РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 5, с. 584-595
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ЯДЕРНЫХ АВАРИЙ
УДК 575:582.475.4:581.55:632.118.3
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ПОПУЛЯЦИЯХ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ ИЗ РАЙОНОВ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ, ПОДВЕРГШИХСЯ РАДИОАКТИВНОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ В РЕЗУЛЬТАТЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
© 2008 г. С. А. Гераськин*, Н. С. Дикарева, А. А. Удалова, С. И. Спиридонов, В. Г. Дикарев
ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН, Обнинск
Частота аберрантных клеток в корневой меристеме проростков семян из популяций сосны обыкновенной, произрастающих на территории Брянской области, подвергшейся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г., достоверно превышала контрольный уровень на всех экспериментальных участках на протяжении всего времени исследования (20032005 гг.). Сопоставление выхода цитогенетических нарушений с характеристиками радиационной ситуации на экспериментальных участках - содержанием 137Cs и 90Sr в шишках, удельной активностью l37Cs в почве и расчетными значениями поглощенной дозы в генеративных органах сосны - свидетельствует об увеличении биологического эффекта с ростом дозовой нагрузки. Полученные данные согласуются с результатами ранее проведенных исследований по изучению цитогенетических нарушений в популяциях сосны обыкновенной, обитающих в условиях хронического радиационного (30-километровая зона ЧАЭС) и техногенного (территория комбината по переработке радиоактивных отходов) воздействия.
Авария на Чернобыльской АЭС, сосна обыкновенная, цитогенетические эффекты, радиоактивное загрязнение, поглощенные дозы.
Результаты проведенных в последние десятилетня исследований [1-3] свидетельствуют о прогрессирующем ухудшении состояния лесных экосистем. Это связано как с повышенной чувствительностью многих их компонентов к техногенному воздействию, так и с особенностями перераспределения поллютантов в лесных биоценозах. Для разработки научно обоснованных мер по предотвращению дальнейшей деградации лесных фитоценозов необходимо изучение причин и механизмов их антропогенной трансформации.
В результате крупных радиационных аварий на Южном Урале и в Чернобыле радиоактивному загрязнению подверглись значительные территории лесных массивов. Последовавшая за этим гибель сосновых лесов на значительной площади была и остается наиболее ярким примером радиационного поражения на экосистемном уровне, являясь убедительным экспериментальным подтверждением тезиса о повышенной чувствительности лесных экосистем к радиационному воздействию. Даже спустя 20 лет после аварии на Чернобыльской АЭС в России, главным образом в Брянской области, сохранились участки, радио-
* Адресат для корреспонденции: 249042, Обнинск, Калужская обл., ГНУ ВНИИСХРАЭ РАСХН; тел.: (48439) 9-6964; факс: (48439) 6-80-66; e-mail: stgeraskin@gmail.com.
активное загрязнение которых значительно превышает фоновый уровень.
Кроны лиственных и особенно хвойных деревьев характеризуются высокой задерживающей способностью по отношению к поступающим из атмосферы поллютантам и медленным самоочищением от них. В целом, по оценке [4], плотность радиоактивных выпадений на покрытых лесом участках может на 25-30% превышать эту величину для других типов экосистем. Поэтому долговременные наблюдения за популяциями хвойных растений, населяющими территории, загрязненные радионуклидами в результате крупных радиационных аварий, могут стать источником ценной информации о закономерностях формирования биологических эффектов в этих условиях, а также направленности и динамике адаптивных процессов.
Методы цитогенетического мониторинга позволяют [5] оценить в показателях, имеющих биологический смысл, интегральный эффект сложнейших комбинаций действующих факторов, что делает их незаменимым инструментом при оценке экологических последствий техногенного загрязнения. Настоящая работа является продолжением ранее проведенных исследований [6-8], в которых было показано, что анализ частоты и спектра цитогенетических нарушений в семенном
потомстве сосны обыкновенной может быть использован для количественной оценки экологического состояния хвойных лесов не только в зонах с серьезным техногенным поражением, но и в дре-востоях, характеризующихся слабым и визуально не определяемым эффектом. Целью настоящей работы было выяснение вопроса о том, действительно ли относительно низкие уровни радиоактивного загрязнения способны оказывать биологически значимое воздействие на природные популяции сосны обыкновенной и, если это так, количественно оценить степень воздействия.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Объект исследования. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) - основной лесообразующий вид Северной Евразии. В природных сообществах сосна относится к эдификаторным видам, определяющим лицо фитоценоза и в существенной степени влияющим на жизнь других растений. Данные о высокой радиочувствительности хвойных растений были получены в начале 1960-х годов в Брукхейвенской лаборатории США [9] и подтверждены в ходе масштабного эксперимента "Экос" на Южном Урале [10]. Наиболее чувствительны к повреждающим воздействиям репродуктивные органы хвойных растений, отличающиеся сложностью организации и длительностью генеративного цикла [11]. Если у большинства покрытосеменных видов репродуктивный цикл длится несколько месяцев, то у сосны c момента закладки генеративных органов до созревания семян проходит более двух лет. В условиях хронического действия техногенных факторов столь длительный цикл развития ведет к накоплению в неспециализированных инициальных клетках семян достаточного для индикации внешнего воздействия количества повреждений ДНК, реализация которых в аберрации происходит главным образом в первом митозе [7]. Следовательно, анализ частоты и спектра цитогенетических нарушений в корневой меристеме проростков семян позволяет получить ценную информацию о виде и интенсивности техногенного воздействия на популяции сосны обыкновенной в период формирования семян.
Район исследования. В 2003 г. на территории Новозыбковского, Клинцовского и Красногорского районов Брянской области, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС, были выбраны одинаковые по почвенно-климатическими условиям, но контрастные по уровню радиоактивного загрязнения экспериментальные участки (рис. 1). Почва всех экспериментальных участков - дерново-подзолистая супесчаная, гранулометрический состав одинаков. Мощность экспозиционной дозы (МЭД) на экспериментальных участках меня-
лась в пределах 50-350 мкР/ч. Контрольный участок расположен в Выгоничском районе Брянской области (МЭД 6-13 мкР/ч). При выборе экспериментальных участков руководствовались требованиями к гомогенности древостоя и достаточно высокому представительству (не менее 70%) сосновых деревьев в фитоценозе. Описание экспериментальных участков представлено в табл.1.
Отбор проб для исследования. На выбранных экспериментальных участках проведен отбор проб почвы и биологического материала (шишки) для определения уровней загрязнения радионуклидами и химическими элементами, а также проведения цитогенетического анализа. Мощность экспозиционной дозы измеряли дозиметром ДРГ- 01Т на высоте 1 м от поверхности почвы. На каждом участке методом конверта отбирали по пять проб почвы, из которых формировали объединенную пробу. В целях получения информации для параметризации дозиметрической модели пробы почвы отбирали отдельно по слоям 05 см, 5-10 см, 10-20 см. Образцы почвы высушивали до воздушно-сухого состояния, измельчали и просеивали через сито с размером отверстий 1 мм.
Шишки собирали с деревьев 20-50-летнего возраста в конце ноября - начале декабря 20032005 гг. На каждом участке шишки отбирали с 15-20 деревьев в пределах гомогенного древостоя, по 30-50 шишек с каждого дерева на высоте 1.5-2 м от поверхности земли. Для дозревания и стратификации шишки выдерживали вне помещения до конца февраля. Затем шишки подсушивали при пониженной влажности и комнатной температуре до раскрытия и высыпания семян, которые обескрыливали вручную. Для цитогенетического анализа использовали только свободно высыпавшиеся, хорошо выполненные семена.
Определение содержания радионуклидов и тяжелых металлов в образцах почвы и биологического материала. Агрохимические характеристики почв экспериментальных участков определяли стандартными методами [12, 13]. Содержание 40К, 137Cs, 226Ra и 232Th в пробах почвы определяли методом у-спектрометрии на многоканальном анализаторе IN-1200 (Франция) с германиевым детектором GEM-1200 (США).
Для оценки содержания радионуклидов по одной шишке с каждого дерева на экспериментальном участке объединяли в одну пробу. Удельную активность 137Cs в шишках определяли методом у-спектрометрии. Удельную активность 90Sr в шишках определяли радиохимическим методом. Отобранные пробы озоляли. 90Sr выделяли окса-латным методом, обрабатывая золу раствором HCl с концентрацией 6 моль/дм3 при нагревании
Рис. 1. Расположение экспериментальных участков в Брянской области.
до кипения. Содержание 908г в анализируемых образцах оценивали по формуле
А,
& у т'
где: А«, - удельная активность 90Бг в анализиру-
емом образце, Бк/кг; А^ - активность 90У в счетном образце, Бк; - химический выход стронция; WY - химический выход иттрия; т - масса
анализируемого образца в воздушно-сухом состоянии, кг. Ошибка метода - 30%.
Для измерения концентрации тяжелых металлов в почве экспериментальных участков подвижные формы химических элементов экстрагировали ацетатно-аммонийным буфером с рН 4.8. Оценку содержания элементов в экстрактах выполняли фотометрическим методом [12, 14].
Для определения концентрации тяжелых металлов в шишках проводили сухое озоление материала. Тяжелые металлы из золы экстрагирова-
Таблица 1. Описание экспериментальных участков
Обозначение Описание участка МЭД, мкР/ч
К Контрольный участок, расположен в 4 км от пос. Алексеевский (Выгоничский район Брянской области) с левой стороны (в направлении от Брянска) федеральной автодороги М 13 (Киевское шоссе). Представляет собой опушку смешанного леса
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.