Накопление радионуклидов в ягодных кустарниках лесных экосистем бассейна реки Енисей

Наземные экосистемы планеты загрязнены техногенными радионуклидами, в их числе находится бассейн р. Енисей в зоне влияния Горнохимического комбината (ГХК), производившего оружейный плутоний. В почве на пойменных участках р. Енисей регистрируется широкий перечень техногенных радионуклидов, в том числе трансурановых. Сведения о накоплении радионуклидов в лесных экосистемах этих районов единичны и относятся главным образом к изучению загрязнения древесных растений как основного объекта лесопользования. Другие растительные компоненты лесных экосистем, такие как кустарники, которые также участвуют в накоплении и перераспределении радионуклидов, ранее не анализировались [1, 2].

Цель работы: оценка переноса техногенных радионуклидов, в том числе трансурановых, в ягодные кустарники за счёт корневого поступления.

Материалы и методы. В ягодных кустарниках Ribes hispidulum (Jancz.) Pojark, Ribes nigrum L., Rosa majalis Herrm., Rubus idaeus L. и Viburnum opulus L. в 30-км зоне ГХК было проведено исследование накопления радионуклидов за счёт корневого поступления из почвы. Образцы кустарников и почвы собирали в 2004-2010 гг. вблизи населённых пунктов (см. рис.): «Красноярск» – присутствуют только глобальные выпадения радионуклидов; «Железногорск» 66 км вниз по течению от Красноярска), «Атаманово (село)» (88 км) и «Балчуг (село)» (98 км) – загрязнённые в результате аэрозольных выпадений от ГХК; «Атаманово (остров)» и «Балчуг (остров)» – пойменные участки р. Енисей, загрязнённые в результате водных сбросов ГХК.

Рис. Карта-схема района отбора проб (Красноярский край)

Собранные в период плодоношения образцы ягодных кустарников разделяли на органы (ветки, листья, ягоды) и высушивали при 65°C. Высушенные пробы взвешивали и озоляли при 450°C. Удельную активность γ-излучающих радионуклидов в навесках определяли на γ-спектрометре Canberra (США) с полупроводниковым германиевым детектором GX2320 (23%). Полученные γ-спектры обрабатывали в программном пакете Canberra GENIE-2000 (США). Концентрацию 238U в образцах определяли инструментальным нейтронно-активационным методом на базе Томского политехнического университета. Радиохимические исследования образцов кустарников и почв с пойменного участка «Ата-маново (остров)» на содержание α-излучающих изотопов (238Pu, 239,240Pu, 241Am и 243,244Cm) и β-излучающего 90Sr проводили в МосНПО «Радон» (г. Москва). Методики и приборное оборудование для анализа на радиостронций и трансурановые радионуклиды приведены в работе [3]. Все удельные активности радионуклидов приведены на воздушно-сухую массу образцов.

Результаты и обсуждение. Загрязнение почв на изучаемой территории носит неоднородный характер вследствие сложного рельефа и разных источников поступления радионуклидов. В настоящее время в пойменных почвах ниже по течению от ГХК определяются ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs, ^152,154Eu, ⁹⁰Sr, ²³⁸U, а также изотопы трансурановых элементов: ²³⁸Pu, ^239,240Pu, ²⁴¹Am и ^243,244Cm [2, 3]. На исследованных участках в пробах Ribes hispidulum , Ribes nigrum , Rosa majalis , Rubus idaeus и Viburnum opulus измеренная удельная активность ¹³⁷Cs составляет 0.2–64 Бк/кг. В пробах надземной фитомассы кустарников с пойменных почв зарегистрирован ⁶⁰Co – до 8.4 Бк/кг; накопление растениями других γ -излучающих техногенных радионуклидов не обнаружено. На участках только с аэрозольным поступлением радионуклидов в собранных образцах кустарников зарегистрирован только ¹³⁷Cs с уровнями активности близких к пределу обнаружения. В кустарниках Ribes nigrum , Rosa majalis и Viburnum opulus максимальная удельная активность ¹³⁷Cs измерена в ягодах – до 64 Бк/кг. Листья видов Ribes hispidulum и Rubus idaeus характеризуются максимальной активностью ¹³⁷Cs (до 51 Бк/кг).

В видах Rubus idaeus и Ribes nigrum отмечено повышенное накопление ¹³⁷Cs, поэтому они были выбраны для более детального изучения, включая радиохимический анализ [2, 3]. В надземных органах Ribes nigrum удельная активность ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs в листьях в 1,5-3 раза выше, чем в ветках, что можно объяснить проводящей функцией ветвей в период активной вегетации. Распределение ¹³⁷Cs по органам кустарников Ru-bus idaeus и Ribes nigrum одинаково. По результатам радиохимического анализа ⁹⁰Sr в Ribes nigrum в наибольшей степени накапливается в листьях (до 60 Бк/кг) и в наименьшей в ягодах – до 3.8 Бк/кг [2].

Пойма р. Енисей загрязнена техногенными радионуклидами (⁶⁰Co, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и др.), являющихся как продуктами активации стабильных изотопов, так и продуктами деления ²³⁸U. Можно предположить, что вместе с техногенными радионуклидами в окружающую среду происходит поступление ²³⁸U и трансурановых элементов (изотопы Pu, Am, Cm). Результаты определения содержания ²³⁸U в ягодных кустарниках Rubus idaeus и Ribes nigrum показывают, что ²³⁸U в Ribes nigrum преимущественно накапливается в ветках и листьях. В работах по накоплению естественных радионуклидов показано, что для древесных и кустарниковых растений характерно большее накопление данных нуклидов в старых органах (ствол, ветви), чем в молодых (листья, хвоя) [4, 5]. В нашей работе так же было отмечено преимущественное накопление ²³⁸U в ветвях по сравнению с листьями. Диапазон концентрации ²³⁸U в надземных органах составляет 0,012-

0,14 мг/кг. В пробах наиболее загрязнённого радионуклидами пойменного участка «Атаманово (остров)» был проведён анализ на содержание трансурановых элементов [3]. Максимальное накопление изотопов трансурановых элементов в надземной фитомассе Ribes nigrum определено в листьях (^239,240Pu до 0,4 Бк/кг; ^243,244Cm до 0,05 Бк/кг) и ягоде (^239,240Pu до 0,88 Бк/кг и ^243,244Cm до 0,03 Бк/кг).

Оценку способности кустарников накапливать в своей биомассе радионуклиды проводили по рассчитанным коэффициентам накопления (КН). Наибольшие значения КН ¹³⁷Cs наблюдаются в листьях и ягодах (до 0,029) видов Rubus idaeus и Ribes nigrum (табл. 1). Полученные значения КН ¹³⁷Cs в ягодах данных видов хорошо согласуются с полученными ранее данными полевых исследований (0,020-0,034) [2]. В ветвях кустарников КН ¹³⁷Cs не превышает 0.009. Наиболее интенсивно в Ribes nigrum накапливается ⁹⁰Sr, для которого КН в листьях достигает 1,9, в ветвях – 0,9, в ягодах – 0,25, что сопоставимо с КН ¹³⁷Cs в грибах с этой же территории [2, 6]. Полученные низкие значения КН ⁹⁰Sr в ягодах по сравнению с другими органами Ribes nigrum хорошо согласуются с данными по чернобыльским выпадениям (0,26-0,66) [7]. По рассчитанным КН было получено, что накопление ¹³⁷Cs органами кустарников возрастает в ряду «ветки <листья < ягода», а для ⁹⁰Sr – в ряду «ягода < ветки < листья» [2]. Наибольшие значения КН ²³⁸U в органах кустарников было зарегистрировано в ветках Ribes nigrum и Rubus idaeus . Диапазон значений КН ²³⁸U (0,004-0,018), как видно из табл. 1 пресекается с диапазоном КН ¹³⁷Cs (0,006-0,027).

Таблица 1. Коэффициенты накопления радионуклидов в органах кустарников с участков с водным поступлением радионуклидов

Примечание: МДА – минимально детектируемая активность; н.о. – не определялось

Трансурановые элементы в надземной фитомассе Ribes nigrum наиболее интенсивно накапливаются в листьях и ягоде. По рассчитанным КН (табл. 2) было получено, что накопление 243,244Cm в органах смородины возрастает в ряду «ветки < ягоды < листья», 239,240Pu – «ветки < листья < ягоды». Для надземных органов Ribes nigrum КН трансурановых радионуклидов (0,010,056) сопоставимы или выше КН 238U и 137Cs. По опубликованным ранее данным [8,9] КН Pu и Am на порядок меньше КН 137Cs. Полученные нами более высокие значения КН трансурановых элементов могут быть связаны с различиями в формах поступления трансурановых радионуклидов в почву на исследуемой территории.

Таблица 2. Коэффициенты накопления трансурановых радионуклидов в органах Ribes nigrum с участка «Атаманово (остров)»

Выводы: отмеченные неоднородности распределения радионуклидов в почве и сопоставимость значений КН ¹³⁷Cs и трансурановых радионуклидов позволяют ожидать более высоких значений удельной активности трансурановых элементов в растениях на отдельных участках поймы р. Енисей. Данному вопросу в настоящее время посвящены единичные исследования, что делает необходимым развивать подобные работы на территории Красноярского края, несмотря на сложность в определении трансурановых элементов в объектах окружающей среды.