научная статья по теме ПОГЛОЩЕНИЕ ЛИШАЙНИКОМ HYPOGYMNIA PHYSODES ТРИТИЯ В ВИДЕ НТО ИЗ АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ В УСЛОВИЯХ КАМЕРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ Биология

Текст научной статьи на тему «ПОГЛОЩЕНИЕ ЛИШАЙНИКОМ HYPOGYMNIA PHYSODES ТРИТИЯ В ВИДЕ НТО ИЗ АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ В УСЛОВИЯХ КАМЕРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ»

РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 5, с. 611-615

РАДИОНУКЛИДЫ

УДК 582.29:58.032:621.039.8

ПОГЛОЩЕНИЕ ЛИШАЙНИКОМ Hypogymnia physodes ТРИТИЯ В ВИДЕ НТО ИЗ АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ В УСЛОВИЯХ КАМЕРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

© 2008 г. В. Н. Голубева*, А. В. Голубев, Т. А. Кошелева, В. Ф. Кузнецова, С. В. Маврин

Российский Федеральный ядерный центр, Саров

Представлены результаты камерных экспериментов по поглощению лишайником Hypogymnia physodes трития в виде НТО из атмосферной влаги. В лишайниках определяли удельную активность трития в свободной влаге (ТСВ) и органически связанный тритий (ОСТ). Показано, что лишайник поглощает НТО из атмосферы в основном в первые сутки. Отмечено, что для лишайника скорость превращения ТСВ в ОСТ в 10 раз выше, чем для сосудистых растений при поглощении через листья. Сделано предположение, что образование ОСТ из ТСВ в лишайнике происходит как через водорослевый компонент, так и через грибной компонент. Интенсивное поглощение лишайниками НТО из атмосферы и высокая скорость превращения НТО в ОСТ указывают на перспективность их использования для диагностики загрязнения атмосферы тритием в виде НТО.

Лишайник, поглощение оксида трития, лихеноиндикация, определение оксида трития в атмосфере, камерные эксперименты.

Особенность трития состоит в том, что, вступая во взаимодействие с почвой, растительностью и атмосферным воздухом, он становится составной частью воды (НТО) и органического вещества биологических объектов. Тритий в виде НТО, находящейся в атмосфере, гораздо более токсичен для человека из-за возможности попадания в организм через кожу, легкие и желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), что приводит к внутреннему облучению [1, 2], поэтому разработка методов мониторинга содержания трития в атмосфере - актуальная задача. Обычно пробы атмосферы на содержание НТО отбирают аспираци-онными методами, основанными на прокачке воздуха через поглотители, либо диффузионными, основанными на диффузии молекул воды из окружающей среды в поглотитель [3]. Такие методы требуют наличия стационарных пробоот-борных станций, снабженных специальным оборудованием, что сложно реализовать в труднодоступных местах. Методы биомониторинга, основанные на способности объектов биосферы накапливать поллютанты, были предложены как дешевая альтернатива более сложным аналитическим методам при экологических исследованиях [4]. Методы биомониторинга можно применять для диагностики состояния окружающей среды практически в любой точке Земного шара.

* Адресат для корреспонденции: 607188 Саров, Нижегородской обл., просп. Мира, 37, ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", ИЯРФ; тел.: (83130) 2-72-19; факс: (83130) 4-55-69; e-mail: golval12@inbox.ru.

В растениях различают тритий в свободной влаге (ТСВ), который выделяется при высушивании образцов при температуре 40°С, и в виде органически связанного (ОСТ), который входит в состав органических молекул и выделяется из растений после окисления в виде НТО [5, 6]. Удельную активность ОСТ в растениях измеряют в Бк/кг сухой массы или в Бк/л выделенной воды.

Применение эпифитных лишайников для биомониторинга атмосферы основано на способности лишайников аккумулировать элементы из окружающей среды [7]. В отличие от сосудистых растений лишайники не имеют корней, поэтому получают питательные вещества для роста и метаболизма из мокрых и сухих осадков [8-10], которые проникают в слоевища лишайников преимущественно в форме катионов и анионов из растворов, находящихся в окружающей среде [9, 11]. Поскольку величина открытой сорбционной поверхности лишайника в 20-100 раз больше, чем у высших растений [12], лишайники быстро впитывают большие количества раствора, содержащего минеральные соединения, и столь же быстро отдают поглощенную воду при высыхании, накапливая в своем талломе растворенные в ней вещества.

Значительное количество исследований проведено по использованию лишайников для качественной оценки загрязнения атмосферы тяжелыми металлами, радионуклидами, оксидами серы, азота и др. [13-15]. Публикаций по использованию лишайников для оценки загрязнения окружаю-

611

7*

щей среды тритием значительно меньше. Существуют публикации по изучению способности лишайников окислять атмосферный молекулярный тритий [16]. Показано, что окисление трития лишайником происходит в 100-1000 раз быстрее, чем иглами сосны, и составляет от 3 до 10% в час. Ранее нами было показано [17], что вблизи источника загрязнения в лишайниках вида Hypogymnia physodes удельная активность ТСВ и ОСТ выше, чем на удалении от него, причем удельная активность ТСВ в лишайнике близка к удельной активности НТО в атмосферной влаге, а удельная активность ОСТ в лишайнике значительно выше. На основании экспериментов, проведенных в естественных условиях, установлены корреляции между удельной активностью трития в лишайниках и в атмосферной влаге при удельной активности трития в атмосферной влаге от 67 до 947 Бк/л [18, 19]. Сравнение результатов по удельной активности НТО в атмосферном воздухе, полученных методом лихеноиндикации с использованием регрессионных зависимостей и стандартным методом отбора воздуха через поглотитель паров воды в течение 1 мес, в большинстве случаев различаются в 1.5-8 раз для ТСВ и в 1.5-6.0 раз для ОСТ. Вероятно, это связано с биологическими процессами в лишайниках, которые определяют пути поступления и распределения атмосферной влаги, содержащей НТО. Удельная активность ТСВ в лишайнике соответствует удельной активности НТО в атмосфере за более короткий период, чем отобранная аспирационным методом проба атмосферы, а удельная активность ОСТ - за более длительный период.

В исследованиях, проведенных на территории Франции [20], показано, что удельная активность ОСТ в лишайниках, произрастающих вблизи источника загрязнения, в 1000 раз выше, а на удалении 20 км - в 10-100 раз выше, чем в фоновых территориях. В этих исследованиях использовали виды Evernia prunastri, Parmelia caperata, Parmelia sulcata, Ramalina siliquosa и Xanthoria parietina (здесь и далее названия таксонов воспроизводятся согласно цитируемым источникам). Отмечено, что лишайники, в отличие от сосудистых растений, уникальны в отношении фиксации трития. Лишайники активны в течение всего года и, если лишайники выбраны корректно, они не имеют обмена с почвенной влагой и не поглощают тритий из почвы.

Чтобы использовать лишайники для количественной оценки загрязнения атмосферы НТО, необходимо изучить скорости процессов поглощения лишайниками трития из атмосферы в форме НТО и его распределение в лишайнике в форме ТСВ и ОСТ. В данной работе представлены результаты камерных экспериментов по исследованию этих процессов для лишайника вида Hypogymnia physodes.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Для камерных экспериментов использовали лишайник вида Hypogymnia physodes в стадии сформированного таллома. В лесном массиве на площадке размером (100 х 100) м отбирали образцы лишайников на ветках сосны и помещали в стеклянные камеры объемом 3 дм3. Удельная активность трития в лишайниках на момент отбора проб составила: для ТСВ - 0.08 ± 0.02 кБк/л выделенной влаги, для ОСТ - 0.12 ± 0.04 кБк/л полученной окислением воды. На дно камер наливали 250 мл воды с определенной удельной активностью трития. Для исключения соприкосновения веток с тритиевой водой на дно камер помещали пористую полиэтиленовую подложку. Готовили две серии экспериментов: удельная активность трития в воде составляла 13.7 и 137 кБк/л, что соответствовало удельной активности НТО в атмосфере камеры 12.3 и 123 кБк/л соответственно при средней температуре эксперимента 20°С [3]. Удельную активность ТСВ и ОСТ в лишайниках определяли через 1, 7, 14, 21 и 28 сут. Проводили по три измерения, за измерение принимали результат анализа пробы лишайника, отобранной из одной камеры. Эксперимент проводили в условиях, приближенных к естественным условиям местообитания (при полном освещении, защищенном от попадания прямых лучей солнца), средняя температура составляла 20°С, относительная влажность - 100%.

На анализ образцы лишайников отбирали с поверхности веток таким образом, чтобы исключить попадание в пробу частиц коры и других посторонних частиц. Пробы помещались в герметичные кварцевые десорберы, чтобы исключить контакт образцов лишайников с атмосферой. Выделение ТСВ проводили методом термовакуумной десорбции при температуре +100°С. Выделение ОСТ из сухого остатка образца лишайника проводили, используя для окисления органической материи до воды и оксида углерода метод пиролитического разложения в присутствии оксида ванадия (V) при температуре +500°С. Более подробно методика представлена в работе [17]. Удельную активность трития в воде, полученной из образцов лишайника, измеряли методом жидкостной сцинтилляционной радиометрии на жидкостном сцинтилляционном счетчике Guardian 1414 (Финляндия). Доверительные границы погрешности определения удельной активности трития в лишайниках определялись погрешностью счета (а) и составляли не более 15%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты камерных экспериментов по удельной активности трития в лишайниках в виде ТСВ (кБк/л выделенной влаги) и ОСТ (кБк/л по-

Удельная активность, кБк/л 14 г ТСВ

10

10 15 20 25 30 Время экспозиции, сут

Удельная активность, кБк/л

5

10

15 20 25 30 Время экспозиции, сут

Измерение 1 □ Измерение 2 а Измерение 3

-Средние значения----НТО в камере

Рис. 1. Удельная активность трития в лишайниках в виде ТСВ (кБк/л выделенной влаги) и ОСТ (кБк/л полученной окислением воды) при удельной активности трития во влаге камеры 12.3 кБк/л.

лученной окислением воды) при их экспозиции в камерах с различной удельной активностью НТО во влаге атмосферы камеры представлены на рис. 1, 2. В таблице даны соответствующие равновесному состоянию усредненные по трем измерениям значения удельной активности ТСВ и ОСТ в лишайнике, а также соотношения ТСВ лишайника к НТО в камере и ОСТ к ТСВ лишайника. В

таблице представлены скорости превращения ТСВ в ОСТ за первые сутки (% в ч), рассчитанные с использованием соотношения [21]

dC<

ОСТ

dt

= vCТСВ х 100,

где СОСТ - активность ОСТ в лишайнике, в Бк/л

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.

Показать целиком