РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 4, с. 405-414
РАДИОНУКЛИДЫ
УДК 574::539.1.04:614.876
НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ТРОФИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ Р. ЕНИСЕЙ ПОСЛЕ ОСТАНОВКИ РЕАКТОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ГОРНО-ХИМИЧЕСКОМ КОМБИНАТЕ
© 2014 г. Т. А. Зотина*, Е. А. Трофимова, А. Д. Карпов, А. Я. Болсуновский
Институт биофизики СО РАН, Красноярск
Исследовано накопление техногенных и природных радионуклидов в звеньях трофических цепей р. Енисей, ведущих к промысловым рыбам, в последний год работы реакторного производства на Горно-химическом комбинате в г. Железногорске и в течение трех лет после его остановки (2009— 2012 гг.). Активность техногенных радионуклидов измеряли в пробах биоты р. Енисей (водном мхе, гаммаридах, ельце, хариусе, щуке). Содержание радионуклидов с наведенной активностью в биомассе гидробионтов (Сг, 54Мп, Со, 60Со, 65/п, 141,144Се, 152,154Еи, 239Мр) снижалось после остановки реактора, тогда как снижения содержания 137С8 не наблюдалось. Накопление 137С8 наиболее эффективно в терминальном звене трофической цепи р. Енисей — щуке (КН = 2.0—9.4), что свидетельствует о биомагнификации этого радионуклида. Накопление техногенных радионуклидов ры-бами-бентофагами р. Енисей из зообентоса неэффективно (КН < 1). В мышцах рыб-бентофагов (ельцов и хариусов) и ихтиофагов возможно эффективное накопление 40К (КН = 2.6—3.1 и 1.3— 1.4 соответственно). Эффективности накопления изотопов-аналогов К и 40К в исследованных трофических парах совпадали, а эффективности накопления изотопов элементов-аналогов 40К и С8 значительно различались.
Техногенные радионуклиды, коэффициент накопления, трофические сети, биомагнификация, водный мох, гаммариды, елец, хариус, щука.
БО1: 10.7868/8086980311404016Х
Биодоступность техногенных радионуклидов, поступающих в водоем и депонированных в донных отложениях — одна из ключевых проблем водной экологии. Наиболее достоверным индикатором биодоступности радионуклидов является их накопление водной биотой и перенос в трофических сетях. Видоспецифичные особенности биокинетики отдельных техногенных радионуклидов представителями водной биоты зависят не только от степени эссенциальности (биофильности) химического элемента, но и от экофизиологических особенностей вида. В итоге техногенные радионуклиды с разной эффективностью накапливаются биотой и переносятся в трофических сетях [1, 2]. Эффективность трофического накопления радионуклидов рыбами зависит от типа их питания [3]. Например, известно явление биомагнификации радиоцезия в верхнем звене водной трофической цепи — хищных рыбах [1, 4—9]. Поэтому изучение накопления техногенных радионуклидов промысловыми рыбами не теряет своей актуальности.
* Адресат для корреспонденции: 660036 Красноярск, Академгородок, 50/50, ИБФ СО РАН; тел.: (391) 249-45-72; факс: (391) 243-34-00; e-mail: t_zotina@ibp.ru.
В апреле 2010 г было остановлено реакторное производство на Горно-химическом комбинате (ГХК) Госкорпорации "Росатом", расположенном в г. Железногорске Красноярского края, что привело к значительному снижению содержания радионуклидов с наведенной активностью в воде р. Енисей [10] и, следовательно, к снижению потока радионуклидов из воды в организмы гидробионтов. Однако за время работы ГХК в пойменных почвах и донных отложениях реки накопились высокие активности долгоживущих техногенных радионуклидов. В верхних слоях донных отложений регистрируются 60Со, 137С8, 152Еи, 241Ат, изотопы плутония [11]. Таким образом, донные отложения останутся потенциальным источником техногенных радионуклидов для биоты р. Енисей в течение долгого времени и сохранится вероятность их выноса из водной экосистемы в наземную, в частности, посредством ихтиофауны. Донные отложения р. Енисей являются средой обитания растений и бентосных животных, имеющих тесную трофическую связь с ихтиофауной [12].
Цель данной работы — оценить возможность накопления техногенных радионуклидов в зве-
ньях трофических цепей р. Енисей, ведущих к промысловым рыбам с разным типом питания. В рамках поставленной цели планируется оценить интенсивность очищения организмов водной биоты — представителей различных звеньев трофической цепи р. Енисей, от техногенных радионуклидов в первые годы после остановки реакторного производства на ГХК, а также оценить эффективность переноса техногенных радионуклидов между организмами различных уровней трофической сети.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Пробы биоты отбирали в р. Енисей, со стороны правого берега, на расстоянии до 20 км вниз по течению реки от ГХК в мае, августе и сентябре 2009—2012 гг., как описано нами ранее [13]. Из представителей фототрофов для исследования использовали водный мох (Fontinalis antipyretica Hedw.), из представителей зообентоса — гаммарид (Phylolimnogammarus spp.); из рыб-бентофагов — ельца (Leuciscus leuciscus baicalensis Dyb.) и хариуса (Thymallus arcticus P.); из хищных рыб — щуку (Esox lucius L.). Сырая масса одной особи хариуса составляла 42—391 г, ельца — 36—144 г, щуки — 199— 1100 г. Возраст рыб, определенный по годовым кольцам на чешуе [14], составил у ельцов и хариусов 2+— 3+ г. (изредка попадались экземпляры возрастом 4+ г.); у щуки — 2+— 4+ г. Большинство особей рыб были половозрелыми. В 2009—2010 гг. рыб разделывали на части, как описано ранее [15]. В 2011—2012 гг. рыб разделывали менее детально: на четыре части (мышцы, содержимое кишечника, внутренние органы и все остальное) или на две части (содержимое кишечника и все остальное). Пробы частей рыб анализировали отдельно.
Для измерения активности радионуклидов пробы водного мха и гаммарид сушили до постоянной массы при 105°С, а затем озоляли в муфельной печи ПМ-1.0-20 (НПП "Теплоприбор", Россия) при 450°С. Пробы гаммарид, собранные в 2009—2010 гг., измеряли в сухом виде. Сухая масса проб водного мха составляла 120—260 г, гама-рид — 13—192 г. Пробы рыб, отобранные в 2009 и 2010 гг., озоляли методом "мокрого сжигания", как описано ранее [15], пробы 2011—2012 гг. сушили и затем озоляли в муфельной печи. Для одной пробы использовали 10—67 экз. ельцов, 6— 17 экз. хариусов и 1—7 экз. щуки. Во время работы реакторного производства использовали меньшее количество экземпляров рыб, зообентоса и биомассы мха для одной объединенной пробы, после остановки реактора количество экземпля-
ров и биомассу представителей биоты в пробе увеличивали. Это было обусловлено снижением содержания техногенных радионуклидов в пробах биоты со временем.
Активность радионуклидов в пробах биоты измеряли на гамма-спектрометре со сверхчистым германиевым детектором ("Canberra", США), спектры анализировали с помощью программного обеспечения Genie-2000 ("Canberra", США). Величины активности корректировали на дату отбора проб. Учитывали только активности, превышающие МДА (минимально детектируемая активность). МДА радионуклидов в пробах составляла 0.68 Бк для 40K, 0.05 Бк для 60Со, 0.13 Бк для 65Zn, 0.04 Бк для 137Cs и 0.10 Бк для 152Eu. Удельные активности радионуклидов в пробах биоты переведены в Бк/кг сырой массы с использованием коэффициентов влажности [13].
Пробы биоты для измерения содержания металлов готовили, как описано ранее [13, 16]. Концентрацию K в пробах определяли на пламенном фотометре FLAPHO-4 ("Carl Zeiss", Jena). Содержание Zn и Co — на атомно-абсорбционном спектрофотометре "ААС Квант 2А". Измерения содержания металлов выполнены в аналитической лаборатории ИБФ СО РАН.
Коэффициенты накопления (КН) рассчитывали как отношение активности радионуклида (Бк/кг) или валового содержания металла (мг/кг) в сырой биомассе консумента к содержанию радионуклида и металла в сырой биомассе субстрата. КН в трофических парах щука (мышцы)/рыбы-бентофаги рассчитывали для сопряженных проб, отобранных в мае; КН в других трофическх парах — для проб, отобранных в августе и сентябре.
Достоверность различия средних величин оценивали с помощью критерия Стьюдента для двух выборок с неравными дисперсиями из пакета программы MS Office Excel. На рисунках и в таблицах представлены средние значения и стандартные отклонения изучавшихся показателей.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Активность радионуклидов в биомассе гидробионтов
Из природных радионуклидов в пробах биоты регистрировались 7Be и 40K (рис. 1, а—д). Из техногенных радионуклидов в пробах биоты обнаружены изотопы нейтронно-активационного происхождения (51Cr, 54Mn, 58Co, 60Co, 65Zn, 141,144Ce, 152,154Eu, 239Np) и продукт деления 137Cs.
Короткоживущие изотопы (51Cr, 54Mn, 58Co, 141, 144Ce) регистрировались в основном только в
Содержание некоторых металлов в пробах гидробионтов р. Енисей
Гидробионты Число проб К, г/кг Zn, мг/кг Со, мг/кг
Водный мох 4 2.58 ± 0.57 15.23 ± 4.18 1.24 ± 0.18
Гаммариды 5 1.26 ± 0.27 13.02 ± 1.34 0.13 ± 0.03
Елец (мышцы) 4 4.30 ± 1.46 10.38 ± 2.56 —*
Елец (тела) 1 2.15 26.33 0.01
Хариус (мышцы) 5 3.31 ± 0.87 7.42 ± 1.48 —
Хариус (тела) 3 2.81 ± 0.54 23.99 ± 2.28 0.01 ± 0.01
Щука (мышцы) 3 4.07 ± 0.30 7.26 ± 1.82 —
Вода (фильтрат) 5 0.00065 ± 0.00011 0.005 ± 0.003 —
Примечание. * Не обнаружено.
биомассе водного мха в 2009—2010 гг. (рис. 1, а). 60Со, 137Сб, 152,154Еи присутствовали в биомассе мха в течение всего периода исследований. В биомассе гаммарид обнаружены 60Со, 6^п, 137С8 и радиоизотопы европия (рис. 1, б) в период с 2009 по 2012 гг. Содержание 60Со и 6^п в гаммаридах значительно снизилось в 2011 г. В мышцах рыб из техногенных радионуклидов регистрировались 60Со, 6^п и 137Сб. 60Со изредка встречался в пробах 2009 г.; 6^п регистрировался в пробах рыб 2009 г. и в отдельных пробах ельца и хариуса в 2010 и 2011 гг.; 137Сб регистрировался во всех пробах мышц в период с 2009 г. по 2012 г., а также в ряде других органов и тканей. Удельная активность 137Сб в биомассе гидробионтов изменялась, но ее неуклонного снижения в период времени с 2009 по 2012 гг. не наблюдалось.
Содержание металлов в биомассе гидробионтов
Валовые содержания металлов (К, Zn, Со), радиоактивные изотопы которых наиболее часто регистрировались в пробах гидробионтов р. Енисей, приведены в таблице. Кобальт регистрировался во всех пробах водного мха и гаммарид, а также в отдельных
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.