ИСТИНА

Использование АЭС в качестве эффективных источников энергии сопряжено с риском возникновения аварийных ситуаций, которые могут оказать сильнейшее негативное воздействие на состояние окружающей среды, не только в локальном, но и в региональном масштабе. Так, в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пострадали обширные территории Европейской части России. Общая площадь загрязнения наземных экосистем цезием-137 (Cs-137) – основным дозообразующим долгоживущим радионуклидом в составе конденсационных чернобыльских выпадений, – составила свыше 60 тыс. км2, из них 3 млн. га – земли сельскохозяйственного назначения. При этом прогнозные оценки показывают, что наиболее пострадавшие районы (Брянская, Тульская, Калужская и Орловская области) сохранят свой статус радиоактивно загрязненных вплоть до середины, а локально — до конца ХХI века. Изучению биогеохимических потоков миграции Cs-137 из почвы в сельскохозяйственные культуры посвящено много исследований, однако в большинстве из них рассматривается только хозяйственно ценная часть урожая (зерно, бобы, стручки, листья, корнеплоды, клубни), тогда как сведения об аккумуляции радионуклида в несъедобных органах растений представлены фрагментарно. При этом для полного понимания биогеохимического цикла Cs-137 в системе «почва-растение» агроценозов необходимо как выявление особенностей накопления радионуклида в пахотных почвах районов чернобыльских выпадений, так и опробование всех органов растений, позволяющее определить параметры корневого поглощения и транслокации Cs-137, характерные для разных сельскохозяйственных культур. В рамках настоящего проекта предполагается оценить современные уровни радиоактивного загрязнения и специфику накопления Cs-137 в пахотных черноземах ореола Плавского радиоактивного пятна Тульской области, а также выявить особенности биологической миграции радиоцезия в агроценозах сельскохозяйственных культур полевого, кормового и овощного севооборотов, применяемых в черноземной зоне. В результате исследования будут определены текущие параметры удельной активности и запасов Cs-137 в почвах пахотных угодий Плавского радиоактивного пятна, оценено влияние агротехнических приемов обработки почв на радиальное распределение Cs-137 по горизонтам профиля, а также более детально – по слоям в пределах системы пахотного и старопахотного горизонтов, проанализированы подвижные и прочно связанные формы соединений Cs-137 в почвах. Для широкого набора сельскохозяйственных культур будут определены интенсивность перехода Cs-137 из почвы в растение, а также емкость его удержания в биомассе подземных, надземных и генеративных органов различных видов растений; изучена межгодовая и сезонная динамика миграции радионуклида в системе «почва-растение»; сравнительно охарактеризованы особенности биогеохимических циклов Cs-137 и его химического аналога – калия, включая анализ распределения элементов в ризосфере сельскохозяйственных культур. Результаты исследования могут быть использованы для решения ряда дискуссионных вопросов биогеохимии и радиоэкологии: об интерпретации данных по профильному распределению радионуклидов, о специфичности корневого потребления Cs-137 растениями разных систематических групп, об особенностях депонирования техногенных радионуклидов в органах растений, о сопоставимости биогеохимических циклов радионуклидов и основных элементов минерального питания растений. В прикладном аспекте выявленные закономерности биологической миграции Cs-137 в агроценозах основных сельскохозяйственных культур могут послужить основой для оценки экологических рисков и выработки решений по рациональному землепользованию на радиоактивно загрязненных землях путем подбора «безопасных» культур и сортов сельскохозяйственных растений.

The use of nuclear power plants as efficient energy sources is associated with risk of accidents which can have a strong negative impact on the environment. Chernobyl accident led to radioactive contamination of vast territories of the European part of Russia. The total area of Cs-137 contamination of terrestrial ecosystems was over 60 thousand km2, of which 3 million hectares were agricultural land. In most studies, Cs-137 migration in the "soil-plant" system is considered only in edible parts of crops, whereas the radionuclide accumulation in other organs remains poorly understood. However, it is necessary to research differences of Cs-137 accumulation between aboveground and belowground parts of plants for a complete understanding of Cs-137 biogeochemical cycle in "soil-plant" agrosystems. As a result of the study, modern parameters of radioactive contamination of agricultural soils by Cs-137, distribution of the radionuclide along soil profile will be analyzed. The intensity of Cs-137 transport from soil to agricultural plants, radionuclide accumulation in plant organs, features of Cs-137 behavior in "soil-plant" system, and its chemical analogue, potassium, will be determined. The seasonal dynamics of radiocaesium migration in agrosystems will be studied. The obtained data provide the understanding of the mechanisms of Cs-137 root uptake by crops, as well as compare biogeochemical cycles of radionuclides and plant mineral nutrition.

Ожидается выявить особенности влияния агротехнических приемов на процессы радиальной миграции Cs-137 в пахотных почвах. Исследование распределения Cs-137 по формам соединений с органическими и минеральными компонентами почв позволит оценить водно-миграционную и потенциальную биологическую активность радионуклида. В свою очередь, исследование фактических показателей перехода Cs-137 из почв в растения для широкого набора сельскохозяйственных культур полевого, кормового и овощного севооборотов выявит межвидовую и межсортовую геохимическую специализацию растений по отношению к Cs-137, даст возможность раздельной оценки вклада корней и побегов сельскохозяйственных культур в процесс депонирования Cs-137 в биомассе, а также позволит показать сезонную динамику миграции Cs-137 в системе «почва-растение». На основе полученных результатов ожидается подтвердить гипотезу о существенных различиях в биогеохимическом цикле Cs-137 для агроценозов однодольных и двудольных культур. При сопоставлении особенностей поведения Cs-137 и калия в почвах и растительности агроценозов, анализа их распределения в почвенном профиле и ризосферном пространстве, распределения элементов по подвижным и прочно связанным формам соединений в почвах, сезонной динамики корневого потребления элементов и их транслокации в побеги и генеративные органы растений предполагается выявить специфические особенности биогеохимических циклов экотоксичных и необходимых растениям минеральных элементов.

В рамках тематики заявляемого проекта научный руководитель и аспирант непрерывно работают в тесном взаимодействии и соавторстве с 2014 года. В этой связи совместный научный задел непосредственно по теме проекта описан в форме Научный задел аспиранта по тематике проекта. Помимо этого, натурные наблюдения в агроландшафтах Плавского радиоактивного пятна в последние годы дополняются изучением проблем ландшафтной миграции радионуклида при эрозионном переносе, характеристикой его современного пространственного распределения и трансформации ореола радиоактивного загрязнения почв со временем, роли структурно-агрегатного уровня организации почв и их водно-физических свойств в формировании неоднородности радиоактивного загрязнения почв, сравнительного поведения макро- микроэлементов и экотоксичных элементов в системе «почвообразующая порода – почва – ризосферное пространство – корни растений – побеги и генеративные органы растений» и т.д. Для детализации понимания особенностей биогеохимического поведения Cs-137 Парамонова Т.А. в последние годы проводит модельные почвенные и гидропонные исследования по оценке особенностей биологической миграции радионуклида в системах «питательная среда – растение» с однодольными и двудольными тест-культурами, исследует механизмы и признаки фитотоксического действия радиоактивных элементов на растения.

Ожидаемые итоговые результаты могут быть полезны для выработки оптимальной стратегии реабилитации и дальнейшего землепользования на сельскохозяйственных землях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.