РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 34-53
^=РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 574:539.1.04
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ У РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ, ОБИТАЮЩИХ НА СЕВЕРЕ РОССИИ, В РАЙОНАХ С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ
© 2007 г. С. А. Гераськин1*, Т. И. Евсеева2, А. И. Таскаев2, Т. А. Майстренко2, Б. Михалик3
1 ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН, Обнинск, Россия 2 Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия 3 Главный институт горного дела, Катовице, Польша
Обобщены результаты многолетних радиоэкологических исследований в районах севера России с повышенным уровнем естественной радиоактивности. В Республике Коми зафиксированы негативные изменения у животных и растений, населяющих территории с повышенным уровнем естественной радиоактивности, выражающиеся в повышенной частоте хромосомных и геномных мутаций, деструктивных процессах в тканях жизненно важных органов животных, нарушении репродуктивных функций, снижении жизнеспособности потомства. Наблюдались также компенсаторные процессы, позволяющие животным и растениям выживать в крайне неблагоприятных условиях радиевых и урано-радиевых загрязнений среды обитания, однако явных признаков адаптации не зафиксировано. В таежной зоне Республики Саха выявлена иная реакция растений на повышенный фон естественной радиоактивности. Обнаружены эффекты стимуляции ростовых процессов, фотосинтеза, синтеза эндогенных низкомолекулярных антиоксидантов, адаптивный ответ. Представленные в обзоре данные отражают сложную картину микроэволюционных изменений, происходящих в популяциях растений и животных, обитающих на территориях с повышенным уровнем естественной радиоактивности.
Естественный радиационный фон, тяжелые естественные радионуклиды, биологические эффекты.
Первые полевые исследования биологического действия повышенных уровней естественной радиоактивности были связаны с изучением состояния популяций растений, заселивших участки выхода на земную поверхность горных пород, содержащих высокие концентрации урана и радия [1]. Территории с повышенными концентрациями естественных радионуклидов могут формироваться и в результате деятельности человека. Результатом развития ядернотопливного комплекса и отраслей промышленности, связанных с добычей, переработкой и использованием полезных ископаемых, в первую очередь угля, нефти, газа, редких металлов, фосфатных и калийных удобрений, строительных материалов, стали обширные территории с техногенно повышенным естественным радиационным фоном [2, 3].
История воздействия на биоту радионуклидов (137Cs, 90Sr и др.), имеющих техногенное происхождение, ограничена несколькими десятками лет. Однако большинство современных радиоэкологических исследований связано с изучением перераспределения в компонентах среды и
*
Адресат для корреспонденции: 249020 Обнинск, Калужская обл., Киевское ш., ВНИИСХРАЭ; тел.: (48439) 7-4420; факс: (48439) 6-80-66; e-mail: stgeraskin@gmail.com.
биологического действия именно этой группы радионуклидов. Это связано с впечатляющими последствиями техногенных катастроф на объектах ядерной энергетики, военного применения и испытаний ядерного оружия. Тем не менее возможные последствия повышенного радиационного воздействия для человека и окружающей среды должны оцениваться вне зависимости от происхождения (искусственного или естественного) источника облучения.
Оценка состояния природных популяций растений и животных, населяющих техногенно загрязненные территории, анализ механизмов восстановления их стабильности являются актуальной, имеющей общебиологическое значение задачей. В районах с повышенным естественным радиационным фоном (ПЕРФ) существуют свои специфические радиоэкологические проблемы, связанные как с особенностями перераспределения тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) в природных средах, так и их биологического действия. ТЕРН являются а-, в-, у-излучателями с высокой относительной биологической эффективностью и неравномерно накапливаются в живых организмах, что обуславливает повышенные дозы облучения некоторых критических органов. Безусловно, нет оснований связывать все измене-
Таблица 1. Удельная активность тяжелых естественных радионуклидов в почвах и породах ториевого стационара (Республика Коми, Средний Тиман)
Участок Мощность экспозиционной дозы у-излучения на расстоянии 1 м от поверхности земли, мкР/ч Содержание радионуклидов, мБк/г абсолютно сухой почвы Содержание 22^п в почвенном воздухе, Бк/л
238и 22(^а 232та
Обнажения горных >100 26 34-41 1496-1636 0.43-2.20
пород*
Ненарушенные 50-100 14-27 25-65 72-161 0.46-1.35
почвы* <50 13-25 28-40 82-120 0.41-2.75
Участок вскрышных работ** 500-800, местами 2000 127 1524 5109 40.7
* Средневзвешенные, с учетом мощности горизонтов, удельные активности ТЕРН в профилях преобладающих типов почв [7]. ** То же в профиле техногенно-нарушенной почвы в районе проведения вскрышных геолого-разведочных работ [8].
ния, наблюдающиеся в районах с повышенным уровнем ЕРФ, исключительно с радиационным воздействием. ТЕРН могут действовать как токсические химические вещества, индуцируя в зависимости от концентрации как стимулирующие, так и угнетающие эффекты. Накопление ТЕРН в организме как правило сопровождается аккумуляцией химических элементов - спутников этих радионуклидов, многие из которых также обладают сильным токсическим действием. Присутствующие в сложных по ионному составу природных растворах радионуклиды и металлы в низких концентрациях могут вносить достоверно высокий вклад в формирование мутагенного и токсического эффектов [4]. Нельзя также исключить влияния климатических факторов на выживаемость растений и животных в присутствии повышенных концентраций тяжелых металлов и радионуклидов в среде обитания [3, 5].
Широкий спектр биологических эффектов (от стимуляции развития до угнетения и гибели), обнаруженных при изучении популяций растений и животных, населяющих области с ПЕРФ, и существенное влияние других экологических факторов на уровень наблюдаемых в этих сообществах изменений постепенно привели к осознанию того, что интерпретация имеющихся данных невозможна без решения фундаментальных проблем радиобиологии. В первую очередь - это проблемы корректной оценки биологического действия малых доз и мощностей ионизирующих излучений, а также модификации их эффектов факторами нерадиационной природы. Достигнутый в последние годы прогресс в понимании механизмов биологического действия малых доз ионизирующих излучений, созданные концептуальная и фактологическая базы позволяют переосмыслить полученные ранее данные о биологических эффектах, наблюдавшихся у животных и растений, обитающих в районах с ПЕРФ.
Настоящий обзор посвящен обобщению и сравнительному анализу результатов радиоэкологических исследований, проведенных в разные годы в районах севера России с повышенным уровнем естественной радиоактивности.
ОПИСАНИЕ УЧАСТКОВ С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ
В Республике Коми с 1957 г. Институтом биологии Коми НЦ УрО РАН на нескольких стационарах, различающихся радиоэкологическими условиями, проводится комплексное изучение влияния повышенных уровней естественной радиоактивности на популяции растений и животных.
Первый район исследований расположен на северо-западе Республики Коми (64°5' с.ш., 50°9' в.д.) в пределах водораздела рек Ворыква и Мезень (Средний Тиман). Климат континентальный. Рельеф холмистый с наличием крутых склонов и скальных обнажений. Коренными породами являются продукты выветривания темно-серых хлорито-сирицитово-кварцитовых и кварцито-вых сланцев. Почвы горные подзолистые железисто-гумусовые, подзолистые железистые, глее-подзолистые. Большая часть территории (70%) покрыта еловыми лесами, 25% - елово-березовы-ми, остальную площадь занимают болота и участки, заросшие карликовой березой. Животный мир представлен видами, типичными для зоны крайней северной тайги.
Мощность экспозиционной дозы у-излучения на расстоянии 1 м от поверхности почвы на этом стационаре в 1958-1963 гг. составляла 50-800 мкР/ч (табл. 1). Повышенный уровень у-фона связан с ториево-редкоземельным рудопроявлением. По уровню у-излучения стационар разделили на четыре участка, для каждого из которых были определены удельная активность радионуклидов в почве и объемная активность радона в почвен-
ном воздухе. Контрольный участок расположен в том же районе и имеет аналогичные условия обитания животных и растений. Мощность дозы у-излучения на контрольном участке в указанный период не превышала 12 мкР/ч, а концентрация ТЕРН в почве была на уровне характерных для Русской равнины значений [6].
Второй район исследований (пос. Водный) находится в широкой излучине р. Ухта (63° с.ш., 53° в.д.). Климат умеренно-континентальный, рельеф холмистый. Почвы подзолистого (дерново-подзолистые, подзолистые иллювиально-гу-мусовые, подзолы железистые), болотного (пере-гнойно-глеевые) и пойменного (дерново-луговые и дерново-глеевые) типов [9]. Коренные растительные ассоциации - сосновые, еловые и елово-березовые леса, разнотравные луга. Животный мир представлен видами, характерными для зоны северной тайги.
Вынос естественных радиоактивных элементов на поверхность земли с грунтовыми водами происходил в этом районе в течение многих лет. С середины XVIII века этот процесс ускорила эксплуатация открытых здесь нефтяных месторождений, а с 1931 г. - промышленная добыча радия из пластовых вод [10], удельная активность 226Яа и 228Яа в которых составляла соответственно 290 и 187 Бк/л [11]. Помимо этих радионуклидов было обнаружено повышенное содержание К, Li, Са, Ва, Mg, Sr, Fe, А1, Мп, Сг, Вг, I, Si. Минерализация вод превышала 100 г/л. За время работы химических заводов по концентрированию радия из пластовых вод было получено примерно 176, а сброшено со сточными водами в окружающую среду не менее 15 г этого радионуклида [10]. В связи с уменьшением содержания радия в пластовых водах в 1947 г. начали переработку привозимых из других районов страны отходов урановой промышленности. В 1950 г. добыча радия из пластовых вод была полностью прекращ
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.