Оценка радиационной безопасности рыбных ресурсов в районе слияния рек Обь и Иртыш

Реализация в России «Атомного проекта» началась со строительства предприятий по производству и переработке ядерных материалов на Урале (Производственное объединение «Маяк» основано в 1945 г.) и в Сибири («Сибирский химический комбинат» образован в 1949 г.) [1, 2]. Для наработки изотопов на этих радиохимических заводах необходимо было большое количество воды, поэтому они размещались вблизи водных объектов (рек и озёр). Несовершенство ряда технологических процессов в первые годы работы предприятий атомной промышленности, а также аварийные ситуации на них, приводили к сбросам высоких активностей радионуклидов в водную среду и их миграции на сотни километров [3, 4]. Наиболее значимым примером такого радиационного воздействия являются речные системы Теча-Исеть-Тобол-Иртыш и Ромашка-Томь-Средняя Обь-Нижняя Обь [5, 6].

Загрязнение техногенными радионуклидами вод р. Иртыш обусловлено сбросами ПО «Маяк» (Челябинская область) в период 1949-1951 гг. 76 x 10 6 м 3 радиоактивных отходов (в большей степени ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs) суммарной активностью 10¹⁷ Бк в реку Теча [7, 8]. Около четверти от общего количества поступивших радиоизотопов мигрировало по речной системе до Иртыша и далее в реку Обь, однако большая часть техногенных нуклидов (⁹⁰Sr около 120-200 ТБк и ¹³⁷Cs до

15-30 ТБк) депонировалось в донных отложениях и пойменных почвах реки Теча, особенно на территории Асановских болот верховья этой реки [8, 9]. В воду реки Обь также поступают техногенные радионуклиды в результате многолетней работы «Сибирского химического комбината» (СХК) и аварии на этом предприятии в 1993 г., в результате которой произошёл взрыв ёмкости с радиоактивными отходами и поступление в окружающую среду радиоизотопов (урана и плутония) суммарной активностью 4,3 ТБк [10].

Реки Обь и Иртыш объединяют свои воды на территории Ханты-Мансийского автономного округа – Югра, где активно используются местным населением в хозяйственных целях, включая рыболовство. В реке Обь на территории Югры обитает 29 видов ихтиофауны, относящихся к 9 семействам. Треть из этих видов используется в качестве промысловых [11]. В радиоэкологии водных экосистем рыба является важным объектом изучения, поскольку она аккумулирует радионуклиды из воды, донных отложений и кормовой базы, подвергаясь при этом облучению и представляя собой источник поступления радиоизотопов в организм человека [12, 13]. Особенно актуально изучение путей миграции радионуклидов в цепи «вода-ихтиофауна-человек» для населения, проживающего вблизи водоёмов, где рыба является значимым компонентом в его рационе питания [14].

Учитывая серьёзную многолетнюю роль предприятий атомной промышленности Урала и Сибири в поступление техногенных радионуклидов в водные экосистемы Оби (общая протяжённость 3650 км) и Иртыша (4248 км), в районе слияния обеих рек на участках до 300-500 км, в 2004 г. была заложена сеть радиоэкологического мониторинга и первые результаты оценки содержания радионуклидов в ихтиофауне опубликованы в работах [15, 16]. К настоящему времени накоплены данные 10-летних непрерывных наблюдений за состоянием рыбы исследуемых участков рек, что позволяет провести их комплексный анализ на длительном промежутке времени.

Цель работы – оценка радиационной безопасности рыбных ресурсов в районе слияния рек Обь и Иртыш на основе анализа данных многолетнего радиоэкологического мониторинга.

Материалы и методы

Рыбу, обитающую в районе слияния рек Обь и Иртыш, изучали в период 2004-2013 гг. на сети радиоэкологического мониторинга, включающего четыре пункта наблюдения (ПН) в пределах 300-500 км (рис. 1): ПН № 1 р. Обь напротив г. Нижневартовск, 510 км до р. Иртыш; ПН № 2 р. Обь, 20 км ниже места слияния с р. Иртыш; ПН № 3 р. Иртыш в районе с. Демьянское, 300 км до р. Обь; ПН № 4 р. Иртыш, 20 км до места слияния c р. Обь. В уловы входило 11 видов рыб (табл. 1).

Рис. 1. Карта-схема пунктов наблюдения сети радиоэкологического мониторинга в районе слияния рек Обь и Иртыш (1-4 места отбора проб рыбы).

Таблица 1

Хищные виды (ихтиофаги)	Мирные и всеядные виды (эврифаги)
Ёрш обыкновенный – Gymnocephalus cernuus L., 1758 Налим обыкновенный – Lota lota L., 1758 Окунь речной – Perca fluviatilis L., 1758 Судак обыкновенный – Sander lucioperca, L., 1758 Щука обыкновенная – Esox lucius L., 1758 Язь – Leuciscus idus L., 1758	Карась обыкновенный – Carassius carassius L., 1758 Лещ обыкновенный – Abramis brama L., 1758 Пелядь – Coregonus peled Gmelin, 1788 Плотва обыкновенная – Rutilus rutilus ruticulus L., 1758 Сибирская плотва (чебак) – Rutilus rutilus lacustris Pallas, 1814 –

Видовой состав проб ихтиофауны в районе слияния рек Обь и Иртыш

Ряд отнесённых к мирным видам ихтиофауны при недостатке корма переходят на другой тип питания. Пробы рыб каждого вида примерно одного возраста (2-3 года) отбирали в трёх повторностях по 3 кг сырой массы. Рыбу отделяли от внутренних органов и консервировали путём засолки или заморозки. В лаборатории тушки высушивали и озоляли при температуре 450 ºC в муфельной печи. До и после озоления пробы взвешивали для пересчёта содержания радионуклидов в рыбе на сырой вес. К измерениям с 2004 г. содержания в рыбе ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, с 2010 г. добавили определение ^239,240Pu. Оценку удельной активности радиоизотопов в образцах проводили по аттестованным методикам в испытательной лаборатории радиационного контроля ИЭРиЖ УрО РАН (аттестат аккредитации САРК RU.0001.441492) в соответствии с ГОСТами [17, 18]. Все результаты подвергались статистической обработке, включающей определение среднего арифметического значения. Оценку радиационной безопасности рыбных ресурсов проводили в соответствии с требованиями [17, 18] и подходом, представленным в работе [14], по показателям соответствия B , неопределённости ∆ B и формулам (1), (2):

-eveu (i)

ДВ = W + И2 , (2) ^HJ^oSr \hJ^Cs’ где Q – измеренная удельная активность радионуклида в рыбе, Бк/кг; H – норматив СанПиН 2.3.2.1078-01 по содержанию радионуклида в рыбе, Бк/кг; ΔQ – абсолютная расширенная (при коэффициенте охвата k=2) неопределённость измерения удельной активности радионуклида в рыбе.

Рыба признаётся соответствующей критерию радиационной безопасности, если ( В + Δ В ) ≤ 1, и не соответствующей, если ( В + Δ В )>1.

Результаты

При проведении радиоэкологического мониторинга водных экосистем наиболее важным является оценка радиационной безопасности рыбных ресурсов. По требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 содержание в рыбе 137Cs не должно превышать 130 Бк/кг, 90Sr – 100 Бк/кг, граничный уровень 239,240Pu в ихтиофауне не нормируется [19]. Результаты анализа удельной активности радиоизотопов в 501 пробе рыбы из района слияния рек Обь и Иртыш за 10 лет показали, что по 137Cs норматив СанПиН не превышается с большим коэффициентом запаса: в среднем – до 70 раз, минимум – в 13 раз (табл. 2).

Среднее содержание 90Sr составило 13,9 Бк/кг во всех 528 пробах рыбы, что более чем в 7 раз ниже граничного уровня СанПиН 2.3.2.1078-01. В тоже время, в 2004 г. во всех пробах окуня из р. Иртыш (ПН № 4) удельная активность радиостронция превысила норматив СанПиН в

1,53 раза. Это говорит о рисках в области радиационной безопасности рыбных ресурсов данной речной системы, обусловленных хроническим поступлением 90Sr, депонированного в донных отложениях и пойменных почвах реки Теча. Как показали исследования водных экосистем Уральского региона с повышенной техногенной нагрузкой [15, 16], миграционная способность 90Sr гораздо выше, чем 137Cs. Радиостронций очень хорошо растворяется в воде, он гораздо слабее, чем 137Cs сорбируется донными отложениями и пойменными почвами. Радиоцезий, напротив, легко фиксируется илами и почвами, активно мигрируя только в период весеннего половодья и дождей со взвесями частиц [15, 16]. Таким образом, радионуклиды, депонированные из сбросов радиохимического производства в донных отложениях и пойменных почвах Течи, являются потенциальным долговременным источником радиоактивного загрязнения рыбных ресурсов речной системы Теча-Исеть-Тобол-Иртыш.

Таблица 2

Средняя удельная активность техногенных радионуклидов в рыбе района слияния рек Обь и Иртыш в период 2004-2013 гг., Бк/кг

Пункт наблюдения	137Cs			90 Sr			239,240Pu
	Все виды	Хищные виды	Мирные виды	Все виды	Хищные виды	Мирные виды	Все виды	Хищные виды	Мирные виды
1	1,81 (n=138)	2,33 (n=60)	1,40 (n=78)	16,5 (n=138)	19,9 (n=60)	13,9 (n=78)	0,80 (n=21)	1,0 (n=9)	0,7 (n=12)
2	1,70 (n=60)	1,50 (n=39)	2,06 (n=21)	5,47 (n=99)	5,74 (n=60)	5,06 (n=39)	0,41 (n=12)	0,41 (n=12)	–
3	1,11 (n=123)	1,16 (n=66)	1,04 (n=57)	11,2 (n=123)	13,3 (n=69)	8,57 (n=54)	1,20 (n=33)	1,5 (n=21)	0,54 (n=12)
4	1,61 (n=180)	1,45 (n=120)	1,93 (n=60)	18,7 (n=168)	20,6 (n=108)	15,3 (n=60)	0,80 (n=45)	1,0 (n=30)	0,5 (n=15)
СанПиН	130			100			–

Примечание: n – число проб.

Оценка радиационной безопасности рыбы в ПН Оби и Иртыша показала (табл. 3), что только для проб окуня показатели соответствия ( B+ A B) превышают 1 (выделено серым цветом) и не могут быть разрешены к употреблению в пищу.

Сравнительный анализ полученных в настоящем исследовании результатов с данными наблюдений за содержанием ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в рыбе водоёма-охладителя Белоярской АЭС за аналогичный период [20] показывает, что если по радиоцезию они сопоставимы (в рыбе Белоярского водохранилища удельная активность ¹³⁷Cs – 1,8 ± 0,7 Бк/кг), то по радиостронцию они отличаются в 2-7 раз (в рыбе водоёма-охладителя АЭС содержание ⁹⁰Sr – 2,7 ± 0,4 Бк/кг). В работе [14] отмеченная закономерность накопления радиозотопов в рыбе реки Течи ещё более ярко выражена. Так, вблизи сбросов радиоактивных отходов ПО «Маяк» в водную экосистему Течи соотношение ⁹⁰Sr/¹³⁷Cs в рыбе составляет уже 33 раза (⁹⁰Sr – 1380 Бк/кг, ¹³⁷Cs – 42 Бк/кг). Это ещё раз подтверждает факт дополнительного поступления ⁹⁰Sr в рыбу Иртыша и далее Оби с водотоком по речной системе Теча-Исеть-Тобол. Содержание ^239,240Pu во всех 108 пробах рыбы ПН рек Обь и Иртыш самое низкое среди всех рассмотренных радионуклидов (в среднем 0,9 ± 0,7 Бк/кг) и по уровням накопления близко к содержанию в ихтиофауне ¹³⁷Cs.

Средняя удельная активность радиоцезия в рыбе разных ПН за длительный период времени близка и находится в достаточно узком диапазоне 1,1-1,8 Бк/кг, что говорит как о схожем количестве содержания радионуклида в воде обеих рек, так и об общих закономерностях его миграции. Содержание 90Sr и 239,240Pu в рыбе ПН № 2 до 2-3 раз ниже, чем в других пунктах 67

наблюдения. По всей видимости на более низкое содержание радионуклидов в рыбе Оби после слияния с Иртышом влияет миграция ихтиофауны из низовьев реки Обь с меньшей концентрацией радионуклидов в воде, а также осаждение части мигрирующих радионуклидов в донных отложениях и пойменных почвах Оби и Иртыша после слияния рек.

Таблица 3

Оценка радиационной безопасности промысловых видов рыб района слияния рек Обь и Иртыш в период 2004-2013 гг.

ПН	Вид рыбы	Q 137Cs, Бк/кг	Q 90Sr, Бк/кг	∆ Q 137Cs	∆ Q 90Sr	B	∆ B	B+ ∆ B
	Чебак	0,7	30,0	0,2	19,2	0,24	0,30	0,54
	Плотва	0,5	16,3	0,4	17,0	0,13	0,26	0,39
	Карась	3,4	14,4	4,0	13,1	0,14	0,22	0,36
	Язь	0,5	19,0	0,2	18,6	0,15	0,29	0,44
1	Ёрш	2,5	39,1	0,2	8,7	0,33	0,13	0,46
	Щука	3,8	15,8	3,9	18,1	0,16	0,29	0,45
	Окунь	1,0	5,1	0,2	0,8	0,05	0,01	0,06
	Лещ	0,5	3,9	0,2	0,4	0,03	0,01	0,04
	Пелядь	0,3	5,3	0,1	4,6	0,04	0,07	0,11
	Щука	3,3	3,2	1,7	4,0	0,06	0,07	0,13
	Карась	4,1	5,2	2,6	4,3	0,08	0,08	0,16
	Плотва	0,7	4,4	0,4	3,1	0,04	0,05	0,09
2	Язь	0,7	6,2	0,4	2,9	0,05	0,05	0,10
	Окунь	0,9	7,2	0,2	2,3	0,06	0,04	0,10
	Налим	0,6	5,7	0,4	2,4	0,05	0,04	0,09
	Лещ	0,3	5,7	0,0	0,9	0,05	0,01	0,06
	Щука	1,3	11,5	0,3	10,4	0,10	0,16	0,26
	Окунь	1,2	13,6	0,7	9,1	0,12	0,14	0,26
3	Язь	1,0	14,6	0,6	12,9	0,12	0,20	0,32
	Лещ	0,7	4,8	0,6	3,0	0,04	0,05	0,09
	Карась	1,5	14,1	1,1	3,8	0,12	0,06	0,18
	Плотва	1,2	9,0	0,6	1,5	0,08	0,03	0,11
	Плотва	1,6	5,9	1,6	2,8	0,06	0,05	0,11
	Окунь	3,1	55,3	2,8	63,6	0,46	0,98	1,44
	Лещ	1,0	29,7	0,6	36,6	0,24	0,56	0,80
4	Язь	0,6	18,7	0,3	17,1	0,15	0,26	0,41
	Налим	0,4	4,7	0,1	2,7	0,04	0,04	0,08
	Ёрш	1,8	5,0	1,0	3,2	0,06	0,05	0,11
	Карась	2,9	12,4	2,1	8,6	0,12	0,14	0,26
	Щука	1,4	3,4	1,0	2,2	0,04	0,04	0,08

Примечание: Q – измеренная удельная активность радионуклида; Δ Q – абсолютная расширенная неопределённость измерения удельной активности радионуклида; B – соответствие нормативу СанПиН 2.3.2.1078-01 по содержанию радионуклида; ∆ B – неопределённость соответствия нормативу СанПиН 2.3.2.1078-01 по содержанию радионуклида.

Аналогичные закономерности накопления в рыбе радиоизотопов можно отметить, сравнивая хищные и мирные (всеядные) виды ихтиофауны (табл. 2). Так, если значительные отличия по аккумуляции 137Cs в обеих группах рыб выявить достаточно сложно, то 90Sr и 239,240Pu более активно накапливаются в хищных видах ихтиофауны всех ПН. Разница в аккумуляции 90Sr у хищных видов рыб в 1,13-1,55 раза выше, чем у мирных во всех ПН. По 239,240Pu отличия в накоплении составляют 1,4-2,8 раза. Таким образом, сопоставляя удельную активность 137Cs и 90Sr в хищных и мирных видах рыбы видно, что с увеличением концентрации радиоизотопов отличия между этими двумя группами ихтиофауны выглядят более чётко в сторону первой. Разница в накоплении радионуклидов между хищными (ихтиофагами) и мирными или всеядными (эврифагами) объясняется разной биологией выделенных групп рыб, включающей образ жизни, размножение, тип пита- ния, процессы метаболизма и т.д. Хищные виды ихтиофауны замыкают пищевую цепь в водной экосистеме и радионуклиды поступают к ним в организм из тканей всех видов рыб, входящих в рацион их питания. Накопление радиозотопов в мирных видах рыб обусловлено их наличием в донных отложениях и кормовой базе (фито- и зоопланктон, зообентос).

За 10-летний период наблюдений удельная активность 137Cs в ихтиофауне варьировала в пределах 0,1-10 Бк/кг, 90Sr – в диапазоне 0,6-153 Бк/кг и 239,240Pu – 0,3-4 Бк/кг. Учитывая значительную вариабельность содержания радионуклидов в рыбе (один-два порядка), была рассмотрена динамика этого показателя во времени (рис. 2). Видно, что максимальные значения содержания 137Cs в рыбе были в ПН № 2 в 2008 г. (рис. 2А). Поскольку это место отбора проб рыбы после слияния Оби и Иртыша, возможной причиной разового повышения активности радиоцезия в ихтиофауне мог стать сложный гидрологический режим обеих рек и вызывающий периодическое усиление аллювиальной активности, особенно в годы с повышенным уровнем водостока и выносом радионуклидов, депонированных в донных отложениях и пойменных почвах. Схожее более высокое накопление 90Sr в рыбе в 2004-2006 гг. (рис. 2Б), по сравнению с последующим периодом в ПН № 1 и № 4, также может быть связано с перераспределение радионуклидов по речным системам из зон их депонирования от источников сброса, а также смывом радиоизотопов с территории водосбора, загрязнённой в результате глобальных радиоактивных выпадений.

2010               2011               2012               2013

Год

Рис. 2. Динамика средней удельной активности техногенных радионуклидов в рыбе района слияния рек Обь и Иртыш: А – ¹³⁷Cs, Б – ⁹⁰Sr, В – ^239,240Pu (1-4 – пункты наблюдения).

Стабильное снижение содержания 239,240Pu в рыбе ПН № 1 на Оби с 1,1 до 0,3 Бк/кг за четыре года (рис. 2В) может быть обусловлено остановкой в 2008 г. на СХК последнего из пяти промышленных реакторов по наработке оружейного плутония и трития. Необходимо учитывать, что процессы миграции радиозотопов из водной среды в ихтиофауну носят пролонгированный характер и от момента поступления радионуклидов в водную экосистему до максимального накопления их во взрослой особи рыбы может пройти от нескольких месяцев до несколько лет, что отмечено и в работах [15, 16].

Как было показано выше, содержание радионуклидов в ихтиофауне зависит не только от места отлова, но и от вида рыбы. Так, вариабельность удельной активности 137Cs между видами достигает 8,4; 90Sr – 6,6; 239,240Pu – 3,0 раз (рис. 3).

Удельная активность, Бк/кг

Удельная активность, Бк/кг

Удельная активность, Бк/кг

Рис. 3. Средняя удельная активность техногенных радионуклидов в разных видах рыбы района слияния рек Обь и Иртыш: А – ¹³⁷Cs, Б – ⁹⁰Sr, В – ^239,240Pu (1-4 – пункты наблюдения).

Полученные результаты позволяют определить общие закономерности накопления радионуклидов различными видами рыб. Так, максимальными аккумуляторами являются хищные (окунь, щука и ёрш), а минимальными – мирные виды (пелядь и лещ). В тоже время мирный вид карась максимально накапливает 137Cs, но минимально – 239,240Pu. Налим относится к хищным видам, но все три радионуклида накапливает в минимальных количествах. В целом, полученные результаты показывают как различия по накоплению радионуклидов хищными и мирными видами ихтиофауны, так и особенности биологии каждого вида. Это позволяет сформировать обобщённый рейтинг видов рыбы по степени снижения накопления радионуклидов: окунь > ёрш > щука ≥ карась > судак ≥ плотва ≥ язь ≥ чебак > лещ > налим > пелядь. Представленный рейтинг можно использовать в качестве ориентира при планировании промысла рыбы в водоёмах, подверженных радиоактивному загрязнению, для обеспечения радиационной безопасности населения. Выделенные закономерности по более высокому уровню накопления радионуклидов хищными видами рыб по сравнению с мирными и фитофагами подтверждаются и на примере ряда других водных экосистем в зонах радиоактивного загрязнения [14-16].

Полученные в исследовании результаты позволили также оценить среднее изотопное соотношение 239,240Pu/137Cs/90Sr в ихтиофауне района слияния рек Обь и Иртыш, которое составляет для всех видов 1:2:13, для хищных – 1:2:15, для мирных – 1:2:11. Наиболее высокие уровни соотношения 90Sr/137Cs характерны для сибирской плотвы или чебака (1:43), язя и леща (1:19), а наименьшие – для карася и щуки (1:4). Это также показывает особенности биологии каждого вида ихтиофауны.

Заключение

Представленные до сих пор неопубликованные результаты анализа многолетних (2004-2013 гг.) радиоэкологических исследований рыбы в районе слияния рек Обь и Иртыш являются одним из этапов системных наблюдений за различными водными объектами (Белоярское водохранилище, реки Теча, Исеть, Обь, Иртыш, Тура, Енисей и др.) в районах влияния предприятий атомной промышленности Урала и Сибири [14-16, 20]. Оценки выбранного десятилетнего периода позволяют сформулировать ряд важных выводов о воздействии радиационно-опасных объектов на водные экосистемы и человека, которые вносят вклад в развитие радиоэкологии водных экосистем.

• 1.    На участках рек Обь и Иртыш в районе их слияния за 10 лет наблюдений средняя удельная активность ¹³⁷Cs в ихтиофауне в расчёте на сырой вес составила 1,6 Бк/кг, ⁹⁰Sr – 14 Бк/кг, ^239,240Pu – 0,9 Бк/кг. Это в целом подтверждает радиационную безопасность рыбных ресурсов региона исследования для населения.

• 2.    Превышение в 2004 г. в пробах окуня реки Иртыш норматива СанПиН 2.3.2.1078-01 по содержанию ⁹⁰Sr в 1,53 раза демонстрирует необходимость систематического радиационного контроля рыбы речной системы Теча-Исеть-Тобол-Иртыш, что актуально для обеспечения радиационной безопасности человека.

• 3.    За 10-летний период радиоэкологического мониторинга отмечена значительная вариабельность содержания радионуклидов в рыбе (один-два порядка) исследуемых участков Оби и Иртыша, которая составила для ¹³⁷Cs – 0,1-10 Бк/кг, ⁹⁰Sr – 0,6-153 Бк/кг и ^239,240Pu – 0,3-4 Бк/кг. Это ещё раз показывает важность постоянного радиационного контроля рыбных ресурсов в данном регионе.

• 4.    По всем пунктам наблюдения Оби и Иртыша и видам рыб удельная активность ⁹⁰Sr на порядок выше, чем ¹³⁷Cs и ^239,240Pu, что является следствием более высоких концентраций данного радионуклида в воде в связи с его значительной миграционной способностью. Поэтому при организации радиационного контроля ихтиофауны необходимо особо обратить внимание на радиостронций.

• 5.    Сформированный рейтинг видов рыбы по степени снижения накопления радиоизотопов (окунь > ёрш > щука ≥ карась > судак ≥ плотва ≥ язь ≥ чебак > лещ > налим > пелядь) даёт возможность планировать промысел рыбных ресурсов в случае рисков превышения нормативов СанПиН по содержанию в них радионуклидов с целью обеспечения радиационной безопасности населения.

• 6.    Учитывая различия в закономерностях накопления радионуклидов хищными (окунь, щука, ёрш) и мирными (пелядь, лещ) видами ихтиофауны, их можно рассматривать как индикаторные (референтные) организмы биоресурсов при оценке радиоактивного загрязнения пресноводных экосистем и анализа формирования дозовых нагрузок на биоту.

Работа выполнена в рамках государственного задания Института экологии растений и животных УрО РАН, тема № 122021000077-6.