Исследование биологической доступности 137 Cs в почвах лесных экосистем

• Автор: Коноплева, Ирина Валиевна
• Шифр специальности: 03.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
МЕХАНИЗМОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ПОСТУПЛЕНИЕ в7Сз
ИЗ ПОЧВЫ В РАСТЕНИЯ
1.1.Описание основных процессов и факторов, определяющих
подвижность и биологическую доступность в7Сз в почвах
1.1.1. Состояние и формы нахождения В7Сз в почве
1.1.2. Селективная сорбция и фиксация В7Сз в почве
1.1.3. Распределение В7Сз между твердой и жидкой фазой почв
1.1.4. Трансформация форм нахождения в7Сз в почве со временем
1.2. Особенности поведения В7Сз в лесных почвах
1.3. Миграция В7Сз в системе почва-растение
1.4. Анализ статических моделей, описывающих поведение шСб
в системе почва-растение
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ
ПРОЦЕССА ПОСТУПЛЕНИЯ В7Сз В РАСТЕНИЕ
2.1. Общее описание модели поступления в7Сз из почвы в растения
2.2. Моделирование физико-химических процессов, определяющих
переход В7Сз в растения
2.2.1. Процесс транспортаВ7Сз в свободном пространстве
клеточных стенок коры корня
2.2.2. Процесс транспортаВ7Сз в системе
почва-почвенный раствор-апопласт корня
2.2.3. Ограничения модели
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Характеристика экспериментальных площадок
3.2. Методы отбора проб
3.3. Методы анализа
3.4. Модификация методов определения характеристик селективной
сорбции |37Сз почвами
3.5. Метод определения емкости катионного обмена корней
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ДОСТУПНОСТИ 137Сз В
ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ
4.1. Характеристики селективной сорбции и фиксации 137Сэ
4.2. Катионный состав жидкой фазы почв
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ 137Св В ЛЕСНЫХ РАСТЕНИЯХ
НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРА ЕГО БИОЛОГИЧЕСКОЙ
ДОСТУПНОСТИ В ПОЧВЕ. ПРОВЕРКА МОДЕЛИ
5.1. Исследование зависимости коэффициента накопления шСз в лесных
растениях от параметра его биологической доступности в почве
5.2. Экспериментальная оценка зависимости коэффициента перехода
шСэ в лесные растения от параметра биологической
доступности шСз в почве
5.3. Оценка роли емкости катионного обмена корней в процессе
поступления 137Сз в растение
ГЛАВА 6. МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА
ПЕРЕХОДА 137Сз В РАСТЕНИЯ
6.1. Основы метода
6.2. Оценка действия агромелиорантов на переход шСв в лесные растения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
Широкое использование атомной энергии приводит к загрязнению биосферы радиоактивными веществами. В результате испытаний ядерного оружия, хронических выбросов предприятий ядерного топливно-энергетического цикла и аварий на атомных реакторах радионуклиды попадают в окружающую среду и включаются в биогеохимические цепи миграции. В связи с радиологической опасностью возникает необходимость прогнозирования миграции радионуклидов в природных средах и по пищевым цепочкам.
Прогноз поведения радионуклидов в природных и агроэкосистемах осуществляется на основе математических моделей. Точность прогноза зависит, с одной стороны, от полноты описания процессов, определяющих поведение радионуклида, а с другой стороны, от точности оценок параметров модели. Адекватное описание процессов возможно только на основе понимания механизмов поведения радионуклида в биогеохимических цепях миграции.
Переход 137Сз из почвы в растения является первым и наиболее значимым звеном его миграции по пищевым цепям. Интенсивность этого процесса определяется химическими свойствами и физико-химическим состоянием радионуклидов, влиянием свойств почв и биологическими особенностями растений.
В результате радиоэкологических исследований, начатых в 50-е годы в связи с проблемой глобальных выпадений в результате испытания ядерного оружия, были выявлены общие закономерности в поведении 137Св в системе почва-растение. Было показано, что биологическая доступность 137Сз повышается с ростом содержания органического вещества, с уменьшением доли глинистых минералов, со снижением pH почвенного раствора и снижением содержания обменного калия в почвах, а также определяется формами нахождения 137Сб в почвах (Юдинцева Е.В., Гулякин И.В., 1968; Павлоцкая Ф.И., 1974).

очередь, в значительной степени определяется концентрацией других ионов в почвенном растворе.
2.2. Моделирование физико-химических процессов, ответственных за переход 137Cs в растения
2.2.1. Процесс транспорта 137Cs в свободном пространстве клеточных стенок коры корня
Имеется достаточно данных, свидетельствующих о том, что на первом этапе поглощения, до трансмембранного переноса, транспорт ионов осуществляется путем свободной диффузии в объеме клеточной стенки, расположенном кнаружи от плазмалеммы и определяемом как кажущееся свободное пространство (Briggs, 1957). Единая система клеточных стенок образует апопласт.
Клеточные стенки в основном состоят из целлюлозы, гемицеллюлоз, пектинов и гликопротеидов. Дочерние клетки, возникшие из клетки верхушечной меристемы, вначале бывают разделены прослойкой углеводного материала - матриксом, в котором позже закладывается первичная клеточная стенка. Матрикс состоит, главным образом, из пектиновых веществ (Люттге, Хигинботан, 1984). Среди вещества матрикса клеточных стенок имеются также и белки. Это гликопротеиды, белковая фракция которых сильно обогащена аминокислотой оксипролином, содержащей свободную карбоксильную группу. Матрикс пронизывают целлюлозные микрофибриллы, образуя в нем рыхлую сеть, промежутки между которыми проницаемы для молекул воды и гидратированных ионов. Свободные карбоксильные группы пектинов и белков обеспечивают большое число отрицательных фиксированных зарядов в клеточных стенках. Свободные аминогруппы белков ответственны за меньшее количество положительных зарядов. Для заряженных частиц кажущееся свободное пространство включает две составляющие, поскольку часть ионов свободно находятся в растворе, а часть