Как получить экологически безопасную продукцию

Улучшение качества урожая, получаемого в условиях повышенной радиационной нагрузки, является актуальной задачей сельскохозяйственной науки, так как основными способами обеспечить экологическую безопасность продуктов питания являются агрохимические, агротехнические и мелиоративные мероприятия.
Проблема радиоактивного загрязнения в Воронежской области возникла более 30 лет назад в связи с аварией на Чернобыльской АЭС. Несмотря на значительную удаленность границ области (более 600 км) от эпицентра аварии, в компонентах экосистем было зафиксировано появление техногенных радионуклидов – 127I, 137Cs и 90Sr.
Тридцатилетний период, прошедший после Чернобыльской катастрофы, позволяет оценить долговременные последствия крупномасштабной радиационной аварии.
Вопрос о целесообразности ведения сельскохозяйственного производства на загрязненных землях является чрезвычайно актуальным, поскольку плотность населения, проживающего в загрязненных районах, высока – 40–44 чел./км2, при этом качество пахотных земель в Центрально-Черноземном регионе наивысшее.

Карта Воронежской области, на которой заштрихованы районы, отнесенные
к зонам радиоактивного загрязнения вследствие аварии на Чернобыльской АЭС
(плотность загрязнения составляет 1–5 Ки/км2)
На представленной на рисунке карте Воронежской области заштрихованы районы, отнесенные к зонам радиоактивного загрязнения вследствие аварии на Чернобыльской АЭС. В населенных пунктах Воронежской области, отнесенных к зоне радиоактивного загрязнения в Аннинском, Верхнехавском, Нижнедевицком, Ольховатском, Острогожском, Панинском, Репьевском и Хохольском районах, плотность радиоактивного загрязнения составляет 1–5 Ки/км2.
Кроме отмеченных восьми радиоактивно загрязненных районов в Павловском районе Воронежской области функционирует предприятие ОАО «Павловск неруд», чей производственный цикл связан с добычей, производством и реализацией гранитного щебня. Гранит в карьерах для добычи полезных ископаемых – это твердая монолитная скала, искусственно взрываемая для получения глыб гранита, которые затем дробятся и просеиваются с целью деления на фракции. Природный гранит содержит естественные радионуклиды, и при его добыче неизбежны рассеивание нуклидов в окружающей среде, загрязнение почвенного покрова и биоты, а также миграция по трофическим цепям к человеку.
С учетом вышеизложенного целью представленной исследовательской работы являлась оценка радиоэкологической обстановки в экосистемах, прилегающих к карьерам ОАО «Павловск неруд», а также в агроэкосистемах К(Ф)Х «Палихов А.А.» Хохольского района, так как эти районы включены в перечень населенных пунктов, находящихся в границах зон радиоактивного загрязнения вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС.
В круг задач проведенного исследования входили оценка мощности полевой эквивалентной дозы на выбранных территориях, общей токсичности и качества сельскохозяйственной продукции, произведенной в хозяйствах, а также анализ мероприятий, способствующих снижению радиационной нагрузки.
Материалы и методы
Исследования радиоэкологической ситуации велись в 2016–2018 гг. в К(Ф)Х «Палихов А.А.» Хохольского района и СХА «Дружба» Павловского района Воронежской области.
Измерения мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения осуществлялись с помощью комбинированного дозиметра РКСБ-104 «Радиан».
Общую токсичность продукции зерновой пробы определяли биотестированием.
В качестве биотеста использовали семена редиса и кресс-салата, которые чувствительны на внесение пестицидов и тяжелых металлов.
Результаты и их обсуждение
Оценка последствий от техногенной аварии проводилась систематически и комплексно испытательным лабораторным центром ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области», данные исследований использовались для составления радиационно-гигиенического паспорта Воронежской области, а также базы данных «РегБД36», разработанной ФБУН «Санкт-Петербургский НИИ радиационной гигиены имени профессора П.В. Рамзаева».
По данным ретроспективного анализа за 1986–2014 гг., в 79 населенных пунктах, которые были в зоне радиоактивного загрязнения, почти все показатели радиоактивного загрязнения снизились. Территориальные значения среднегодовой дозы группы населения уменьшились в 55,9 раза (с 7,63 до 0,14 мЗв/год), среднее значение радиационного фона по области составляет 0,11 мкЗв/час, что укладывается в интервал естественных фоновых колебаний. Среднемесячные и максимальные суточные значения концентрации радиоактивных веществ в приземном слое не превышают критических значений.
Санитарно-гигиенический подход к оценке состояния окружающей среды основан на соблюдении принципа: безопасность среды для человека гарантирует и общую экологическую безопасность для существования других видов. Однако далеко не все параметры окружающей среды допустимо нормировать исходя из этого принципа.

Например, при загрязнении почвы тяжелыми металлами наиболее чувствительными организмами в микробном сообществе становятся азотфиксаторы, бактерии рода Bacillus, а доминировать начинают устойчивые виды микромицетов: псевдомонады, стрептомицеты и многие виды целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Различную чувствительность к тяжелым металлам проявляют и почвенные простейшие (раковинные амебы и др.), водоросли.
Экологическое нормирование оценивает безопасность среды обитания по наиболее чувствительному к данному фактору нагрузки виду, что позволяет сохранить все видовое разнообразие на участке.
Экологический подход к обеспечению радиационной защиты населения состоит в том, что, обеспечивая безопасную среду обитания для наиболее чувствительной к поражающему фактору популяции, мы создаем благоприятные условия и для всех остальных популяций в биоценозе. Чем выше уровень организации вида, тем меньше резистентных механизмов по отношению к поражению от радиации. Наиболее чувствительным и уязвимым видом, таким образом, является человек. Согласно постулату Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) безопасность от поражающих радиационных факторов для любой экологической системы в целом гарантирована, если обеспечен уровень защиты всех людей.

Максимальный показатель средней эффективной дозы по Российской Федерации составляет 3,789 мЗв/год, а в Воронежской области – и 3,309 мЗв/год. 
За 2010–2016 гг. средняя годовая эффективная доза на жителя Воронежской области за счет всех источников ионизирующего излучения составляла от 2,980 до 3,309 мЗв, что не превышает предельно допустимой дозы 5 мЗв согласно Нормам радиационной безопасности НРБ-99/2009.
Радиационная обстановка на территории исследуемых хозяйств формируется в результате воздействия естественных (природных) и искусственных источников радиации, которые вносят свой вклад в радиационный фон.
Радиационный фон отслеживался на протяжении 3 лет в разных точках территории К(Ф)Х «Палихов А.А.» и СХА «Дружба», агроценозы и селитебная зона которой расположены на расстоянии 30–0 км от карьеров «Павловск неруд» (табл.1).

В непосредственной близости к карьеру радиационный фон повышен в 1,3–1,5 раза по следующим причинам.
1. В некоторых природных минералах содержится уран. Наивысшее содержание среди горных пород имеют первичные вулканические породы (гранит) и некоторые осадочные породы, образовавшиеся благодаря разрушению первичных пород и выщелачиванию из них урана.
2. Из горных пород по трещинам с газовой фазой и с водой к поверхности Земли эманирует радиоактивный газ радон. Скорость переноса 222Rn из земной поверхности и его концентрация в приземном слое воздуха зависят от многих факторов, например от содержания урана в материнских породах.
На всех остальных исследуемых участках значения мощности гамма-фона колебались в естественных для данной местности пределах 0,1–0,2 мкЗв/ч, 
что объясняется слабым уровнем плотности поверхностного загрязнения, а также проводимыми в хозяйствах профилактическими мероприятиями, которые снижают радиационную нагрузку.
В структуре коллективной дозы населения основную долю нагрузки жители получают от природных источников (75%), от медицинских исследований (23%), техногенно измененного фона (2%).
Защита от внешнего облучения осуществляется традиционно по четырем направлениям:
- увеличение расстояния от источника излучения;
- экранирование объекта поглощающими материалами;
- сокращение времени облучения;
- полноценное питание населения, увеличивающее резистентность организма по отношению к радиотоксинам.
Защиту от внутреннего облучения обеспечивает комплекс мер, снижающих перемещение радионуклидов из почвы в трофические цепи. Внутреннее облучение организма возникает в случае попадания радионуклидов с пищей, водой или воздухом в легкие или внутренние органы по пищевым цепям или с дыханием.
Предельная эквивалентная доза, полученная от техногенных источников, для населения группы В составляет 1 мЗв/год. Расчет дозы внешнего облучения от загрязнения почвы оценивают по следующей формуле:
D_внеш (мЗв/год) ≈ 0,1 а_s (Ки/км²),
где а_s – средняя плотность загрязнения территории ¹³⁷Cs.
В Хохольском районе плотность поверхностного загрязнения цезием колеблется в пределах 0,62–1,66 Ки/км².

Таким образом, вклад внешнего облучения, обусловленного поверхностным загрязнением, в общую дозу, получаемую местным населением, незначителен, так как не превышает 0,06–0,17 мЗв/год (1–3%). Поэтому можно заключить, что в условиях слабого радиоактивного загрязнения фактором, определяющим вредный эффект, является инкорпорированные в сельскохозяйственную продукцию радионуклиды ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr.
На этапе перехода радионуклидов из почвы в растения (продовольственные или кормовые культуры) рекомендуется проведение ряда агротехнических, агрохимических и мелиоративных мероприятий, позволяющих уменьшить мобильность цезия и стронция. Особенно действенными для черноземных кислых почв является внесение калийных и органических удобрений, а также проведение известкования.
В таблице 2 изложены почвенные показатели участков в К(Ф)Х «Палихов А.А.», на которых проводились профилактические мероприятия по снижению миграции цезия и стронция в продукцию.

При внесении калийных удобрений в почве повышается концентрация ионов калия, что создает конкурентные условия для поглощения растениями цезия – элемента антагониста калия. Аналогичная ситуация происходит и при известковании: стронций усваивается растениями в 20 раз меньше с увеличением концентрации ионов кальция.
Кроме того, нейтрализация почвы в процессе известкования приводит к снижению растворимости ионов стронция и, следовательно, к уменьшению перехода в растения. Внесение органических удобрений способствует росту биомассы, повышению урожайности, что снижает удельную активность цезия и стронция в продукции.
Для снижения поступления радионуклидов в продукцию животноводства используются следующие способы:
- изменение режима содержания животных;
- рациональное использование кормов и кормовых добавок, в том числе использование чистых кормов, включение в рацион растений, в наименьшей степени накапливающих радионуклиды: зерно злаковых, клубни картофеля, кормовой свеклы, предубойное кормление чистыми кормами, кормление обогащенными кальцием кормами: добавки мела, извести, фосфата кальция, добавки в корма цеолитов, комплексонов, сульфата бария, альгинатов (из морских водорослей).
Если удлинить производственно-трофическую цепь за счет нескольких производственных звеньев переработки продукции, то в конечном продукте потребления количество радионуклидов сокращается. Приемы переработки продукции растениеводства и животноводства позволяют в несколько раз снизить содержание цезия и стронция.
Продуктивность агроценозов, а также качество продукции в К(Ф)Х «Палихов А.А.» не зависят от наличия в хозяйстве радиоактивного загрязнения 1-го (низкого) уровня (табл. 3).

В СХП Павловского района, находящихся на разном удалении от карьера по добыче гранита, не обнаружено зависимости урожайности и качества продукции от расстояния до карьера (табл. 4).

Эффективность хозяйственной деятельности зависит от различных факторов – качества пахотных земель, соблюдения севооборотов, организации работ и т. п. Продукция всех предприятий сертифицирована, образцы зерновой продукции СХА «Дружба» были проанализированы ФГБУ ГЦАС «Воронежский» на содержание радионуклидов. Удельная активность зерновой пробы составила 2,9 ± 1,2 Бк/кг, что не превышает предельно допустимых уровней активности по СанПиН 2.3.2.1078-01 (70 Бк/кг).
Для выбора оптимальных технологий производства сельскохозяйственной продукции в сложных неоднозначных исходных условиях рекомендуется составлять прогнозную оценку радионуклидного загрязнения конечного продукта. Также желательно производить расчет прогнозируемого уровня облучения населения, проживающего на загрязненной территории, потребляющего местную сельскохозяйственную продукцию.
Прогноз и расчет радиационной нагрузки осуществляют по методикам, предложенным А.Д. Фокиным с соавт. (2011).
Чтобы оценить влияние мероприятий по снижению перехода загрязнений в сельскохозяйственную продукцию, была проанализирована общая токсичность биомассы растений, выращенных на загрязненной территории в К(Ф)Х «Палихов А.А.» и на незагрязненной – в УНТЦ «Агротехнология» Воронежского ГАУ (табл. 5). Метод биотестирования позволяет оценить суммарную токсичность продукции, обусловленную как радиоактивным загрязнением, так и применением средств химизации.

Согласно эксперименту разница в токсичности продукции составляет 5–%, что меньше существенной разницы для метода биотестирования.
Лабораторные исследования проб основных пищевых продуктов (молоко, картофель, мясо), питьевой воды, воды открытых водоемов показали, что превышения допустимых норм содержания в них радионуклидов нет, в том числе в населенных пунктах, имеющих статус загрязненных после аварии на Чернобыльской АЭС.
Выводы
1. Экологический подход к обеспечению радиационной защиты населения состоит в том, что, организуя безопасную среду обитания для наиболее чувствительной к поражающему фактору популяции, мы создаем благоприятные условия и для всех остальных популяций в биоценозе.
2. На исследуемых участках в К(Ф)Х «Палихов А.А.» и СХА «Дружба» Хохольского и Павловского районов Воронежской области значения мощности гамма-фона колебались в естественных для данной местности пределах 0,1–,2 мкЗв/ч, что объясняется слабым уровнем плотности поверхностного загрязнения, а также проводимыми в хозяйствах агрохимическими мероприятиями, которые снижают радиационную нагрузку.
3.Ž В непосредственной близости к карьеру ОАО «Павловск неруд» радиационный фон повышен в 1,3–,5 раза, так как в вулканических породах (гранит) и осадочных породах содержится уран, который из них выщелачивается. Кроме того, из горных пород по трещинам с газовой фазой и водой к поверхности Земли эманирует радиоактивный газ радон.
4. В структуре коллективной дозы населения основную долю нагрузки жители получают от природных источников (75%), от медицинских исследований (23%), техногенно измененного фона (2%).
5. Продуктивность агроценозов, а также качество продукции в К(Ф)Х «Палихов А.А.» не зависят от наличия в хозяйстве радиоактивного загрязнения 1-го (низкого) уровня. В СХП Павловского района, находящихся на разном удалении от карьера по добыче гранита, не обнаружено зависимости урожайности и качества продукции от расстояния до карьера. Активность зерновой пробы составила 2,9 ± 1,2 Бк/кг, что не превышает предельно допустимых уровней активности по СанПиН 2.3.2.1078-01 (70 Бк/кг).
6. При внесении калийных удобрений повышается концентрация ионов калия, что создает конкурентные условия для поглощения растениями цезия – элемента антагониста калия. Аналогичная ситуация происходит и при известковании: стронций усваивается растениями в 20 раз меньше с увеличением концентрации ионов кальция. Внесение органических удобрений способствует росту биомассы, повышению урожайности, что снижает удельную активность цезия и стронция в продукции.
Ольга Владимировна Бондарчук, кандидат с.-х. наук, доцент,
Юрий Иванович Житин, доктор с.-х. наук, профессор,
ФГБОУ ВО «Воронежский ГАУ им. императора Петра I»,
Ольга Анатольевна Ткачева, кандидат технических наук,
ФГКВОУ ВО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил 
«Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»    f