Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Физико-химическое состояние радионуклидов в воде, почве и кормах
Радионуклиды в почве, воде и кормах могут находиться в разных состояниях. Так в почве выделяют водорастворимую, обменную, необменную и крепкосвязанную необменную формы. Под водорастворимой понимают ту часть радионуклидов, которая экстрагируется из почвы дистиллированной водой. Радионуклиды в обменной форме экстрагируются 1 н. (нормальным) раствором ацетата аммония, в необменной форме - 6 н. раствором соляной кислоты. Радионуклиды в необменной крепкосвязанной форме способны экстрагироваться только смесью плавиковой и азотной кислот. Среди этих форм наибольшую роль выполняют первые две, поскольку они способны усваиваться растениями и, затем, мигрировать по биологической цепочке. Каждый из радионуклидов присутствует в почве в водорастворимой, обменной и необменной формах одновременно, однако соотношение между этими формами для разных радионуклидов существенным образом различается, т.к. в почве радионуклиды находятся в разном физико-химическом состоянии. Биологическая подвижность радионуклидов (способность мигрировать по пищевым цепочкам) зависит, с одной стороны, от их физико-химических свойств, а с другой стороны, от свойств самой почвы, среди которых решающее значение играют ее тип, минеральный состав, кислотность, содержание органических веществ, увлажненность, продолжительность ее использования в агроэкосистемах и т.д. Наибольшей доступностью для растений обладает стронций, который на 73,7 % в глобальных выпадениях находится практически полностью в водорастворимой форме, Большое влияние на доступность радионуклидов в растения из почв оказывает кислотность и наличие обменных катионов – элементов-носителей. Чем больше в ней элементов-носителей, тем меньше биологическая подвижность радионуклидов, и наоборот. Подкисление почв приводит к увеличению доступности радионуклидов для растений. Практически весь радиоактивный стронций находится в почве в подвижной форме (до 98 %), тогда как основная часть цезия сорбируется в почве достаточно крепко и лишь 1 % его может переходить в водную вытяжку и меньше одной трети - в раствор ацетата аммония. Количество водорастворимого стронция больше в почве с низким рН и минимальным содержанием обменного Са+2. Со временем обменно-связанные радионуклиды могут превращаться в слаборастворимые соединения - фосфаты и карбонаты, вследствие чего их миграционная способность может снизиться. В почве При увеличении в почве концентрации анионов фосфорной, серной и угольной кислот сорбция стронция возрастает в результате образования труднорастворимых соединений с этими анионами. Глинистыми минералами почв может быть сорбировано до 99 % Попав в почву, радионуклиды способны мигрировать в горизонтальном и вертикальном направлениях, причем способность разных радионуклидов к миграции сильно варьирует. При глобальном загрязнении цезием дерново-подзолистих песчаных почв в период дочернобыльськой катастрофы около 40 % его находилось в верхнем 4-сантиметровом пласте. Другие 60 % довольно равномерно распределялись глубже по профилю. Это свидетельствует о сравнительно интенсивной миграции На загрязненных чернобыльскими выбросами почвах в зависимости от их типа существенным образом различаются формы поступления радионуклидов. Например, в дерново-подзолистых почвах в обменной форме находится до 20 % общего количества цезия. В почвах других типов в обменной форме его находится в 1,5...2 раза меньше. Но на сильно кислых легких грунтах относительное содержаниецезия, доступное для растений, достигает 35...40 %. На дерново-подзолистых почвах, которые продолжительно используются, при прочих равных условиях подвижность В дерново-подзолистых супесчаных грунтах Полесья, бедных слюдяными минералами, до 70 % В почвах, обогащенных органическими веществами (почвы естественных низменных болотных экосистем), цезий способен проникать на большую глубину (70...90 см), хотя через 6 лет после аварии на ЧАЭС в верхнем 5-сантиметровом пласте его все же содержалось до 89 %. Микроорганизмы почв снижают подвижность радионуклидов в биологическом кругообороте. Они могут связывать до 60 % По профилю почв естественных экосистем Через 10 лет после чернобыльской катастрофы в естественных экосистемах 80...90 % радионуклидов находится в пласте почв толщиной 0...10 см. Радиационно-экологическая обстановка на загрязненных территориях изменяется в основном в результате естественного радиоактивного распада, вторичного ветрового перенесения и вертикальной миграции. При этом происходит загрязнение чистых территорий сельхозпродукцией, техникой, животными, в частности птицами, и т.д. Радионуклиды, которые попали в растения, распределяются в них по-разному. Одни концентрируются в корнях, другие - в надземной части растений, преимущественно в стеблях, листьях и семенах. Причем в растениях они находятся в виде подвижной фракции (реализуемой) и связанной со структурно-функциональными компонентами. Чем больше в растениях свободной фракции радионуклидов, тем более они доступны для усвоения организмом моногастрических животных животных. Для полигастрических вследствие особенностей их пищеварения эти взаимоотношения намного более сложные. Например, в растениях 50...80 % радиоактивного стронция, который поступил, связано с гемицеллюлозой и крахмалом, 6...40 % находится в легкорастворимой форме и менее 10 % связано с клетчаткой и другими компонентами. Цинк в кормах, богатых фитатами и представленный в форме кальций-цинк-фитата, очень тяжело усваивается. Радиоизотопы таких микроэлементов, как Сu, Со, I, Fе и Мn, могут находиться в кормовых продуктах в форме металлоорганических или хелатных комплексов, стабильность которых существенным образом сказывается на всасывании элементов. Естественно, что металлы из хелатов, обладающих меньшей стабильностью, всасываются лучше. Состояние и обмен радионуклидов в органах и тканях животных зависит от многих причин, в том числе и от их физико-химических свойств, среди которых важная роль принадлежит их способности к комплексообразованию и взаимодействию с тканевими структурами. Такие элементы, как стронций и кальций, не владеют сильно выраженной комплексообразующей способностью (М.О. Корнеев, А.М. Сироткин). В крови они находятся преимущественно в форме лабильно связанных с белками структур; при этом 45Са и 90Sr, несмотря на их химическую близость, связываются белками сыворотки крови в разных количествах. Кальция, связанного в крови белками, приблизительно в 2 раза больше, чем стронция. Кроме того, выявлена специфика распределения радионуклидов по отдельным белковым фракциям сыворотки крови. В крови 0,3 % 90Sr связано с лимонной кислотой, а основное его количество находится в форме катиона. Наоборот, представители редкоземельных элементов 91Y (иттрий) и 144Се (церий) характеризуются достаточно сильно выраженной способностью к комплексообразованию и фиксации белками. Так, приблизительно 2 % 91Y оказывается в крови в комплексе с лимонной кислотой. При этом увеличение концентрации лимонной кислоты (до 0,003 г) приводит к прочному соединению радионуклида (до 10 %) с органической кислотой. Тем не менее, крепкой химической связи 91Y и 144Се с белками сыворотки крови не наблюдается. 210Ро в крови соединяется с эритроцитами (92 %), и 4 % его связано с лейкоцитами. При этом 96 % полония содержится в эритроцитах и связано с гемоглобином. Такие радионуклиды, как 22Nа, 42К, 137Сs, практически не связаны белками в сыворотке крови, радионуклиды 91Y и 144Се находятся в основном в глобулиновой фракции (больше 99 %), а 45Са и 90Sr (33,0 и19,7 %) - в альбуминной. При этом 91Y связывается преимущественно бета-глобулинами, 144Се - альфа-глобулинами, а в альбуминах оба элемента практически отсутствуют. Електрофоретические исследования сыворотки крови показали, что 140La связанный в основном альфа-глобулинами, 46Sс - с бета-глобулинами плазмы. Белок крови, которая связывает железо (трансферин), - главный белок, транспортирующий Ри+4 у млекопитающих. В противоположность этому связь Аm+3 и Сm+3 с сывороточными белками слабая и неспецифичная. После внутривенного введения 14Мn и 59Fе на 80 и 90 % соответственно оказываются связанными с белками плазмы крови, а 106Ru, 144Се и 239Рu - практически полностью. Чем выше способность радионуклидов образовывать комплексы с белками, тем меньшая часть элементов переходит из организма матери через плацентарный барьер в организм плода. При взаимодействии с химическими элементами белки могут их восстанавливать или окислять, адсорбировать своей поверхностью или образовывать сложные комплексы. Разные белки по-разному связывают один и тот же элемент. Например, соединение меди с альбуминами, трансферином и бета-глобулинами легко диссоциируют, а с церулоплазмином образуют крепкие комплексы. Цинк циркулирует в крови в двух формах: слабо связанной альбуминами и крепко связанной альфа-глобулинами. Изменение температуры не оказывает существенного влияния на связь 47Са, 85Sr, 133Ва и 226Pu, а увеличение рН значительно смещает равновесное состояние в сторону укрепления связи. Быстрый выход из крови редкоземельных элементов объясняется, вероятно, тем, что их простые соли в крови находятся в виде коллоидных частичек или белковых комплексов, которые быстро захватываются ретикулоэндотелиальными клетками. Железо относится к важнейшим микроэлементам, которые владеют каталитическими функциями. Вследствие этого изучение физико-химического состояния железа в органах и тканях растений и животных привлекло пристальное внимание. Транспорт железа в животном организме осуществляется путем соединения его со специальным белком - трансферином,. Каждая молекула трансферина способна связать два иона Fе, определяя общую железосоединяющую способность сыворотки крови. Изучение комплексообразования радионуклидов с тканевыми белками показало похожесть его с белками сыворотки крови. Радионуклиды щелочных металлов не связываются белками печени, почек, мышц, а 144Се и 91Y почти полностью (> 99 %) могут быть связаны тканевыми белками. Нуклиды 45Са, и особенно 90Sr, оказываются главным образом в альбуминной фракции тканевых белков (15...24 %), 91Y и 144Се - в глобулиновой (78...92 %). Способность белков сыворотки крови и тканей связывать радионуклиды образовывает следующий специфический ряд: 22Nа = 137Сs = 40К< 90Sr < 45Са < 91Y = 144Се. Иттрий и церий в отличие от стронция связывается главным образом органическим матриксом кости, а не минеральной фракцией. Иттрий и церий, связанные декальцинированным органическим веществом кости, не берут участия в обмене кальция, или это участие весьма незначительное. Введенный в организм 144Се быстро проникает в костную ткань, и свыше 90 % его откладывается в коллагеновых волокнах кости, 91Y, 144Се и 170Тm связываются в костной ткани в основном минеральной фракцией. Опыты по изучению поведения в печени 106Ru показали, что уже через 3 часа после введения радионуклида он практически полностью связывается белком. Через сутки после поступления 106Ru в организм он образовывает связи с белками всех выделенных фракций. При этом наибольшее количество его оказывается в альбуминах (35,0 ± 5,8 %) и глобулинах (29,0 ± 4,3 %). В псевдоглобулинах, фервитине и плохо растворимых белках в этот период содержится приблизительно одинаковое количество радионуклида (11...14%). В более поздние сроки наблюдения в результате неодинаковой скорости вывода 106Ru наблюдается перераспределение его между белковыми фракциями. Сравнительные исследования взаимодействия плутония (Рu+4), америция (Аm+3) и кюрия (Сm+3) с белками сыворотки разных видов млекопитающих и другими тканевыми структурными компонентами (сиалопротеины кости, хондроитин сульфат, растворимый коллаген, трансферин человека, бычий гамма-глобулин) свидетельствуют о том, что Рu+4 связывается с белками значительно крепче, чем Аm+3 или Сm+3. В клетках печени, семенников, надпочечных желез все три элемента связываются с лизосомными структурами. Рu+4 способен крепко связываться с белками костной ткани близ клеток на эндостальной поверхности, которые могут быть одним из факторов, ответственных за большую остеосаркомогенную активность Рu+4. В первые 6...12 часов после введения животным 239Рu очень быстро и выборочно концентрируется в печени, интенсивно связываясь с фервитином (около 63 %). В целом в белки и нуклеиновые кислоты включается 92 % общего количества плутония, который концентрируется в печени, образовывая с ними довольно стойкие комплексы. Плутоний обладает наибольшей родственностью к альбуминам и глобулинам, которая почти в 10 раз выше, чем родство к коллагену, и связывается он преимущественно с карбоксильными группами белков. Екскретируется 239Рu в значительных количествах с желчью, на 75 % находясь в ней в свободном состоянии (О. М. Сироткин). Цезий в костной ткани локализуется на поверхности кристаллов, не включаясь в кристаллические решетки, поэтому процесс варки костной ткани в составе мяса рыбы и животных содействует переходу (до 70...80 %) радионуклида в бульон. Итак, в случае загрязнения мяса животных и рыб 137Сs можно существенным образом понизить поступление радионуклида в рацион человека, удаляя бульон. При оценке физико-химического состояния стронция в молоке коров оказалось, что он подобно кальцию на 70...80 % связан с казеином, и около 20 % его приведено в виде формы, которая фильтруется. Причем стронций связан с казеином молока прочнее, чем кальций. В крови же характер связи этих ионов имеет противоположную направленность.
Рис. 8.1. Пути миграции радиоактивных веществ к организму человека.
Перенос питательных веществ между трофическими уровнями называют пищевой цепочкой. В природе пищевые цепочки не изолированы одна от одной, а тесно переплетены и образовывают сложную разветвленную сеть, которую называют пищевой сетью. Механизмы, с помощью которых растения и животные получают необходимые для их роста неорганические вещества из почвы, аналогичны тем механизмам, с помощью которых радионуклиды поступают в биологические системы. Таким образом, естественные и искусственные радионуклиды стабильных химических элементов также циркулируют в биосфере по характерным биологическим цепям, проникая из внешней среды в организмы, а потом снова возвращаясь во внешнюю среду. Закономерности перехода радионуклидов в трофических цепочках и сетях сельскохозяйственных животных изучены еще недостаточно. Так, не обобщены результаты радиоэкологических исследований по изучению механизмов миграции радионуклидов по пищевым цепочкам, которые ведут к сельскохозяйственным животным, и метаболизму их в организме при разных путях поступления. Различают корневой и некорневой пути поступления радионуклидов у растения. В случае корневого поглощения радионуклидов растениями интенсивность включения их в процессы миграции по биологическим цепочкам определяется типом почвы и физико-химической природой элемента. Скорость и размеры корневого усвоения радионуклидов растениями определяется растворимостью радиоактивных веществ, физико-химическими свойствами почв и физиологическими особенностями растений. Поскольку радионуклиды разных элементов сорбируются почвопоглощающим комплексом неодинаково, то и перенесение их из почвы в растения происходит неодинаково. Накопление радионуклидов сильно зависит от типа почв. Хуже они всасываются из сероземов и черноземов, а лучше всего из торфоболотистых и легких почв (песчаные и подзолистые), черноземы и луго-карбонатные почвы занимают промежуточное положение. При некорневом пути поступления более подвижным является При корневом поступлении наболее подвижным является По корневому пути из почвы во все последующие годы после выпадения радионуклидов происходит загрязнение грибов, ягод, дикорастущих плодов, лечебных и кормовых растений. В луговых почвах радионуклиды адсорбированы в пласте дернины глубиной 0,5 см; миграция их по профилю почвы происходит весьма медленно. На лугах, загрязненных чернобыльскими выбросами, после распада короткоживущих радионуклидов радиоактивность обусловливается в основном радионуклидами У травянистых видов идет значительное накопление изотопов цезия и стронция. При содержании За счет корневого поступления в основном происходит накопление радионуклидов и в дереве. Так, через 6 лет после чернобыльских выпадений содержание радионуклидов в дереве возросло в 5...15 раз. По способности к накоплению растениями радионуклиды образовывают ряд: Большинство искусственных радионуклидов прочно сорбируется почвенным поглощающим комплексом и включается в биологический кругооборот в сравнительно небольших количествах. Исключение представляют Из большинства типов почв поступление Из растворов поглощение корнями растений радионуклидов происходит в больших количествах, чем из почв. По интенсивности поступления из водных растворов в растения пшеницы радионуклиды располагаются в следующем порядке: Поскольку фиксация радионуклидов почвенно-поглощающимся комплексом происходит не одновременно, а растянуто во времени, доступность их растениям снижается постепенно. В первый год попадания в почву Наибольшей способностью накапливать Поскольку накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных растений определяется концентрацией их в почве и биологической доступностью, коэффициенты пропорциональности для разных культур неодинаковые. При поверхностном загрязнении естественных кормовых культур одним Напомним, что под стронциевой единицей понимают отношение активности Поглощение радионуклидов растениями из почвы зависит также от ее состава. Почвы тяжёлого гранулометрического состава отличаются большей поглощающейся способностью, чем легкие. Важное влияние на переход из почвы в растения
8.3.1.2. Поступление радионуклидов в продукцию животноводства и птицеводства 8.3.1.2.1. Поступление радионуклидов в мясо-молочную продукцию животноводства
При пастбищном содержании и кормлении коров поступление изотопов в молоко происходит наиболее интенсивно, особенно в условиях внешнего загрязнения растений. При среднем уровне травостоя корова в сутки потребляет корм со 160 м2 пастбища. В таких условиях максимальная концентрация Прогнозируемое поступление радионуклидов в корма, молоко и мясо можно определить по формуле:
где животноводства, Бк/кг (Бк/л);
месяц, Бк/кг)/(Бк/м2) ((Бк/л) /(Бк/м2));
Бк/м2. Поскольку содержимое радионуклидов в продукции животноводства находится в прямой зависимости от содержимого их в растениях и почвах, то для составления прогноза возможного поступления радионуклидов в рационы животных необходимо иметь в своем распоряжении количественные характеристики, которые связывают концентрацию радионуклидов в почвах, кормах и продукции животноводства (табл. 12.1.). Эта связь осуществляется с помощью коэффициента перехода, под которым понимают отношение содержания радионуклида в каждом дальнейшем звене пищевой цепочки к предыдущей. По отношению к дерново-подзолистым и торфяно-песчаным почвам коэффициент перехода
Таб. 8.1. Коэффициенты перехода
При хроническом поступлении с кормом Усвояемость организмом радиоактивного цезия из смешанного рациона выше, чем из сенного, вследствие разной степени его доступности. При одинаковом содержании Содержимое щелочных и щелочноземельных радионуклидов в мышечной и костной тканях выше, чем в получаемом от этих животных молоке. Это особенно характерно для Для звена почва-молоко по интенсивности перехода радионуклиды располагаются в следующей последовательности: калий > кальций > цезий = стронций.
8.3.1.2.2. Поступление радионуклидов в яйца кур-несушок
При попадании с кормом курам-несушкам радионуклидов их переход в компоненты яйца и в яйцо в целом не зависит от сезона года. Неравномерно и распределение радионуклида по компонентам яйца. Так, при попадании с кормом курам-несушкам 131J через 6 суток наступает состояние экологического равновесия между поступлением и выделением его с яйцом. К этому сроку выделения радионуклида с одним яйцом достигает максимального значения - 8 % суточного поступления, которое в 4,7...6,6 раза меньше чем Во время поступления курам-несушкам Распределение радионуклида по компонентам яйца также неравномерное. Концентрация Переход радиоактивных продуктов из корма в компоненты яйца и в яйцо в целом не зависит от сезона года. Переход важнейших радиоактивных продуктов нейтронной активации из корма в яйцо кур имеет свои особенности. Хроническое оральное поступление Date: 2016-08-31; view: 1524; Нарушение авторских прав |