УДК 574.5:539.16.047
РОЛЬ ПЛАНКТОННЫХ ОРГАНИЗМОВ В ПРОЦЕССАХ НАКОПЛЕНИЯ И ПЕРЕНОСА РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ВОДОЕМЕ-ОХЛАДИТЕЛЕ АЭС
© 2011 г. В. П. Гусева, М. Я. Чеботина
Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 E-mail: Chebotina@ipae.uran.ru
Поступила в редакцию 19.02.2010 г.
Обобщены результаты многолетних исследований (1985—2006 гг.) состояния и накопительной способности сообществ планктонных организмов к радиоактивным загрязнителям в водоеме-охладителе Бе-лоярской АЭС. Оценены масштабы изменения численности и биомассы планктона в различных акваториях Белоярского водохранилища. Определены уровни накопления радионуклидов фито- и зоопланктоном в водоеме и технологических каналах АЭС. Выявлен вклад двух предприятий атомной промышленности (Белоярской АЭС и Института реакторных материалов) в накопление радионуклидов планктонными организмами. Оценены коэффициенты накопления радионуклидов фито- и зоопланктоном по сравнению с другими компонентами водного биоценоза.
Ключевые слова: водоем-охладитель, фитопланктон, зоопланктон, радионуклиды, промливневый канал, водосбросной канал, водозаборный канал.
Планктон является важным компонентом водного биоценоза. Он состоит из большого числа видов мелких растительных и животных организмов, свободно дрейфующих в воде. Их состав весьма разнообразен и быстро меняется в зависимости от различных экологических факторов — температуры и химического состава воды, освещенности, времени суток, сезона года, местообитания и т.д. Присущая планктону гетерогенность обеспечивает его способность к быстрым перестройкам, позволяющим существовать в различных условиях среды, в том числе при повышенном радиационном фоне. Планктон обладает огромной суммарной сорбционной поверхностью, поэтому поглощает и удерживает радионуклиды и стабильные химические элементы, в связи с чем может служить хорошим показателем загрязнения водной среды (Вернадский, 1960; Эрхард, Сэжен, 1984).
В настоящей работе приводятся результаты многолетних (1985—2006 гг.) наблюдений за состоянием сообществ планктонных организмов и их способностью накапливать радионуклиды в различных акваториях водоема-охладителя Белоярской АЭС.
ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЛОЯРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Белоярское водохранилище образовано в 1959— 1963 гг. путем зарегулирования русла р. Пышмы в 75 км от ее истока. Протяженность водоема — около 20 км, ширина на уровне БАЭС — около 3 км, глуби-
на по фарватеру р. Пышмы достигает 15—20 м, средняя глубина — 8—9 м, площадь зеркала водоема — 47 км2. Схематический план водоема-охладителя представлен на рис. 1.
В водоеме зарегистрировано 29 видов макрофи-тов, водные растения чаще встречаются в заливах, хотя в центральной части залива они практически отсутствуют. Ихтиофауна представлена пятью видами рыб. Донные отложения преимущественно илистые, в меньшей степени распространены затопленная почва, песчано-илистый, илисто-песчаный и песчаный грунты.
По гидрохимическим показателям различные зоны водоема оказались довольно схожими, за исключением верховья, которое испытывает на себе заметное влияние р. Пышмы. Концентрация Са2+ в воде верховья (42.6 мг/л) выше, чем в среднем по водоему (31.0 мг/л). Река приносит в год примерно 78 т фосфора и 503 т азота, что обеспечивает возможность образования высокой биомассы водных растений и планктона (Чеботина и др., 1992; Прогноз ..., 1989). В настоящее время водоем можно характеризовать как гидрокарбонатно-кальциевый со средней степенью минерализации и нормальным кислородным режимом.
Белоярская АЭС (БАЭС) расположена на левом берегу водохранилища, в 7 км к северу от плотины. Она была пущена в эксплуатацию в 1964 г. Первая очередь БАЭС с уранграфитовыми реакторами канального типа АМБ-100 и АМБ-200 состояла из 1-го
115
3*
р. Пышма
р. Пышма
Рис. 1. Схема Белоярского водохранилища:
1 — Белоярская АЭС; 2 — Биофизическая станция; 3—6 — каналы: 3 — водосбросной, 4 — водозаборный, 5 — промлив-невый (ПЛК), 6 — обводной; 7—8 — заливы: 7 — Теплый, 8 — Щучий; 9 — район плотины; 10 — верховье водохранилища. Границы зон: а — санитарно-защитной (3 км), б — наблюдаемой (10 км).
и 2-го энергоблоков. В 1981 г 1-й блок был выведен из эксплуатации, а 2-й проработал с 1967 по 1989 г В 1980 г. был пущен 3-й энергоблок на быстрых нейтронах корпусного типа с жидкометаллическим теплоносителем (БН-600), который работает и в настоящее время (Колтик, 2001). Сейчас идет активное строительство 4-го энергоблока.
Концентрация, Бк/кг 1000 Ь
60Co
100
10
90Sr
А Б
А Б
137,
Cs
if*
А Б
Рис. 2. Концентрации радионуклидов в планктоне нижней (А) и верхней (Б) частей центральной акватории водохранилища.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
При отборе проб и определении количественного и качественного состава фито- и зоопланктона использовали общепринятые методики, которые описаны ранее (Гусева, Чеботина, 2001). Отбор проб производили в летне-осеннее время (июнь—октябрь). Для определения содержания радионуклидов в планктоне его отбирали методом трала с лодки из слоя воды 0—1.5 м от поверхности при помощи сачков, изготовленных из мельничного газа № 70 для суммарного фито- и зоопланктона и № 21 — для зоопланктона. После сцеживания воды сырую массу планктона взвешивали, высушивали в сушильном шкафу до постоянного веса при температуре 105°С. Коэффициент усушки находили по соотношению сухого и сырого веса. В процессе подготовки проб планктона к радиометрии их растирали на электромельнице до порошкообразного состояния. Количественное содержание 60Со и 137Cs измеряли с помощью многоканальных амплитудных у-анализаторов АИ-256-6, АМА-03Ф и установки фирмы "Canberra" с полупроводниковым детектором. Ошибка счета на разных приборах не превышала 10—20%. Содержание 90Sr определяли в золе радиохимическим методом (Сборник ..., 1968). Радиометрию полученных осадков производили на малофоновых установках
1
Концентрация, Бк/кг сухой массы
1000
100
10
60,
Co
90Sr
137,
Cs
1234567 1234567
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 3. Концентрации радионуклидов в планктоне зоны подогрева и контрольном районе (темные столбики). 1—6 — различные временные точки; 7 — среднее значение.
1
УМФ-1500 и УМФ-2000 при статистической ошибке измерений 10—15%.
Следует отметить, что в процессе отбора проб выделить фитопланктон из суммарного планктона не представлялось возможным, поэтому для определения содержания радионуклидов в фитопланктоне мы применили расчетный метод. Для этого использовали следующие параметры: соотношение сырой и сухой массы суммарного планктона и зоопланктона, соотношение биомассы фито- и зоопланктона в пробах общего планктона и содержание радионуклидов в суммарном планктоне и отдельно в зоопланктоне.
ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДОВОГО СОСТАВА, ЧИСЛЕННОСТИ И БИОМАССЫ ПЛАНКТОНА В БЕЛОЯРСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ
В результате проведенной инвентаризации в течение всего периода исследований в водоеме-охладителе выявлено 199 видов и внутривидовых таксонов фитопланктонных водорослей, относящихся к семи типам: синезеленые (29), зеленые (96), дино-фитовые (5), криптофитовые (3), диатомовые (42), эвгленовые (20), золотистые (2), желтозеленые (2). Из зоопланктона зарегистрирован 31 вид организмов, относящихся к двум классам: ракообразные (ветвистоусые — 13, веслоногие — 5 видов) и коловратки (13). За летний период 1989 г. по 10 точкам наблюдений от плотины до верховья средняя численность фитопланктона в водоеме составляла примерно 184 млн кл/л, а биомасса — 20 г/м3; средняя численность зоопланктона — 131 тыс. экз/м3, биомасса — около 5 г/м3. К числу доминирующих видов фитопланктона относятся: Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis aeruginosa, Coelastrum microporum, Oocystis submarina, Pediastrum duplex, Ceratium hirund-inella, Cryptomonas marssonii, Stephanodiscus sp. Ведущими формами зоопланктона являются ракообразные — Bosmina kessleri, Chydorus sphaericus, Daphnia cristata, D. pulex и Eudiaptomus graciloides.
При анализе динамики численности и биомассы планктона в зависимости от сроков и места наблюдений в водохранилище отмечено достоверное (уровень значимости <0.05) увеличение этих показателей для фито- и зоопланктона в верховье водоема по сравнению с остальной его частью (плотина, центр водоема напротив Теплого залива, Теплый залив, устье р. Черемшанки, о. Даманский, Генеральская дача, центр водоема напротив Щучьего залива). В частности, в период с июня по август 1988 г. средняя численность и биомасса фитопланктона в водоеме от плотины до границы наблюдаемой зоны составляла 165 млн кл/л и 16.2 г/м3 соответственно, тогда как в верховье — 297 млн кл/л и 36 г/м3 соответственно. Для зоопланктона в июле—августе 1989 г. средние значения составляли 64 тыс. экз/м3 и 1.2 г/м3 (численность и биомасса в наблюдаемой зоне) и 265 тыс. экз/м3 и 10.8 г/м3 (в верховье водоема). Очевидно, последнее можно объяснить влиянием стоков р. Пышмы, обеспечивающей верховье дополнительным притоком химических элементов и органических веществ, стимулирующих развитие фито- и зоопланктона.
В процессе выполнения работы особое внимание уделяли зоне сброса подогретой воды (Теплый залив) и каналам, соединяющим АЭС с водохранилищем. Исследования в зоне Теплого залива и контрольном регионе (Щучий залив) в июне-августе 1986 и 1988 гг. показали, что, несмотря на определенную вариабельность, численность и биомасса фитопланктона в указанных заливах в среднем оказались довольно близкими, в то время как численность зоопланктона в Щучьем заливе была примерно в 4 раза, а биомасса — 7 раз выше, чем в зоне сброса подогретой воды. В частности, численность и биомасса D. pulex и D. cristata в контрольном районе были в 8—10 раз, а Eud. graciloides — в 6 раз выше по сравнению с зоной подогрева. Статистическая обработка данных с помощью ^критерия методом парных сравнений в логарифмической шкале измерений (Бейли, 1959) не выявила значимых различий между
л о о св
=к
о
£ о
м
Б
«
Я
се &
я
о Я
я
о
а
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
1а
60Со
1 2
137,
С8
0_и
ГЙ
1 2
¥
250
200
150
100
50
0
908г
12 3 4
Рис. 4. Конце
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.