Natural radionuclides in mineral fertilizers and farmland

Keywords: Mitrovi}, asistent, dr sc. vet. med. Gordana Vitorovi}, profesor, Velibor Andri}, stru~ni saradnik, Fakultet veterinarske medicine, Univerzitet u Beogradu, dr sc. Mirjana Stojanovi}, nau~ni savetnik, ITNMS, Beograd, dr sc. vet. med. Du{ko Vitorovi}, profesor, Poljoprivredni fakultet, Univerzitet u Beogradu, dr sc. Svetlana Grdovi}, profesor, Fakultet veterinarske medicine, Univerzitet u Beogradu, mr sc. vet. med. Mihajlo Vi}entijevi}, Nau~ni institut za veterinarstvo Srbije, Beograd

ukazuju na to da na ispitivanim lokacijama ne postoji zna~ajni radijacioni rizik za stanovni{tvo usled terestrijalnog izlaganja. Ova istra`ivanja su pokazala i da dosada{nja upotreba mineralnih |ubriva nije uzrokovala povi{enje prirodne radioaktivnosti na ispitivanim oranicama. Klju~ne re~i: gamaspektrometrija, mineralna |ubriva, zemlji{te, prirodni radionuklidi ORIGINALNI RAD -ORIGINAL PAPER * Rad primljen za {tampu 07. 12. 2012. godine ** Dr sc. vet. med. Branislava M. 

Nivo radioaktivnosti u zemlji{tu varira u zavisnosti od sadr`aja prirodnih i proizvedenih radioaktivnih elemenata prisutnih u njemu i razlikuje se {irom Zemlje (UNSCEAR 2000). Pojam tehnolo{ki povi{ene prirodne radioaktivnosti (engl. Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials, TENORM) je relativno novijeg datuma i ozna~ava povi{enu prirodnu radioaktivnost nastalu kao rezultat ljudskih aktivnosti tokom kojih je do{lo do preme{tanja prirodnih radionuklida i njihovog koncentrisanja u u`em podru~ju `ivotne sredine ~oveka. Upotreba fosfatnih mineralnih |ubriva u poljoprivredi predstavlja najve}i antropogeni izvor uranijuma i prate}ih radionuklida (Ra i Th) u zemlji{tu (Hamamo i sar., 1995; Adel i sar., 2005; Bolca i sar., 2007), jer postoji direktna veza izme|u sadr`aja uranijuma i P 2 O 5 u |ubrivima (Akhtar i sar., 2005a, b). Usvajanje uranijuma od strane biljaka zavisi od biljne vrste, fizi~ko-hemijskih osobina zemlji{ta i mikroklimatskih uslova (Stojanovi}, 1999). Same biljke poseduju razli~itu sposobnost akumuliranja uranijuma, koji po unosu u organizam biljke sledi iste meta-boli~ke i biohemijske puteve kao i njegov hemijski analog kalcijum (Matija{evi} i sar., 2004; Mitrovi} i sar., 2011). 
Mineralna |ubriva koja se naj~e{}e uvoze u na{u zemlju su NPK |ubriva (Na:P:K), amofos (N:P), kao i superfosfati koji se me|usobno razlikuju po sadr`aju aktivne komonente. U zavisnosti od hemijskog sastava |ubriva i porekla rude iz koje se proizvode, u njima varira aktivnost prirodnih radionuklida 40 Cilj istra`ivanja je bio da se gamaspektrometrijskom metodom odredi aktivnost prirodnih radionuklida u uvoznim mineralnim |ubrivima, kao i u obradivom i neobradivom zemlji{tu iz prigradskih op{tina grada Beograda, u cilju utvr|ivanja da li je upotreba mineralnih djubriva dovela do pove}anja koncentracije prirodnih radionuklida u obradivom zemlji{tu. 
U periodu od 2007-2010. godine sakupljani su uzorci zemlji{ta (neobradivog i obradivog) iz prigradskih beogradskih op{itna (1. SO Palilula -Slanci, Opovo, Besni Fok; 2. SO Grocka -Vin~a; 3. SO Mladenovac -Nemeniku}e; 4. SO Sopot -Zuce; 5. SO Barajevo -Ro`anci; 6. SO Sur~in -Jakovo; 7. SO Zemun -Batajnica; 8. SO Rakovica -Pinosava; 9. SO Obrenovac -Konatica i U{}e; 10. SO Lazarevac -Vreoci i [opi}i). Uzorci zemlji{ta su sakupljani dva puta godi{nje (prole}e/jesen), na dubini 10-15 cm. Sa svake lokacije uzimana su po tri uzorka neobradivog i obradivog zemlji{ta. Po dopremanju u laboratoriju uzorci su homogenizovani i su{eni na 105 o C do konstantne mase, odmereni i pripremljeni u 

Uvod / Introduction


Materijal i metode / Material and methods

standardnim Marineli posudama od 1 kg. Ukupno je pripremljeno 28 uzoraka. Pre gamaspektrometrijskog merenja uzorci su zatapani i ~uvani najmanje 30 dana da bi se postigla radioaktivna ravnote`a. Vreme merenja je bilo 60 000 s. 
Gamaspektrometrijska analiza mineralnih |ubriva je ra|ena na zahtev grani~ne fitosanitarne inspekcije prilikom uvoza u na{u zemlju. Uzorci |ubriva su po dopremanju u laboratoriju homogenizovani i mereni u standardnim Marineli posudama od 1 kg. 
Svi uzorci su mereni na HPGe detektoru (Ortec, relativna efikasnost 30%, energetske rezolucije 1,85 keV, (1332,5 60 Co)). Za kalibraciju detektora kori{}en je komercijalni standard firme "Amersham" od 1 kg u Marineli posudi, sa me{avinom radionuklida -241 Am, 109 Cd, 139 Ce, 57 Co, 60 Co, 137 Cs, 113 Sn, 85 Sr, 88 Y, gustine (1.22 ± 0.01) g/cm 3 (Mitrovi} i sar., 2009). 
Na osnovu rezultata gamaspektrometrijske analize zemlji{ta odre|ivani su radijumski ekvivalent aktivnosti (Ra eq ) i indeks radijacionog rizika (external hazard index -H ex ). U zemlji{tu, distribucija prirodnih radionuklida 226 Ra, 232 Th i 40 K nije podjednaka. Da bi se uporedila aktivnost materijala koji sadr`e razli~ite koli~ine 226 Ra, 232 Th i 40 K definisan je radijumski ekvivalent aktivnosti (Ra eq ) u Bq/kg. Radijumski ekvivalent aktivnosti je odre|ivan prema slede}oj formuli (Beretka i Mathew, 1985; Yu i sar., 1992): 226 Ra, 232 Th i 40 K u Bq/kg. Prilikom definisanja Ra eq pretpostavljeno je da 370 Bq/kg 226 Ra, 259 Bq/kg 232 Th, odnosno 4810 Bq/kg 40 K proizvode istu ja~inu doze na 1 m iznad povr{ine zemlji{ta. Vrednost Ra eq od 370 Bq/kg odgovara maksimalno dozvoljenoj dozi za stanovni{tvo od 1 mSv. 
Ra eq = C Ra + 1.43C Th + 0.07C K , gde su C Ra , C Th i C K koncentracije
Indeks radijacionog rizika (H ex ) je odre|ivan prema slede}oj formuli (Beretka and Mathew, 1985): U tabeli 2 prikazani su rezultati merenja aktivnosti prirodnih radionuklida 40 K, 238 U, 226 Ra i 232 Th (Bq/kg) u neobradivom i obradivom zemlji{tu sa po-dru~ja prigradskih beogradskih op{tina, radijumski ekvivalent aktivnosti (Ra eq ) i indeks radijacinog rizika(H ex ). U ispitivanim uzorcima zemlji{ta (Tabela 2) najzastupljeniji prirodni radionuklid je bio 40 Pore|enjem aktivnosti prirodnih radionuklida u mineralnim |ubrivima i obradivom zemlji{tu ustanovili smo da je aktivnost 40 K u NPK |ubrivima (4590 Bq/kg) bila za 6 puta ve}a u odnosu na aktivnost 40 K u obradivom zemlji{tu (712 Bq/kg). U superfosfatu aktivnost 238 U (1400 Bq/kg) je bila 22 puta ve}a u odnosu na aktivnost 238 U u obradivom zemlji{tu (65 Bq/kg), a 226 Ra (999 Bq/kg) 15 puta (65 Bq/kg). Sli~ne rezultate su objavili i Boukhenfouf i Boucenna (2011), koji su utvrdili da je koncentracija 40 K u NPK |ubrivima bila od 14 do 31 puta ve}a u odnosu na koncentraciju u zemlji{tu. Ovi podaci su zna~ajni, jer se smatra da ovako uneti radionuklidi mogu dovesti do pove}anja nivoa osnovnog zra~enja (FON) u odre|enim regionima i mogu predstavljati zna~ajne lokalne rizike izlaganja stanovni{tva jonizuju}em zra~enju (Mitrovi} i sar., 2011). 
H ex = C Ra /
Srednje vrednosti aktivnosti prirodnih radionuklida u neobradivom zemlji{tu iznosile su 596 Bq/kg za 40 K, 54 Bq/kg za 238 U, 54 Bq/kg za 226 Ra i 53 Bq/kg za 232 Th, a u obradivom 40 K-626 Bq/kg, 238 U-54 Bq/kg, 226 Ra-55 Bq/kg i 232 Th-55 Bq/kg. Dobijeni rezultati su pokazali da izme|u aktivnosti radionuklida u ispitivanim zemlji{tima nema razlike, {to zna~i da dugogodi{nja upotreba mineralnih |ubriva nije dovela do pove}anja koncentracije prirodnih radionuklida u obradivom zemlji{tu. Srednje vrednosti radijumskog ekvivalenta aktivnosti u neobradivom (171 Bq/kg) i obradivom zemlji{tu (178 Bq/kg) su bile ispod vrednosti koja odgovara dozi od 1 mSv za stanovni{tvo (370 Bq/kg). Na ispitivanim lokalitetima vrednosti ndeksa radijacionog rizika su bile manje od 1 (0,47 -neobradivo i 0,49 -obradivo zemlji{te), {to ukazuje da ne postoji zna~ajan radijacioni rizik za stanovni{tvo usled terestrijalnog izlaganja. 
U neobradivom zemlji{tu sa podru~ja op{tine Lazarevac, selo Vreoci, detektovana je povi{ena prirodna radioaktivnost, nastala kao posledica ljudskog delovanja. Tu su izmerene vi{e aktivnosti 238 U, 226 Ra i 232 Th, {to se mo`e objasniti time da su uzorci zemlji{ta uzeti u blizini rudnog kopa uglja "Kolubara" i postrojenja za preradu i su{enje uglja. Na ovom lokalitetu su vrednosti radijumskog ekvivlalenta aktivnosti (235 Bq/kg) i indeksa radijacionog rizika (0,64) bile najvi{e, ali ukazuju na to da ne postoji rizik za stanovni{tvo usled terestrijalnog izlaganja. 
Srednje vrednosti aktivnosti prirodnih radionuklida u zemlji{tu sa po-dru~ja Beograda (obradivom i neobradivom) iznose 599 Bq/kg za 40 Na podru~ju op{tine Lazarevac, selo Vreoci, u neobradivom zemlji{tu je utvr|ena tehnolo{ki povi{ena radioaktivnost, koja je posledica blizine rudnog kopa "Kolubara". Iako su na ovom lokalitetu vrednosti radijum ekvivlalentne aktivnosti (235 Bq/kg) i indeksa radijacionog rizika (0,64) bile najvi{e, ne postoji rizik za stanovni{tvo usled terestrijalnog izlaganja. 
Na osnovu svih izmerenih i procenjenih parametara u Beogradu ne postoji radijacioni rizik za stanovni{tvo usled terestrijalnog izlaganja zra~enju, ali je neophodno kontinuirano pra}enje radioaktivnosti u cilju pravovremenog uo~avanja bilo kakvih promena. 
ZAHVALNICA / ACKNOWLEDGEMENT: Autori se zahvaljuju Ministarstvu prosvete, nauke i tehnolo{kog razvoja RS, koje je finansiranjem projekta TR 31003 omogu}ilo realizovanje ovog rada. engleski 



  K, 238 U i 232 Th (Becegato i sar., 2008; Boukhenfouf i Boucenna, 2011). Prilikom uvoza u Republiku Srbiju obavezna je gamaspektrometrijska analiza mineralnih |ubriva, dok |ubriva koja se proizvode u na{oj zemlji ne podle`u obaveznoj kontroli pre upotrebe (Sl. gl. RS 44/11 od 17.06.2011). 



Table 1 .

 1 370 + C Th /259 + C K /4810 gde su C Ra , C Th i C K aktivnosti (Bq/kg) 226 Ra, 232 Th i 40 K. Radijacioni rizik usled spolja{njeg izlaganja ne smatra se zna~ajnim ako je vrednost parametra H ex manja od jedan. Aktivnosti prirodnih radionuklida 40 K 238 U i 226 Ra (Bq/kg) u uzorcima mineralnih |ubriva iz uvoza, merenih u laboratoriji za radijacionu higijenu Fakulteta veterinarske medicine u Beogradu su prikazani u Tabeli 1. U NPK |ubrivima najzastupljeniji radionuklid je bio 40 K, dok su u amofosfatnim (NH 4 H 2 PO 4 ) i superfosfatnim Ca(H 2 PO 4 ) 2 |ubrivima aktivnosti 238 U i 226 Ra bile vi{e u odnosu na aktivnost 40 K. Pored hemijskog sastava na radioaktivnost |ubriva uti~e i geografsko poreklo rude od koje se |ubriva proizvode (Boukhenfouf i Boucenna, 2011). Tabela 1. Aktivnost 40 K, 238 U i 226 Ra u uzorcima mineralnih |ubriva iz uvoza (Bq/kg) Activity of 40 K, 238 U and 226 Ra (Bq/kg) in imported fertilizers 


	Rezultati / Results

Table 2 .

 2 K i njegova aktivnost se kretala u opsegu od 465 do 695 Bq/kg u neobradivom zemlji{tu, a u obradivom od 517 do 712 Bq/kg.Najvi{e aktivnosti 238 U (95 Bq/kg),226Ra (93 Bq/kg) i 232 Th (69 Bq/kg) su izmerene u neobradivom zemlji{tu u op{tini Lazarevac, selo Vreoci.Aktivnost 40 K, 238 U ,226Ra and 232 Th in both fallow and arable land, radium equivalent of the activity (Ra eq ) and radiation risk index (H ex ) 


	Tabela 2. Aktivnosti 40 K, 238 U, 226 Ra i 232 Th u neobradivom i obradivom zemlji{tu,	
	radijumski ekvivalent aktivnosti (Ra eq ) i indeks radijacionog rizika (H ex )		
	Lokalitet/vrsta zemlji{ta / Region/soil type	40 K (Bq/kg)	238 U (Bq/kg)	226 Ra (Bq/kg)	232 Th (Bq/kg)	Ra eq (Bq/kg)	H ex
			SO Palilula-Slanci			
	neobradivo / fallow	505 ± 19	47 ± 14	47 ± 7	47 ± 2	150	0,41
	obradivo / arable	518 ± 16	54 ± 4	48 ± 3	45 ± 2	149	0,41
			SO Palilula -Opovo			
	neobradivo / fallow	612 ± 18	43 ± 4	43 ± 3	41 ± 1	144	0,40
	obradivo / arable	634 ± 17	51 ± 6	45 ± 3	42 ± 2	149	0,42
	362						



  K, 54 Bq/kg za 238 U, 54 Bq/kg za 226 Ra i 54 Bq/kg 232 Th. Ovi rezultati su u skladu sa rezultatima koji su za grad Beograd objavili Panteli} i sar. (2009), kao i sa rezultatima dobijenim analizom zemlji{ta na podru~ju Vojvodine, gde su Bikit i sar. (2005) utvrdili da su prose~ne aktivnosti 40 K -554 Bq/kg, 238 U -51 Bq/kg i 232 Th -53 Bq/kg. Prema podacima UNSCEAR (2000) u svetu su prose~ne aktivnosti u zemlji{tu za 40 K -400 Bq/kg, 238 U -35 Bq/kg, 226 Ra -35Bq/kg i 232 Th -30 Bq/kg. Pore|enjem nivoa aktivnosti prirodnih radionuklida u zemlji{tu sa podru~ja grada Beograda i Vojvodine sa rezultatima UNSCEAR (2000) mo`emo zaklju~iti da je ak-Diskusija / Discussion tivnost prirodnih radionuklida u ispitivanom zemlji{tu Srbije ne{to vi{a u odnosu na svetski prosek. Dosada{nja upotreba mineralnih |ubriva nije dovela do pove}anja koncentracije prirodnih radionuklida u ispitivanim obradivim zemlji{tima. 



Vet. glasnik 67(5)(6) 359 -367 (2013) Mitrovi} M. Branislava i sar.: Prirodni radionuklidi u mineralnim |ubrivima i obradivom zemlji{tu 

Vet. glasnik 67(5)(6) 359 -367 (2013) Mitrovi} M. Branislava i sar.: Prirodni radionuklidi u mineralnim |ubrivima i obradivom zemlji{tu nastavak tabele 1. / cont. Table 1. 

NATURAL RADIONUCLIDES IN MINERAL FERTILIZERS AND FARMLAND

Mitrovi} M. Branislava, Vitorovi} Gordana, Andri} V., Stojanovi} Mirjana, Vitorovi} D., Grdovi} Svetlana, Vi}entijevi} M. 
Contemporary agriculture production is based on use of mineral fertilizers, which however can have high activity of natural radionuclides and so cause the appearance of technologically elevated radioactivity. In order to determine the influence of mineral fertilizers application in arable land, there was used gamma spectrometric method for defining the activity of natural radionuclides ( 40 K, 238 U, 226 Ra) in imported mineral fertilizers as well as in arable and fallow land in the area of suburban municipalities of Belgrade. The obtained results have shown that in the tested mineral fertilizers the measured activity of 40 K ranged from 70 to 4590 Bq/kg, 238 U from 18 to 1400 Bq/kg and 226 Ra from 15 to 999Bq/kg. Average activities of natural radionuclides in arable land are: 626 Bq/kg for 40 K, 54 Bq/kg for 238 U, 55 Bq/kg for 226 Ra and 55Bq/kg for 232 Th, and in fallow land 596 Bq/kg for 40 K, 54 Bq/kg for 238 U, 54 Bq/kg for 226 Ra and 53 Bq/kg for 232 Th. Average values of radium radioactivity equivalent (175 Bq/kg) and index of radiation risk (0,48), point out that in the tested areas there is no significant radiation risk for inhabitants due to terrestrial exposure. This investigation has also shown that current use of mineral fertilizers has not caused the increase of natural radioactivity in the tested arable land. Key words: gamma spectrometry, mineral fertilizers, land, natural radionuclides 366 Vet. glasnik 67 (5)(6)
Natural radionuclides in mineral fertilizers and farmland