Экологическая безопасность почв в зоне наблюдений Волгодонской АЭС по данным биотестирования

УДК 504.53.054:620

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЧВ В ЗОНЕ НАБЛЮДЕНИЙ РОСТОВСКОЙ АЭС ПО ДАННЫМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

Е.Н. Бакаева, Н.А. Игнатова

Южный отдел Института водных проблем РАН, Гидрохимическийинститут

Southern division of the Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences, _Hydrochemical institute_

Методом биотестирования проведен анализ токсичности проб верхнего слоя почв пяти участков в зоне наблюдений Ростовской АЭС и почв почвенного профиля контрольного участка. Необработанные почвы и их водные вытяжки по результатам биотестирования оказывали угнетающие действие на развитие и размножение четырех тест-объектов. Токсичность почв, вероятно, связана с повышенной солонцеватостью почв, хозяйственной деятельностью человека.

Ключевые слова: токсичность, тест-объект, биотестирование, почвы, экологическая безопасность.

The toxicity analysis of topsoil samples from five areas in the zone of observation of Rostov nuclear power plant and soil of the controlled plot, is done with the help of biotesting method. According to the results of this biotest uncultivated soils and their water extracts had a depressing effect on the development and reproduction of four test-objects. The soils toxicity is probably due to the high alkalinity of soils and human economical activity.

Keywords: toxicity, test-object, biotesting, soils, ecological safety.

Существующая на сегодня система экологической безопасности в Российской Федерации, как составляющая национальной безопасности, представляет собой совокупность законодательных, медицинских и биологических мероприятий, направленных на поддержание равновесия между биосферой и, как естественными внешними нагрузками, так, и в первую очередь, все возрастающими по прессу и разнообразию антропогенными нагрузками.

В целом экологическая безопасность - это процесс обеспечения защищенности жизненно важных интересов личности, общества, природы, государства и всего человечества от реальных или потенциальных угроз, создаваемых антропогенным или естественным воздействием на окружающую среду.

Объектами экологической безопасности являются природные ресурсы и природная среда наравне с правами, материальными и духовными потребностями личности, материальной основой государственного и общественного развития. Наиболее значимыми объектами биосферы, определяющими функции всего живого, являются почвы. Радиоактивность - естественный фактор в биосфере для всех живых организмов. И, в тоже время, среди биосферных объектов почвы обладают наиболее высокой естественной степенью радиоактивности. Кроме того, почва (педосфера) -один из основных компонентов биосферы, где происходит локализация искусственных радионуклидов, сбрасываемых в окружающую среду вследствие техногенной деятельности человека. Особенностью радиоактивных загрязнителей является то, что

они, обычно, не изменяют плодородия почв, но накапливаются в урожае. Распределение по почвенному профилю антропогенных радионуклидов зависит от ряда причин, в том числе типа почв.

Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв опасны тем, что включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. В экологическом отношении наибольшую опасность

90 а 137п

представляют Ьг и Cs.

Система экологической безопасности включает три блока: комплексную экологическую оценку территории, экологический мониторинг и управленческие решения. Первые два блока первоначально опирались только на строго количественные аналитические методы. Однако, значения концентраций ограниченного числа определяемых веществ из массы, содержащихся в окружающей среде, не дают экологического осмысления воздействия токсикантов на окружающую среду. Реальную оценку воздействия загрязняющих веществ может дать только биота, поэтому, позднее, более активно стали применяться качественные (или полуколичественные) биологические методы, способствующие получению адекватного ответа биоты, попадающей под воздействие внешних естественных и антропогенных факторов.

Среди биологических методов обеспечения экологической безопасности большое значение в последнее время приобретает биотестирование. Биотестирование направлено на оценку суммарного токсического действия всего комплекса загрязняющих веществ, содержащихся в среде, с помощью тест-объектов. Биотестирование предполагает использование в контролируемых условиях биологических тест-объектов для выявления и оценки действия факторов окружающей среды (в том числе и токсических) на организм, его отдельную функцию или систему организмов.

Материал и методы исследования

Методом биотестирования проведен анализ токсичности проб верхнего слоя почв пяти участков в зоне наблюдений Волгодонской АЭС и почв почвенного профиля контрольного участка КУ-12.

Пробы почв отобраны в ходе комплексных исследований по изучению экологического состояния окружающей природной среды в районе Ростовской АЭС совместно с лабораторией ядерной физики при Южном Федеральном Университете в 2008-2009 годах. Отбор проб проведен на 5 участках: т.1 - контрольный участок 201, т.2 - мусоросжигательный завод (дорога в 2 км), т.3 - 3 км от ст. Подгоринская, т.4 - 30 км зона ст. Жуковская (рядом с заправкой), т.5 - контроль (садовая земля). Исследовали верхний слой (0-5 см) почвы, который представлял собой однородные мелкодисперсные частицы.

Кроме того, оценивали токсичность проб почвенного профиля контрольного участка 12. КУ-12 относится к водораздельным участкам II Центрального (южного) ландшафтно-геохимического района и расположен на целинных землях: профиль -промывной, почва - лугово-каштановая, солонцеватая, тяжело-суглинистая, растительность - полынь, типчак, мятлик, донник.

Проводили биотестирование неизмененных почв и их водных вытяжек. Для оценки токсичности неизмененных почв применяли биотест на фитотоксичность (фитотест) на семенах редиса Raphanussativus [1], его ростковый и корневой тесты, и биотест с использованием личинок хирономидChironomusplumosus. [2]

В качестве тест-объектов для водной вытяжки использовали тест-объекты двух

трофических уровней: автотрофных и гетеротрофных организмов. Из автотрофов использовали культуру зеленых микроводорослей Scenedesmusobliquus, из гетеротрофов - общепринятый тест-объекта Daphniamagna [3] в остром опыте и коловраток Brachionuscalyciflorus [4] в остром и хроническом опытах. Тест-показателями служили коэффициент прироста микроводорослей, гибель олигохет и дафний, гибель и плодовитость коловраток, процент выклева семян, длина ростков и корней редиса.

Водные вытяжки получали следующим образом. Навески почвы в соотношении 1:10 с профильтрованной водой экстрагировали на встряхивателе в течение 1 часа. Полученную водную вытяжку отстаивали в течение 1 суток. После чего медленно, не взмучивая осадок, полученную вытяжку пропускали сифоном через газ № 76-78 с целью отделения мельчайших частиц взвеси.

Все эксперименты проводили в трехкратной повторности. Степень токсичности оценивали по отклонению (%) тест-показателей в опытных сериях от контрольных. Контроль для почв - садовая земля по горизонтам, для водных вытяжек - водная вытяжка почв дехлорированной водопроводной водой. Общее токсическое действие почвы оценивали по показателю тест-объекта, проявившему наибольшую чувствительность.

Результаты и обсуждение исследований

Поверхностный слой почв. Результаты биотестирования почв с использованием тест-объектов различной систематической принадлежности и трофического уровня показали близкие результаты.

Так, в эксперименте с тест-объектом Scenedesmusobliquus негативное действие почв в опытных вариантах (т.1, 2, 3) проявилось на четвертые сутки: процент отклонения от контроля составил от 40 до 50%, что позволило оценить водные вытяжки этих участков, как оказывающие острое токсическое действие. Водные вытяжки почв участка т. 4 (ст. Жуковская) не оказывали токсического действия, поскольку процент отклонения от контроля коэффициента прироста микроводорослей составил в этой пробе не более 10% (рис.1).

Эксперименты с тест-объектом Chironomusplumosusпоказали аналогичный результат. Гибель хирономид была зафиксирована на третьи сутки эксперимента и составила от 20 до 40% (рис.2). На четвертые сутки гибель животных продолжилась. На шестые сутки гибель животных возросла и составила от 40 до 70%. Таким образом, только одна проба (т.4) у ст. Жуковская не оказывала токсического действия.

Результаты биоанализа почв по фитотоксичности также показали наличие острого токсического действия во всех пробах, кроме (т.4) у станицы Жуковская (таблица 1). Чувствительность проявили все используемые тест-показатели (выклев семян, длина ростков, длина корней).

Таблица 1 - Результаты биотестирования проб почв в районе Ростовской АЭС по данным фитотоксичности по трем показателям Raphanussativus

№№ Выклев, Длина ростков, Длина корней, Токсическое

участка % откл. от К.% откл. от К, % действие

1 2 3 4 5

т. 1 70 93,8 34,8 ОТД

т. 2 35 -71,3 21,1 ОТД

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5

т. 3 45 78,6 60,2 ОТД

т. 4 70 24,2 - 6,5 Нет ОТД

ОТД - острое токсическое действие

Таким образом, анализ результатов оценки токсичности почв по трем биотестам показал наличие острого токсического действия на следующих участках: т. 1 -контрольный участок 201, т. 2 - мусоросжигательный завод (дорога в 2 км), т.3 - 3 км от ст. Подгоринская. Следует отметить, что среди этих токсичных проб наиболее негативные значения показателей всех тест-объектов отмечены на участке у мусоросжигательного завода и ст. Подгоринской. Токсичность указанных участков, вероятно, связана с хозяйственной деятельностью и близостью дорог.

Почвенный профиль. Естественные радиоактивные элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах. В почвах и породах присутствуют преимущественно в прочносвязанной форме. Тип профилей 137Cs на КУ 12 относится к промывному типу профилей [5] и отличается относительно невысокой или очень низкой величиной А(Ь) у поверхности (до 40 Бк/кг), глубоким проникновением 137Cs (до 45см). Относительные запасы в слоях 0-15см и 15-45см часто соизмеримы или большие на большей глубине. Структура профилей очень разнообразна по годам. Так, в большинстве профилей по данным Давыдова М.Г. и Бураевой Е.А. (кроме 2004, 2007, 2008 гг.) нет максимума у поверхности, и есть на большой глубине. [5]

137

Вертикальное распределение Cs на данном участке определяется различными причинами: вымыванием мелкозема после засухи по трещинам во время летних ливней, различной степенью солонцеватости переходного горизонта, значительным развитием микрорельефа, обеспечивающим перераспределение выпавших осадков и др. Поэтому важным является, наряду с изучением распределения Cs по профилю почв, изучение токсичности этих же слоев почвенного профиля.

Профили почв формируются в результате особых механизмов переноса Cs по почвенному профилю, специфичных для сухого климата и существенного влияния влаги через процессы инфильтрации и кольматажа. В любом случае скорость переноса 137Cs увеличивается, особенно резко при кольматаже - после длительного сухого периода почва механически разрушается и при коротких обильных последующих осадках 137Cs может быстро проникнуть на значительную глубину. При этом может

^ 137 „

быть преодолен и естественный барьер для Cs - солонцеватый горизонт при 15-20 см. В обычных условиях из-за незначительной плотности и низкой водонепроницаемости при наличии ионов Na в этом горизонте имеет место ускоренная

13 7 „

сорбция Cs. Наличие максимума в удельной активности АгБк/кг Аи запасах P¡Бк/м¿Р

на этих глубинах может быть связано с солонцеватостью. [5]

В сухом климате влияние влаги (атмосферной или грунтовой) может проявиться в виде транспирации - переноса 137Cs к поверхности с влагой, испаряющейся с поверхности почвы. Для рассматриваемого района характерно и наличие смытых почв.

Биотест по фитотоксичности с использованием трех тест-показателей свидетельствует об угнетающем действии на выклев семян (рис.3). Отклонение от контроля составило от -30 до -70%. На горизонте 15-20 см выклева семян не было. Верхние горизонты почвы оказывали небольшое стимулирующее действие на развитие ростков редиса, нижние горизонты с 10-15 см - угнетающее действие. Полностью

непригодны для семян редиса оказались пробы почвы горизонта 15-20 см. По данным трех тест-показателей фитотеста действие почв можно оценить, как острое токсическое.

Результаты биотестирования на двух тест-объектах (Dahniamagna, Brachюnшcalyciflorus) свидетельствуют о негативном действии водных вытяжек почв на тест-показатель «выживаемость» (рис.4). Однако, наиболее важным для прогноза развития популяции из используемых тест-показателей является плодовитость. Короткоцикличные виды, такие как коловратки, позволяют за небольшой промежуток времени (четверо суток) проследить смену 3-4 поколений.

Результаты биотестирования водных вытяжек почв по плодовитости выживших коловраток также свидетельствуют о негативном воздействии почв, что проявлялось в снижении плодовитости и абортировании яиц.

Возрастание токсичности почв с глубиной можно объяснить, во-первых, повышением солонцеватости почв с горизонта 15-20 см, во-вторых, одинаково сухое жаркое лето с короткими ливневыми дождями в 2006 - 2008 годах могло способствовать проникновению загрязняющих веществ с поверхности в более глубокие слои почв с дождевым смывом.

Данные биотестирования дают адекватную картину общего воздействия всего комплекса абиотических и биотических факторов среды на биоту. [6] Анализ результатов биотестирования почв в зоне наблюдений Волгодонской АЭС позволяет сделать следующие выводы:

- токсичность поверхностного слоя почв связана с работой мусоросжигательного завода и близостью автомобильных дорог;

137

- перераспределение содержания Cs по профилям промывного типа [5] и увеличение токсического воздействия почв на биоту с глубиной профилей связано с особенностями почв и климата: солонцеватым барьером почвенных горизонтов и сухими жаркими летними сезонами, способствующими естественному кольматажу;

- выявленная токсичность почв в районе Ростовской АЭС экологически безопасна и не связана с радиоактивным загрязнением, а отображает реакцию биоты на воздействие всех внешних факторов, в том числе хозяйственно-бытовой деятельностью человека.

Литература

1. СанПиН 2.1.7.573-96 Санитарная охрана почвы гигиенические требования к использованию сточных вод. Утв. Постановлением № 46 Госкомсанэпиднадзора РФ от 31.10.96.

2. Р 52.24.635-2002 Методические указания. Проведение наблюдений за токсическим загрязнением донных отложений в пресноводных экосистемах на основе биотестирования. СПб., 2002. 32 с.

3. Р 56.24.566-94 Методы токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем. М., 1994. 130 с.

4. Р 52.24.662 -2004 Оценка токсического загрязнения природных вод и донных отложений пресноводных экосистем методами биотестирования с использованием коловраток. М., 2006. 60 с.

5. Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Рахманов И.Б., Малаева Т.Ю., Сушкевич Л.В.,

137

Тимонина Ю.А. Вертикальное распределение Cs в почвах и донных отложениях Цимлянского водохранилища в районе расположения РоАЭС. // В сб. научных трудов научно-технической конференции «Научно-инновационное сотрудничество». 2002. Т. 2. С. 132-133.

6. Бакаева Е.Н., Никаноров А.М. Гидробионты в оценке качества вод. М., 2006.

234 с.

Бакаева Елена Николаевна - доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Южный отдел Института водных проблем РАН, Гидрохимический институт.

Игнатова Надежда Анатольевна - кандидат биологических наук, младший научный сотрудник.

Bakaeva Elena N. - Doctor of Biological science, senior staff scientist, Southern division of the Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences, Hydrochemical institute.E-mail: rotaria@mail.ru

IgnatovaNadezhda A. - candidate of Biological science, junior scientist. E-mail: ignatse@yandex.ru