Научтруд
Войти

ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В ПОЧВАХ РОССИИ И ФОСФАТНЫХ РУДАХ ПЛАНЕТЫ

Научный труд разместил:
Oghmalune
21 августа 2020
Автор: Орлов Павел Михайлович

SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX УДК 631.4:502.76

DOI: 10.24411/2587-6740-2020-14074

ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В ПОЧВАХ РОССИИ И ФОСФАТНЫХ РУДАХ ПЛАНЕТЫ

П.М. Орлов, В.Г. Сычев, Н.И. Аканова

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова», г. Москва, Россия

Рассмотрены соотношения в радиоактивных семействах тяжелых естественных радионуклидов (ЕРН) и дочерних продуктов их распада в почве. На основании данных локального мониторинга агрохимической службы РФ за 2016 г. приведены средние значения и стандартные интервалы содержания 226Ra, 232Th и 40К в почвах страны. Среднее содержание 226Ra составляет 21,6 Бк/кг, стандартный интервал 11-32 Бк/кг; 232Th — 29,2 и 19-40 Бк/кг; 40К — 490 и 340-640 Бк/кг соответственно. Эти параметры входят в типичные интервалы содержания названных радионуклидов, характерных для планеты. Рассчитаны аналогичные параметры, характеризующие содержание ЕРН в основных типах почв и в почвах различного гранулометрического состава России. Обсуждено значение пары 210Pb + 210Po в загрязнении почв и сельскохозяйственных растений при аномально высоком загрязнении почв 226Ra. Оценено стандартное содержание 238U, 226Ra и 232Th в фосфатной руде основных месторождений планеты. Среднее содержание 238U составляет 1070 Бк/кг, стандартный интервал 20-2120 Бк/кг, 226Ra — 1030 Бк/кг, <2160 Бк/кг соответственно. Содержание 232Th в фосфатной руде значительно ниже и находится в интервале 8-80 Бк/кг, со средним значением 36 Бк/кг. Эти параметры удовлетворяют требованиям норм радиационной безопасности. При высоких уровнях загрязнения почвы 226Ra отмечается необходимость проведения агромелиоративных мероприятий по снижению перехода 226Ra и продуктов его распада 210Pb + 210Po в сельскохозяйственные растения путем внесения в почву известковых материалов, фосфорных удобрений, зол и шлаков с повышенным содержанием оксидов магния и кальция.

Радионуклиды природного происхождения содержатся в объектах окружающей среды, их излучение создает естественный радиационный фон планеты. Значения суммарных доз облучения населения природными источниками ионизирующего излучения являются важнейшей характеристикой радиационной обстановки в регионе. Формирование годовой эффективной дозы облучения человека для большинства регионов страны обусловлено естественными радионуклидами [1].

Все естественные радионуклиды, присутствующие в природе, можно отнести к одному из двух классов: радионуклиды земного происхождения и космогенные радионуклиды. Из космо-генных радионуклидов на уровне поверхности Земли основной вклад в естественный радиационный фон вносят 7Ве, 22№, 24№. Содержание космогенных радионуклидов в почве не контролируется. Из радионуклидов земного происхождения основной вклад в радиационный фон вносят 40К и нуклиды радиоактивных семейств 238и и 232Т1г Они являются долгоживущими радионуклидами, которые существовали в земной коре на протяжении всей ее истории [2].

При радиоактивном распаде естественных радионуклидов (ЕРН) изменение массы ядра атома происходит только при альфа-распаде. Распад тяжелых радиоактивных ядер приводит к образованию новых радиоактивных изотопов — дочерних ядер. Такие радиоактивные превращения обуславливают наличие радиоактивных семейств, в которых изотопы генетических связанны между собой. Так как масса альфа-частицы равна 4 а.е.м (атомная единица массы), то в природе должны существовать 4 семейства тяжелых радиоактивных изотопов с массой ядер 4п; 4п+1; 4п+2; 4п+3 (где п — целое число).

Родоначальником семейства 4п является 232Т1г Период полураспада 232Т1т равен 1,26-1010 лет. Сам 232Т1т, члены его семейства присутствую в земной коре (в том числе и в почве).

62 © Орлов П.М., Сычев В.Г., Аканова Н.И., 2020 Международный сельскохозяйственный журнал, 20

Родоначальником семейства 4п+1 является 237Ир. Период полураспада 237Ир равен 2,14106 лет. Он значительно меньше времени существования Земли. Поэтому к настоящему времени 237Ир и представители этого семейства полностью распались.

Родоначальником семейства 4п+2 является 238и. Период полураспада 238и равен 4,51-10& лет. Он и члены его семейства присутствует в земной коре.

Родоначальником семейства 4п+3 является 235и. Период полураспада 235и равен 7,04-108 лет. Он присутствует в земной коре, но радиоактивность этого нуклида значительно меньше, чем у изотопов 238и и 232ТК Поэтому вклад радиоактивных изотопов этого семейства в радиационный фон планеты значительно ниже по сравнению с семействами 238и и 232Т1г

Семейство 4п (родоначальник 232Т1т) состоит из 11 изотопов. В этом семействе целесообразно выделить 2 подсемейства, внутри которых активность материнского изотопа в значительной степени определяет активность его продуктов распада: сам 232Т1т, 22!^а (период полураспада равен 5,8 года) и продукты его распада с более коротким периодами полураспада.

Разделение семейства 4п на 2 подсемейства обусловлено следующими обстоятельствами. Период полураспада 22% равен 5,8 года. Хозяйственная деятельность человека (обработка почвы, внесение минеральных удобрений, известкование) приводит к нарушению изотопного равновеесия между 232Т1г и 22!^а и разрывает цепочку этого радиоактивного семейства. Последующее установление векового равновесия между названными радионуклидами произойдет через ~25-30 лет. Вековое равновесие — это соотношение материнского и дочернего радионуклида, в котором активность дочернего радионуклида равняется активности материноского радионуклида. При этом дочерний радионуклид распадается по закону материнского радионуI том 63, № 4 (376), с. 62-67.

клида. Условием наступления векового равновесия является значительно больший (на несколько порядков) период полураспада материнского изотопа по сравнению с дочернирм изотопом. При полном разделении материнского и дочернего изотопа новое вековое равновесие между нуклидами наступает приблизительно через 5 периодов полураспада дочернего изотопа.

С точки зрения обеспечения условий радиационной безопасности при сельскохозяйственном землепользовании целесообразно контролировать содержание 22!^а в почве сельскохозяйственных угодий [3]. Заканчивается семейство 4п стабильным изотопом 208РЬ (свинец-208).

В семейство 4п+2 (родоначальник 238и) входит 17 изотопов. В нем целесообразно выделить подсемейства:

238и, и 234и (период полураспада 2,44-105 лет);
22% (период полураспада равен 1,6103 лет), который в почве не находится в равновесии с его материнским изотопом 230Т11 (период полураспада равен 7,7-104 лет) и дочерним изотопом 22^п ( период полураспада 3,8 суток), который является изотопом инертного газа;
22% и его короткие продукты распада до 210РЬ;
210РЬ (период полураспада равен 22,3 года и 210Ро — период полураспада равен 138 суток). Радиоактивные превращения в семействе 4п+2 заканчиваются на 206РЬ.

Продукты распада семейства 4п+3 (235и) с радиоэкологической точки зрения опасности не представляют и рассматриваться не будут.

В семейства 4п и 4п+2 входят радионуклиды 22!^а и 22<ТСа соответственно. В природе отсутствуют стабильные изотопы радия. Радий являеися щелочно-земельным элементом. Его неизотопными (групповыми) носителями являются щелочно-земельные металлы магний и кальций, присутствующие в почве в значительных концентрациях. Ионные отношения

228Ra2+/Ca2++Mg2+ и 226Ra2+/Ca2+ +Mg2+ в почве в значительной степени будут определять количественные характеристики перехода 228Ra и 226Ra в сельскохозяйственные растения.

Кроме названных изотопов радия важную роль в загрязнении сельскохозяйственной продукции естественными радионуклидами играет 2,0Pb (член радиоактивного семейства 238U). Свинец, который находится в почве в качестве загрязнителя, тяжелого металла, будет являться изотопным носителем 2,0Pb. Следует отметить, что промежуточным радионуклидом в цепочке превращений 226Ra в 2,0Pb является 222Rn — инертный газ. Он будет эманировать из струкуры почвообразующего минерала. Образующийся из 222Rn 2,0Pb может находиться в почве в сорбированном состояни, быть более подвижным, чем изотоп 226Ra и вступать в изотопные реаккции обмена со стабильным свинцом, находящимся в почве в качестве химического загрязнителя. Таким образом, на территориях с высоким содержанием 226Ra загрязнение почвы и соответственно сельскохозяйственной продукции свинцом (как тяжелым металлом) осложняется загрязнением 2,0Pb и 2,0Ро.

В результате хозяйственной деятельности человека происходит перераспределение природных радионуклидов в окружающей среде и, соответственно, техногенное изменение радиационного фона.

Цель исследования

Целью настоящей работы является оценка содержания естественных радионуклидов (ЕРН) в почвах сельскохозяйственных угодий и рассмотрение проблем загрязнения сельскохозяйственной продукции 228Ra, 226Ra, 2,0Pb, 2,0Ро с учетом радиоактивных равновесий в цепочках распада.

Методика проведения опытов

Последние 30 лет работы в области экологии и сельскохозяйственной радиологии были связаны с проблемами ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Научных работ по изучению содержания ЕРН в почвах было немного [4-6, ,3]. Следует отметить, что измерение содержания ЕРН в объектах окружающей среды, в том числе и почве, является важной составной частью радиационного контроля в стране [3].

На сельскохозяйственных угодьях России агрохимической службой проводится локальный мониторинг почв на содержание естественных и техногенных радионуклидов на реперных участках [14, ,5]. Систематические данные о содержании ЕРН в почве получены и обобщены в 2005, 20,0 и 20,6 гг. Определяется содержание 226Ra, 228Ra и 40К. Так как 228Ra генетически связан с 232Th, то по содержанию 228Ra оценивается содержание 232Th.

Обсуждение результатов

В настоящей работе приводятся результаты статистических оценок содержания ЕРН в различных типах почв страны и почвах различного гранулометрического состава. В 20,6 г. были обобщены данные 40 субъектов Российской Федерации с 947 реперных участков. Все расчеты выполнены с уровнем доверия 0,95.

В таблице , приведены результаты по содержанию ЕРН в почвах сельскохозяйственных угодий России. Из представленных данных видно, что содержание ЕРН входит в типичный диапазон концентрации ЕРН в почве, характерный для

планеты в целом (табл. 2). Среднее содержание 226Ra несколько ниже по сравнению с аналогичным показателем для планеты, а содержание 232Th — несколько выше.

В окружающей среде 40К находится в равновесии со стабильным изотопом 39К. Соотношение 40К/39К является постоянным для всей планеты. Содержание 40К в объектах окружающей среды и продуктах питания не нормируется. Внесение калийных удобрений в почву увеличивает содержание 40К, в то же время калий выносится из почвы с урожаем. Среднее содержание 40К характеризует запас калия в почве. В России среднее содержание 40К, и соответственно калия, в почве больше, чем на планете.

Обращают на себя внимание положительные эксцессы множества данных, характеризующих содержание 226Ra и 232Th в почвах России. Положительные эксцессы указывают на то, что большинство экспериментальных данных (в нашем случае — это данные с реперных участков) группируются более тесно вблизи средних значений множества по сравнению с нормальным распределением Гаусса, эксцесс которого равен 0.

В таблице 3 представлено распределение ЕРН по основным типам почвы сельскохозяйственных угодий России. Из представленных данных видно, что содержание 226Ra и 232Th в различных типах почвы достаточно равномерно. Максимальное содержание 226Ra и 232Th в почве характерно для почв Дальнего Востока. Наблюдается пониженное содержание 40К в серых лесных почвах по сравнению с остальными типами почв.

В таблице 4 представлено распределение ЕРН в почвах сельскохозяйственных угодий России различного гранулометрического состава. Наблюдается монотонное увеличение содержание 226Ra от песчаных к тяжелосуглинистым почвам. Содержание 232Th последовательно возрастает от песчаных и супесчаных почв к глинистым почвам. Содержание 40K в песчаных и супесчаных почвах меньше по сравнению с почвами другого гранулометрического состава.

В работе [,,] приведены данные о содержании ЕРН в пахотном слое почв России. В частности, содержание 238U в пахотном слое почв находится в интервале ,0-50 Бк/кг, а содержание дочернего 226Ra — в интервале 6-2500 Бк/кг. Следует обратить внимание на аномально высокую верхнюю границу содержания 226Ra в почве.

226Ra является членом радиоактивного семейства, родоночальником которого является 238U. 226Ra является дочерним продуктом его распада. Период полураспада 226Ra на 6 порядков меньше, чем период полураспада 238U. В этой связи в радиоактивном семействе 238U возникает соотношение, именуемое вековым равновесием. Как правило, вековое равновесие соблюдается в горных породах, где миграция радионуклидов затруднена или отсутствует. В почве вековое равновесие может нарушаться из-за миграционных процессов, связанных с природными явлениями или хозяйственной деятельностью человека. Как правило, происходит снижение активности дочернего нуклида по отношению к материнскому. Это обусловлено тем, что 238U, как материнский изотоп, находится в структуре почвообразующих минералов. 226Ra и изотопы ему предшествующие 234U и 230Th, как атомы отдачи при радиоактивном распаде, могут оказаться в более подвижном состоянии, чем материнский изотоп и мигрировать из пахотного слоя почвы. Таким образом, с большой долей вероятности, в почве активность 238U в качестве естественного радионуклида должна превышать активность 226Ra в том же качестве.

Аномально высокая верхняя граница содержания 226Ra связана с хозяйственной деятельностью человека, например с внесением в почву отходов переработки урановых руд (отвалов).

Таблица 1

Содержание ЕРН в почвах сельскохозяйственных угодий России (2016 г.)

Статистический параметр Содержание ЕРН в почве, Бк/кг

226Ra 232Th (228Ra) 40К

Среднее значение 21,6±0,3 29,2±0,3 490±5

Стандартное отклонение 10,2 10,5 150

Стандартный интервал 11-32 19-40 340-640

Мода 20 31 420

Медиана 21 29 500

Эксцесс (без размерности) 5 1,6 0,3

Количество участков (без размерности) 941 947 907

Таблица 2

Содержание ЕРН в почвах планеты [2]

Типы почв Среднее содержание, Бк/кг

238U (226Ra) 232Th 40К

Сероземы 32 48 670

Серо-коричневые 28 41 700

Каштановые 27 37 550

Черноземы 22 36 410

Серые лесные 18 27 370

Дерново-подзолистые 15 22 300

Подзолистые 9 12 150

Торфянистые 6 6 90

Среднее значение для планеты 26 26 370

Типичный диапазон 11-52 7-48 110-740

МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (376) / 2020

SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX

Таблица 3

Содержание ЕРН в основных типах почв России

Содержание ЕРН в почве, Бк/кг

Черноземы

Статистические параметры 226Ra 232Th 40К

Среднее 23,1±0,5 31,7±0,5 500+10

Стандартный интервал 12-34 22-42 390-610

Эксцесс (без размерности) 8,1 3,4 0

Количество участков 389 393 387

Дерново-подзолистые

Среднее значение 19,8±0,6 23,8±0,6 480+10

Стандартный интервал 11-29 14-33 300-660

Эксцесс (без размерности) -0,5 1,0 -0,5

Количество участков 254 254 228

Серые лесные

Среднее значение 18,9±0,8 28,2±0,9 400+20

Стандартный интервал 11-27 19-38 240-560

Эксцесс (без размерности) -0,2 -0,1 -0,5

Количество участков 100 100 92

Каштановые

Среднее значение 18,4±0,8 27,4±0,8 540+10

Стандартный интервал 10-26 19-36 430-650

Эксцесс (без размерности) -0,6 -0,2 1,1

Количество участков 101 103 103

Почвы Дальнего Востока

Среднее значение 26,5±1,5 36,5±1,3 510+20

Стандартный интервал 12-41 25-48 360-660

Эксцесс (без размерности) 1,1 -0,7 -0,3

Количество участков 91 91 91

Таблица 4 Содержание ЕРН в почвах сельскохозяйственных угодий России различного гранулометрического состава

Параметр Содержание, Бк/кг

226Ra 232Th (228Ra) 40K

Песчаные и супесчаные

Среднее содержание 19,2±0,8 19,2±0,8 410+20

Стандартный интервал 11-28 11-28 230-590

Эксцесс (без размерности) -0,6 0,4 -0,9

Количество участков 102 102 85

Легкосуглинистые почвы

Среднее содержание 22,3±0,8 27,6±0,7 520+10

Стандартный интервал 12-32 19-36 380-660

Эксцесс (без размерности) 0,4 7,3 0,1

Количество участков 168 168 155

Среднесуглинистые почвы

Среднее содержание 21,6±0,5 28,8±0,5 490+10

Стандартный интервал 12-31 20-38 350-630

Эксцесс (без размерности) 4,6 4,8 0,7

Количество участков 269 272 272

Тяжелосуглинистые почвы

Среднее содержание 23,6±0,7 32,8±0,6 520+20

Стандартный интервал 11-36 21-44 240-800

Эксцесс (без размерности) 5,4 0,7 150

Количество участков 293 297 286

Глинистые почвы

Среднее содержание 19,9±0,9 36,0±1,0 520+10

Стандартный интервал 12-28 27-45 410-630

Эксцесс (без размерности) -0,6 0,7 0,7

Количество участков 73 72 73

INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 4 (376) / 2020

В этом случае 22<ТСа является техногенным загрязнителем, и по данным работы [11] его концентрация в почве недопустимо высока. Необходимо вывести почвы с содержанием 22<^а в интервале 600-2500 Бк/кг из сферы сельскохозяйственного производства.

Дочерним продуктом распада 22% является 210РЬ. Промежуточные продукты распада 22%, 21%, 214В1 являются короткоживущими нуклидами и экологического значения в части сельскохозяйственной радиологии не имеют. Период полураспада 210РЬ равен 22,3 года. Поэтому, при условии загрязнения почвы 22<ТСа без 210РЬ, в вековое равновесие с материнским изотопом он вступит более чем через 100 лет, если в загрязнителе (химический мелиорант или удобрение) присутствует 210РЬ, то вековое равновесие наступит раньше в зависимости от соотношения активностей названных радионуклидов. При этом следует учесть, что накопление 210РЬ связано с изотопом 22%, который будучи радиоактивным благородным газом эманирует из почвы.

Таким образом, проблема техногенного загрязнения 22% почвы и сельскохозяйственных растений актуальна с момента загрязнения, а загрязнение 210РЬ почвы и растений будет нарастать в интервале жизни двух поколений людей (100-120 лет). Далее она останется актуальной на протяжении нескольких тысяч лет. При внесении в почву радийсодержащих отвалов и отходов переработки урановых руд следует тщательно проанализировать эти продукты на содержание в них 22% и 210РЬ.

Следующим после 210РЬ долгоживущим продуктом в цепочке радиоактивного распада 22<ТСа является 210Ро. В соответствии с его периодом полураспада (138 суток) в течение двух лет активность 210Ро приближается к активности материнского радионуклида 210РЬ, и далее они накапливаются в почве до активности 22% в течение ~100 лет. 210Ро является одним из наиболее токсичных радионуклидов. Предел годового поступления в организм человека этого радионуклида с водой и пищей составляет 110 Бк/год.

Таким образом, проблема загрязнения 22<^а почв сельскохозяйственных угодий осложняется накоплением в почве продуктов его радиоактивного распада 210РЬ и 210Ро. В течение первых 100 лет после загрязнения проблемы будут обостряться из-за накопления в почве 210РЬ и 210Ро. Все вопросы загрязнения почвы 22% будут актуальны в течение нескольких тысяч лет. Также возникнут серьезные проблемы контроля (детекции) за содержанием 210Ро в почве, растениях и продуктах питания. Для почв сельскохозяйственного назначения с аномально высоким содержанием 22% (600-2500 Бк/кг) также необходимо осуществлять контроль за содержанием 210РЬ в почве и растениях.

Расчет показывает, что для достижения уровня содержания 22% в почве 2500 Бк/кг, при норме внесения 0,15 кг/м2 промышленного отхода в почву, содержащую 100 Бк/кг 22%, необходимо внести промышленный отход с содержанием 22<ТСа 4,8-106 Бк/кг. Такое значение в 1200 превышает предельно допустимое содержание ЕРН в фосфорных удобрениях и мелиорантах [7]. Это означает, что в почву сельскохозяйственных угодий были внесены фосфорсодержащие отходы переработки урановых руд.

Авторы настоящей работы надеются, что приведенные в работе [11] данные являются ошибочными или относятся к локальному (точечному) загрязнению почвы 22<ТСа. Мы распоwww.mshj.ru

лагаем данными о содержании ЕРН в почвах реперных участков локального мониторинга почв сельскохозйственных угодий с 2005 по 20,6 гг. [8, ,2]. Проведено 3 тура обобщения данных. В 2005 г. содержание 226Ra находилось в стандартном интервале ,0-34 Бк/кг, в 20,0 г. — 1133 Бк/кг, в 20,6 г. — И-32 Бк/кг. За время наблюдения содержание 226Ra стабильно. Разумеется, в наблюдаемой совокупности данных (~Ю00 ре-перных участков) существуют участки, в которых содержание 226Ra превышает верхнюю границу стандартного содержания. Однако на этих участках концентрация 226Ra в почве не превышает Ю0 Бк/кг. Считаем, что интервал 6-2500 Бк/ кг не характеризует содержание 226Ra в почвах сельскохозяйственных угодий России.

Дозовый коэффициент и предел годового поступления с пищей для 90Sr равны 8,0-Ю"8 Зв/ Бк и и-Ю4 Бк соответственно. Для 226Ra и 228Ra эти величины составляют ^-Ю"6 Зв/Бк, 6,7-Ю2 Бк и 5,3-Ю-6 Зв/Бк, ,,9-Ю2 Бк соответственно [7]. Из приведенных данных следует, что изотопы 226Ra и 228Ra значительно более токсичны, чем 90Sr. Поэтому на сельскохозяйствен-ных угодьях, имеющих аномально высокое содержание ЕРН в почве, следует проводить агромелиоративные мероприятия для снижения поступления названных радионуклидов в урожай. Радий и стронций принадлежат к группе щелочно-зе-мельных элементов, поэтому поведение 226Ra, 228Ra и 90Sr в почве во многом похожи. Для снижения загрязнения сельскохозяйственной продукции 226Ra и 228Ra пригодны методы, разработанные для снижения накопления 90Sr в урожае. Это, прежде всего, известкование почвы и внесение фосфорных удобрений. Следует избегать внесения фосфорных удобрений с повышенным содержанием ЕРН. Также возможно применение зол и шлаков, имеющих в своем составе избыток оксидов кальция и магния.

Дополнительным источником поступления ЕРН в почву является внесение фосфорных удобрений, которые, как правило, содержат изотопы семейства 238U. По сравнению с промышленными отходами (добыча и переработка урановых руд) фосфоритная руда содержит сравнительно невысокие концентрации естественных радионуклидов семейств 238U и 232Th. Примерно половина коммерческой руды перерабатывается в удобрения. При переработке фосфоритной руды происходит перераспределение еРн между основной, побочной продукцией и отходами фосфатной промышленности. Внесение в почву фосфорсодержащих промышленных отходов, использование фосфоритной муки и простого суперфосфата в качестве удобрений представляют собой потенциальные источники возможного дополнительного облучения организма человека ЕРН.

В таблице 5 приведено содержание ЕРН в образцах фосфоритной руды, взятых во всех основных районах мира, где производятся фосфаты. В зависимости от места отбора содержание 226Ra и 238U изменяется в очень широком интервале. Оно может достигать 4800 Бк/кг (США, штат Южная Каролина). Также высокое содержание 226Ra и 238U наблюдается в образцах фосфатной руды, отобранных в Бразилии (штат Олинда). Практически для всех образцов дочерний изотоп 226Ra находится в вековом равновесии (или близком к нему) с материнским изотопом 238U. Содержание 232ТЬ| в фосфатной руде значительно ниже по сравнению с 238U.

Оценка статистических параметров содержания ЕРН в фосфатной руде основных месторождений планеты также приведена в таблице 5. Из данных следует, что концентрация 22<ТСа и 238и в фосфатной руде из США (штат Южная Каролина) и Бразилии (штат Олинда) значительно превышают верхние границы стандартного интервала содержания названных радионуклидов в руде основных месторождений планеты. Содержание 22% и 238и в руде из штата Южная Каролина превышает нормы радиационной безопасности в фосфорных удобрениях и мелиорантах для естественных радионуклидов (Аи+1,51)1<4,0 кБк/кг [2]). С учетом содержания 232 т в [руде из Бразилии (штат Олинда) находится в непосредственной близости от норматива. Производство и внесение в почву сельскохозяйственных угодий России фосфоритной муки из штата Южная Каролина невозможно, а из штата

Содержание ЕРН в

Олинда нецелесообразно. Эти руды могут быть использованы в качестве исходного сырья при производстве фосфорной кислоты и фосфорных удобрений, технологическая цепочка которых предусматривает их очистку от 22<ТСа и 238и.

Основная и побочная продукция, производимая в промышленности по переработке фосфатов, содержит в зависимости от технологии переработки различные количества урана и радия. При обработке коммерческой руды серной кислотой конечными продуктами являются фосфорная кислота и фосфогипс. В ходе процесса разделения компонентов значительная часть урана переходит в фосфорную кислоту, а большая часть радия, как щелочноземельного металла, остается с кальцием в фосфогипсовых отходах.

Таблица 5

фосфатной руде [2]

Место добычи и вид руды Средняя концентрация, Бк/кг

226Ra 238U 232Th

Алжир 1150 1300 56

Австралия 410 370 20

Бразилия, Олинда 3550 3400 160

Бразилия,апатиты 37 110 140

о-в Рождества 330 330 7

Кюрасао 190 190 4

Эквадор и Чили 37 37 26

Египет 1400 1500 26

Гватемала и Мексика 440 330 15

Индия, Китай и Юго-Восточная Азия 150 150 26

Иордания и Турция 920 590 не обнаружено

о-в Макатея 1180 1260 18

Марокко 1700 1700 33

о-в Науру 850 810 7

о-в Ошен 1200 1200 15

Перу 1100 1350 37

Польша и СССР, фосфориты 550 630 30

Сенегал и другие страны Африки 1400 1300 67

Испания и другие страны Западной Европы не обнаружено 70 15

Тунис 520 590 90

СССР, апатиты 74 74 90

Арканзас 410 370 52

Флорида 2000 1900 59

Айдахо 1800 1800 33

Монтана 1500 1400 25

Северная Каролина 660 960 37

Оклахома 370 300 30

Южная Каролина 4800 4800 80

Теннеси, бурый фосфорит, голубой фосфорит, белый фосфорит и 150 150 18

фосфоритные известняки

Юта 1850 1600 30

Вайоминг 2300 2300 48

Венесуэла 1000 890 48

о-ва Вест-Индия 110 110 55

Среднее по месторождениям на планете 1070 1030 44

Стандартное отклонение 1050 1030 36

Стандартный интервал 20-2120 <2060 8-80

Эксцесс 4 5 3

Количество месторождений 32 33 32

МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (376) / 2020

SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX

Поведение пары 210РЬ + 210Ро менее предсказуемо. С большой вероятностью 210РЬ сокри-сталлизуется с сульфатом кальция и остается в фосфогипсе. Нельзя исключать, что 210РЬ сорбируется силикатными компонентами, которые всегда присутствуют в фосфатной руде в качестве примеси.

Расчеты показывают, что при внесении в почву фосфорного удобрения или мелиоранта в количестве 1,5 т/га (0,15 кг/м2), содержании 22% — 4000 Бк/кг и весе пахотного слоя почвы — 300 кг/м2 увеличение содержания 22% в почве произойдет на 2 Бк/кг. Эта величина составляет приблизительно 20% от стандартного отклонения содержания 22% в почвах (табл. 1). Среднее содержание 22<^а в почвах России равно 21,6 Бк/кг, верхняя граница — 32 Бк/кг, для почв паланеты — 26 Бк/кг и 52 Бк/кг соответственно.

При внесении в почву фосфоритной муки, полученной из фосфоритовой руды с содержанием 22%, находящимся в стандартном (типичном) интервале содержания названного радионуклида в фосфоритах основных месторождений планеты (20-2120 Бк/кг), увеличение содержания 22% в почве будет ниже по сравнению с вышеразобранным случаем. Это утверждение справедливо при соблюдении одних и тех же норм внесения.

Поэтому аномально высокая верхняя граница содержания 22% в почвах, указанная в работе [11], является либо ошибочной, либо результатом внсения фосфорсодержащих радиоактивных промышленных отходов.

Результаты локального радиационного мониторинга почв сельскохозяйственных угодий России с 2005 по 2016 гг. показывают, что существуют реперные участки, на которых содержание 22% в почве выше верхней границы стандартного содержания в России и мире, но оно не превышает значения 100 Бк/кг.

Расчет показывает, что для достижения уровня содержания 22% в почве 2500 Бк/кг, при норме внесения 0,15 кг/м2 промышленного отхода в почву, содержащую 100 Бк/кг 22<ТСа, необходимо внести промышленный отход с содержанием 22<^а 4,8-106Бк/кг. Это значение в 1200 превышает предельно допустимое содержание ЕРН в фосфорных удобрениях и мелиорантах.

Существует еще один аспект проблемы загрязнения почвы ЕРН. После Чернобыльской аварии обширные территори Европейской части России подверглись радиоактивному загрязнению 137С$ [8-10]. Население загрязненных территорий подвегается дополнительному облучению за счет потребления продуктов, загрязненных 137С$. Дозовый коэффициент и предел годового поступления 137С$ с водой и пищей составляют 1,3-10-8 Зв/Бк и 7,7-104 Бк. Дозовый коэффициент значительно меньше, а предел годового поступления значительно выше аналогичных параметров для 22% и 22!^а. Это обуславливает возможность компенсации дополнительного облучения человека при потреблении им в пищу продуктов питания, загрязненных 137С$, путем снижения содержания в тех же продуктах 22%, 2281^а, 210РЬ и 210Ро.

Такую возможность следует использовать при производстве сельскохозяйственной продукции на загрязненной 137С$ территории. С этой целью в агротехнологии возделывания следует предусмотреть методы, снижающие поступление и 22% в сельскохозяйственную продукцию (известкование, внесение повышенных доз фосфорных и органических удобрений, применение промышленных отходов, имеющих повышенное содержание оксидов магния и кальция).

На загрязненных от Чернобылькой аварии территориях целесообразно исключить применение фосфоритной муки и простого суперфосфата с повышенным по сравнению со стандартным содержанием ЕРН.

Выводы

По данным локального мониторинга, содержание ЕРН в почвах сельскохозяйственных угодий Российской Федерации входит в типичные интервалы содержания ЕРН в почвах Земного шара.

Возможно снижение содержания 22%, 22%, 210РЬ и 210Ро в сельскохозяйственной продукции путем внесения в почву известковых и фосфорных удобрений с низким содержание 226^а.

В будущем целесообразно осуществлять мониторинг 210РЬ в почвах реперных участков.

Литература

1. Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения. Санитарные правила СП 2.6.1 12922003, дата введения 20 июня 2003 г.
2. Источники и действие ионизирующей радиации. Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации: Доклад за 1977 год Генеральной Ассамблеи с приложениями. Т. 1. С. 233, 260. Нью-Йорк, 1978.
3. 2.6.1. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Обеспечение условий радиационной безопасности при сельскохозяйственном землепользовании. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.61-2000. Москва (проект).
4. Гращенко С.М. О геохимии радионуклидов уранового и ториевого рядов в неядерном комплексе хозяйственной деятельности. В сб.: Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: материалы III международной конференции. Томск, 2327 июня 2009 г. С. 138-141.
5. Досбергенов С.Н. Радиоактивное загрязнение почв Прикаспия. В сб.: Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: материалы III международной конференции. Томск, 23-27 июня 2009 г. С. 171-173.
6. Жорняк Л.В., Язиков Е.Г. Радиоактивные элементы в почвах урбанизированных территорий. В сб.: Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: материалы III международной конференции. Томск, 23-27 июня 2009 г. С. 184-188.
7. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Санитарные правила и нормативы СанПиН 2.6.1.2523-09. Москва, 2009.
8. Сычев В.Г. Лунев М.И., Орлов М.М. Белоус Н.М. Чернобыль: радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв. М.: ВНИИА, 2016. 183 с.
9. Данные по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации 137Cs, 90Sr, 239+240Pu / под ред. С.М. Вакуловского. Обнинск: ФГБУ «НПО «Тайфун», 2015. 225 с.
10. Атлас современных и прогнозных аспектов последствий аварии на Чернобыльской АЭС на пострадавших территориях России и Беларуси (АСПА Россия- Беларусь) / под ред. Ю.А. Израэля и И.М. Богдевича. Москва-Минск: Фонд «Инфосфера»-НИА-Природа, 2009. 140 с.
11. Захаренко В.А. Анализ рисков химического загрязнения, связанных с химизацией защитных мероприятий при интегрированном управлении фитосанитар-ным состоянием агроэкосистем // Агрохимия. 2017. № 9. С.3-24.
12. Орлов П.М., Лунев М.И., Сычев В.Г. Радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий Российской Федерации. М.: ВНИИА, 2015. 175 с.
13. Коваленко Г.Д. Радиоэкология Украины: монография. Харьков: Инжек, 2008. 264 с.
14. Сычев В.Г., Ефремов Е.Н., Лунев М.И., Кузнецов А.В. Система агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. М.: Россельхо-закадемия, 2006. 79 с.
15. Сычев В.Г., Кузнецов А.В., Павлихина А.В, Кручи-нина Л.К. и др. Методические указания по проведению локального мониторинга на реперных и контрольных участках. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. 76 с.

Об авторах:

Орлов Павел Михайлович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории известковых удобрений и химической мелиорации, ОРСЮ: http://orcid.org/0000-0002-2753-3371, а!ех.ог!оу1988@дта1!.сот Сычев Виктор Гаврилович, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, директор, ОРСЮ: http://orcid.org/0000-0002-2146-5646, sychev55@mail.ru

Аканова Наталья Ивановна, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории известковых удобрений и химической мелиорации, ОРСЮ: http://orcid.org/0000-0003-3153-6740, n_akanova@mai!.ru

NATURAL RADIONUCLIDES IN THE SOILS OF RUSSIA AND PHOSPHATE ORES OF THE PLANET

P.M. Orlov, V.G. Sychev, N.I. Akanova

All-Russian research institute of agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, Moscow, Russia

The ratios in radioactive families of heavy natural radionuclids (ERNs) and children&s products of their decay in the soil are considered. Based on data from the local monitoring of the Russian agrochemical service for 2016. The average values and standard content intervals of 226Ra, 232Th and 40K in the country&s soils are given. The average content of 226Ra is 21.6 Bk/kg, the standard interval is 11-32 Bk/kg; 232Th - 29.2 and 19-40 Bk/kg; 40K - 490 and 340-640 Bk/kg respectively. These parameters are included in the typical intervals of the content of the named radionuclids characteristic of the planet. Similar parameters are calculated, characterizing the content of ERNs in the main soil types

66 INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 4 (376) / 2020 www.mshj.ru

and soils of different granulometric composition of Russia. Discussed the value of the pair 210Pb and 210Po in soil and agricultural plant contamination with abnormally high soil pollution 226Ra. The standard content of 238U, 226Ra and 232Th in phosphate ore of the planet&s main deposits is estimated. The average content of 238U is 1070 Bk/kg, the standard interval is 20-2120 Bk/kg, 226Ra - 1030 Bk/kg, 2160 Bk/kg, respectively. The content of 232Th in phosphate ore is much lower and is in the interval of 8-80 Bk/kg, with an average value of 36 Bk/kg. These parameters meet the requirements of radiation safety standards. At high levels of soil pollution, 226Ra notes the need for agromeliorative measures to reduce the transition of 226Ra and its decay products 210Pb and 210Po into agricultural plants by introducing lime materials, phosphorus fertilizers, ash and slags with an increased content of magnesium and calcium oxides.

References

1. Gigienicheskie trebovaniya po ogranicheniyu oblucheniya naseleniya za schet prirodnykh istochnikov ion-iziruyushchego izlucheniya. Sanitarnye pravila SP 2.6.1 12922003, data vvedeniya 20 iyunya 2003 g. [Hygiene requirements to limit the exposure of the population due to natural sources of ionizing radiation. JV Sanitary Rules 2.6.1 12922003, Date of introduction June 20, 2003].
2. United Nations (1978). Istochnikiideistvieioniziruyush-chei radiatsii. Nauchnyi komitet Organizatsii Ob"edinennykh Natsii po deistviyu atomnoi radiatsii: Doklad za 1977 god General&noi Assamblei s prilozheniyami [The sources and effects of ionizing radiation. The United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Report for 1977 to the General Assembly with annexes], vol. 1, pp. 233, 260. New York.
3. 2.6.1. loniziruyushchee izluchenie, radiatsionnaya bezopasnost&. Obespechenie uslovii radiatsionnoi bezopas-nosti pri sel&skokhozyaistvennom zemlepol&zovanii. Sanitarnye pravila i normy. SaNPIN 2.61-2000 [2.6.1. Ionizing radiation, radiation safety. Ensuring radiation safety conditions at agricultural land use. Sanitary rules and regulations. SanPin 2.61-2000]. Moscow (project).
4. Grashchenko, S.M. (2009). O geokhimii radionuklidov uranovogo i torievogo ryadov v neyadernom komplekse khozyaistvennoi deyatel&nosti [On geochemic radionuclides of uranium and thorium ranks in the non-nuclear complex of economic activity]. In: Radioaktivnosf i radioaktivnye ehle-menty v srede obitaniya cheloveka: materialy III mezhdunarod-noi konferentsii [Radioactivity and radioactive elements in human habitat: materials Ill of the International conference], Tomsk, June 23-27, pp. 138-141.

About the authors:

5. Dosbergenov, S.N. (2009). Radioaktivnoe zagryazne-nie pochv Prikaspiya [Radioactive contamination of the soils of the Caspian Sea]. In: Radioaktivnosf i radioaktivnye ehle-menty v srede obitaniya cheloveka: materialy III mezhdunarod-noi konferentsii [Radioactivity and radioactive elements in human habitat: materials III of the International conference]. Tomsk, June 23-27, pp. 171-173.
6. Zhornyak, L.V., Yazikov, E.G. (2009). Radioaktivnye ehlementy v pochvakh urbanizirovannykh territorii [Radioactive elements in the soils of urbanized areas]. In: Radioaktivnosf i radioaktivnye ehlementy v srede obitaniya cheloveka: materialy III mezhdunarodnoi konferentsii [Radioactivity and radioactive elements in human habitat: materials III of the International conference]. Tomsk, June 23-27, pp. 184-188.
7. Normy radiatsionnoi bezopasnosti (NRB-99/2009). Sanitarnye pravila i normativy SaNPIN 2.6.1.2523-09 [Radiation Safety Standards (NRB-99/2009). Sanitary rules and regulations of SanPin 2.6.1.2523-09]. Moscow, 2009.
8. Sychev,V.G. Lunev, M.I., Orlov, M.M. Belous, N.M. (2016). Chernobyl&: radiatsionnyi monitoring sel&skokhozyaistvennykh ugodii i agrokhimicheskie aspekty snizheniya posledstvii ra-dioaktivnogo zagryazneniya pochv [Chernobyl: radiation monitoring of agricultural land and agrochemical aspects of reducing the effects of radioactive contamination of soils]. Moscow, VNIIA, 183 p.
9. Vakulovskii, S.M. (ed.) (2015). Dannye po radioaktivno-mu zagryazneniyu territorii naselennykh punktov Rossiiskoi Federatsii &37Cs, 90Sr, 239+240Pu [Data on radioactive contamination of the territory of settlements of the Russian Federation ,37Cs, 90Sr, 239+240Pu]. Obninsk, FBU "Typhoon" NPO, 225 p.
10. Israel, J.A., Bogdevich, I.M. (ed.) (2009). Atlas sovremennykh i prognoznykh aspektov posledstvii avarii na

Chernobyl&skoi AEHS na postradavshikh territoriyakh Rossii i Belarus&: (ASPA Rossiya- Belarus&) [Atlas of modern and forecast aspects of the consequences of the accident at the Chernobyl nuclear power plant in the affected territories of Russia and Belarus (ASPA Russia-Belarus)]. Moscow-Minsk, Infosphere Foundation-NIA-Nature, 140 p.

11. Zakharenko, V.A. (2017). Analiz riskov khimichesk-ogo zagryazneniya, svyazannykh s khimizatsiei zashchitnykh meropriyatii pri integrirovannom upravlenii fitosanitarnym sostoyaniem agroehkosistem [Analysis of the risks of chemical contamination associated with the chemicalization of protective measures in the integrated management of phy-tosanitary state of agro-ecosystems]. Agrokhimiya [Agricultural chemistry], no. 9, pp. 3-24.
12. Orlov, P.M., Lunev, M.I., Sychev, V.G. (2015). Radiatsionnyi monitoring sel&skokhozyaistvennykh ugodii Rossiiskoi Federatsii [Radiation monitoring of agricultural land of the Russian Federation]. Moscow, VNIIA, 175 p.
13. Kovalenko, G.D. (2008). Radioehkologiya Ukrainy: monografiya [Radioecology of Ukraine: monograph]. Kharkiv: Inzhek Publ., 264 p.
14. Sychev, V.G., Efremov, E.N., Lunev, M.I., Kuznetsov, A.V. (2006). Sistema agroehkologicheskogo monitoringa ze-mel&sel&skokhozyaistvennogo naznacheniya [System of agro-ecological monitoring of agricultural land]. Moscow, Russian academy of agricultural sciences, 79 p.
15. Sychev, V.G., Kuznetsov, A.V., Pavlikhina, A.V, Kruchinina, L.K. i dr. (2006). Metodicheskie ukazaniya po pro-vedeniyu lokal&nogo monitoringa na repernykh i kontrol&nykh uchastkakh [Guidelines for local monitoring at repar and control sites]. Moscow, Rosinformagrotech, 76 p.

Pavel M. Orlov, candidate of chemical sciences, senior researcher of the laboratory of lime fertilizers and chemical melioration, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2753-3371, alex.orlov1988@gmail.com

Victor G. Sychev, academician of the Russian academy of sciences, doctor of agricultural sciences, professor, director, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2146-5646, sychev55@mail.ru

Natalia I. Akanova, doctor of biological sciences, professor, chief researcher of the laboratory of lime fertilizers and chemical melioration, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3153-6740, n_akanova@mail.ru

n_akanova@mail.ru

ЖУРНАЛЫ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ЭЛЕКТРОННАЯ НАУКА»

Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник»

■ Издается при поддержке Государственного университета по землеустройству и Фонда национальной премии имени П.А.Столыпина.

■ Журнал освещает опыт и актуальные вопросы социально-экономических реформ в России.

■ Цитируется в РИНЦ И КиберЛенинка.

Контакты: https://stolypin-vestnik.ru/vestnik/, stolypin_vestnik@mail.ru

МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (376) / 2020

сельскохозяйственные угодья реперные участки радиационный мониторинг естественные радионуклиды радиоактивные семейства радиоактивное загрязнение фосфатные руды farmland reperation sites radiation monitoring
Другие работы в данной теме: