионуклидов стронция-90 и цезия-137 в изучаемых объектах по югу Тюменской области, а также в Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком автономных округах.
Положения, выносимые на защиту:
Закономерности накопления радионуклидов в почве и объектах растительного и животного происхождения.
Сравнительная оценка территории Тюменской области по радиационному состоянию объектов природной среды.
Возможности накопления искусственных радионуклидов в организме животных и человека на изучаемой территории.
Практическая значимость. Изучено радиационное состояние основных объектов природной среды, по Тюменской области включая автономные округа. Установлена направленность и интенсивность радиационного загрязнения растительности и организма северных оленей в условиях Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов.
Апробация работы и публикация результатов исследования. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на конференциях молодых ученых Тюменской государственной
7 сельскохозяйственной академии (Тюмень, 2003 г.), на региональных конференциях молодых ученых «Молодые ученые в решении проблем АПК» (Тюмень, 2003 г.) и «АПК в XXI веке: действительность и перспективы» (Тюмень, 2004 г.), в сборниках научных трудов № 45 Всероссийского научно исследовательского института ветеринарной энтомологии и арахнологии (Тюмень, 2003 г.), в сборнике научных трудов «Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения» (Челябинск, 2005 г.), на конференции «Окружающая среда» организованная комитетом по экологии Администрации г. Тюмени (Тюмень, 2006 г.), в «Вестнике Красноярского ГАУ» (Красноярск, 2006 г.), в докладах «IV Международной научно-практической конференции» (Семипалатинск-Казахстан, 2006 г.), в «Вестнике Тюменского государственного университета» (Тюмень, 2006 г.). В изданиях регламентируемых ВАК опубликовано 2 статьи По теме диссертации опубликовано 11 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов, обсуждений результатов, предложения для практики, списка используемой литературы и приложений. Список литературы включает 143 источника, в том числе 17 на иностранных языках. Работа содержит 19 рисунков, 17 таблиц и 16 приложений.
Радиоактивное загрязнение окружающей среды
Радиоактивность - radioactivitas, atis t (от лат. radium радий + activus действенный) - радиоактивный распад - самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием ядерных излучений: альфа-лучей (альфа-распад), бета-лучей (бета-распад), протонов (протоновая радиоактивность), а также делением ядер (Орлов, 1986).
Радиоактивные вещества относятся к особо опасным для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения, это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб, различные производства, связанные с изготовлением термоядерного оружия, атомные реакторы и электростанции. Большую опасность вызывают предприятия, где используются радиоактивные вещества; станции по дезактивации радиоактивных отходов, хранилища отходов атомных предприятий и установок, аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо (Шведова, Широкова, 1962).
Ядерные превращения совершаются в природе за счет радиоактивности, то есть самопроизвольного (без внешнего воздействия) распада ядер атомов. Источником таких излучений и частиц, в свою очередь являются ядерные превращения, протекающие как самопроизвольно, так и под влиянием внешнего воздействий. Непрерывность процесса ядерных превращений обуславливается самой природой, так как в силу естественных законов природы образуются излучения и частицы, которые являются и продуктами, и источниками (причиной) ядерных реакций (Белоусова, Штуккенберг, 1961; Карташев, 1990).
Радиационный фон по определению СП. Ярмоненко и А.А. Вайсона (2004) представляет ионизирующее излучение земного и космического происхождения, постоянно воздействующее на человека. В природе существует естественный радиационный фон, он обусловлен излучением природных радионуклидов Земли и космическим излучением. Технологически измененный естественно радиационный фон формируется из природных источников ионизирующего излучения в следствии, извлечения естественных радионуклидов из недр Земли вместе с полезными ископаемыми или строительными материалами.
Искусственный радиационный фон - представляет глобальное загрязнение окружающей среды искусственными радионуклидами, образующимися при расщеплении ядер урана и плутония. Люди сами могут получать радиоактивные изотопы с помощью специальных установок и источников излучений путем ядерных реакций, осуществляемых искусственным путем, а также они образуются после испытаний ядерного оружия и выброса атомными электростанциями благородных газов, углерода и трития. Искусственный радиационный фон в масштабах земного шара в среднем составляет 1 - 3 % естественного радиационного фона (Герфорт, 1984; Ярмоненко, 2004).
Радиоактивное загрязнение биосферы представляется одним из важнейших видов воздействия человека при его производственной деятельности в современных условиях, при которых происходит превышение естественного уровня содержания в окружающей среде радиоактивных веществ.
Крупнейшая в мировой ядерной энергетике авария на Чернобыльской атомной электростанции произошла 26 апреля 1986 г. В результате нарушений персоналом инструкций по управлению установкой произошел тепловой взрыв реактора с разрушением его активной зоны и выбросом в окружающую среду радиоактивных веществ общей активностью в десятки миллионов Кюри. Эта авария по своим глобальным последствиям является крупнейшей экологической катастрофой в истории человечества (Булдаков и др., 1996; Дэвид Стоун и др., 1998). При этом выброс радиоактивного цезия-137 на территорию бывшего Советского Союза составил более 130 тыс. км . На этой территории во время аварии проживало около 4,9 млн. человек (Возняк и др., 1989).
Радиоактивное облако из Чернобыля достигло и Арктики. Ветры переносили радиоактивные продукты сначала в Прибалтику, затем в Швецию, Норвегию и Финляндию, а в пределах России - в Архангельскую область, южную часть Кольского полуострова и Салехард в устье Оби. В отличие от Европейской Арктики и арктической зоны на западе России, отложение радиоактивных осадков на севере Восточной Сибири было сравнительно невелико. В состав радиоактивных осадков вошло около 30 радионуклидов с периодом полураспада от 11 ч (криптон-85) до 24100 лет (изотопы плутония) (Потапов, 2000; Людвиг Линдер, 2001; Киселев, 2001).
Наиболее важный экологический канал переноса радиоактивного цезия в Арктике - это пищевая цепь лишайник - северный олень - человек. Содержание цезия-137 в лишайнике достигло пика в 1986-1987 гг. -уровней, сравнимых с максимумом выпадений в результате испытаний атомного оружия. После этого концентрация снизилась при периоде полураспада в природной среде 3-4 года. Замеры в организме северных оленей показывали пик, сходный с тем, который ассоциируется с глобальными выпадениями продуктов распада (Нифонтова, 1997).
Радиационное состояние почв Тюменской области
В биологической цепочке почва является одним из путей, через которые радионуклиды проникают в кормовые и пищевые растения, а через них - в организм животных и человека.
Радиоактивность почвы в настоящее время складывается из активности природных и искусственных радионуклидов. Учитывая вероятность загрязнения долгоживущими радионуклидами природных объектов, от всевозможных факторов - в результате которых были загрязнены обширные территории, а также ветровой перенос радионуклидов с загрязненных поверхностей на другие территории, послужили основой проведения мониторингового исследования на содержание искусственных радионуклидов стронция-90 и цезия-137 в данном регионе для оценки экологического состояния всех звеньев экосистемы.
В результате этого, нами была поставлена задача, определить и проанализировать содержание долгоживущих радионуклидов стронция-90 и цезия-137 в почвах Тюменской области по административным районам. Для более точной объективной оценки содержания радионуклидов нами были проведены измерения гамма-фона на реперных участках и проведены исследования радиологического загрязнения почв за 5 лет.
Показатели естественного гамма-фона в Вагайском районе чуть выше по сравнению с другими, но гамма - фон во всех изучаемых районах находился в пределах нормы для территории Тюменской области и не превышал 15 мкР/ч.
Результаты измерения мощности дозы гамма - излучения в районах Тюменской области и содержание цезия-137 в данных районах представлены в табл. 3.1. и 3.2.
Анализируя данные результаты содержания радионуклида цезия-137 в почвах административных районов видно, что более высокие показатели преобладают в верхних слоях почвы, что характерно для данного радионуклида, а на глубине 20-40 см концентрация радионуклидов заметно снижается, или сохраняется на уровне верхнего горизонта. Такая закономерность проявлялась в Н-Тавдинском районе, где концентрация данного радионуклида на глубине 20-40 см снизилась лишь на 0,4 Бк/кг в отличие от верхних слоев в 2003 г, а в Омутинском районе в 2001 г. концентрация цезия на глубине 20-40 см также возрастала незначительно (0,3 Бк/кг).
В Тобольском районе увеличение содержания цезия-137 на глубине 20-40 см в отличии от верхнего слоя было не достоверно на 95 %, на остальных реперных участках в большей степени уменьшение содержания цезия-137 в нижележащем слое на глубине 20-40 см было достоверно.
Из всех контрольных пунктов более высокие показатели зафиксированы в Н-Тавдинском и Тюменском районах. Максимальный результат составил здесь 19,5 Бк/кг и 13,0 Бк/кг, однако это намного ниже по сравнению с ПДК в 185 Бк/кг. Причиной этому могли послужить пониженное содержание гумуса, что ухудшает структуру почвы и приводит к образованию поверхностной корки, а также преобладание в данных почвах суглинистых отложений, удерживающих в своей структуре радионуклиды. Самый низкий результат составил 0,3 Бк/кг (слой 20-40 см) в 2004 г. в Юргинском районе.
Результаты дисперсионного анализа показали, что в верхнем слое почвы наблюдается большое варьирование по содержанию цезия-137, в отличие от подпахотного слоя, где этот показатель находится на уровне естественного содержания или поступления из материнской породы. По содержанию цезия-137 в почве на глубине 0-20 см во всех реперных участках наблюдается существенное различие со стандартом. В целом, складывается не однородная картина по содержанию данного элемента в почвах, характерной особенностью его является варьирование на всех исследуемых участках (приложение 13-14). Следствием уменьшения загрязненности почвы от радиоактивных продуктов деления является не только физический распад, но и вымывание, эрозия, а также периодическая обработка почвы. Долгоживущие радионуклиды имеют особенность почти целиком сорбироваться поверхностным слоем, что нельзя сказать о стронции-90, который может сохранять свою концентрацию в поверхностных слоях только на тех участках, которые не подвергались вспашке в течение нескольких десятилетий. Во всех других случаях, на полях где ежегодно проводится вспашка, культивация и внесение в почву минеральных удобрений, происходит понижение концентрации долгоживущих радионуклидов. Оценить содержание стронция-90 в почвах.
Расчет перехода радионуклидов из почвы в рацион животных
Олени выпасаются на открытых пастбищах и употребляют в пищу подножный корм, произрастающий на данной территории, основным из которых является ягель, имеющий наибольшую концентрацию радионуклидов в отличие от травянистой растительности. В связи с этим нами был проведен расчет состояния качества рациона и оленеводческой продукции выраженных в стронциевых единицах по Ханты-Мансийскому и Ямало-Ненецкому автономным округам табл. 4.4.
По результатам данной таблицы видно, что больше всего се. находится в ягеле. Так в ЯНАО этот показатель превысил таковой по ХМАО на 400 се и составил 1200,0 се. Трава луговая, в отличие от ягеля, может считаться более благоприятной в рационе оленей, так как эти показатели составили 26,6 се. в Ханты-Мансийском и 90,0 се. в Ямало-Ненецком автономных округах.
В ЯНАО мышцы оленя содержат в 1,5 раза больше стронциевых единиц, чем в ХМАО и достигают 150 се. При одинаковой активности стронция-90 содержание се. в костях оленя по ХМАО было ниже чем в ЯНАО и составило 106,2 се. в отличие от 136,5 се. Такому переходу послужило более высокое содержание кальция в костях оленя в Ханты-Мансийском автономном округе.
Учитывая повышенное содержание се. в ягеле коэффициент дискриминации (КД) - из ягеля в мышцы оленя в 1994 г. по ХМАО составил 0,06 се., а в ЯНАО - 0,13 се. Переход из ягеля в кости оленя также был не высокий и составил 0,13 и 0,11 се. соответственно.
Показатели перехода в оленеводческую продукцию се. с травой луговой по ХМАО были чуть выше, чем в ЯНАО. Так в мышцы оленей ХМАО перешло 1,87 се., а в кости - 3,99 се. В ЯНАО эти показатели были ниже на 0,21 и 2,48 се. и переход се. в мышцы составил 1,66 и в кости 1,51 се. (приложение 6).
Рассматривая загрязненность ягеля, который является основным источником питания для северных оленей и учитывая его биологическую особенность накапливать в себе радионуклиды, нами были составлены суточные рационы поступления радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в организм оленей как в период аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г., так и в последующие годы табл. 4.5.
