Радиационный мониторинг наземных частей земляники в условиях Кольского Севера

Необходимость проведения радиационного мониторинга сельскохозяйственной продукции, прежде всего, связана с тем, что большая роль в формировании суммарной дозовой нагрузки на население от естественного радиационного фона принадлежит облучению, обусловленному отложением в организме человека инкорпорированных радионуклидов, поступающих с продуктами питания [1]. Особенно это актуально в условиях Кольского Севера, насыщенного потенциальными источниками радиоактивных загрязнений и отсутствием данных по миграции и накоплению радионуклидов в продуктах питания. К тому же именно здесь поведение радионуклидов имеет свои особенности, связанные с экстремальными экологическими условиями, включая «пыльные бури» от хвостохранилищ действующих горнопромышленных предприятий (хвосты которых содержат естественные радионуклиды на уровне 0,001-0,01 мас.% ) [2-4]. При неблагоприятных условиях атмосферные осадки и аэрозоли также становятся причиной распространения в природной среде естественных и техногенных радионуклидов, в том числе космогенного радионуклида Ве7 [3].

Методика исследований. Исследования проводили на площадке Полярной опытной станции Всероссийского института растениеводства (ПОСВИР, ныне - ФГНУ ГНЦ РФ ВИР им. Н.И. Вавилова РАСХН «Полярная опытная

станция») и дачных участках в окрестностях г. Апатиты, урбанизированного и густонаселенного района Мурманской области. Надземные части (вегетирующие побеги с розетками, цветоносы, листья с черешками) и ягоды земляники отбирали на участках открытого грунта. Отбор проб осуществлялся в вегетационные периоды 2006-2009 гг. Одновременно проводили наблюдение за содержанием радионуклидов в атмосферных аэрозолях и осадках, снежном покрове, почве, грунтовых водах и вносимых удобрениях. Установлено, что эти объекты являются основными источниками поступления радионуклидов и причиной их миграции в растения [4, 5].

Для анализа использовали сырую массу отобранных проб различных надземных частей земляники (особенно в тех случаях, когда они употребляются только в этом виде – ягоды), а также пробы, высушенные на воздухе (воздушно-сухие). Радиоаналитические исследования проводили в аккредитованной лаборатории радиационного контроля на сертифицированной гамма-спектрометрической аппаратуре «Прогресс-АБРГ» по аттестованным методикам [6, 7]. Радиационный мониторинг включал оценку содержания радиотоксичных естественных и техногенных радионуклидов. Для доверительной вероятности 0,95 (Р) погрешность определения 7Ве, 40К, 226Ra, 232Th, 137Cs в воздушно-сухих пробах составляла 11-60% при экспозиции (Т), равной 1800-5400 с. Измерения проводились в геометрии Маринелли.

Результаты исследований. В предварительных исследованиях было установлено, что грунт открытого опытного участка ягодных культур, на которых выращивается земляника, содержит кларковые количества природных радионуклидов рядов 238U, 232Th и 40К. Содержание 40К в грунте до внесения удобрений составляло 390-450 Бк/кг, что свидетельствует о низком плодородии почвы и необходимости внесения значительных количеств калийных удобрений. Техногенные радионуклиды, кроме 137Cs, отсутствуют. Удельная радиоактивность 137Cs в грунте равна 5,8±1,5 Бк/кг. Эффективная удельная активность грунта (Аэфф) находится в пределах 70±8 Бк/кг. Основной вклад в Аэфф вносит 40К (до 57%). Из этих данных следует, что грунт содержит только естественные радионуклиды, характерные для данного геологического образования. Суммарная удельная альфа- и бета-активность грунтовых вод на опытном участке находилась в пределах 0,05 Бк/л и 0,96 Бк/л соответственно. С учетом неопределенности измерений эти значения близки к нормируемым (0,2 и 1,0 Бк/л соответственно виду излучения [8]).

Исследования показали, что за счёт естественного извлечения радионуклидов из почвы и подземных вод все анализируемые надземные части земляники также содержат природные радионуклиды рядов ²³⁸U и ²³²Th, в количествах, близких к кларковым (2-19) ⋅ 10^-4 мас.%) и ⁴⁰К. В таблицах приведены средние значения результатов многолетних наблюдений.

Таблица 1. Распределение радионуклидов в надземных частях земляники садовой (воздушно-сухая масса)

Объект	137 Cs	214 Pb	226 Ra	232 Th	7Be	40 K
листья	3,3	22,3	4,2	6,3	141,5	426,5
усы	7,2	77,1	111,3	60,5	24,4	593,0
чашелистики	33,0	89,6	21,4	27,0	110,5	424,5
розетки	2.,	3,5	97,3	15,0	12,0	177,0

Содержание техногенного радионуклида 137Cs в расчете на сырую массу растений менее 10 Бк/кг, что соответствует содержанию его в грунте и свидетельствует о значительной миграции в растения в возрастающей последовательности: розетки < лист < усы < чашелистик. Максимальные концентрации его обнаружены в чашелистиках, причем в пробах позднего осеннего сбора содержание 137Cs снижается за счет вымывания (табл. 2), хотя удельная радиоактивность других исследуемых радионуклидов повышается. В целом, концентрации 137Cs значительно ниже нормативных значений для лекарственных и пищевых продуктов.

Таблица 2. Временное распределение радионуклидов в чашелистиках земляники садовой (воздушно-сухая масса)

Дата отбора проб	137 Cs	214 Pb	226 Ra	232 Th	7Be	40 K
июль 2006 г.	47,8	48,9	12,3	26,6	35	374
август 2006 г.	18,3	128,3	30,5	27,4	186	475

Увеличение концентрации 40К в растениях связаны, в первую очередь, с применением калийного удобрения. Так содержание 40К в ягодах земляники, собранных на участках с использованием калийных удобрений, больше в 3,5 раза, чем в ягодах, собранных на участках без удобрений (табл. 3). Исследования показали, что при внесении подкормки из калийных удобрений содержание 40К в листьях земляники увеличивается до 500 Бк/кг (табл. 2). Вторым фактором, влияющим на аккумуляцию 40К в наземной части земляники, является наиболее благоприятные для развития растений природно-климатические условия, которые были зарегистрированы в 2007 г. (табл. 4).

Таблица 3. Влияние удобрений на содержание радионуклидов в ягодах земляники садовой (сырая масса)

Условия выращивания	137 Cs	214 Pb	226Ra	232 Th	7Be	40 K
с внесением удобрения	1,2	6,1	10,5	2	5	43,2
без внесения	0,9	7,1	11,4	4,2	3,5	13,5

Таблица 4. Временное распределение радионуклидов в листьях земляники садовой (воздушно-сухая масса)

Дата отбора проб	137 Cs	214 Pb	226Ra	232 Th	7Be	40 K
10.10.2006	3,3	22,3	4,2	6,3	141,5	426
10.10.2007	3,8	72,0	5,5	3,7	29,3	595

Накопление ⁴⁰K отличается от поведения ¹³⁷Cs тем, что он в наибольшей степени аккумулируется в листьях (максимальное значение – 595 Бк/кг), а ¹³⁷Cs – в чашелистиках. Наземные части земляники по возрастающей последовательности содержания ⁴⁰K располагаются в ряд: розетки < чашелистик < лист < усы.

Накопление ²²⁶Ra и ²³⁸U в листьях земляники связано с биологическими особенностями растения и различной подвижностью нуклидов, как в растениях, так и в почве. Максимальные накопления ²²⁶Ra обнаружены в розетках и усах (до 110 Бк/кг), аккумуляция увеличивается в последовательности: лист < чашелистик < розетки < усы . Удельная радиоактивность ²³²Th значительно меньше ²²⁶Ra и ²³⁸U во всех частях растений за счет малой подвижности его в почве. Максимальное значение его обнаружено в усах (60 Бк/кг), аккумуляция увеличивается в последовательности: лист < розетки < чашелистик < усы . Возможно, за счет воздействия ионизирующего излучения этих радионуклидов на основной ассимиляционный аппарат земляники, к которому относятся усы и розетки, они так интенсивно разрастаются и размножаются.

В чашелистиках обнаружены довольно высокие концентрации (110-150 Бк/кг) ²¹⁴Pb, дочернего продукта распада радия-226. Повышенные содержания естественных радионуклидов, по-видимому, связаны с содержанием ²¹⁴Pb в атмосферных аэрозолях и осадках, «пыльными бурями» в летний период, характерных для исследуемого района. Распределение ²¹⁴Pb в надземных частях земляники совпадает с поведением ¹³⁷Cs, накопление увеличивается в ряду: розетки <лист < усы < чашелистик .

Все анализируемые пробы содержали природный радионуклид космического происхождения 7Ве за счет попадания его в почву из атмосферы и поглощения листьями. Концентрация его последовательно увеличивалась в ряду: розетки < усы < чашелистик < лист. Установлено, что содержание 7Ве в листьях в 5,8 раз превышает содержание его в усах. Максимальные значения удельной радиоактивности 7Ве обнаружены в развитой листовой структуре позднего, осеннего сбора. Содержание 7Ве в листве колебалось от 35 до 186 Бк/кг и зависело от содержания его в атмосферных аэрозолях и осадках, которое спорадически изменялось под влиянием природно-климатических факторов [3]. Такое распределение радионуклида свидетельствует о преимущественном поступлении его из атмосферы в вегетативный период и адсорбции за счет более развитой поверхности листьев растений и ворсистой поверхности чашелистиков. В ягодах разной крупности также содержатся все исследуемые радионуклиды, но количество их близко к фоновым значениям. Настораживает повышение содержания 214Pb в них (рис. 1), но, поскольку он не нормируется по радиоактивности, необходим контроль за содержанием стабильного изотопа свинца.

12,8

558,4

137Cs

Полученные результаты могут быть использованы для экологического и радиационного мониторинга сельскохозяйственной продукции, как в условиях Кольского Севера, так и в других областях России.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта «Ведущие научные школы» по заявке 2006-РИ-112.0/001/268 и регионального Центра коллективного пользования (ЦКП ИХТРЭМС КНЦ РАН).