Введение к работе
Актуальность темы. Возрастающее загрязнение окружающей реды искусственными радионуклидами и тяжелыми металлами (ТМ) тало одной из важных экологических проблем современности. Интен-ивное развитие ядерно-энергетического комплекса, рост общего чис-іа АЭС, увеличение единичной мощности ядерных энергетических станоБок и другие факторы способствуют поступлению в окружающую реду нарастающих количеств искусственных радионуклидов. Кроме ого, следствием возрастающей техногенной нагрузки на биосферу вляется накопление в почве широкого спектра загрязняющих веществ іерадиационной природы, в первую очередь, тяжелых металлов. Объ-'ктивная оценка опасности радиоактивного и химического загрязнения ікружающей среды базируется на знании закономерностей поведения адионуклидоп и тяжелых металлов в природных средах и особенно-тях их включения в биогеохимические циклы миграции.
Образование большого количества искусственных радионукли-юв и их поступление в окружающую среду происходит на всех этапах ідерного топливного цикла: добыча и переработка уранового сырья, ізготовление твэлов, работа ядерных реакторов, переработка отрабо-анного ядерного топлива и обращение с радиоактивными отходами. В іастоящее время перед странами, развивающими атомную энергети-:у, встают проблемы старения реакторов АЭС и неизбежного вывода їх из эксплуатации. С точки зрения образования радиоактивных отхо-10в, их обработки и утилизации на этом этапе ЯТЦ особое значение імеют продукты активации конструкционных материалов активной зо-1Ы реактора, первого контура теплоносителя, его примесей и замедли-еля, к числу которых относится и 65Zn. Его стабильный изотоп Zn яв-іяется тяжелым металлом I класса опасности и относится к приоритетным загрязнителям биосферы, оказывая угнетающее и в некоторых ;лучаях токсическое воздействие на живые организмы при определен-<ых концентрациях и условиях окружающей среды. Концентрация изо-опных и неизотопных носителей радионуклидов в почве является од-іим их ключевых факторов, определяющих характер их взаимодейст-зия с почвой, миграционную способностью в ней, темпы включения в іищевьіе и экологические цепочки (Куликов, Молчанова, 1975; Алекса-<ин, 1982; Куликов и др., 1990; Сельскохозяйственная радиоэкология, І992; Круглов и др., 2010). Поэтому в случаях комбинированного ха-эактера техногенного воздействия - сочетания радиоакіивного и хими-іеского загрязнения окружающей среды - информация об особенно-:тях биогеохимического поведения Zn может использоваться в целях іучшего понимания и характеристики поведения 65Zn в разных при-чодных условиях.
Цель исследования: изучение механизмов влияния и оценка влияния стабильного изотопа Zn при разных уровнях его содержания з почве на сорбцию и накопление растениями радионуклида 65Zn.
Задачи исследования.
-
Изучить влияние возрастающих концентраций Zn на кинетику изотопного обмена и межфазное распределение стабильного Zn и б52л в почве.
-
Изучить влияние возрастающих концентраций Zn на накопление стабильного Zn и 65Zn растениями из разных типов почв.
-
Дать сравнительную оценку эффективности методов химической экстракции и метода изотопного обмена для определения лабильных фракций Zn и связи содержания лабильных форм в почве с накоплением металла в растениях.
Научная новизна работы. В результате комплексного подхода ;< изучению специфики поведения стабильного Zn и 65Zn в системе почва - почвенный раствор-растение впервые
в динамике изучены особенности сорбции Zn и 65Zn почвой при разных уровнях загрязнения стабильным Zn;
определены периоды восстановления сорбционного и ионообменного равновесия в почвах, нарушенного внесением 65Zn б растзо-ренной форме;
изучено влияние возрастающих концентраций Zn в почве на сорбцию и накопление 65Zn растениями при смешанном химическом и радиоактивном загрязнении почв;
проведен сравнительный анализ различных методов для оценки доступного для растений Zn в почве.
Теоретическое и практическое значение работы. Результаты выполненных экспериментальных и теоретических исследований расширяют существующие представления о механизмах процессов и факторов, регулирующих сорбцию стабильных и радиоактивных изотопов Zn почвами, поглощение корнями растений и поведение в миграционных цепочках в условиях химического и радиоактивного загрязнения почв. Показатели, характеризующие межфазное распределение изотопов и их биологическую доступность могут быть использованы в качестве входных параметров моделей для расчета концентраций и определения дозовых нагрузок радионуклидов и тяжелых металлов на биологические объекты. Полученные периоды восстановления сорбционного и ионообменного равновесия в почвах могут быть
использованы при прогнозировании ситуаций, возникающих в результате смешанного химического и радиоактивного загрязнения почв.
Результаты анализа биологической доступности Zn на основании различных методических подходов (химической экстракции почв и метода изотопного обмена) способствуют решению таких прикладных аспектов, как стандартизация и унификация существующих методик определения подвижных форм металла в почвах, а также позволяют найти более информативный метод для оценки опасности загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Показатели межфазного распределения изотопов Zn (концен-
рация Zn и удельная активность 65Zn в почвенном растворе, кинетика
реакций изотопного обмена, скорость установления квазиравновесного состояния) в условиях смешанного химического и радиоактивного загрязнения почв.
-
Показатели, характеризующие переход Zn и6 Zn в растения из почв с различными уровнями загрязнения (концентрация Zn и удельная активность 65Zn в растениях, КН, фактор концентрирования CF).
-
Характер зависимости показателей биологической доступности Zn и65гп от уровня загрязнения почвы стабильным Zn.
-
Результаты сравнительного анализа двух методических подходов (химическая экстракция и метод изотопного обмена) к оценке доступной для растений фракции Zn в почве (обменная форма ZnexCh> лабильный фонд металла ZnE и ZnL).
Апробация работы и публикации. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на VI Региональной научной конференции «Техногенные системы и экологический риск», Обнинск, 2009; VI Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде», Семей, Казахстан, 2010; VII Региональной научной конференции «Техногенные системы и экологический риск», Обнинск, 2010; Конференции молодых специалистов, Обнинск, 2010; Научной сессии НИЯУ МИФИ, Москва, 2011; Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов», Санкт-Петербург, 2011; Международной научной конференции «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России», Санкт-Петербург, 2011. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 109 страницах, включает введение, 5 глав, выводы, 13 таблиц, 21 рисунок и список публикаций из 217 наименований.
