Dynamics of ¹³⁷Cs aggregated transfer factors to animal fodder: 35 years after the Chernobyl accident

Толық мәтін

В основе концепции реабилитации территорий, загрязненных в результате радиационной аварии на Чернобыльской АЭС, стоит задача восстановления хозяйственной деятельности человека и создание условий для полноценной жизнедеятельности населения, проживающего на этой территории [1–5]. Для получения сельскохозяйственной продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим нормам на загрязненных территориях, необходимо было разработать, апробировать и внедрить специальные мероприятия (контрмеры), направленные на снижение поступления радионуклидов в хозяйственно полезную часть растений [6–7]. При этом особое внимание уделялось проведению агротехнических и агромелиоративных мероприятий в кормовых культурах, так как содержанием радионуклидов в молоке и мясе – «критических» продуктах с точки зрения формирования доз облучения – определяется поступлением радионуклидов в организм животных с кормами [1–7]. Применение этих контрмер позволило значительно уменьшить содержание радионуклидов в продукции и, как следствие, снизить дозы внутреннего облучения населения [5–7].

При планировании реабилитационных мероприятий в загрязненных районах широко используются данные радиоэкологического мониторинга, организованного службами Минсельхоза и ВНИИРАЭ [8–9]. Проведение этого мониторинга позволило не только избежать неоправданных потерь сельскохозяйственной продукции, но и получить ценную информацию о закономерностях накопления радионуклидов в сельскохозяйственной продукции и динамике изменения содержания ¹³⁷Cs в основных видах сельскохозяйственной продукции [10–12].

В числе параметров, используемых для прогнозирования загрязнения продукции сельского хозяйства, обычно используют коэффициенты перехода радионуклида из почвы в растения (К_п) ¹, которые обычно определяются как отношение концентрации радионуклида в растениях к плотности поверхностного загрязнения почвы на этом же участке, и периоды полуснижения К_п в продукцию, т. е. периоды времени, за которые К_п изменяются в 2 раза [13]. В наших предыдущих работах представлены данные по динамике К_п в основные виды растений и сельскохозяйственной продукции растениеводства на основе информации, полученной в период с 1987 по 1992 гг. [10–12]. Показано, что естественное (в отсутствие применения мероприятий) снижение коэффициентов перехода носило неравномерный характер и описывалось в большинстве случаев двухкомпонентной моделью [10]. Использование такого рода данных имеет важное значение для прогнозирования последствий возможных аварий на радиационно-опасных объектах и соответствующего реагирования в АПК, а также для обоснования перехода к условиям нормальной жизнедеятельности в регионах, наиболее пострадавших после чернобыльской аварии [3].

Анализ динамики коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в продукцию растениеводства в течение 35 лет после аварии представлен в публикациях [14–15]. Также в наших публикациях приводятся данные по концентрациям радиоцезия в кормах сельскохозяйственных животных, однако данные по К_п ¹³⁷Cs в кормовые культуры до настоящего времени не обобщались, что ограничивает использование результатов мониторинга, проводимого организациями Минсельхоза России, для решения задач, связанных с обоснованием перехода населения, проживающего на загрязненных территориях, к условиям нормальной жизнедеятельности [7].

Настоящая публикация является продолжением цикла статей, посвященных анализу закономерностей изменения К_п ¹³⁷Cs в сельскохозяйственную продукцию. В первой публикации этой серии [14] представлены данные по коэффициентам перехода ¹³⁷Cs в продукцию растениеводства. В настоящей публикации рассматриваются особенности динамики коэффициентов перехода в корма сельскохозяйственных животных. В последующих статьях планируется представить анализ закономерностей К_п в продукцию животноводства – молоко и мясо. Для облегчения сравнения закономерностей изменения содержания ¹³⁷Cs в различных видах сельскохозяйственной продукции все статьи цикла имеют близкую структуру и аналогичное представление полученных результатов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Загрязнение сельскохозяйственных угодий

Как в начальный, так и в отдаленный период после аварии на ЧАЭС внимание радиоэкологов и специалистов сельского хозяйства в большой степени было обращено на наиболее загрязненные районы Брянской области (табл. 1).

 

Таблица 1. Распределение сельскохозяйственных угодий в юго-западных районах Брянской области по уровням выпадений в 1986 году, га

Table 1. Distribution of agricultural lands in the southwestern districts of the Bryansk region by the deposition densities in 1986, ha

Районы	Пашня, га					Сенокосы и пастбища, га
	Площадь	Плотность выпадений 137Cs, кБк/м2				Площадь	Плотность выпадений 137Cs, кБк/м2
		37–185	185–555	555–1480	>1480		37–185	185–555	555–1480	>1480
Гордеевский	31665	10289	19633	1733	0	23045	4898	1135	6335	122
Злынковский	24249	5450	15379	2205	40	7873	989	3441	2646	600
Клинцовский	42639	25933	12998	321	0	18775	6536	6797	2570	125
Красногорский	39499	22088	10120	4865	2025	21350	7406	6382	4313	2810
Климовский	42639	25933	12998	321	0	18775	6536	6797	2570	125
Новозыбковский	37578	2196	27132	7855	395	19022	602	9100	7112	2208
Стародубский	93055	48555	445	0	0	18263	13183	1655	0	0

 

Как видно из этой таблицы, значительные площади пашни, сенокосов и пастбищ загрязнены ¹³⁷Cs с плотностью 555–1480 кБк/м² и даже более 1480 кБк/м². После чернобыльской аварии около 17 тыс. га сельскохозяйственных угодий с плотностью выпадений более 1480 кБк/м² были выведены из хозяйственного оборота, образовав зону отчуждения в Брянской области ².

Наиболее существенные площади высоко загрязненных сенокосов и пастбищ с загрязнением почвы ¹³⁷Cs более 555 кБк/м² выявлены в Новозыбковском (48%), Злынковском (41%) и Красногорском (33%) районах, а минимальный процент таких земель отмечен в Стародубском и Климовском районах.

Защитные и реабилитационные мероприятия

При анализе динамики содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции необходимо учитывать влияние защитных и реабилитационных мероприятий [12, 15]. К основным мероприятиям, направленным на уменьшение содержания радионуклидов в продукции животноводства, относились коренное и поверхностное улучшение лугов и пастбищ, а также применение ферроцинсодержащих препаратов. При этом основное внимание, особенно в первый период, уделялось улучшению лугов и пастбищ, используемых для кормления крупного рогатого скота (рис. 1). Эти мероприятия являются элементами обычной сельскохозяйственной практики и должны проводиться для поддержания продуктивности кормовых угодий раз в 5–6 лет. Несвоевременное проведение этих мероприятий приводит как к снижению продуктивности растений, так и к увеличению поступления радионуклидов в растения. Перед применением на загрязненных территориях эти технологии были усовершенствованы путем включения элементов, обеспечивающих максимальное снижение поступления ¹³⁷Cs в растения.

 

Рис. 1. Объемы проведения коренного улучшения лугов и пастбищ после аварии на Чернобыльской АЭС [3, 8]. Процент обработанных площадей от общей площади угодий.

Fig. 1. Implementation of radical improvement at the meadows and pastures used for feedstuffs production [3, 8]. Percentage of cultivated areas of the total area of lands.

 

Эффективность коренного улучшения по критерию снижения коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в растения варьирует от 3 до 15, достигая особенно высоких значений на увлажненных лугах в случае, если в комплекс мероприятий включен дренаж [7].

Наиболее широко коренное и поверхностное улучшение проводилось в период с 1987 до 1994 г., когда практически все доступные кормовые угодья в юго-западных районах Брянской области были охвачены этими мероприятиями [3]. В этот период вклад защитных мероприятий в сельском хозяйстве в снижение содержания ¹³⁷Cs в юго-западных районах Брянской области составлял 57–61%, тогда как в регионе с ограниченным применением мероприятий (загрязненные районы Калужской области) он составлял 10–20% [10].

В 1996–2000 гг. интенсивность применения контрмер резко снизилась и не соответствовала не только рекомендациям по снижению поступления ¹³⁷Cs в кормовые культуры, но и потребности в обычном окультуривании сельскохозяйственных угодий. Впоследствии в рамках федеральной целевой программы (ФЦП) «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006–2013 годы» работы по реабилитации загрязненных территорий проводились в достаточно больших объемах (рис. 1), что могло повлиять в этот период на динамику загрязнения как продукции растениеводства, так и продукции кормопроизводства [16]. Детальная информация об объемах и особенностях проведения агротехнических мероприятий в АПК представлена в публикациях [1, 3, 6].

Используемые данные

Для оценки коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в продукцию кормопроизводства (сено, сенаж, силос и зеленые корма) использовали данные мониторинга, проводимого Центром химизации и сельскохозяйственной радиологии «Брянский» (ФГБУ «Брянскагрохимрадиология») в юго-западных районах Брянской области: Гордеевском, Злынковском, Климовском, Клинцовском, Красногорском, Новозыбковском и Стародубском [8, 9].

Обобщенные данные по характеристикам радиоэкологического мониторинга в агропромышленном производстве юго-западных районов Брянской области представлены на рис. 2. Наибольшее количество проб сена, сенажа и силоса было отобрано в 1991–1995 годах, когда отмечалось наиболее активное применение защитных мероприятий [7]. Начиная с 1996 г. объемы проведения мониторинга сена, сенажа и силоса снизились примерно в 2 раза, оставаясь на таком уровне до настоящего времени. В этот период увеличились объемы мониторинга зеленой массы естественных и многолетних трав, которые служат исходным сырьем для производства сена и сенажа, что позволило в какой-то степени компенсировать уменьшение интенсивности мониторинга сена.

 

Рис. 2. Объемы отбора проб кормов для сельскохозяйственных животных в юго-западных районах Брянской области в 1986–2021 гг.

Fig. 2. Quantity of feedstuffs samples taken annually in southwestern districts of Bryansk region in 1986–2021.

 

Для анализа динамики загрязнения кормов использовались данные измерений более 30 тыс. проб сена, 10 тыс. проб сенажа, 8 тыс. – силоса и более 38 тыс. проб зеленых кормов. Данные, представленные в табл. 1, отражают результаты систематического отбора проб, проведенного в 177 хозяйствах с плотностью загрязнения кормовых угодий от 17 до 3800 кБк/м². В 55 из них плотность загрязнения сенокосов на 1986 г. была меньше 185 кБк м², в 46 плотность загрязнения сенокосов превышала 555 кБк/м², а в 76 хозяйствах плотность загрязнения была в диапазоне между 185 и 555 кБк/м².

Наряду с радиоэкологическим мониторингом загрязнения кормов для сельскохозяйственных животных в юго-западных районах Брянской области Брянским центром «Агрохимрадиология» проведено несколько циклов детального обследования плотности загрязнения ¹³⁷Cs почв сельскохозяйственных земель. В соответствии с методикой обследования [9] пробы почвы отбирались как на каждом поле севооборота, так и на естественных сенокосах и пастбищах, используемых для кормления животных. Всего, в зависимости от района, было проведено от четырех до шести туров обследования. Полученные в результате каждого обследования данные по содержанию ¹³⁷Cs в пробах почвы пересчитывали к моменту выпадений (начало мая 1986 г.). Для расчета коэффициентов перехода использовали результаты всех туров обследования, проведенных до 2021 г., а в качестве оценки плотностей загрязнения в настоящей работе использовали средние значения, рассчитанные по данным всех туров обследования на 1986 г. Общее количество проб почвы, которое учитывалось при проведении расчетов, составило более 300 тыс.

Агрегированные коэффициенты перехода в кормовые культуры рассчитывали как отношение среднего по хозяйству содержания ¹³⁷Cs в кормах к средней плотности выпадений на соответствующих угодьях в 1986 г.

Для статистической обработки данных по коэффициентам перехода ¹³⁷Cs в кормовые культуры использовали методический подход, описанный в работе [17].

ПОСТУПЛЕНИЕ ¹³⁷Cs В КОРМА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ В 1986 Г.

Содержание ¹³⁷Cs в сене, сенаже и силосе на момент уборки урожая в 1986 г., нормированное на плотность выпадений, приведено в табл. 2. Рассматривая К_п как интегральный параметр, обобщающий все пути поступления, эти данные можно рассматривать как агрегированные коэффициенты перехода.

 

Таблица 2. Статистические параметры содержания К_п ¹³⁷Cs в корма, рассчитанные на момент уборки в 1986 г., (Бк/кг)/(кБк/м²)

Table 2. Statistical parameters of ¹³⁷Cs T_ag to fodder, calculated for the time of harvest in 1986, (Bq/kg)/(kBq/m²)

Районы	N	Среднее	Стандартное отклонение	Геометрическое среднее	Медиана	95%-ный доверительный интервал
						нижний	верхний
Сено
Гордеевский	12	26	28	16	20	9.3	29
Злынковский	7	42	27	34	19	19	61
Климовский	14	27	17	24	19	18	31
Клинцовский	17	57	76	34	28	21	55
Красногорский	16	51	29	39	59	25	61
Новозыбковский	12	24	8.0	22	24	18	28
Все данные	78	42	50	28	26	23	34
Сенаж
Злынковский	8	29	34	19	20	11	33
Климовский	10	31	25	20	22	10	40
Новозыбковский	13	7.7	8.7	5.0	4.8	3.1	8.1
Все данные	31	20.6	25	11	11	7	17
Силос
Гордеевский	11	8.0	9.3	4.0	1.8	1.9	8.6
Злынковский	9	1.0	0.4	0.9	0.9	0.7	1.2
Климовский	20	3.6	4.0	2.4	1.9	1.6	3.5
Клинцовский	14	6.2	9.6	3.3	2.2	1.9	5.5
Красногорский	13	6.2	3.3	5.2	6.4	3.5	7.6
Новозыбковский	14	0.6	0.5	0.4	0.3	0.3	0.7
Все данные	80	4.0	5.7	2.0	1.8	1.5	2.6

 

В 1986 г. не проводили систематический отбор зеленых кормов, а количество измерений, использованных для оценки К_п, составило 1193 пробы сена, 68 проб сенажа и 352 пробы силоса. Диапазоны изменения К_п составили от 3.7 × 10^–3 до 3.8 ×10^–1 м²/кг для сена, от 1.4 × 10^–3 до 1.1 × 10^–1 м²/кг для сенажа и от 7.0 × 10^–5 до 2.4 × 10^–2 м²/кг для силоса. Среднее значение К_п ¹³⁷Cs в сено юго-западных районов Брянской области было примерно в 10 раз больше, чем в силос, и почти в 2 раза больше, чем в сенаж. Максимальные значения геометрических средних К_п ¹³⁷Cs в сено 3.4–3.9 × 10^–2 м²/кг отмечены в Красногорском, Злынковском и Клинцовском районах. Более низкие значения – 1.6–2.4 × 10^-2, м²/кг зафиксированы в Гордеевском, Новозыбковском и Климовском районах. Аналогичная тенденция отмечена для сенажа. Различия между загрязненными районами в наибольшей степени отмечались для силоса, являющегося пропашной культурой. Наибольшие значения К_п в силос были отмечены в Гордеевском, Клинцовском и Красногорском районах, геометрические средние К_п в силос, в которых находились в диапазоне от 2.4 × 10^–3 до 5.2 × 10^–3 м²/кг. Минимальные значения 0.4–0.9 × 10^–3 м²/кг) характерны для Новозыбковского и Злынковского районов ³. Полученные оценки показывают, что коэффициенты перехода ¹³⁷Cs в силос, рассчитанные для Злынковского и Новозыбковского районов, статистически достоверно отличались от коэффициентов перехода, рассчитанных для остальных четырех районов. К основным отличиям между районами, определяющими различия в К_п в силос, относятся уровни плодородия почв пахотных земель [9, 18]. В почвах пахотных земель Злынковского и Новозыбковского районов средневзвешенное содержание подвижного калия составляло 180 и 174 мг/кг, подвижного фосфора – 193 и 215 мг/кг, а степень кислотности (pH_КСl) – 6.1 и 5.9 соответственно [18]. Это обеспечивало бездефицитный баланс калия, кальция и фосфора в почвенном растворе и приводило к более низким значениям К_п ¹³⁷Cs в растения.

Во всех рассмотренных случаях средние значения были больше медианы и геометрического среднего, а коэффициент вариации данных варьировал от 1.2 до 1.4, что определяет необходимость использовать логнормальное распределение для оценок загрязнения кормов сельскохозяйственных животных и продукции животноводства.

Для оценки К_п в сено и сенаж в год радиоактивных выпадений для прогнозирования загрязнения этих видов кормов можно предложить значение 2.8 × 10^–2 м²/кг с 95%-ными доверительными интервалами 2.4 × 10^–2–3.2 × 10^–2 м²/кг и 1.1 × 10^–2 м²/кг с доверительными интервалами 0.7 × 10^–2–1.7 × 10^–2 м²/кг. Для оценки загрязнения силоса в регионах с низким плодородием целесообразно использовать данные для Гордеевского, Климовского, Клинцовского и Красногорского районов, а именно: 3.3 × 10^–2 м²/кг с доверительными интервалами 2.3 × 10^–3–4.5 × 10^–3 м²/кг. Для Новозыбковского района, в котором плодородие почвы было выше, значение геометрического среднего загрязнения силоса было меньше – 0.6 × 10^–4 м²/кг с 95%-ными доверительными интервалами 0.4 × 10^–4–0.8 × 10^–4 м²/кг.

ПЕРИОДЫ ПОЛУСНИЖЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕХОДА ¹³⁷CS В ПРОДУКЦИЮ РАСТЕНИЕВОДСТВА

Периоды полуснижения коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в сено, сенаж и силос (T_1/2), рассчитанные для промежутка времени с 1987 по 2021 г., приведены в табл. 3. Для кормовых культур можно выделить четыре временных интервала, периоды полуснижения между которыми были статистически различны: с 1987 по 1992 гг., с 1993 по 2006 гг., с 2007 по 2015 гг. и с 2016 по 2021 гг. Первый интервал включает острый период после аварии, когда мероприятия проводились в максимальных масштабах, второй интервал – когда объемы реабилитационных мероприятий в силу экономических причин резко снизились, третий – с 2006 до 2016 г., когда на динамику снижения в ряде районов оказывали влияния мероприятия ФЦП и четвертый – с 2016 до 2021 г., когда объемы проведения реабилитации сельскохозяйственных угодий опять уменьшились.

 

Таблица 3. Периоды полуснижения К_п ¹³⁷Cs в сено. сенаж и силос в юго-западных районах Брянской области

Table 3. Half-lives of ¹³⁷Cs T_ag values in hay. haylage and silage in the southwestern districts of the Bryansk region

Районы	T 11/2, лет	R2	T 21/2, лет	R2	T 31/2, лет	R2	T 41/2, лет	R2
Сено
Гордеевский	2.0	0.75	–16.54	0.08	9.5	0.72	18.2	0.47
Злынковский	1.1	0.61	43.1	0.1	13.6	0.55	10.0	0.55
Климовский	1.8	0.75	9.5	0.66	3.5	0.86	22	0.49
Клинцовский	1.4	0.94	12.4	0.28	4.4	0.72	21	0.54
Красногорский	1.3	0.98	6.4	0.59	–63	0.4	26.7	0.12
Новозыбковский	1.3	0.63	12.8	0.31	14.7	0.34	26.7	0.29
Стародубский	н. д.1		2.6	0.5	–4.3	0.63	5.8	0.75
Сенаж
Гордеевский	1.8	0.84	57.8	0.13	36.5	0.01	21	0.66
Злынковский	0.73	0.94	33.0	0.16	4.3	0.9
Климовский	1.2	0.89	40.0	0.12	15.8	0.7
Клинцовский	1.9	0.59	–24.8	0.11	–27.6	0.04	49.5	0.06
Красногорский	1.8	0.92	8.5	0.62	–34.6	0.03
Новозыбковский	0.75	0.98	>100	0.56	>100	0.03	31.5	0.16
Стародубский	н. д1		46.2	0.2	74.5	0.03	16.9	0.61
Силос
Гордеевский	1.0	0.84	57.8	0.13	36.5	0.01	21	0.66
Злынковский	1.0	0.98	–35.7	<0.1	–50.5	0.1	18.7	0.55
Климовский	0.82	0.63	>100	<0.1	19.3	0.78	н. д.1
Клинцовский	0.82	0.63	–28.9	<0.1	23.8	0.42	24.8	0.38
Красногорский	2.0	0.81	>100	<0.1	–21	0.25	–17.8	0.1
Новозыбковский	1.0	0.87	–10.3	0.71	10.5	0.66	>–100	<0.1
Стародубский	н. д.1		6.2	0.43	–19.2	0.1	18.7	0.93

¹н. д. – нет данных.

⁴Экспоненциальный рост содержания ¹³⁷Cs в культурах описывается периодом полуснижения со знаком минус.

 

Мониторинг содержания ¹³⁷Cs в зеленых кормах (табл. 4) был начат только в 1996 г., поэтому периоды полуснижения рассчитывались для временного интервала с 1996 до 2006 г. и далее для временных промежутков, учитываемых при оценке периодов полуснижения для других видов кормов.

 

Таблица 4. Периоды полуснижения К_п ¹³⁷Cs в зеленые корма в юго-западных районах Брянской области

Table 4. Half-lives of ¹³⁷Cs T_ag values in green fodder in the southwestern districts of the Bryansk region

Районы	T 21/2, лет	R2	T 31/2, лет	R2	T 41/2, лет	R2
Гордеевский	–16.5	0.3	>100	0.4	–12.1	0.8
Злынковский	26.7	0.2	2.1	0.84	–29.2	0.8
Климовский	24.5	0.54	43.3	0.21	10	0.99
Клинцовский	4.1	0.76	26.7	0.59	3.0	0.85
Красногорский	49.5	0.18	21.7	0.23	–25.8	0.45
Новозыбковский	8.9	0.62	21.6	0.38	–55.8	0.15
Стародубский	46.2	0.24	26.7	0.36	–57.7	0.002

 

В первый период после аварии T_1/2 содержания ¹³⁷Cs в сене и сенаже, рассчитанные по данным, относящимся к различным районам, довольно близки и находятся в интервале от 0.73–0.75 лет (сенаж в Злынковском и Новозыбковском районах) до 2.0 лет (сено в Гордеевском районе). В целом эти периоды полуснижения длиннее периодов, рассчитанных для продукции растениеводства, что связано с тем, что агрохимические мероприятия могли проводиться на всей площади пахотных земель, в то время как мероприятия, проводимые на сенокосах и пастбищах, должны были учитывать необходимость использования значительной доли кормовых угодий для организации кормления животных. Вследствие этого они проводились только на части кормовых угодий, и более высокая эффективность культуртехнических мероприятий компенсировалась ограничением площадей, на которых было возможно их проведение.

Во второй период (с 1993 до 2006 г.) уменьшение содержания ¹³⁷Cs во всех видах кормовых культур сильно замедлилось, при этом во многих районах была отмечена тенденция к увеличению К_п (рис. 3, а). В первую очередь это связано с тем, что довольно низкие уровни содержания радиоцезия в кормах были достигнуты в результате проведения культуртехнических мероприятий, включающих внесение удобрений, применение мелиорантов, подбор травосмесей, которые сохраняют эффективность в течение 4–6 лет после проведения. В то же время примерно двухкратное снижение поступления радионуклидов в растения сохраняется, также как и эффект сорбции цезия почвенно-поглощающим комплексом, который зависит от времени после выпадений и обычно описывается двухкомпонентной экспоненциальной зависимостью. Следует отметить, что в некоторых районах мероприятия проводились и после 1993 года, в этом случае отмечалось дальнейшее снижение содержания ¹³⁷Cs в кормовых культурах, а увеличение К_п после прекращения проведения мероприятий наблюдалось позже (рис. 3, б).

 

Рис. 3. Динамика содержания коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в корма Новозыбковского района Брянской области. а – сено, б – силос, в – зеленые корма.

Fig. 3. Dynamics of ¹³⁷Cs aggregated transfer factor values to fodder of Novozybkovsky district, Bryansk region. a – hay, b – silage, c – green fodder.

 

В третий период (период внедрения мероприятий ФЦП) динамика снижения коэффициентов перехода в различных районах значительно отличалась, при этом наблюдалось как сильное уменьшение К_п в районах, в которых проведение мероприятий было существенным, так и рост К_п в районах, где оно было незначительным. После заметного сокращения поголовья скота в районах, подвергшихся загрязнению после аварии, в качестве защитного мероприятия применялся массовый перевод животных на окультуренные пастбища и сенокосы на пашне. В этом случае после периода роста К_п в силу причин, описанных выше, отмечалось одномоментное 2–3-кратное снижение загрязнения кормов, используемых для животных, после которого рост коэффициентов перехода продолжился (рис. 3, в).

В заключительный период, после прекращения эффекта мероприятий, проводимых в рамках Федеральной целевой программы, во всех районах, за исключением Красногорского, наблюдалось либо медленное снижение К_п, которое определялось сорбцией ¹³⁷Cs в почве, либо рост коэффициентов перехода, определяемый снижением во времени эффективности мероприятий, достигнутой в период внедрения мероприятий ФЦП.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИНАМИКИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕХОДА В КОРМОВЫЕ КУЛЬТУРЫ

Данные по динамике коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в сено, сенаж, силос и зеленые корма представлены на рис. 4. На этих же рисунках показаны значения коэффициентов перехода из почвы в растения, которые приведены в рекомендациях по ведению сельского хозяйства на загрязненных территориях, изданных в 1986–2006 гг. Значения К_п, рекомендованные для прогнозирования поступления ¹³⁷Cs в продукцию, даны для почв, отличающихся по механическому составу.

 

Рис. 4. Динамика коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в кормовые культуры на протяжении 35 лет после аварии на Чернобыльской АЭС. Сплошные линии представляют собой значения К_п, рекомендованные для соответствующего периода времени после аварии.

Fig. 4. Dynamics of ¹³⁷Cs aggregated transfer factor values to fodder during 35 years after the Chernobyl accident. The solid lines represent the T_ag values recommended for the relevant time period after the accident.

 

Корма для сельскохозяйственных животных являются конечным продуктом, и для их производства используются различные кормовые культуры. Для заготовки зеленой массы растений или приготовления сена или сенажа могут использоваться как естественные травы, так и многолетние травы, содержащие различные доли бобовых и злаковых растений. Вследствие этого на рис. 4 показан диапазон рекомендованных значений коэффициентов перехода, используемых для приготовления каждого из рассматриваемых видов кормов.

Для периода с 1986 по 1991 г. эти значения были оценены на основе данных, полученных при мониторинге загрязнения продукции животноводства в зоне аварии на Южном Урале [19]. В рекомендациях, изданных с 1991 по 2005 г., значения коэффициентов перехода уточнялись на основе информации, полученной в регионе аварии на Чернобыльской АЭС [20–21].

Рекомендуемые значения коэффициентов перехода в этих документах были предложены для почв различного механического состава, что позволяло уточнить прогнозируемые значения с учетом характеристик почв загрязненных регионов. Для сравнения с данными настоящей работы рекомендованные значения перехода, приведенные в работах [19–21], были пересчитаны на основе информации о почвенных характеристиках юго-западных районов Брянской области, приведенных в работе [18].

Обобщенные данные по коэффициентам перехода ¹³⁷Cs из почвы в кормовые растения могут описываться как четырех-, так и трехкомпонентной экспоненциальной моделью, где третий период полуснижения К_п включает период проведения мероприятий ФЦП. Периоды полуснижения К_п для этого интервала времени находятся в диапазоне от 16.1 года до 28.9 лет. В качестве иллюстрации на рис. 4, г (зеленые корма) приведены периоды полуснижения, рассчитанные отдельно для периода проведения мероприятий в рамках ФЦП и последующего периода (оба более 100 лет). Однако средний период полуснижения для периода времени, объединяющего эти два интервала времени, составляет 16.1 года. Приведенные данные иллюстрируют потенциальные ошибки, которые могут быть сделаны при использовании средних данных по динамике К_п для прогнозирования радиологической обстановки в АПК в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС.

Представленные данные показывают обобщенную динамику К_п в кормовые культуры в загрязненных районах Брянской области и отражают влияние всех факторов, влияющих на динамику этого показателя. Так же, как и в большинстве районов, быстрое снижение К_п, определяемое интенсивным применением реабилитационных мероприятий, сопровождалось замедлением снижения коэффициентов перехода после первых 5–7 лет после аварии. В этот период укладывается разовое проведение коренного или поверхностного улучшения и его последействие. Отмеченные закономерности видны и из анализа данных, относящихся к периоду времени после завершения ФЦП, когда проведение мероприятий (и соответствующее снижение К_п в период их проведения) сопровождается замедлением снижения К_п в последующий период.

Следует отметить отличие в динамиках снижения К_п ¹³⁷Cs в кукурузу (на силос) и в другие кормовые культуры. Это связано с тем, что мероприятия на пахотных угодьях в рамках ФЦП не проводились, что и предопределило отсутствие для динамики К_п ¹³⁷Cs в кукурузный силос закономерностей, отмеченных выше.

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РЕАБИЛИТАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА СНИЖЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР

Проведение защитных и реабилитационных мероприятий в районах, подвергшихся загрязнению после чернобыльской аварии, оказало существенное влияние на изменение содержания ¹³⁷Cs в кормовых культурах. Результаты, приведенные на рис. 4, отражают динамику К_п на всей территории Брянской области, подвергшейся загрязнению, включая территории с различными уровнями загрязнения и объемами проведения мероприятий. Выделение и индивидуальный анализ данных, относящихся к зонам с различными уровнями загрязнения – менее 185 кБк/м² между 185 и 555 и более 555 кБк/м², позволяют получить оценку эффективности мероприятий, проведенных в зонах, реабилитационные мероприятия в которых отличались.

На сельскохозяйственных угодьях с плотностью загрязнения менее 185 кБк/м², которые составляют около 30% для 6 наиболее загрязненных районов Брянской области, продукция в основном соответствовала нормативам. На этих угодьях районированные культуры и злаковые травосмеси возделывались по общепринятым технологиям для данной почвенно-климатической зоны. Вследствие этого можно предположить, что динамика коэффициентов перехода в зоне с плотностью выпадений менее 185 кБк/м² (рис. 5) была наиболее приближена к естественной динамике К_п в кормовые культуры. Первые периоды полуснижения, рассчитанные для сена и сенажа, совпадают и равны 1.1 года, а T_1/2 для силоса эта величина – 2.1 года, примерно в 2 раза больше. Вторые периоды для сена и сенажа также довольно близки (15.6 и 16.9 г.), тогда как второй период полуснижения К_п ¹³⁷Cs в силос и зеленые корма существенно длиннее – 23.9 и 26.7 лет. Эта информация, иллюстрирующая закономерности естественного снижения К_п в кормовые культуры, существенно дополняет имеющиеся в литературе аналогичные данные, полученные в других регионах [22–26].

 

Рис. 5. Динамика коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в кормовые культуры в зоне с плотностью загрязнения менее 185 кБк/м². а – К_п в сено и сенаж, б – К_п в силос и зеленые корма (массу).

Fig. 5. Dynamics of ¹³⁷Cs aggregated transfer factor values to fodder in the zone with contamination density less than 185 kBq/m². a – T_ag to hay and haylage, b – T_ag to silage and green fodder.

 

В зоне с плотностью выпадений ¹³⁷Cs от 185 до 555 кБк/м² широко проводились культуртехнические мероприятия на лугах. Неокультуренные пастбища и сенокосные угодья суходолов подлежали поверхностному и коренному улучшению по технологиям, рекомендованным для данных почвенно-климатических условий с учетом плотности загрязнения почвы ¹³⁷Cs. В зоне с плотностью загрязнения ¹³⁷Cs выше 555 кБк/м² проведение защитных мероприятий было обязательным. На пахотных угодьях рекомендуемые для этой зоны дозы внесения фосфорных и калийных удобрений были увеличены в 1.5–2.0 раза. Проводилось известкование кислых почв. На сенокосах и пастбищах (суходольные луга) было проведено коренное улучшение с внесением повышенных, до 1.5–2.0 раз по сравнению с утвержденными нормативами, доз фосфорных и калийных удобрений.

Отношения между коэффициентами перехода, которые можно определить как факторы снижения К_п в результате проведения мероприятий, рассчитывались для каждого вида кормов и каждого года после аварии (рис. 6). Кроме отношений между К_п, характеризующими поступление ¹³⁷Cs в кормовые культуры в зонах с плотностью выпадений менее 185 и более 555 кБк/м², были рассчитаны аналогичные отношения для зон с плотностями между 185 и 555 кБк/м² и выше 555 кБк/м², в которых реабилитационные мероприятия проводились более интенсивно по сравнению с территориями с более низкими уровнями загрязнения.

Рассчитанные отношения характеризуются значительной вариабельностью, что может быть связано с колебаниями К_п вследствие погодных условий, а также с неопределенностями, связанными с отбором и измерением проб. Кроме того, эффективность мероприятий отличалась в различные периоды времени после аварии. Вследствие этого для оценки тенденций в изменении эффективности проведения мероприятий в зонах с различной плотностью выпадений использовался метод скользящего среднего. Из данных рис. 6 видно, что максимальный эффект от применения реабилитационных мероприятий, т. е. снижение коэффициентов перехода до 3 раз, достигался в первые годы после чернобыльской аварии, в последующем эффект от проведения мероприятий снижался, а второй пик эффективности контрмер достигался в период проведения мероприятий ФЦП (рис. 6).

 

Рис. 6. Динамика снижения К_п ¹³⁷Cs в корма в результате проведения мероприятий. Сплошные линии показывают среднее снижение К_. за 35 лет. а – сено, б – сенаж, в – силос, г – зеленые корма.

Fig. 6. Dynamics of T_ag ¹³⁷Cs to animal feeds as a result of countermeasure application. The solid lines show the average T_ag reduction over 35 years. a – hay, b – haylage, c – silage, г – green fodder.

 

Эффективность мероприятий, направленных на снижение перехода ¹³⁷Cs в сено, колебалась от 1.1 до 2.2, в сенаже от 1.4 до 5.1, в силосе от 1.1 до 2.4. Данные для зеленых кормов охватывают интервал времени с 1996 до 2021 г. В этот период интенсивность мероприятий колебалась в интервале от 1.0 до 1.9. Средние значения этого показателя составили 1.52±0.3, 2.9±0.9, 1.47±0.24 и 1.38±0.27 для сена, сенажа, силоса и зеленых кормов соответственно. Полученные данные имеют важное значение для оценки радиологической эффективности контрмер, использованных в сельском хозяйстве после аварии на Чернобыльской АЭС, поскольку позволяют оценить снижение коллективной дозы от употребления продукции животноводства и соотнести этот показатель с затратами на проведение мероприятий.

Другим важным выводом является то, что эффект по критерию снижения загрязнения продукции животноводства в зонах с плотностью выпадений 185 и 555 кБк/м² практически не отличался от эффекта применения реабилитационных мероприятий на территориях с плотностью загрязнения сельскохозяйственных угодий выше 555 кБк/м². Это показывает, что мероприятия, проведенные в зонах с плотностью выпадений 185 и 555 кБк/м², были достаточны для обеспечения устойчивого ведения кормопроизводства на загрязненных территориях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ динамики изменения коэффициентов перехода позволил выделить четыре интервала времени после аварии на Чернобыльской АЭС, когда темпы поступления ¹³⁷Cs в кормовые культуры существенно отличались, включая острый период после аварии, когда мероприятия проводились в максимальных масштабах; второй период, когда объемы реабилитационных мероприятий резко снизились; третий (с 2006 до 2016 г.), когда на динамику снижения в ряде районов оказывали влияния мероприятия ФЦП и четвертый период (с 2016 до 2021 г.), когда объемы проведения реабилитации сельскохозяйственных угодий опять существенно уменьшились. Прекращение или снижение объемов проведения защитных мероприятий может привести к замедлению темпов снижения или даже к росту К_п, поскольку уменьшение эффективности реабилитационных мероприятий не может быть полностью компенсировано сорбцией радиоцезия в почве. Вследствие этого снижение объемов применения контрмер должно быть обосновано на основе сопоставления динамики последействия мероприятий, с учетом сорбции ¹³⁷Cs почвенно-поглощающим комплексом, а также с учетом радиолого-экономической необходимости проведения реабилитации сельскохозяйственных угодий.

БЛАГОДАРНОСТИ

Данные исследования выполнены в рамках фундаментальных и прикладных исследований по Программе деятельности Федерального государственного бюджетного учреждения “Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” на 2023–2027 годы (комплексная тема 5П.7. «Прикладные генетические и биотехнологические исследования для сельского хозяйства»). Авторы выражают свою признательность рецензентам за тщательное прочтение рукописи и ценные замечания.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов при выполнении работы и подготовки данной статьи.

 

¹ В англоязычной литературе этот параметр имеет название «агрегированный коэффициент перехода» – T_ag.

² Данные таблицы 1 эти площади не включают.

³ С 1959 до 1988 г. был в составе Новозыбковского района.

Авторлар туралы

Sergey Fesenko

NRC “Kurchatov Institute” — Russian Research Institute of Radiology and Agroecology

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: Corwin_17F@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1238-3689
Ресей, Obninsk

Pyotr Prudnikov

Bryaynsk Center of Chemistry and Agricultural Radiology

Email: agrohim32@mail.ru
Ресей, Bryansk

Nizametdin Isamov

NRC “Kurchatov Institute” — Russian Research Institute of Radiology and Agroecology

Email: nizomis@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5799-4964
Ресей, Obninsk

Evgeniya Emlyutina

NRC “Kurchatov Institute” — Russian Research Institute of Radiology and Agroecology

Email: janefesenko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8660-8679
Ресей, Obninsk

Igor Titov

NRC “Kurchatov Institute” — Russian Research Institute of Radiology and Agroecology

Email: titan13_08@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5275-3229
Ресей, Obninsk

Olga Shubina

NRC “Kurchatov Institute” — Russian Research Institute of Radiology and Agroecology

Email: olgashu76@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3055-9473
Ресей, Obninsk

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар