Накопление радионуклидов в ягодных кустарниках лесных экосистем бассейна реки Енисей

УДК 574.522:539.16.04

НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ЯГОДНЫХ КУСТАРНИКАХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ БАССЕЙНА РЕКИ ЕНИСЕЙ

© 2011 Д.В. Дементьев, А.Я. Болсуновский

Институт биофизики СО РАН, г. Красноярск

Поступила в редакцию 17.05.2011

В работе исследовали накопление радионуклидов в 5 видах ягодных кустарников из лесов поймы р.Енисей (Красноярский край). Были определены удельные активности 60Co, 90Sr, 137Cs, 238U и трансурановых элементов в надземных органах кустарников и рассчитаны их коэффициенты накопления (КН). Анализ рассчитанных КН показал, что кустарники в наибольшей степени аккумулируют 90Sr (КН=0,25-1,9). Максимальное накопление 137Cs характерно для ягод и листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus. Для этих видов диапазон значений КН 137Cs (0,006-0,027) пересекается с диапазоном КН 238U (0,004-0,018). Полученный диапазон КН трансурановых радионуклидов (0,01-0,056) для надземных органов Ribes

nigrum сопоставим или выше КН 238U и 137Cs.

Ключевые слова: радионуклиды, коэффициент накопления, растения, 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.

Дементьев Дмитрий Владимирович, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории радиоэкологии. E-mail: dementyev@gmail.com

Болсуновский Александр Яковлевич, доктор биологических наук, заведующий лабораторией радиоэкологии. E-mail: radecol@ibp. ru

Рис. Карта-схема района отбора проб

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 у-излучающих радионуклидов в навесках определяли на у-спектрометре Canberra (США) с полупроводниковым германиевым детектором GX2320 (23%). Полученные у-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 «Атаманово (остров)» на содержание а-излучающих

/238п 239,240п 241 л „, 243,244^.4 Г5

изотопов ( Pu, Pu, Am и Cm) и р-излучающего 90Sr проводили в МосНПО «Радон» (г. Москва). Методики и приборное оборудование для анализа на радиостронций и трансурановые радионуклиды приведены в работе [3]. Все

Лесные ресурсы

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,

152,154^ 90о 238т т

Eu, Sr, U, а также изотопы трансурано-

238™ 239,240™ 241 л „, 243,244/-!

вых элементов: Pu, Pu, Am и Cm [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 у-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 Rubus idaeus и Ribes nigrum одинаково. По результатам радиохимического анализа 90Sr в Ribes ni-grum 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).

Трансурановые элементы в надземной фи-томассе 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

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

КН K Co Sr Cs

Ribes nigrum

ветки 0,48 0,01 0,9 0,009 0,018

листья 0,94 0,02 1,9 0,029 0,011

ягода 1,19 <МДА 0,25 0,027 0,004

Rubus idaeus

ветки 0,69 <МДА н.о. 0,006 0,008

листья 1,34 <МДА н.о. 0,008 <МДА

ягода 1,20 <МДА н.о. 0,010 <МДА

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Bolsunovsky, A. Actinides and other radionuclides in sediments and submerged plants of the Yenisei River /

A. Bolsunovsky, L. Bondareva // J. Alloy. Compd. 2007. No. 444-445. Pp. 495-499.

2. Bolsunovsky, A.Ya. Accumulation of artificial radionuclides by edible wild mushrooms and berries in the forests of the central part of the Krasnoyarskii Krai / A.Ya. Bolsunovsky, D. V. Dementyev // Radioprotection. 2009. No 5(44). Pp. 115-120.

3. Bolsunovsky, A. New data on transuranium elements in the ecosystem of the Yenisei River floodplain / A. Bol-sunovsky, A. Ermakov, A. Sobolev // Radiochim. Acta.

2007. No. 95(9). Pp. 547-552.

4. Ковалевский, А.Л. Биогеохимия урановых месторождений и методические основы их поисков. Монография / А.Л. Ковалевский, О.М. Ковалевская. - Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2010. 362 с.

5. Чевывелов, А.П. Миграция естественных радионуклидов в техногенных таежно-мерзлотных ландшафтах Южной Якутии. Монография / А.П. Чевывелов, П.И. Собакин. - Новосибирск: Изд-во СО РАН,

2008. 138 с.

6. Болсуновский, А.Я. Оценка накопления техногенных радионуклидов грибами в зоне влияния красноярского Горно-химического комбината / А.Я. Болсуновский, Д.В. Дементьев, Д.Г. Бондарева // Радиационная биология. Радиоэкология. 2006. №1(46). С. 67-74.

7. Lux, D. Cycling of Pu, Sr, Cs, and other longliving radionuclides in forest ecosystems of 30-km zone around Chernobyl / D. Lux, L. Kammerer, W. Ruhm, E. Wirth // Sci. Total Environ. 1995. No. 173/174. Pp. 375-384.

8. Carini, F. Radionuclide transfer from soil to fruit // J. Environ. Radioactivity. 2001. No. 52. Pp. 237-279.

9. Green, N. Transfer of radionuclides to fruit / N. Green,

B.T. Wilkins, D.J. Hammond // J. Radioanal Nucl. Ch. 1997. No. 226(1-2). Pp.195-200.

RADIONUCLIDES ACCUMULATION BY BERRY BUSHES IN FOREST ECOSYSTEMS OF YENISEI RIVER BASIN

© 2011 D.V. Dementyev, A.Ya. Bolsunovsky

Institute of Biophysics SB RAS, Krasnoyarsk

In work investigated accumulation of radionuclides in 5 kinds of berry bushes from flood plain forests of Yenisei river (Krasnoyarsk region). Have been defined specific activity of 60Co, 90Sr, 137Cs, 238U and transuranium elements in elevated bodies of bushes and their factors of accumulation (КН) are calculated. The analysis of calculated КН has shown that bushes in the greatest degree accumulate 90Sr (КН=0,25-1,9). The maximum accumulation of 137Cs is characteristic for Ribes nigrum and Rubus idaeus berries and leaves. For these kinds the range of values КН of 137Cs (0,006-0,027) is crossed with range КН of 238U (0,004-0,018). Received range КН of transuranium radionuclides (0,01-0,056) for elevated bodies of Ribes nigrum is comparable or above КН of 238U and 137Cs.

Key words: radionuclides, factor of accumulation, plant, Yenisei

Dmitriy Dementyev, Candidate of Biology, Research Fellow at the Radioecology Laboratory. E-mail: dementyev@gmail.com Alexander Bolsunovsky, Doctor of Biology, Chief of the Radioecology Laboratory. E-mail: radecol@ibp.ru

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)»

КН 239,240pu Am 243,244Cm

корни 0,027 0,051 0,073

ветки 0,010 0,025 0,018

листья 0,026 0,051 0,045

ягода 0,056 < МДА 0,027

Выводы: отмеченные неоднородности распределения радионуклидов в почве и сопоставимость значений КН 137С8 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.