Миграция урана-238 в системе почва-растение - Биология и естествознание дипломная работа

Главная

Биология и естествознание
Миграция урана-238 в системе почва-растение

Обедненный уран (U238) в окружающей среде. Пути поступления U238 в организм человека. Мероприятия, ограничивающие накопление U238 в сельскохозяйственных культурах. Плазменно-эмиссионный и альфа-спектрометрический метод определения урана в растениях.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Российский Университет Дружбы Народов
Направление: 511100 «Экология и природопользование»
Миграция урана-238 в системе почва-растение
Научный руководитель: к. б. н. Г. А. Кулиева
Заведующий кафедрой: профессор, д. т. н. А. А. Касьяненко
ГЛАВА 1. ОБЕДНЕННЫЙ УРАН В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (обзор литературы)
1.1 Применение U238 в военных целях
1.1.1 Пути поступления U238 в организм человека
1.4 Поступление U238 из почв в сельскохозяйственные растения
1.5 Мероприятия, ограничивающие накопление U238 в сельскохозяйственных культурах
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Подготовка почвы к закладке опыта
2.4 Методы определения U238 в растениях
2.4.1 Плазменно-эмиссионный метод определения U238 в растениях
2.4.2 Альфа-спектрометрический метод определения U238 в растениях
3.2 Переход U238 из почвы в растения ячменя
Актуальность темы. В 1789 году немецким химиком М. Клапротом был открыт уран. Он является тяжелым естественным радионуклидом, принимающий участие в строении земной коры.
В природе уран находится в земной коре, реках, подземных водах в виде различных комплексов и минералов. Концентрация природного урана в почве составляет от 0,1 до 4,7 мг/кг почвы в зависимости от типа почв; концентрация урана в естественных водоемах колеблется от 1 до 100 мкг/л (Дричко, 1983). Однако эти цифры могут резко возрастать вследствие естественного или антропогенного загрязнения земной поверхности.
Загрязнение окружающей среды природным ураном обнаружено в районах выхода на поверхность подземных вод в местах залегания пород с высоким содержанием урана. Также на сегодняшний день известно несколько источников антропогенного загрязнения ураном:
· добыча урана и образующийся урановый след;
· атомная промышленность и ядерная энергетика;
· сельское хозяйство (применение фосфорных удобрений);
· использование радиоактивных снарядов в военных целях.
Загрязнение ураном окружающей среды приводит к повышенному содержанию этого элемента в грунтовых водах и верхних слоях почвы, что может привести к накоплению данного элемента растениями и миграции урана по трофическим цепям. Уран является долгоживущим радионуклидом, период его полураспада составляет 4,5·109 лет, таким образом, последствия уранового загрязнения могут оказаться крайне тяжелыми. В связи с этим необходимо проведение детального изучения поведения урана в окружающей среде и путей миграции урана по трофическим цепям, в первую очередь на отрезке почва-растение. Поэтому целью данной работы является изучение закономерности поведения U238 в системе почва-растения.
1. изучить и проанализировать литературные данные по поведению обедненного урана в системе почва-растение;
2. изучить методику определения U238 в зерновых культурах на примере растений ячменя.
3. изучить закономерности распределения U238 по органам растений;
4. провести сравнительный анализ 3-х годичных экспериментальных данных по накоплению U238 в растениях;
5. сравнить результаты измерений плазменно-эмиссионного и альфа-спектрометрического методов.
ГЛАВА 1. ОБЕДНЕННЫЙ УРАН В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
1.1 Применение U238 в военных целях
Обедненный уран в последнее время широко применяется в военных целях для производства бронебойных снарядов. Одной из основных причин этого является его высокая плотность, которая примерно в 1,5 раза превосходит плотность свинца. Благодаря высокой плотности снаряды с обедненным ураном способны разрушать железобетонные конструкции и военную технику. Кроме этого, обедненный уран - это дешевое сырье, т.к. является отходом производства. На сегодняшний день известно, что обедненный уран применяют кроме США, также Великобритания, Франция и Россия.
Впервые снаряды с обедненным ураном использовались в Ираке в ходе операции «Буря в пустыне» в 1991 году. Оружие, которое применялось, включало сердечники из урана диаметром 120, 105, 30, 25 и 20 мм (рис. 1).
Тогда на территорию Ирака было сброшено в общей сложности 320 тонн вещества. Позднее такие снаряды применялись американской армией на Балканах, в 1995 году - в Боснии и Герцеговине, в 1999 году - против Югославии, где было выпущено свыше 30 тысяч зарядов [16, 17]. В этой стране применялись снаряды с сердечниками диаметром 120, 100, 30 и 25 мм (рис. 1). Такие сердечники входили в состав авиаснарядов и крылатых ракет «Томагавк». Противотанковый урановый сердечник авиационного снаряда, используемый на самолетах А-10, диаметром 30 м содержит 275 г, танковый 120 мм снаряд - 3000 г, 105 мм снаряд М774 - 3364 г, а 105 мм снаряд М833 3668 г урана
При ударе такого сердечника о твердое препятствие он разогревается за счет трения до высокой температуры и самовоспламеняется, при этом до 70% его превращается в аэрозоль. Большинство частиц имеют размер менее 5 мкм в диаметре. В процессе взрыва некоторая часть урана окисляется, образуя оксиды U3O8, UO2 (см. приложение 1). Черная урановая пыль при таком взрыве покрывает военную технику и поверхность земли в радиусе до 100 м. Кроме этого, она разносится ветром на большие расстояния в зависимости от его скорости и направления, загрязняя окружающую среду Разнос урановой пыли ветром способствует радиоактивному загрязнению больших территорий. Особая опасность этого загрязнения заключается в том, что сам уран и большинство продуктов его распада являются альфа излучателями, а альфа-излучение при обследовании и оценке радиационной обстановки, как правило, не измеряется и не нормируется.
1.1.1. Пути поступления U238 в организм человека
Наиболее существенный вклад в поражение организма в результате воздействия урана вносят ингаляционный и оральный пути поступления.
Сразу после взрыва снаряда, когда урановая пыль находится в воздухе, уран попадает в организм с воздухом в процессе дыхания. Однако после осаждения урановой взвеси, все еще остается высокая вероятность попадания урана в организм человека через легкие. Этот риск существует для людей, работающих непосредственно с почвой, и детей, которые любят играть с землей.
После оседания урановой пыли основным путем поступления урана в организм становиться оральный, т. е. с водой и продуктами питания. При естественном содержании урана в почвах (1-4 мг/кг) поступление урана в организм человека с продуктами питания составляет 1-6 мг/сутки.
Уран, накапливаясь в организме, оказывает двойное негативное влияние: радиационное поражение тканей, приводящее к хронической лучевой болезни и токсическое, характерное для отравления тяжелыми металлами.
В ноябре 2000 г. в Косово была направлена комиссия UNEP, которая посетила 11 мест, где было применено оружие с обедненным ураном. Согласно ее исследованиям концентрация U238 в продуктах питаниях остается в пределах нормы и не вызывает риска для здоровья населения. Ссылку на литературные источники необходимо делать в строгой последовательности - по порядку(1,2,3, и т.д.).
Несколько лет назад в докладе американского армейского Института экологической политики говорилось: "Если обедненный уран проник в организм, он в принципе может привести к определенным медицинским последствиям. Обедненный уран представляет собой опасность и в химическом, и в радиоактивном плане. Персонал, находящийся внутри или рядом с машинами, пораженными боеприпасами с обедненным ураном, может подвергнуться серьезному облучению"
Многие врачи называют обедненный уран - канцерогеном. И этому есть косвенные подтверждения. По заявлению официального Багдада, использование американцами и британцами снарядов из обедненного урана при обстрелах и бомбардировке территорий Ирака привели к заражению территорий и к существенному росту уровня раковых заболеваний (с 4.183 в 1989 году до 6.427 в 1994 году). В последние годы выяснилось, что на особо сильно загрязненных ураном иракских территориях в районе иракского города Басры в 3-4 раза увеличилась частота преждевременных родов, спонтанных абортов, врожденных дефектов новорожденных. Такие же врожденные нарушения (отсутствие глаз, ушей, сращение пальцев и сосудов и т.д.) обнаружились более, чем у 60 процентов детей, родившихся в семьях американских ветеранов "Войны в Заливе".
Многие балканские миротворцы жаловались на хроническую утомляемость, расстройство зрения, головные боли, бессонницу, импотенцию, заболевания почек и печени, нервно-психические расстройства, потерю волос (см. приложение 2). По сообщению Министерства здравоохранения Боснии, в ее мусульманской части, где применялись урановые боеприпасы, уровень первичных раковых заболеваний увеличился на 51 процент (с 152 случаев на 100 000 жителей в 1999 году до 230 в 2000 году). В тоже время в сербской части Боснии (где не применялись урановые боеприпасы) заболеваемость раком сохраняется на прежнем уровне. По разным данным на начало 2001 года, от раковых заболеваний в Косово погибли около 400 мирных жителей.
Профессор наук по окружающей среде Университета Джексонвилля (США) Дуг Роке, занимаясь исследованием воздействия урана на организм человека, обнаружил, что уран, попадая в организм из воздуха, может вызвать лимфому, нервно-психические расстройства, кратковременные нарушения памяти, быть причиной врожденных уродств в следующих поколениях и нарушать иммунную систему организма.
С другой стороны, попадание большого числа снарядов глубоко в почву, может привести к заражению грунтовых вод и миграции урана по трофическим цепям [18]. В июле 2000 г. НАТО представила в ООН детальную карту Югославии с указанием 112 мест, где были применены боезаряды с обедненным ураном. Наибольшее количество урановых боезарядов было применено на территории Косово.
На территории Югославии в местах проникновения сердечников в земную поверхность было обнаружено повышенное содержание урана. Загрязненная площадь была небольшой - порядка 20х20 см. Концентрация обедненного урана достигала от 10 мг до 18 г урана-238/кг почвы (в незагрязненных почвах концентрация радионуклида составляет порядка 5 мг/кг почвы). По заключению UNEP повышенного содержания урана в растительности не установлено. Однако, согласно проведенным исследованиям югославских ученых распространения урана на территории Югославии в составе пищевых продуктов и в системах "почва-растения-мед", свидетельствуют о присутствии в данных системах урана
Уран - (лат. Uranium), U, радиоактивный химический элемент III группы периодической системы Менделеева, относится к семейству актиноидов; атомный номер 92, атомная масса 238,029; металл. Природный Уран состоит из смеси трех изотопов: U238 - 99,2739% с периодом полураспада TЅ = 4,51·109 лет, U235 - 0,7024% (TЅ = 7,13·108 лет) и U234 - 0,0057% (TЅ = 2,48·105 лет)Это химический элемент, обладающий высокой плотностью (19040 кг/куб.м). В чистом виде он представляет собой белый, блестящий, очень тяжелый металл
Валентность урана - переменная. В растворах наиболее устойчивы соединения шести- и четырехвалентного урана. В щелочной среде растворенный уран находится преимущественно в четырехвалентной, а в кислой - в шестивалентной формах [6]. С химической точки зрения представляет собой довольно активный элемент, амфотерный в высшей степени окисления, образующий большое число неорганических и органических соединений. На воздухе он медленно окисляется, в мелкодисперсном состоянии пирофорен. Реагирует с кислотами, особенно в присутствии окислителей, образуя ряд солей, как правило, хорошо растворимых в воде [13].
Уран (IV) в своих соединениях присутствует в форме U+4. С химической точки зрения ион U4+ является слабым основанием. Он существует лишь в сильнокислых растворах и при понижении кислотности гидролизируется с образованием U(OH)4. Гидроксид U(OH)4 слаборастворим в воде, но хорошо растворяется в кислотах [23,40].
Уран (VI) - наиболее устойчивая степень окисления урана при свободном доступе воздуха. U+6 энергетически неустойчив и в водных растворах мгновенно гидролизуется с образованием комплексного двухвалентного катиона уранила UO22+ . Соединения сравнительно хорошо растворимы и устойчивы в водных растворах. Наиболее растворимы уранил-нитраты. Хорошо растворимы сульфаты уранила и оксигалогениды (UO2Cl2 и UO2F2). Растворимы многие соли уранила с органическими кислотами. Важнейшими труднорастворимыми соединениями U (VI) являются фосфаты, арсенаты, ванадаты [23.41].
Природный уран состоит из трех изотопов. Все природные изотопы урана в той или иной мере радиоактивны, т.е. ядро их атомов может подвергаться самопроизвольному распаду. Он протекает как в форме естественного распада, сопровождающегося преимущественно альфа-излучением, так и спонтанного деления, сопровождающегося потоком нейтронов.
Наиболее ценным с точки зрения ядерной технологии представляется изотоп с массовым числом 235 (U235), который по достижении определенной критической массы способен расщепляться по цепному (лавинному) типу, что позволяет использовать его в качестве ядерного топлива или взрывчатого вещества[13].
Обедненный уран представляет собой остаток природного урана после извлечения из него изотопа U235. Он состоит преимущественно из изотопа с массовым числом 238 (U238). Так, если природный уран содержит до 0,7 % U235, то обедненный уран содержит всего (0,2 - 0,3) % от его начального содержания.
Основным источником урана в биосфере является земная кора. Кларковое содержание урана в земной коре составляет 3·10-4%. Некоторое количество урана поступает на земную поверхность с вулканическими выбросами, а так же в результате антропогенной деятельности (при добыче и переработке урана) [20, 104].
Минералы урана делятся на первичные и вторичные. Минералы U (VI) содержат уран в виде U4+. Основные минералы - безводные окислы. Минералы U (VI) соответствует зоне окисления и характеризуется яркой (желтой, зеленой, оранжевой, белой и т. д.) окраской, свойственной солям уранила. Основной структурной единицей таких минералов является UO22+. Все минералы уранила растворимы в минеральных кислотах, а некоторые - в воде. Весьма распространены карбонаты, сульфаты, ванадаты, арсенаты, фосфаты, силикаты уранила. Все они построены по типу двойных (тройных) солей. Водные основные фосфаты, арсенаты, и ванадаты уранила, Ca, Mg, Ba, Cu, Pb и других объединены в группу урановых слюдок. Наиболее распространенными являются:
метаторбенит - [Cu(H2O)4][(UO2)2PO4)]4H2O;
бейлииит - Mg2(UO2)2(CO3)318H2O [23.44].
Уран относиться к классу водных мигрантов, в природных водах он существует в виде иона уранила UO+2, однако, роль биогенной миграции при его перемещении в биосфере также весьма значительна [20, 104].
Фактором, определяющим поведение урана, является его высокая массовая концентрация в почвах, в результате чего в поведении радионуклида играют существенную роль химические свойства самого элемента [20, 104]. Среднее содержание урана в земной коре составляет 4·10-4 %. Уран аккумулируется в почве в результате выветривания пород и почвообразования, в последствии чего концентрация этого элемента в почве оказывается более высокая, чем в породах, из которых он происходит [20, 108]. За геохимический фон принята величина содержания урана, полученная В. И. Вернадским - 50,0 Бк/кг [20, 108], среднемировая концентрация в почвах - 24,4 Бк/кг [21, 29]. В районах, сложенных кристаллическими породами с высоким содержанием урана, концентрация его в почве повышается.
Распределение урана в почвах отдельных ландшафтных поясов определяется характером и направлением процессов почвообразования, в результате которых почвы сильно различаются по содержанию этого элемента. Отмечается увеличение концентрации естественных радионуклидов с севера на юг, что обусловлено существенными различиями в почвообразовательных процессов северных и южных регионов [20, 108].
Минимальное содержание урана приурочены к северным районам Восточно-Европейской равнины (до 580 с. ш.), т. е. к областям распространения подзолистых почв и составляет (0,1 - 1,0)·10-4%. По ландшафтно-климатическому районированию - это области тундровой и таежно-лесной зон. В зоне распространения песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв (Восточно-Европейская равнина) концентрации урана несколько выше (1,0 - 1,5)·10-4% [23, 77]. В серых лесных почвах содержание U238 равно 3,4·10-4 %, в черноземах (от оподзоленного на севере до южного на юге зоны) - 3,0·10-4 %, в верхних горизонтах сероземных почв полупустынь - 2,2·10-4 % [21, 29].
В пределах каждого почвенного профиля происходит перераспределение элементов между генетическими горизонтами. Поведение урана связано с двумя основными процессами: накоплением в составе минеральной фракции, унаследованной от почвообразующих пород, и аккумуляцией из почвенных вод. Соотношение между этими процессами во многом определяется формами нахождения урана в почвообразующих породах. Преобладание урана, изоморфно входящего в устойчивые к химическому выветриванию акцессорные минералы, обусловливает его невысокие концентрации в почвенных водах и ничтожную роль сорбционных форм [23.77].
Распределение урана по профилю для разных почв имеет свои закономерности. В дерново-глеевых почвах оно - равномерно, в торфянисто-глеевых проявляется аккумулятивный тип распределения, хотя в целом для естественных радионуклидов характерна аккумуляция в верхних горизонтах почв [20.109]. Концентрация урана в верхнем слое почв находится в зависимости от физико-химических свойств последних. Торфяно-болотные, темно-каштановые, горно-луговые субальпийские почвы характеризуются несколько повышенным содержанием урана в горизонте А по сравнению с нижележащими горизонтами [20] средне подзолистых почвах несколько повышенная концентрация урана отмечается в иллювиальном горизонте. В содержании и распределении урана в лугово-болотных почвах определенную роль играет глубина залегания грунтовых вод и степень минерализации [7.23].
Поведение U238 и формы его нахождения в почве определяются как состоянием самого нуклида, так и физико-химическими свойствами почвами. Зависимость коэффициента поглощения урана-238 (Кр U238) от рН почвенного раствора нелинейная, отмечено наличие трех максимумов при рН 5 - 6, 9 - 10 и 12, минимума - при рН 2 - 3. Самое слабое поглощение U238 дерново-подзолистой и дерново-луговой почвами происходит при рН 2 - 3, а максимальное (97 - 98%) при рН 5 - 8. При взаимодействии U238 в виде уранил-иона с почвами разных типов и минералами, Кр U238 колеблется от 7 до 338 см3/г, и снижается более чем в 10 раз при увеличении количества U238 в растворе выше 10-4 г/л.
В более северных районах со слабокислым составом вод и значительным преобладанием катионных форм среди растворенных в воде соединений урана реализуются благоприятные условия для сорбции урана на минеральных коллоидах. Для районов лесостепи, где уран находится в природных водах в форме анионных карбонатных комплексов, сорбционные процессы на минеральных коллоидах, видимо, играют несущественную роль. Более важное значение здесь имеют процессы испарения и соосаждения с выпадающими при этом сульфатами, карбонатами, фосфатами и т. д. Такие зоны обогащения ураном не являются стабильными и зависят от сезонных изменений количества осадков, уровня грунтовых вод и температуры [1.205].
Общим свойством всех почв лесостепной зоны является высокая карбонатность, близкая к нейтральной, либо щелочная реакция, высокое содержание гумуса и обменных оснований. Распространенные здесь воды бикарбонатного состава со слабощелочной реакцией, являются благоприятной средой для выщелачивания и растворения многих урансодержащих и урановых минералов. В таких водах уран прочно удерживается в растворе в форме анионных уранил-карбонатных (или бикарбонатных) комплексных соединений, в то время как для северных районов более типичны менее устойчивые в растворе катионные формы [1.209].
Для всех типов почв отмечается закономерность прямой зависимости распределения урана по почвенному профилю от содержания органического вещества в почвах и механического состава, от количества илистой фракции.
Наблюдается положительная корреляция между содержанием гумуса и урана [7.23].
Средняя концентрация этого радионуклида зависит от содержания в почве органических веществ. В почвах, отличающихся повышенным содержанием органического вещества (в черноземно-луговой, болотной) концентрация урана 1.5 - 2,0 раза выше, чем в типичном черноземе. В перегнойно-аккумулятивном и переходном оглееном горизонтах пойменных лугово-болотных и дерново-луговых почвах содержание этого радионуклида выше, чем в типичном черноземе в 1,8 - 4,0 раз. При этом в гумусе может быть сосредоточено до 32% 238U от его валового содержания в гумусовом горизонте. Гумусовые вещества и битумы способны избирательно извлекать U238 из растворов с низкой концентрацией. U238 связывается преимущественно с фульвокислотами, в меньшей степени с гуминовыми кислотами. Важным фактором, определяющим закрепление U238 в почве, является окислительно-восстановительный потенциал почв: восстановление UO2+2 до U+4, как правило, приводит к осаждению U238 в виде труднорастворимых соединений [21.30].
Высокую роль в перераспределении радионуклидов по профилю играет гранулометрический состав. Илистая фракция почв характеризуется часто самым высоким содержанием U238 как природного, так и техногенного происхождения [20.111]. При этом сорбция главным образом происходит за счет глинистых минералов (иллита, коалинита, монтмориллонита) [21.30]. В некоторых случаях отмечается прямая корреляционная зависимость между содержанием урана и илистой фракции. Коэффициент корреляции между содержанием илистой фракции и урана для нижних горизонтов подтверждает прямую связь содержания урана в почвах с почвообразующей породой [7.24]. Однако чаще всего основным источником урана являются более крупные фракции (0,001 - 0,01 мм), преобладающие в механическом составе почв.
Очень слабо поглощается U238 известняком, практически не сорбируется кремнеземом. Влияние емкости катионного обмена на сорбцию U238 почвами отсутствует.
1.4 Поступление U238 из почвы в с/х растения
Степень поступления урана из почвы в растения определяется тремя факторами: способностью перехода урана из почвы в растение, способностью почв к удерживанию элементов, способностью растений извлекать уран из почвы.
Переход U238 из почвы в растение определяется особенностями его поведения в системах твердая фаза почвы - почвенный раствор и почвенный раствор - растение [8.351]. Для усвоения корневыми системами растений доступна только та часть ионов радионуклида или элементов минерального питания, которая способна перейти в раствор из сорбированного твердой фазой почвы состояния [9.689, 2,5]. Доступность U238 растениям определяется следующим рядом исходных химических форм радионуклида: (NH4)2U2O7>UO2Cl2>UO3>U3O8>UO2SO4>UO2 [2.5]. В течение достаточно длительного времени (примерно 2-х лет) исходная химическая форма радионуклида оказывает сильное воздействие на миграцию U238 в почвенно-растительном покрове [2.5].
Способность почвы к депонированию урана и его подвижности в ней зависит от свойств почвы. Так, почвы тяжелого гранулометрического состава отличаются большей поглотительной способностью от легких почв [5.105].
Емкость поглощения твердой фазы почвы отражает количество сорбционных мест на поверхности минерального каркаса и органических коллоидов. Она характеризует степень насыщенности почвы основаниями и отдельными катионами [9.690].
Реакция почвенного раствора в значительной мере определяет степень миграции элементов между твердой и жидкой фазами почвы, в том числе и миграцию радионуклидов[9.690].
Содержание органического вещества обуславливает такие свойства почвы как способность к сорбции и образованию труднорастворимых и слабодиссоциирущих комплексных соединений [9.691].
Количество U238, вытесненного в растворы солей, в значительной степени зависит от физико-химических свойств почвы. В почвах с низким содержанием физической глины, гумуса, обменных калия и кальция выше степень подвижности радионуклидов. В пустынно-песчаной почве с меньшим содержанием гумуса, физической глины, обменных калия и кальция выше степень подвижности радионуклидов, чем в лугово-болотной почве [3.11]. В пустынно-песчаной почве, светлом и типичном сероземах U238 находится в основном в обменной форме; в луговой и лугово-болотной почвах содержание нуклида в этой форме было в 2-4 раза меньше [3.11].
Наиболее высокие значения коэффициентов биологического поглощения (КБП) растениями урана отмечаются для районов горной тундры и средней тайги (0,21 и 0,17 соответственно), где в почвах преобладают минерально-обломочные формы урана. Для горно-тундровых и горно-лесных ландшафтов района северной тайги среднее значение КБП существенно ниже (0,08). Для этого района в большей степени была отмечена аккумуляция урана гумусовым веществом и интенсивная водная миграция радионуклида. Самые низкие значения КБП характерны для района лесостепи (0,005), где процессы аккумуляции урана почвами имеют особенно большое значение [1.210]. Коэффициент накопления урана сельскохозяйственными растениями зависит от типа почвы (табл. 1), формы удобрений, вида растений и составляет примерно 0,0001 - 0,1.
Накопление U238 в сельскохозяйственных культурах на разных типах почв
Степень поступления урана в растения напрямую зависит от свойств самих растений. Низшие растения (мхи и лишайники) способны накапливать большие концентрации урана по сравнению с высшими растениями. Среди высших растений не найдено концентраторов этого радионуклида кроме астрагала [1. 14].
Накопление растениями радионуклидов зависит от концентрации их в субстрате. При кларковом содержании урана в почвах (n·10-6 г/г) концентрация его в золе растений составляет 5·10-7 г/г. При увеличении концентрации урана в почвах до n·10-4/n10-3 г/г его содержание в золе растений увеличивается, но не пропорционально содержанию в почве (рис.3). Это связывают с существованием у растений «физиологического барьера», препятствующего поглощению высоких количеств урана. Роль такого барьера играют корни и отчасти листья [1.14]. Для долгоживущих радионуклидов, таких как U238, могут проявляться участки II и III кривой (отклонение от линейной зависимости), т. е. могут быть достигнуты массовые концентрации радионуклидов в почве, при которых наблюдается эффект пороговости в усвоении радионуклидов [21.58].
Участки I и II - недостаток и оптимальные концентрации элемента в питательной среде; III - токсические концентрации элемента в питательной среде.
Рис. 3. Типичная зависимость концентрации химических элементов в растениях от концентрации в питательной среде
Переход U238 в растительность варьирует в пределах 2-13 раз и определяется строением корневой системы [2.19]. Корни растений выделяют ионы водорода, органические и аминокислоты, хелаты и другие вещества, играющие высокую роль в усвоении и перемещении многих элементов. Глубина размещения корней различных видов растений также играет важную роль в перемещении и извлечении радиоактивных элементов из толщ почвы [10.174]. Как известно радионуклиды в основном накапливаются в верхнем десятисантиметровом слое, и поэтому растения с неглубокой разветвленной корневой системой гораздо интенсивнее поглощают эти элементы. Число придаточных корней увеличивается в ряду: корневищные бобовые<разнотравье<злаковые, ряд характеризующий переход U238 в луговые растения следующий: злаковые>разнотравье>бобовые[2.11].
Содержание урана в золе растений во многом зависит и от их видовой принадлежности, возраста и органа [1. 14]. Аккумуляция урана в наземной части растений отмечается, в основном, в вегетационных органах. В вегетативной массе зернобобовых (соя, нут) и зерновых (пшеница, ячмень) культур содержится U238 в 2,4-4,2 раза больше, чем в генеративных органах. Максимальная концентрация U238 отмечена в листьях чая и вегетативной массе зернобобовых культур, а минимальная - в генеративной части зерновых [4.24]. По степени аккумуляции U238 можно составить следующий ряд: чай>соя>нут>хлопчатник>пшеница>ячмень [4.19].
В накоплении урана высшими растениями отчетливо проявляются видовые различия (табл. 2). Большое накопление радионуклида отмечается у многолетних древесных и кустарниковых растений. При этом по органам отдельных видов растений уран распределяется в зависимости от их возраста [1.210].
Коэффициенты накопления U238 в сельскохозяйственных культурах, n·10-2
1.5 Мероприятия, ограничивающие накопление U238 в с/х культурах
На снижение накопления урана растениями влияет применение различных удобрений, способствующих закреплению данного элемента почвами. Существенное влияние оказывает внесение в почву органических удобрений, извести. Максимальный положительный эффект наблюдается при внесении навоза.
Также благотворное влияние оказывает внесение минеральных и органических удобрений.
Снижение концентрации радионуклидов в урожае при внесении удобрений может быть обусловлено рядом причин: увеличением биомассы и тем самым «разбавлением» радионуклидов; повышением концентрации в почве обменных катионов, усилением антагонизма между ионами радионуклидов и ионами вносимых солей при корневом усвоении; изменением доступности для корневых систем радионуклидов вследствие перевода их в труднодоступные соединения и обменной фиксации в результате реакции радионуклидов с вносимым удобрением [21.198].
В большинстве случаев радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий, выпавшие на поверхность почвенно-растительного покрова, радионуклиды первоначально сосредотачиваются в самом верхнем слое почв. Пахота почв приводит к перераспределению радиоактивных веществ в корнеобитаемом слое почвы (как правило, 0 - 25 см).
Достаточно эффективным средством снижения перехода U238 из почвы в растения может быть правильный подбор сельскохозяйственных растений. Способность сельскохозяйственных растений (в пределах, как отдельных семейств, так и родов, видов и сортов) накапливать радионуклиды в разных концентрациях может быть использована при организации растениеводства с целью получения продукции с минимальным содержанием радиоактивных веществ [21.212].
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Методика проведения исследований
2.1 Подготовка почвы к закладке опыта
На протяжении трех лет ведутся совместные исследования РУДН и ВНИИСХРАЭ по изучению перехо
Миграция урана-238 в системе почва-растение дипломная работа. Биология и естествознание.
Ошибки В Написании Сочинения
Реферат по теме Современная миграционная политика в зарубежных странах
Сочинение: «Семейная идея» Л. Н. Толстого
Реферат по теме Культурологические особенности древнерусского храма
Учет Производства Курсовая
Как Написать Итоговое Сочинение В Декабре
Бухгалтерская Справка Курсовая Разница
Дипломная работа по теме Анализ эффективности использования оборотных активов на примере предприятия ОАО УНТК
Современные Системы Управления Предприятием Курсовая
Воздействие Музыки На Здоровье Человека Реферат
Сочинение Настоящий Друг Огэ
Реферат: Ощущение и восприятие у детей в младенчестве
История создания "Капитала"
Реферат по теме Греция в IV в. до н.э.
Реферат На Тему Социальная Защита Педагогических Работников
Курсовая работа по теме Методы и средства радиационно-технологического контроля при сортировке твердых радиоактивных отходов
Социальная Опасность Реферат
Курсовая Работа На Тему Административно-Командная Экономическая Система
Реферат по теме Міжнародна охорона суміжних прав
Реферат: Кремнийорганические полимеры
Естествознание в системе научного знания - Биология и естествознание реферат
Изучение строения и особенностей жизнедеятельности декоративных кустарников - Биология и естествознание курсовая работа
Вплив випромінювання та тиску на мікроорганізми - Биология и естествознание презентация