Исследование накопления радионуклидов ягодными кустарниками в лесной экосистеме на территории, прилегающей к Семипалатинскому испытательному полигону

Заготовка ягод является важной составляющей пользования лесом. Полезные свойства ягод известны человечеству с незапамятных времён. В народе ягоды называют природной кла-дезью витаминов, что неудивительно, зная, какую пользу приносят ягоды здоровью человека. Ягоды – это великолепный природный и натуральный источник многих полезных биологически активных соединений, и, что немаловажно, это не только вкусный и полезный, но и доступный продукт питания.

Ягоды, как один из компонентов природной среды, способны накапливать радиоактивные элементы как естественного, так и искусственного происхождения. К первым относятся 40K,226Ra и 232Th, которые широко распространены в земной коре и составляют основную долю естественного радиационного фона. К наиболее распространённым искусственным радионуклидам относятся 137Cs и 90Sr, поступление которых в биосферу произошло сравнительно недавно (начиная с XX в.) и было обусловлено рядом радиационных аварий. В местах проведения ядерных испытаний и на прилегающих к ним территориях значительную роль также играют радионуклиды трансуранового ряда – 241Am и 239+240Pu. Мигрируя по цепям питания с одного трофического уровня на другой, радионуклиды могут концентрироваться в их конечных звеньях в количествах, представляющих опасность для здоровья человека.

Многочисленные данные по накоплению радионуклидов лесными ягодами были получены для территорий чернобыльских выпадений [1-3]. Целью данного исследования было определить содержания и параметры накопления естественных (40K,226Ra, 232Th) и искусственных (241Am, 137Cs, 90Sr, 239+240Pu) радионуклидов ягодными кустарниками в лесной экосистеме на тер

Шевченко Ю.С.* – специалист; Ларионова Н.В. – учёный секретарь, к.б.н.; Топорова А.В. – инженер; Айдарханов А.О. – директор, к.б.н. ИРБЭ НЯЦ РК.

*Контакты: 071100, Республика Казахстан, Восточно-Казахстанская обл., Курчатов, ул. Бейбит-Атом, 2. Тел.: 8(72251) 3-29-13;

ритории, прилегающей к Семипалатинскому испытательному полигону (СИП). Данная территория неоднократно подвергалась радиоактивному воздействию в период проведения атмосферных ядерных испытаний на СИП. При этом основной вклад в радиоактивное загрязнение внесло первое ядерное испытание (29.08.1949 г.), радиоактивное облако от которого прошло в непосредственной близости от населённых пунктов Черемушки, Мостик, Долонь, Канонерка.

Материалы и методы

По ботанико-географическому районированию территория соснового бора расположена в пределах одной природной зоны - степной, и, в частности, в одной подзоне сухих ковыльнотипчаковых степей на каштановых почвах [4].

В качестве объектов исследования выбраны следующие ягодные кустарники: шиповник ( Rosa cinnamomea ) , калина ( Viburnum opulus ), смородина ( Ribes aureum ), боярышник ( Grataegus laevigata). Точки отбора располагались вблизи населённых пунктов Черемушки, Мостик, Долонь, Канонерка (рис. 1). В каждой точке произведён отбор ягод (плодов) и смешанных образцов почвы на глубину 5 см. Всего отобрано 9 проб ягод и 9 проб почв.

Рис. 1. Схема расположения точек отбора.

Пробы ягод промывали и ополаскивали дистиллированной водой 2-3 раза, затем просушивали в сушильном шкафу при температуре 90 °C до постоянной массы пробы. Измельчение проводили при помощи лабораторной мельницы. Далее производилось термическое концентрирование (обугливание, озоление) проб. Сухой остаток обугливался в муфельной печи или путём прокаливания на электроплитах в вытяжном шкафу, не допуская воспламенения образца, до прекращения выделения дыма и получения чёрного остатка. Далее пробы охлаждали, растирали и переносили в фарфоровые чашки для последующего озоления. Температура озо- ления для дальнейшего определения 137Cs, 241Am составляла 400 °C, 90Sr, 239+240Pu – 500 °C. После получения золы чашки с золой охлаждали в эксикаторе. Готовую золу просеивали через сито для удаления примесей, остывший зольный остаток взвешивали, определяли коэффициент озоления.

Пробы почвы высушивали до воздушно-сухого состояния в сушильных шкафах при температуре (105 ± 2) °C. После удаления из пробы неразложившихся корней, остатков растений и т.д. пробу взвешивали. Затем сухую пробу просеивали через сито с диаметром отверстий 2 мм. Фракцию пробы с диаметром частиц 2 мм собирали отдельно в полиэтиленовый пакет, взвешивали. Фракцию пробы менее 2 мм рассыпали на листе крафт-бумаги, тщательно перемешивали (6-7 раз с угла на угол), распределяли ровным слоем толщиной 0,5-1,0 см в виде квадрата или прямоугольника. Методом квадратирования отбирали навески пробы. Для этого с помощью стеклянной палочки или шпателя квадрат или прямоугольник делили горизонтальными и вертикальными линиями на небольшие квадраты площадью 5 x 5 см. Из каждого квадрата в шахматном порядке отбирали порции пробы, обеспечивая захват всей толщины слоя, и далее объединяли. Отбор усреднённой навески методом квадратирования проводили до тех пор, пока не была отобрана достаточная навеска для проведения анализа.

Анализы по измерению удельной активности радионуклидов в пробах почвы и растений проводили в соответствии со стандартизованными методическими указаниями [5, 6] на поверенном оборудовании. Определение удельной активности радионуклидов 40K, 226Ra, 232Th, 137Cs и 241Am проводили на гамма-спектрометре Canberra GX-2020, 90Sr и 239+240Pu – радиохимическим выделением с последующим измерением на бета-спектрометре TRI-CARB 2900 TR и альфа-спектрометре Canberra (мод. 7401) соответственно. Концентрация радионуклидов в растениях определялась в золе, с последующим пересчётом на сухое вещество.

Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения использовался коэффициент накопления (КН) – отношение содержания радионуклида в единице массы растений и почвы соответственно. Полученные результаты обрабатывались с помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel 2010.

Результаты и обсуждение

В табл. 1 представлены значения удельной активности в почве и ягодах, а также коэффициенты накопления естественных радионуклидов 40K, 232Th, 226Ra.

Таблица 1

Значения удельной активности в почве и ягодах и коэффициенты накопления (КН) естественных радионуклидов 40K, 232Th, 226Ra

Точка отбора	Объект исследования	Удельная активность, Бк/кг						КН
		40K		232Th		226Ra		40K	232Th	226Ra
		ягода	почва	ягода	почва	ягода	почва
1	шиповник	400±80	620±120	˂0,6	18±4	˂3,4	˂11	0,64	˂0,03	˂0,31
2	калина	570±110	600±130	˂1,0	˂2,0	˂5,4	˂12	0,95	˂0,5	˂0,45
3	шиповник	340±70	640±130	˂0,9	12±2	˂0,9	11±6	0,53	˂0,075	˂0,08
4	смородина	490±100	98±17	˂1,6	4,2±1,4	˂8,2	˂18	5	˂0,38	˂0,46
5	боярышник	350±70	450±90	˂1,3	15±3	˂6,3	˂16	0,78	˂0,087	˂0,39
6	шиповник	350±70	300±60	˂1,2	7,9±2	˂6,3	33±16	1,2	˂0,039	˂0,19
7	шиповник	270±50	520±100	˂1,1	10±2	˂7,7	˂16	0,52	˂0,11	˂0,48
8	шиповник	300±60	620±100	˂1,1	26±5	˂7,7	˂26	0,48	˂0,042	˂0,30
9	шиповник	320±60	530±110	˂0,5	37±7	˂3,6	˂28	0,60	˂0,014	˂0,13
Среднее арифметическое								1,19±0,48	˂0,142	˂0,31

По результатам проведённых анализов установлено, что в почве содержание ⁴⁰K варьирует от 60 до 640 Бк/кг, ²³²Th – от ˂2,0 до 37 ± 7 Бк/кг, ²²⁶Ra – от ˂11 до 33 ± 16 Бк/кг. В ягодах количественные значения удельной активности установлены лишь для радионуклида ⁴⁰K (от 270 до 570 Бк/кг), ²³²Th и ²²⁶Ra оказалось ниже предела обнаружения используемого аппаратурнометодического обеспечения. Соответственно, КН ²³²Th и ²²⁶Ra рассчитаны оценочно, количественные величины КН получены также лишь для ⁴⁰K, что соответствует слабому накоплению по аккумуляции растениями химических элементов КН (1-10).

В табл. 2 представлены значения удельной активности в почве и ягодах, а также коэффициенты накопления искусственных радионуклидов 241Am, 137Cs, 90Sr и 239+240Pu.

Таблица 2

Значения удельной активности в почве и ягодах и коэффициенты накопления (КН) искусственных радионуклидов 241Am, 137Cs, 90Sr и 239+240Pu

Точка отбора

Объект исследования

Удельная активность, Бк/кг

КН

241Am

137Cs

90Sr

239+240

241Am

137Cs

90Sr

239+240

ягода

почва

ягода

почва

ягода

почва

ягода

почва

1

шиповник

˂0,1

˂0,4

˂0,1

5,8±1,2

0,74±0,21

˂0,8

˂0,0070

0,7±0,3

˂0,25

˂0,017

˂0,92

˂0,01

2

калина

˂0,1

0,7±0,2

˂0,2

10±2

0,33±0,17

˂0,8

˂0,0075

2,2±1,1

˂0,14

˂0,02

˂0,41

˂0,003

3

шиповник

˂0,1

˂0,4

˂0,1

12±2

3,5±0,5

1,1±0,6

˂0,0068

1,2±0,5

˂0,25

˂0,008

3,2

˂0,006

4

смородина

˂0,1

0,7±0,2

˂0,3

20±4

˂0,9

2,8±0,6

0,9±0,1

16±2

˂0,14

˂0,015

˂0,32

0,058

5

боярышник

˂0,1

˂0,3

˂0,3

14±3

0,6±0,1

3,4±0,5

˂0,030

45±5

˂0,33

˂0,021

0,18

˂0,0007

6

шиповник

˂0,1

0,6±0,15

˂0,2

13,5±3,0

1,9±0,3

3,3±0,8

˂0,013

1,8±0,7

˂0,17

˂0,015

0,58

˂0,0072

7

шиповник

˂0,1

˂0,5

˂0,2

2,7±0,5

0,8±0,2

˂1,9

˂0,013

0,4±0,2

˂0,2

˂0,074

˂0,42

˂0,033

8

шиповник

˂0,1

2,0±0,4

˂0,2

45±9

0,6±0,1

3,2±0,8

˂0,065

210±10

˂0,05

˂0,004

0,19

˂0,0003

9

шиповник

˂0,1

2,3±0,5

˂0,2

35±7

0,6±0,2

˂1,8

˂0,0060

6,8±1,5

˂0,043

˂0,006

˂0,33

˂0,0009

Среднее арифметическое

˂0,17

˂0,020

˂0,73

˂0,013

Из табл. 2 видно, что максимальные концентрации в почве характерны для радионуклидов 137Cs (от 2,7 до 45 Бк/кг) и 239+240Pu (от 0,7 до 210 Бк/кг), содержание 90Sr – не превышает 3,4 Бк/кг, 241Am – 2,3 Бк/кг. В ягодах удельная активность 241Am, 137Cs и 239+240Pu (искл. т. 4), так же, как и естественных 232Th и 226Ra, оказалась ниже предела обнаружения, количественные значения установлены лишь для 90Sr – от <0,9 до 3,5 Бк/кг, что, согласно ГН СЭТОРБ РК [7], не превышает допустимый уровень. Таким образом, в большинстве случаев КН рассчитаны оценочно и составляют для 241Am – ˂0,25, 137Cs – ˂0,074, 239+240Pu – ˂0,033. Единичные количественные значения КН получены для 239+240Pu (0,058) и для 90Sr (0,18-3,2) и в большинстве случаев соответствуют значениям КН, полученным ранее [8], для условно «фоновых» территорий СИП.

Для оценки возможного негативного воздействия естественных и искусственных радионуклидов при их поступлении с ягодами выполнено определение эффективной дозы. Расчёт производился с использованием формул:

E = E , (1) mg mgi ,

E = A ⋅q ⋅e (2) mgi mi dti , где Аmi – удельная активность i-го радионуклида в ягодах, Бк/кг; q – годовое потребление ягод, кг/год; еdti – дозовый коэффициент для критической группы населения i-го радионуклида при поступлении его с пищей, Зв/Бк.

При расчёте дозы внутреннего облучения от потребления продуктов питания, собранных на загрязнённых участках леса, предполагалось, что население, в основном, потребляет лесные ягоды (шиповник, калину, смородину, боярышник). Значения содержания радионуклидов в ягодах для 137Cs, 241Am, 232Th и 226Ra находятся ниже МДА (<0,3; <0,1; <1,6; <8,2 Бк/кг соответственно), поэтому для консервативной оценки дозы принимаем значения удельной активности для 137Cs=0,3 Бк/кг, 241Am=0,1 Бк/кг, 232Th=1,6 Бк/кг, 226Ra=8,2 Бк/кг соответственно. Согласно минимальным нормам потребления РК годовое потребление ягод составляет 4,5 кг/год [9].

Исходные данные для расчётной оценки годовой эффективной дозы приведены в табл. 3.

Исходные данные для расчётной оценки годовой эффективной дозы

Таблица 3

Параметр	137Cs	90Sr	239+240	241Am	40K	232Th	226Ra
Удельная активность в ягодах (А mi ), Бк/кг	0,3	3,5	0,9	0,1	570	1,6	8,2
Годовое потребление (q), кг/год	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5
Коэффициент кулинарной обработки (К)	1	1	1	1	1	1	1
Дозовый коэффициент (е dti ), Зв/Бк	1,3·10-8	8,0·10-8	4,2·10-7	3,7·10-7	4,2·10-8	4,5·10-7	1,5·10-6

Ожидаемая годовая эффективная доза внутреннего облучения населения от искусственных радионуклидов при потреблении ягод составит ~ 0,003 мЗв/год, это менее 1% от основного предела дозы для населения 1 мЗв/год, от естественных радионуклидов ~ 0,2 мЗв/год. Таким образом, основной вклад в суммарную дозу внутреннего облучения от перорального поступления радионуклидов с ягодами на исследуемой территории вносит доза от естественных радионуклидов, что, в свою очередь, подтверждает утверждение, что основное облучение «средний землянин» получает именно от естественного радиационного фона [10].

Заключение

На основе провёденных исследований установлено, что для искусственных радионуклидов повышенные значения удельной активности в почве отмечаются для 137Cs (от 2,7 до 45 Бк/кг) и 239+240Pu (от 0,7 до 210 Бк/кг). Ожидаемо сравнительно высоким содержанием в почвах характеризуется 40K (от 60 до 640 Бк/кг). В ягодах количественно зафиксированы 40K (от 270 до 570 Бк/кг) и 90Sr (до 3,5 Бк/кг), в единичном случае 239+240Pu (0,9 Бк/кг). Коэффициенты накопления для 40K составляют 0,48-1,2, что соответствует слабому накоплению по аккумуляции растениями химических элементов КН (1-10). Количественные значения КН искусственных радионуклидов 239+240Pu (0,058) и для 90Sr (0,18-3,2) в большинстве случаев соответствуют значениям КН для условно «фоновых» территорий. В целом, ни одно из полученных значений удельной активности радионуклидов в ягодах на исследуемой территории не превышает допустимый уровень. Ожидаемая годовая эффективная доза внутреннего облучения населения при потреблении ягод составит менее 1% от основного предела дозы для населения, при этом основной вклад в суммарную дозу вносит доза от естественных радионуклидов.