Мониторинг за содержанием радионуклидов у высших водных растений в антропогенных местообитаниях

Одним из основных вопросов современности является вопрос о воздействии радиации на окружающую среду. В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и все живые организмы подвергаются естественному облучению. На протяжении последних лет проблема загрязнения радионуклидами приковывает к себе внимание общественности. Это происходит потому, что все более возрастает роль атомной энергетики, и возникают проблемы по переработке и хранению ядерных отходов, техногенных выбросов, содержащих радионуклиды. Особенно опасные для жизнедеятельности живых организмов являются долгоживущие, особо токсичные радионуклиды, такие как стронций-90, цезий-137 и др. [1, 3]. До настоящего времени мало изучено загрязнение радионуклидами водных экосистем и избирательное накопление радиоизотопов отдельными компонентами водоема. Водные растения играют важную роль в миграции радионуклидов в водной среде и являются основным звеном пищевой цепи, по которой радиоактивные вещества могут попадать из гидросферы в организм человека.

Цель работы: определить содержание природных и техногенных радионуклидов в высших водных растениях, произрастающих в реке Малая Кокшага, протекающей по территории г. Йошкар-Ола.

Методы исследования. Исследования по изучению высших водных растений: элодеи канадской ( Elodea canadensis Michx) сем. Hydrocharitaceae и рдеста пронзеннолистного ( Potamogeton perfoliatus L.) сем. Potamogeto-naceae проводили в 2010-2011 гг. Вниз по течению реки Малая Кокшага, протекающей по территории г. Йошкар-Олы, были выбраны пять постов наблюдения: пляж «ГАИ»; пляж «Электрон»; пляж «Центральный»; микрорайон «Ширяйково»; 500 м ниже сброса сточных вод с очистных сооружений канализации (ОСК) г. Йошкар-Олы. Исследования по изучению радиоактивности проводились в аккредитованной лаборатории «Висан» Марийского государственного университета. В работе использовался компьютеризированный гамма-, бетта-спектрометри-ческий комплекс (сцинтилляционный блок детектирования NaI) с программным обеспечением «Прогресс-2000» [5]. Экспериментальный материал был обработан статистически.

Результаты. Общие закономерности радиационного воздействия на растительные организмы подробно рассмотрены в фундаментальном издании Д.М. Гродзинского «Радиобиология растений» [2], однако достаточно мало работ по изучению содержания радионуклидов в высших водных растениях. Известно, что водные организмы способны накапливать радионуклиды. Радионуклиды, попавшие в водную среду, неравномерно распределяются как по объему воды, так и в донных отложениях. В илистом дне содержание радионуклидов во много раз больше, чем в песчаном дне [7]. Степень накопления радионуклидов растительными организмами широко колеблется даже у одних и тех же видов в зависимости от минерализации воды, химических свойств радионуклида и других экологических условий. В накоплении некоторых радионуклидов большую роль играет свет и температура воды [4].

Нами были проведены исследования на содержание радионуклидов естественного (40K, 226Ra, 232Th) и техногенного (90Sr, 137Cs) происхождения в листьях двух видов гидрофитов. По данным И.И. Крышева и Е.П. Рязанцева (1991) суммарная активность искусственных радионуклидов в водных растениях составляет в среднем 30% активности естественного радионуклида 40K [3]. β-активность воды и водных растений в основном обусловливается 40К, так как он содержится во всех компонентах биосферы в относительно больших концентрация [6]. Как показали результаты нашей работы (рис. 1) содержание радиоактивного калия у исследуемых растений колеблется в пределах от 50 до 500 Бк/кг в зависимости от места произрастания. При этом наибольшее содержание 40К отмечается у особей, произрастающих в районе ОСК, и составляет у элодеи канадской – 442 Бк/кг, у рдеста пронзен-нолистного – 540 Бк/кг. Растения, произрастающие выше по течению реки, характеризовались меньшим содержанием 40K в ассимиляционных органах (45-80 Бк/кг).

□ Элодея канадская

□ Рдест пронзеннолистный

Рис. 1. Содержание радионуклида ⁴⁰K в высших водных растениях:

здесь и далее: 1 – пляж «ГАИ», 2 – пляж «Электрон», 3 – пляж «Центральный», 4 – м-н «Ширяйково», 5 – 500 м ниже сброса сточных вод с ОСК г. Йошкар-Олы

В природные воды радий переходит за счет процессов адсорбционного обмена, диффузионного выщелачивания пород и извлечения из некоторых растительных остатков. Известно, что некоторые растения способны накапливать радий в повышенных количествах. Исследования естественного радионуклида ²²⁶Ra в элодее канадской и рдесте пронзеннолистном показали, что вниз по течению реки, содержание данного радионуклида возрастает (рис. 2). Наибольшее содержание ²²⁶Ra зафиксировано в листьях растений, произрастающих в районе ОСК, и составило 112 Бк/кг у E. canadensis и 87 Бк/кг у P. perfoliatus. Более активным накопителем естественного радионуклида ²²⁶Ra является элодея канадская.

Рис. 2. Содержание радионуклида ²²⁶Ra в листьях макрофитов

Рис. 3. Содержание радионуклида ²³²Th в листьях макрофитов

Известно, что растения легко поглощают растворимые соединения 232Th. Для тория установлен «пороговый эффект», видовые и географические различия в накоплении. При исследовании содержания радионуклида 232Th в листьях макрофитов было выявлено (рис. 3), что для элодеи канадской характерно увеличение содержания радионуклида в районе пляжа «Электрон» (23 Бк/кг) и ОСК (58 Бк/кг). Для рдеста пронзен-нолистного наибольшее содержание данного радионуклида зарегистрировано в районе пляжей «Электрон» (52 Бк/кг) и «Центральный» (43 Бк/кг).

В настоящее время в связи с развитием атомной промышленности, испытаниями ядерно-го оружия и радиационными авариями значительная часть нашей планеты в той или иной степени загрязнена радионуклидами. Выпавшие в результате глобальных переносов радионуклиды, становятся неотъемлемой техногенной составляющей практически всех ландшафтов, в том числе и водных экосистем [7]. Из техногенных радионуклидов нами были изучены цезий-137 и стронций-90. Цезий-137– один из основных дозообразующих радионуклидов среди продуктов деления в глобальных радиоактивных выпадениях. В морской воде около 70% 137Cs находится в ионной форме, около 23% в адсорбированном состоянии на взвесях и 7% – в коллоидах. Он слабо удерживается в воде и не накапливается в гидробионтах, но хорошо сорбируется донными отложениями. Результаты нашей работы показали, что максимальное содержание 137Cs в листьях элодеи канадской отмечалось на участке в районе жилого микрорайона «Ширяйково» и составило 49 Бк/кг. На этом посту в ассимиляционных

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 14, №1(9), 2012

органах E. canadensis ¹³⁷Cs накапливалось в 8-10 раз больше, чем у P. perfoliatus (рис. 4). Увеличение содержания ¹³⁷Cs в рдесте пронзеннолист-ном отмечалось в районе пляжа «Центральный» и составило 22 Бк/кг.

Рис. 4. Содержание радионуклида ¹³⁷Cs в листьях гидрофитов

При попадании в воду 90Sr распределяется между водой и взвешенным веществом, почти не концентрируется в водорослях, в донных отложениях накапливается незначительно. Техногенный радионуклид 90Sr в листьях высших водных растений, произрастающих в бассейне реки Малая Кокшага в черте г. Йошкар-Олы ни на одном посту наблюдения нами не был выявлен. Таким образом, в результате проведенных исследований впервые было показано распределение радиоактивных элементов в высших водных растениях, произрастающих в антропогенно-измененной среде (река Малая Кокшага в черте г. Йошкар-Ола). Аккумуляция радионуклидов в листьях исследуемых растений имеет видоспецифический характер.

Выводы:

• 1.    Элодея канадская и рдест пронзеннолист-ный больше всего аккумулируют естественный радионуклид ⁴⁰K. Техногенный радионуклид ¹³⁷Cs накапливается главным образом в листьях

• 2.    Анализируя изменение содержание радионуклидов у гидрофитов, произрастающих на постах наблюдения по направлению вниз по течению реки Малая Кокшага в черте г. Йошкар-Олы, следует отметить, что наименьшее содержание естественных радионуклидов отмечается в районе пляжа «ГАИ». Наиболее высокий уровень содержания естественных (⁴⁰К, ²²⁶Ra, ²³²Th) и техногенного (¹³⁷Cs) радионуклидов зафиксирован в районе 500 м ниже места сброса сточных вод с очистных сооружений канализации г. Йошкар-Олы.

элодеи канадской; 90Sr не обнаружен у исследуемых высших водных растений.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Тем-план НИР ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет» на 2010-2012 гг.)