РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2012, том 52, № 2, с. 187-197
РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 582:539.1.047:582.475:574.4/5:539.1.04
ОЦЕНКА РИСКА РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ РЕФЕРЕНТНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ (СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И ГОРОШКА МЫШИНОГО) С ТЕРРИТОРИИ СКЛАДИРОВАНИЯ ОТХОДОВ РАДИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА © 2012 г. Т. И. Евсеева1, *, С. А. Гераськин2, Е. С. Белых1, Т. А. Майстренко1, О. М. Вахрушева1
1 Институт биологии Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар 2 ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН, Обнинск
Оценен риск для референтных видов растений (сосны обыкновенной и горошка мышиного) повышенного содержания радионуклидов уранового и ториевого рядов в среде обитания. Коэффициенты накопления 238U, 230Th, 226Ra, 210Pb, 210Po, 232Th и 228Th в растениях ниже единицы. В надземную массу горошка из антропогенно измененных почв территории складирования отходов радиевого производства переходит преимущественно 226Ra, а в ветви сосны — 210Pb, 226Ra и 210Po. Достоверное увеличение частоты цитогенетических нарушений в меристемах проростков и снижение репродуктивной способности сосны и горошка наблюдаются в диапазоне мощностей взвешенных поглощенных доз 17—71 и 116—258 мкГр/ч соответственно. Мощности поглощенных доз, вызывающие увеличение на 10% по отношению к контролю частоты аберраций хромосом в клетках меристемы проростков сосны и горошка, составили 148 и 347 мкГр/ч, что соответственно в 255 и 708 раз выше фоновых значений. Снижение репродуктивной способности растений на 10% следует ожидать при более низких дозовых нагрузках (11—34 мкГр/ч), превышающих фоновые значения в 19—69 раз.
Оценка экологического риска, радионуклиды уранового и ториевого рядов, растения, репродуктивная способность, цитогенетические нарушения.
Обеспечение экологической безопасности на всех этапах ядерного топливного цикла, включая обращение с радиоактивными отходами, и реабилитация радиоактивно загрязненных территорий являются необходимыми условиями развития ядерной энергетики. Тем не менее до настоящего времени не разработаны единые международные стандарты и руководящие принципы, которые учитывают все аспекты менеджмента радиоактивно-загрязненных территорий. В последние годы получила широкое признание точка зрения, согласно которой принципы управления радиоактивно-загрязненными территориями должны основываться не только на радиологических (санитарно-гигиенических) критериях, но и учитывать риск радиационного воздействия для природных экосистем [1—3]. Применение этого подхода особенно важно при решении вопросов реабилитации территорий, загрязненных в результате прошлой деятельности предприятий химической и атомной промышленности.
Одним из таких объектов является существующее более 60 лет необорудованное хранилище от-
* Адресат для корреспонденции: Республика Коми, 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28, Институт биологии Коми НЦ УрО РАН; тел.: (8212) 43-04-78; факс: (8212) 24-01-63; e-mail: repei66@mail.ru.
ходов радиевого производства на берегу р. Ухта в пос. Водный Республики Коми, представляющее собой неиспользуемый в хозяйственной деятельности ландшафт, где спонтанно протекают восстановительные сукцессии. С 1957 г. Институт биологии Коми НЦ УрО РАН проводит здесь исследования миграции и биологического действия тяжелых естественных радионуклидов на растения и животных. Анализ результатов этих работ [4] свидетельствует о том, что хроническое воздействие радионуклидов уранового и ториевого рядов приводит к длительно сохраняющимся в популяциях животных и растений негативным эффектам, выражающимся в достоверно высокой частоте хромосомных и геномных мутаций, нарушении репродуктивных функций, снижении жизнеспособности потомства. Однако проведенные ранее исследования не позволяют составить ясное представление о том, как зависят от мощности поглощенных доз регистрируемые эффекты и насколько они обусловлены воздействием ионизирующего излучения. В то же время с решением именно этих вопросов связана оценка риска радиоактивного загрязнения для природной среды, являющаяся основой экологического менеджмента.
В предыдущих наших исследованиях [5, 6] были получены предварительные оценки дозовых нагрузок, не вызывающих негативных эффектов в природных популяциях сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и горошка мышиного (Vicia cracca L.) с территории складирования отходов радиевого производства. В этих же работах специально обсуждалась возможность выбора данных растений в качестве референтных видов. Настоящая работа является продолжением этих исследований и направлена на решение вопросов, выяснение которых необходимо для оценки экологического риска хронического воздействия повышенных концентраций радионуклидов уранового и ториевого рядов:
— определение биологической доступности радионуклидов уранового и ториевого рядов, содержащихся в антропогенно измененных почвах территории складирования отходов радиевого производства, для референтных видов растений;
— оценка взвешенных поглощенных доз для растений и вклада определенных радионуклидов в формирование дозовых нагрузок;
— анализ зависимостей доза—эффект и определение на этой основе безопасных уровней радиационного воздействия для референтных видов растений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Описание района исследований и методики определения удельной активности радионуклидов в образцах почв и растений опубликованы ранее [5, 6]. Изученная местность относится к надпойменно-террасовому типу и включает заболоченную пойму р. Ухта, первую слабовыраженную и вторую надпойменные террасы.
Большая часть территории занята в настоящее время травяно-злаковым фитоценозом, а ее северная часть — смешанным редколесьем. Исходные дерново-глеевые почвы поймы, как и подзолистые почвы террас, перекрыты радиоактивными отходами переработки урановой руды и производства радия, которые сбрасывали на берег р. Ухта во время работы радиохимических предприятий.
Контрольные участки расположены в той же почвенно-климатической зоне, что и экспериментальный, и представляют собой травяно-зла-ковый незатопляемый луг и смешанный хвойно-мелколиственный лес с участием березы, осины, ели и сосны. Почвы участков — подзолистые.
Методы отбора проб почв и растений подробно описаны в предыдущих публикациях [5, 6]. В качестве референтных видов выбраны горошек мышиный, одно из доминирующих растений в тра-вяно-злаковом фитоценозе, и сосна обыкновенная, распространенная в смешанном редколесье
на территории складирования отходов радиевого производства.
Растения горошка собраны в конце ноября 2003 г. после окончания вегетационного периода и созревания семян с площадок 2 х 2 м в пределах надпойменных террас и склонов радиоактивно загрязненной территории и на контрольном участке. Образцы почв отбирали с глубины 0—20 см на этих же площадках методом конверта.
Выбор площадок для сбора ветвей сосны и сопряженных образцов почв был проведен с учетом предварительно полученных данных [5] об удельной активности радионуклидов в антропогенно измененных почвах исследуемой территории. В конце ноября 2006 и 2009 гг. в пределах основных элементов геохимического сопряжения, различающихся уровнем радиоактивного загрязнения, не менее чем с 5 сосен 12-15-летнего возраста срезали ветви на высоте 1—1.5 м от поверхности почвы. Образцы почв отбирали с глубины 0—20 см методом конверта с площади 1 х 1 м под кроной каждого дерева.
Методики оценки радиационных эффектов у растений. Для изучения биологических эффектов у растений из природных популяций выбрали показатели, характеризующие репродуктивную способность растений (выживаемость проростков, доля пустых семян в шишках сосны, всхожесть семян горошка) и цитогенетические эффекты (частота аберраций хромосом в корневой меристеме проростков).
Для определения частоты аберраций хромосом в корневой меристеме проростков и оценки репродуктивной способности семян горошка и сосны использовали методики, подробно описанные ранее [5, 6].
Модель для определения поглощенной дозы для биоты описана в работе [7]. Для расчета дозовых нагрузок использовали программный комплекс ERICA Assessment Tool [8]. Значение "взвешивающего" коэффициента для a-излучения принимали равным 5 [9], а для низкоэнергетических в-частиц — равным 3 [10].
Статистический анализ данных. Вычисление статистических оценок проводили общепринятыми методами [11] с применением пакета статистических программ Statistica 6.1. В таблицах и на рисунках представлены средние значения и стандартные ошибки.
Максимальную и минимальную дозовые нагрузки, при которых соответственно не наблюдаются (NOEDR) и наблюдаются (LOEDR) достоверные биологические эффекты в экспериментальных популяциях, определяли методом апостериорных сравнений с применением í-теста Даннета, позволяющего надежно идентифицировать значимые различия между парами выборочных средних [12].
Таблица 1. Удельная активность радионуклидов в надземной массе горошка мышиного (А — Бк/кг сырого вещества, Б —сухого) и в 0—20 см слое почвы (В — Бк/кг воздушно-сухой почвы) с контрольного (К) и экспериментальных участков (I — вторая терраса, II и III — склон от второй террасы, IV — первая терраса, V и VI — склон от первой террасы)
Удельная активность радионуклида, Бк/кг
232ТЬ 228ТЬ 230ТЬ 238и 210ро 210рь 226Яа
К А Б В 0.02 ± 0.01 0.05 ± 0.01 3.4 ± 0.8 0.18 ± 0.03 0.5 ± 0.1 7 ± 1 1.1 ± 0.2 2.4 ± 0.5 28 ± 4 0.07 ± 0.03 0.2 ± 0.1 6 ± 2 0.06 ± 0.01 0.16 ± 0.03 29 ± 6 0.09 ± 0.02 0.25 ± 0.04 55 ± 10 2.6 ± 0.4 7 ± 1 41 ± 10
I А Б В 0.14 ± 0.05 0.4 ± 0.1 45 ± 14 0.29 ± 0.03 0.8 ± 0.1 12 ± 1 0.46 ± 0.04 1.3 ± 0.1 123 ± 11 0.10 ± 0.05 0.3 ± 0.1 12 ± 4 0.16 ± 0.02 0.45 ± 0.05 87 ± 11 0.07 ± 0.01 0.18 ± 0.01 103 ± 10 6 ± 1 15 ± 3 71 ± 14
II А Б В 0.04 ± 0.02 0.11 ± 0.05 11 ± 5 0.17 ± 0.02 0.46 ± 0.05 6.3 ± 0.6 1.8 ± 0.2 5.0 ± 0.5 494 ± 45 0.2 ± 0.1 0.5 ± 0.2 18 ± 6 0.07 ± 0.01 0.19 ± 0.03 34 ± 4 0.13 ± 0.02 0.34 ± 0.04 182 ± 18 30 ± 4 82 ± 11 211 ± 72
III А Б В 0.08 ± 0.04 0.2 ± 0.1 24 ± 8 0.4 ± 0.6 0.9 ± 0.2 13 ± 2 4.2 ± 0.4 11 ± 1 1133 ± 112 1.3 ± 0.3 3.5 ± 0.7 130 ± 28 0.6 ± 0.1 1.5 ± 0.2 272 ± 36 1.2 ± 0.1 3.2 ± 0.3 1724± 171
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.