УДК 574:539.1.047
ОЦЕНКА РЕПРОДУКТИВНОЙ СПОСОБНОСТИ PINUS SYLVESTRIS, ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИОНУКЛИДОВ УРАНОВОГО И ТОРИЕВОГО РЯДОВ
© 2011 г. Т. И. Евсеева*, С. А. Гераськин**, Е. С. Белых*, Т. А. Майстренко*, J. E. Brown***
*Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28
E-mail: repei@mail.ru **НИИсельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН, 249032 Калужская обл., г. Обнинск, Киевское шоссе, 109-й км ***Norwegian Radiation Protection Authority, Grini nœringspark 13, 1332 0sterâs, Norway
Поступила в редакцию 13.07.2010 г.
Определена репродуктивная способность деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) из популяции, сформировавшейся на территории складирования отходов переработки урановой руды и производства радия. В таких условиях у растений 12-15-летнего возраста образуются семена более низкого качества, чем на территории с нормальным радиационным фоном. Пропорционально повышению мощности взвешенной (взвешивающий коэффициент равен 5) поглощенной дозы для генеративных органов с 0.002 ± 0.0003 мГр/день до 0.344 ± 0.059 мГр/день увеличиваются доля пустых семян и частота цитогенетических нарушений в меристеме проростков семян, а выживаемость проростков снижается. Минимальная мощность поглощенной дозы, при которой наблюдаются эти изменения в популяции сосны обыкновенной, составляет 0.027 мГр/день и превышает контрольное значение в 12 раз.
Ключевые слова: радионуклиды, поглощенные дозы, репродуктивная способность, сосна обыкновенная.
Развитие атомной энергетики обусловливает необходимость получения достоверных оценок воздействия на окружающую среду всех объектов ядерного топливного цикла, в том числе ориентированных на добычу, обогащение урановой руды и хранение радиоактивных отходов с высокими удельными активностями тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН). Но современные принципы защиты живой природы от радиационного воздействия основаны главным образом на результатах изучения биологического действия излучений с низкой линейной передачей энергии (IAEA, 1992; Bird et al., 2003; Real et al., 2004; Amiro, Sheppard, 1994; Copplestone et al., 2008). Меньше известно о том, при каких дозовых нагрузках наблюдаются негативные изменения в природных популяциях, населяющих территории с техногенно обусловленным повышенным содержанием ТЕРН, являющихся одновременно а-, р- и у-излучателями.
В нашем предыдущем исследовании (Evseeva et al., 2009) было показано, что для горошка мышиного (Vicia cracca L.), произрастающего на территории, загрязненной отходами переработки урановой руды и производства радия, мощность взвешенной поглощенной дозы для наземной массы 1.67 мГр/день (взвешивающий коэффициент равен 5) можно принять за уровень, превышение которого должно приводить к снижению репродук-
тивной способности растений и увеличению частоты цитогенетических нарушений. Это значение в 1.4—1.7 раза ниже существующих оценок безопасных для биоты уровней облучения, базирующихся на данных об эффектах, индуцированных излучениями с низкой линейной передачей энергии (Bird et al., 2003; Real et al., 2004). Но травянистые растения являются самым устойчивым к радиационному воздействию компонентом лесных фитоценозов (Amiro, Sheppard, 1994). Следовательно, у радиочувствительных видов, к которым относится сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), негативные эффекты в условиях хронического воздействия радионуклидов уранового и ториевого рядов могут возникать при еще более низких дозах.
Цель настоящего исследования — определить взвешенные поглощенные дозы и репродуктивную способность деревьев сосны обыкновенной из популяции, сформировавшейся на территории складирования отходов переработки урановой руды и производства радия.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Район исследований находится в пос. Водный Республики Коми (63° с.ш., 53° в.д.). Климат умеренно континентальный, рельеф холмистый. Повышенные концентрации радионуклидов урано-
355
3*
вого и ториевого рядов на изученной территории, подробно описанной ранее (Geras'kin et al., 2007; Evseeva et al., 2009), являются следствием природных (вынос с грунтовыми водами на поверхность земли) и техногенных (складирование отходов переработки урановой руды и производства радия) процессов. Исходные подзолистые почвы перекрыты радиоактивными отходами с высоким содержанием радионуклидов уранового и ториевого рядов, а также песчано-гравийной смесью, использовавшейся для дезактивации. Контрольный участок (63°27'46.6251" с.ш., 53°13'46.6251" в.д.) находится в той же почвенно-климатической зоне, что и экспериментальный.
Показатели и методики оценкирадиационных эффектов у сосны обыкновенной. Одной из центральных дискуссионных проблем, возникающих при разработке принципов радиационной защиты био-ты, является выбор показателей, по которым могут оцениваться эффекты ионизирующих излучений. Используя рекомендации Р Я. Пентриза (Pentreath, 2002), для изучения биологических эффектов у сосны обыкновенной из природной популяции, заселяющей территорию с повышенным содержанием радионуклидов уранового и ториевого рядов, мы выбрали следующие показатели:
— частота цитогенетических нарушений в корневой меристеме проростков семян;
— доля пустых семян в шишках;
— выживаемость проростков семян.
Шишки собирали в конце ноября 2006 г. с ветвей 12-15-летних деревьев на высоте 1—1.5 м от поверхности почвы. Образцы почв отбирали методом конверта с площади 1 м2 под кроной каждого дерева. Шишки хранили до марта в помещении при температуре воздуха 5—10°С и относительной влажности 80%, после чего подсушивали при 24°С (Кречетова и др., 1978). Долю пустых семян определяли после их высыпания. Отобрав фракцию чистых семян (Кречетова и др., 1978), проращивали их в чашках Петри на смоченном дистиллированной водой субстрате из стерильной ваты и фильтровальной бумаги при 24°С и 8-часовом освещении (10000 люкс от ламп Reflux 70W и Phillips TLD 36W/840). На каждую чашку Петри высевали по 50 семян. Всего проанализировано по 400 семян с каждой сосны. Выживаемость проростков семян оценивали через 30 дней.
Для цитогенетического анализа использовали только фракцию выполненных семян. Их проращивали в чашках Петри на смоченной дистиллированной водой фильтровальной бумаге при температуре 24°С в термостате. Корешки проростков семян срезали при достижении длины 0.7—1.2 см (Гераськин и др., 2008). Для микроскопического анализа готовили временные давленые препараты (Grant, 1998), окрашенные реактивом Шиффа.
Аберрации хромосом и геномные нарушения учитывали в клетках на стадиях ана- и телофазы.
Методы определения удельной активности радионуклидов в образцах почв, растений и оценки дозовъх нагрузок описаны нами ранее (Evseeva et al., 2009). Учитывая, что основной вклад в поглощенную дозу для растений с изученной территории вносит внутреннее облучение, преимущественная доля которого обусловлена 226Ra (Тяжелые естественные..., 1990; Evseeva et al., 2009), для оптимизации аналитических работ в целях оценки дозовых нагрузок на генеративные органы сосны обыкновенной определяли только содержание 226Ra в почвах и шишках, применяя спектрометрический метод.
Дозовые нагрузки рассчитывали по методике, разработанной в рамках программы FASSET (Ul-anovsky, Prohl, 2008). Значение "взвешивающего" коэффициента для a-излучения принимали равным 5 (Chambers, Osborne, 2006), а для низкоэнергетических р-частиц — 3 (Gómez-Ros et al., 2004).
Статистический анализ данных выполнен с использованием программы SPSS (версия 16) (Tabachnick, Fidell, 2006). Значимость различий между средними значениями устанавливали по критерию Стъюдента, а наличие и степень взаимосвязи между регистрируемыми показателями оценивали по коэффициенту корреляции Пирсона (Крамер, 1975).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Радиационная обстановка на контрольном и экспериментальном участках и дозовые нагрузки на растения. Удельная активность 226Ra в почвах контрольного участка (41 ± 2 Бк/кг воздушно-сухой почвы) сопоставима с наблюдаемой на территориях с нормальным радиационным фоном (Виноградов, 1957; Sheppard et al., 2008). Невелико содержание радионуклида и в шишках сосен (0.37 ± 0.19 Бк/кг сырой массы). Среднее значение мощности взвешенной поглощенной дозы для генеративных органов (0.002 ± 0.0003 мГр/день) сосны из контрольной популяции входит в диапазон мощностей доз облучения наземных растений от природного фона (0.002-0.02 мГр/день) (UNSCEAR, 1996).
В почвах экспериментального участка латеральное и вертикальное распределение радионуклидов крайне неравномерное, но в целом удельная активность 226Ra в почве увеличивается при переходе от водораздела (высоты на карте-схеме (рис. 1) более 103 м) к транзитным и аккумулятивным геохимическим ландшафтам, достигая наибольшей величины в почвах поймы (высоты меньше 90 м). Также изменяется удельная активность 226Ra в генеративных органах сосны обыкновенной (см. рис. 1). Все это обусловливает более низкие дозовые нагрузки для деревьев, произрастающих на водораздельной территории, по сравнению с заселившими вторую и
Удельная активность 6Яа в почве, Бк/кг воздушно-сухой почвы Ш 50-500 _) 500-50000 Ш 50000-100000 Ш >100000 12 ± з Удельная активность ■ - — ■ 6Яа в шишках сосны, Бк/кг сырой массы • Место отбора проб шишек ..■ Изолинии высот над уровнем моря (м)
Рис. 1. Карта удельной активности 226Яа в почвах территории складирования отходов переработки урана и производства радия.
первую надпойменные террасы (ограничены изолиниями высот 93-103 м). Мощность поглощенной дозы для генеративных органов сосны обыкновенной с водораздела составляет в среднем 0.027 ± ± 0.004 мГр/день. Для шишек, собранных с деревьев на второй и первой надпойменных террасах, характерны еще более высокие (р = 0.005) мощности поглощенной дозы - 0.344 ± 0.059 мГр/день.
Биологические эффекты в популяциях сосны обыкновенной. Несмотря на хорошую изученность хвойных лесов Республики Коми с точки зрения ведения лесного хозяйства, в опубликованной научной литературе мы не встретили данных о спонтанном уровне цитогенетических нарушений у сосны обыкновен
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.