к
Енисейск
Рис. 1. Карта-схема районов отбора проб водных растений и донных отложений реки Енисей в зоне влияния деятельности Горно-химического комбината (ГХК) г. Железногорска.
накапливают техногенные радионуклиды. Водное растение Elodea canadensis L. (элодея канадская) широко распространено в реке Енисей, и этот вид традиционно используется как тест-объект для целей биомониторинга водных экосистем [8-11]. Для элодеи получен большой объем данных по интенсивности накопления тяжелых металлов биомассой в различных водоемах [9-11]. Учитывая высокую накопительную способность водных растений по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам, можно ожидать возникновения цитогенетических эффектов, что неоднократно отмечалось для наземных растений [12, 13].
Цель данной работы - провести радиоэкологический и цитогенетический мониторинг реки Енисей в зоне влияния ГХК с использованием водного растения элодея. Для этого необходимо
оценить содержание радионуклидов и металлов в биомассе элодеи, а также провести цитогенетиче-ские исследования клеток элодеи ниже по течению реки Енисей от ГХК и в контрольных районах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
С 1998 по 2004 год (август-сентябрь) во время экспедиционных исследований отбирали пробы водного растения Elodea canadensis Michx (элодея канадская) реки Енисей как вблизи ГХК (в районе сел Атаманово и Б.Балчуг), так и на расстоянии до 250 км вниз по течению реки от ГХК (в районе сел Захаровка и Стрелка) (рис. 1). Элодея канадская - многолетнее травянистое космо-политное растение, произрастающее в стоячих и медленно текущих водах. В качестве контрольного района отбора проб использовали пробы вблизи с. Есаулово, выше по течению от ГХК, на расстоянии 45 км от г. Красноярска вниз по течению реки. Контрольный район подвержен влиянию только промышленных (нерадиоактивных) сбросов предприятий г.Красноярска. После отбора проб растения неоднократно промывали проточной водой и высушивали. Кроме растений в отмеченных выше районах отбирали пробы донных отложений пробоотборником типа "труба" конструкции Института геологии, геофизики и минералогии СО РАН. Для сравнительного анализа использовали верхний 10 см слой донных отложений, который также доводили до сухого состояния.
Измерение содержания радионуклидов и тяжелых металлов в пробах. Для измерения удельной активности у-излучающих радионуклидов в пробах применяли у-спектрометр фирмы "Canberra" (США) со сверхчистым германиевым детектором. Обработку у-спектров проводили с помощью программного обеспечения CANBERRA GENIE-PC и GENIE-2000 (США). Расчет удельных активностей радионуклидов в биомассе элодеи и донных отложений проводили на дату отбора проб. Известно, что помимо у-излучающих радионуклидов гидробионты р. Енисей содержат также инкорпорированный ^-радионуклид акти-вационного происхождения 32Р. Содержание 32Р определяли по динамике изменения общей в-ак-тивности проб, измеренной на приборе фирмы "Berthold" (Германия) [14]. При расчетах учитывали вклад других короткоживущих в-излучате-лей активационной природы в пробах элодеи. Для оценки степени техногенного загрязнения реки металлами определяли содержание микро- и макроэлементов в донных отложениях и биомассе элодеи. Анализ донных отложений и биомассы побегов элодеи проводили в аналитической лаборатории Института биофизики СО РАН. Такие металлы, как Al, Mo, V, определяли при помощи
эмиссионного спектрометра с графитовым стержнем PGS2 (Carl Zeiss, погрешность составляет 2025%). Элементы K и Na определяли на пламенном фотометре FLAPHO-4 (Carl Zeiss, Jena, погрешность - 1-5%), а остальные металлы - на атомно-адсорбционном спектрометре AAS-IN (Carl Zeiss, погрешность до 10%).
Расчет суммарной мощности дозы облучения для элодеи. Расчет мощности дозы облучения нами проводился согласно методикам, изложенным в [15]. Расчет суммарной мощности дозы проводили раздельно для корней элодеи и для побегов (стебель с листьями). В общем случае расчеты доз облучения достаточно сложны, поэтому в целях упрощения вычисления расчет доз проводили для равномерного распределения радионуклидов в организме и окружающем пространстве. Суммарная мощность дозы при этом складывалась из мощности дозы внутреннего облучения, создаваемой инкорпорированными радионуклидами, и внешнего облучения. Источниками внешнего облучения для побегов элодеи являются радионуклиды в воде и донных отложениях, для корней -радионуклиды в донных отложениях. В этом случае расчет мощности дозы для воды можно проводить по формулам для бесконечно протяженного источника, а дно представить в виде плоского блока бесконечной толщины и протяженности [16]. Величина поглощения ß-у-излучения макрофитами зависит как от средней энергии спектра излучения, так и от размеров и формы гидро-бионта. Степень поглощения для различных радионуклидов и соответственно мощность дозы облучения были определены нами на основании рекомендаций, данных в [15, 16].
Определение цитогенетических характеристик элодеи. Исследования проводили на корневых меристемах элодеи. Материал обрабатывали 0.1%-ным раствором колхицина и фиксировали уксуснокислым алкоголем (1:3) в полевых условиях. Часть материала была зафиксирована без обработки колхицином. Перед окрашиванием материал обрабатывали 4%-ными железоаммоний-ными квасцами в течение 15-20 мин и окрашивали ацетогематоксилином. Давленые препараты приготавливали стандартным способом, просматривали под микроскопом МБИ-6 и фотографировали в масляной иммерсионной системе (объектив х90). В качестве критериев уровня токсичности использованы встречаемость и спектр хромосомных аберраций в метафазных и ана-телофазных клетках, традиционно применяемые для этих целей.
Таблица 1. Максимальная удельная активность радионуклидов (Бк/кг сухой массы) в биомассе побегов элодеи канадской на разном расстоянии по течению реки от г. Красноярска
Радионуклид с. Есаулово, 45 км с. Атаманово, 87 км с. Балчуг, 97 км с. Захаровка, 278 км с. Стрелка, 330 км
7Be 70 108 78 78 61
40K 1200 1400 1200 1200 1300
46Sc 39 10 - -
51Cr 964 327 116 93
54Mn 84 14 7 7
58Co 160 48 11 3
60Co 310 190 45 21
65Zn 283 89 13 9
90Sr 8 5 - -
137Cs 5 104 46 23 28
152Eu 23 22 11 4
239Np 100 68 22 -
241Am 8.5 2.4 6 -
32р 6500 2100 700 660
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изменение удельной активности радионуклидов
в биомассе элодеи по течению реки Енисей и расчет дозы облучения
Как следует из ранее опубликованных наших данных [5, 6] и данных ГХК [1], в последнее время комбинат продолжает сбрасывать в р. Енисей воду после охлаждения атомного реактора. Согласно этим данным, в р. Енисей поступают следующие радионуклиды активационного происхождения: 24№, 32Р, 4^с, 51Сг, 54Мп, 58Со, 5^е, 64Си, 6^п, 9^г, 95№ и др. В табл. 1 приведены данные максимальной удельной активности содержания радионуклидов в биомассе побегов элодеи по течению реки от г. Красноярска. В районе сбросов ГХК (с. Атаманово) в элодее ежегодно регистрировали почти все радионуклиды, характерные для сброса ГХК. Активационные радионуклиды, такие как 51Сг, 54Мп, 58Со, 6^п, были зарегистрированы в побегах элодеи не только возле сбросов ГХК, но и на значительном расстоянии вниз по течению реки. Удельная активность радионуклидов в пробах растений по течению реки, естественно, значительно меньше, чем в пробах, отобранных вблизи места сброса. Эта закономерность была отмечена нами ранее для рдеста блестящего [5, 6]. Полученные данные еще раз подтверждают, что сбросы реактора ГХК досто-
Таблица 2. Максимальная удельная активность радионуклидов (Бк/кг сухой массы) в донных отложениях и биомассе корней элодеи канадской на разном расстоянии по течению реки от г. Красноярска
Радионуклид с. Есаулово, 45 км с. Атаманово, 87 км с. Балчуг, 97 км с. Захаровка, 278 км с. Стрелка, 330 км
40K 500 * 800 * 500 800 500 800 500 800 500 800
60Co 1000 3 00 700 200 500 5 0 500 50
137Cs 100 1 0 1000 3 0 0 700 200 500 5 0 500 5 0
152Eu 1000 1 0 0 700 100 500 5 0 500 5 0
_ 500* Удельная активность радионуклидов в донных отложениях
Примечание. ——----------—
800 * Удельная активность радионуклидов в биомассе корней (измерения и расчетные данные)
верно регистрируются на расстоянии около 250 км вниз по течению реки. В биомассе побегов элодеи обнаружены также трансурановые элементы 23^р, 241Ат и в-излучатель 9^г. В водных растениях выше по течению р. Енисей от ГХК регистрировали только техногенный радионуклид Среди основных естественных радионуклидов в биомассе побегов элодеи отмечены 40К и 7Ве.
Известно, что кроме большого числа актива-ционных у-радионуклидов в реку Енисей поступает и в-излучатель активационного происхождения 32Р. Этот радионуклид активно аккумулируется гидробионтами и оказывает значительный вклад в радиоактивное загрязнение организмов, а также в формирование внутреннего техногенного облучения гидробионтов. Согласно полученным нами оценкам, удельная активность 32Р может достигать в биомассе рдеста 25000 Бк/кг [14]. Используя экспериментальные данные по в- и у-спектрометрии проб, мы получили значения удельной активности 32Р в побегах элодеи. Оказалось, что максимальная активность 32Р в элодее может достигать 6500 Бк/кг (табл. 1).
В табл. 2 приведены данные максимальной удельной активности радионуклидов в донных отложениях по течению реки Енисей, а также в корнях элодеи. Эти данные необходимы для расчета суммарной мощности дозы облучения побегов и корней элодеи. Данные по удельной активности радионуклидов в корнях элодеи, отобранной вблизи ГХК, были получены на основании у-спек-трометрии. Для остальных районов - расчетные данные на основании использования коэффициентов перехода радионуклида в системе донные отложения-корни элодеи. Приведенные данные показывают, что вниз по течению реки от ГХК
максимальная удельная активность техногенных радионуклидов в донных отложениях и в корнях элодеи уменьшается в несколько раз.
В качестве контрольного района был выбран район вблизи с. Есаулово. Пробы элодеи, отобранные в этом районе р. Енисей, содержат только один техногенный радионуклид: активность которого не превышает 5-10 Бк/кг
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.