Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 14
1.1. Естественные радионуклиды в окружающей среде 14
1.2. Искусственные радионуклиды и источники поступления в окружающую среду 16
1.3 Естественно – радиоактивные изотопы и радиоактивные ряды 20
1.4. Радиоактивность земных пород 27
1.5. Радиоактивность воды 32
1.6. Радиоактивность атмосферы 38
1.7. Влияние естественной радиации на живой организм 44
1.8. Многолетняя (вечная) мерзлота 48
2. Материалы и методы исследований 52
2.1. Вид и объем использованных данных 51
2.2. Характеристика объектов исследования 51
2.3. Методы исследования
2.3.1. Подготовка почвенных образцов для лабораторных исследований ... 52
2.3.2. Подготовка растительных проб, органов и тканей животных для спектрометрического исследования 54
2.3.3. Полупроводниковая альфа-спектрометрия 55
2.3.4. Измерение объемной активности изотопов урана в пробах почвы и растений альфа – спектрометрическим методом 57
2.3.5. Определение эквивалентной равновесной активности радона –222 в пробах при помощи прибора «Альфа-рад плюс» 59
2.3.6. Расчет количественных показателей перехода радионуклидов в системе почва – растение – организм животного 60
2.3.7. Расчетный метод дозовой нагрузки 61
2.3.8. Математическая обработка полученных данных 62
3. Результаты исследования 64
3.1. Содержание радионуклидов в почвах 64
3.2. Вертикальное распределение стронция-90 и цезия-137 и Почвенно – растительном покрове 65
3.3. Горизонтальная миграция цезия-137 и стронция-90 в почвенно растительном покрове 67
3.4. Формы нахождения радионуклидов в почвах 67
3.5. Содержание цезия-137 и стронция-90 в эпигейных лишайниках 70
3.6. Поступление цезия-137 и стронция-90 в эпигейные лишайники из почвы 71
3.7. Влияние ландшафта местности на содержание радионуклидов в слоевищах эпигейных лишайников 72
3.8. Вертикальное распределение цезия-137 и стронция-90 по высоте эпигейных лишайников 73
3.9. Содержание цезия-137 и стронция-90 в эпифитных лишайниках 74
3.10. Содержание цезия-137 и стронция-90 в кустарниковой, травянистой растительности и в грибах 75
3.11. Прогнозирование дозовой нагрузки на организм оленей, обитающих на территории республики Саха (Якутии) 76
3.12. Радиоэкологическая обстановка на территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия) 79
3.12.1. Радиоэкологическая мониторинг изотопов урана на территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия) 80
3.12.2. Радиоэкологическая мониторинг изотопов радона-222 на территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия)
3.12.3. Радиоэкологическая мониторинг изотопов цезия-137 на территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия) 82
3.12.4. Радиоэкологическая мониторинг изотопов стронция-на территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия) 83
3.12.5. Прогнозирование дозовой нагрузки от стронция-и цезия-137 при внутреннем облучении у животных, обитающих на
территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия) 84
Обсуждение результатов исследований 85
Выводы 90
Практические предложения 91
Библиографический список
- Искусственные радионуклиды и источники поступления в окружающую среду
- Подготовка почвенных образцов для лабораторных исследований
- Горизонтальная миграция цезия-137 и стронция-90 в почвенно растительном покрове
- Радиоэкологическая обстановка на территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия)
Введение к работе
Актуальность. Радиоактивные изотопы из воды, почвы, воздуха поступают в живые организмы, включаются в пищевые цепи и на конечном итоге с пищей могут попасть в организм человека и стать источниками внутреннего облучения.
На Крайнем Севере и в Республике Саха (Якутии) наиболее развита такая отрасль животноводства, как северное оленеводство. От оленей получают разнообразную продукцию и сырье, но основная продукция отрасли – мясо. В среднем по зоне севера оленина составляет 16-18% всего производства мяса, а в местах развитого оленеводства 75-90% и более.
Для коренных жителей Севера и республики Саха (Якутии), а также специалистов, непрерывно занятых в оленеводстве, мясо оленей является одним из основных продуктов потребления.
Доля лишайников в рационе оленя остается высоким в некоторых регионах Севера и соответственно источником поступления радионуклидов в организм северного оленя почти во все времена года. Лишайники представляют собой симбиоз двух представителей – гриба и водоросли, тело лишайника представляет собой слоевище (таллом), объем которого (90-95%) приходится на гифы гриба.
Лишайники способны заселять практически любые субстраты, если только они располагаются не подвижно. По этому признаку различают: эпилитные – которые поселяются на поверхности камней, эпигейные – на поверхности почвы, эпиксильные – на разлагающейся древесине, эпифитные – на коре деревьев и многие другие. Очень часто лишайники можно обнаружить в тех местах, где не могут жить растения. Первыми, заселяя безжизненные субстраты, они участвуют в процессах почвообразования, что делает возможным дальнейшее поселение растений.
Лишайники, в силу своих биологических особенностей способны аккумулировать радионуклиды из внешней среды в больших количествах. Это относит их к растениям-индикаторам радиоактивного загрязнения окружающей среды [16; 41; 57]. Они по удельной радиоактивности примерно в 10 раз превосходят травы.
Лишайники накапливают в себе значительное количество энергетически ценных веществ, особенно большое кормовое значение имеют в тундровых и лесотундровых областях, которые являются основой рациона, что закономерно сказывается на повышенном содержании радионуклидов в организме северных оленей.
В связи с вышеизложенными суждениями о проблемах окружающей среды и влиянии ионизирующих излучений на биологические объекты, актуальность изучение миграции естественных радионуклидов по кормовым цепочкам в местах добычи и переработки минерального сырья является одним из приоритетных направлений науки радиобиологии.
Цель и задачи исследования. Целью исследований является изучение миграции радионуклидов в звеньях северной биологической цепочки «почва – растения – северный олень – человек» на примере четырех почвенно-климатических зон Республики Саха (Якутия). Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
изучить содержание, распределение и формы нахождения радионуклидов 90Sr и 137Cs в различных типах доминирующих мерзлотных почв;
изучитьпоступление,90Sr и 137Cs в лишайниках и других растениях, поедаемых оленем в течение года;
изучить и накопление 90Sr и 137Cs в лишайниках и других растениях, поедаемых оленем в течение года;
изучить распределение 90Sr и 137Cs в лишайниках и других растениях, поедаемых оленем в течение года;
рассчитать дозовую нагрузку от 90Sr на организм видов северного оленя, обитающих на исследуемых территориях;
рассчитать дозовую нагрузку от137Cs на организм видов северного оленя, обитающих на исследуемых территориях;
провести радиоэкологический мониторинг местности на примере Кобяйского улуса Республики Саха (Якутия) для выявления закономерности путей накопления радионуклидов по кормовым цепочкам «почва – растения – животные».
Научная новизна исследования заключается в том, что:
современными радиоспектрометрическими методами исследования удалось более тщательно изучить механизм миграции и накопления естественных и техногенных радионуклидов (238U, 234U, 137Cs и 90Sr) в организме животных и растений в условиях «вечной мерзлоты»;
получены новые данные по миграции и накоплению радионуклидов в организме животных, были также обнаружены места локализации и накопления в организме радионуклидов, которые не обнаруживаются при пассивном выведении радионуклидов из организма;
применением разработанной на кафедре радиобиологии и вирусологии программе пересчёта доз при внутреннем облучении были рассчитаны в короткий срок времени до-зовые нагрузки на органы и организм животных, подвергшихся радиационному заражению.
Теоретическая и практическая значимость полученных результатов
Проведенное многоплановое исследование содержит новые данные для углубления теоретических представлений о взаимосвязи радионуклидов в окружающей среде и их места локализации на органах животного организма носит фундаментальный характер. Полученные результаты исследований позволяет делать прогнозирование радиоэкологической обстановки региона, в котором проводились радиологические обследования. Для
определения дозовой нагрузки организма использование программы пересчёта доз при внутреннем облучении сокращает время обработки данных. Результаты работы внедрены в научно-исследовательской работе и учебном процессе кафедры радиобиологии, вирусологии ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВА им. К.И. Скрябина.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
данные по содержанию, формам нахождения и распределения радионуклидов в вертикальном профиле различных типов мерзлотных почв;
особенности накопления и распределения радионуклидов в лишайниках и другой растительности, поедаемых северным оленем;
расчет дозовой нагрузки на организм северного оленя по 90Sr и 137Cs.
Объектом и предметом исследований были пробы почвы, образцы лишайников и другой растительности. Пробы животного происхождения – органы и ткани (легкие, печень, почки, мышцы и кости) Северных оленей разного вида (чукотский, эвенкийский и эвенский) и разных возрастных групп (6-8 мес., 2-3 г., 4-5 лет) обитающих в трех климатических зонах – тундры, северной и южной тайги Республики Саха (Якутия).
Методология и методы проведенных исследований. Для решения поставленных задач использовались стандартные радиоспектрометрические методы исследования, а также современная методика расчета по программе пересчёта доз при внутреннем облучении для определения дозовые нагрузки на органы и организм животных.
Исследования проводились с использованием современных радиоспектрометрических методов анализа на альфа-бета-гамма спектрометрическом комплексе «ПРОГРЕСС».
Личный вклад соискателя. Все экспериментальные и теоретические исследования по теме диссертации проведены соискателем методически правильно под руководством научного руководителя доктора биологических наук, профессора Лысенко Н.П.
Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации и ее научные положения опубликованы в 2 печатных работах, входящих в перечень рецензируемых и научных журналов, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации. Материалы диссертации изложены на 109 страницах машинописного текста, содержат 24 таблицы, 2 рисунка. Диссертация состоит из разделов: общая характеристика работы, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, выводы и практические предложения, библиографический список, приложения. Список использованной литературы включает 118 источников, в том числе 25 зарубежных.
Искусственные радионуклиды и источники поступления в окружающую среду
Одним из потенциально основного источника радиоактивного загрязнения природы искусственными радиоактивными изотопами являются мирные ядерные взрывы в промышленных, а также и испытание взрывов в военных целях. Аварии на ядерных объектах различного назначения и ядерных реакторах атомных электростанций и отходы других предприятий атомной индустрии; использование радиоактивных материалов в разных сферах хозяйства, промышленности, областях науки и медицины.
С 1945 по 1996 гг. в мире было произведено более 2000 испытаний ядерного оружия. В результате испытаний ядерного оружия в окружающую среду поступило около 12,2 млн Ku радионуклид 90Sr и приблизительно 19,5 млн Ки 137Сs. На поверхность земли в северном полушарии в расчете на 1 км2 выпало приблизительно 85 мKu 90Sr и около 135 мKu 137Сs [1].
Появление искусственных (техногенных) радионуклидов в биосфере связано с деятельности человека. В связи с испытанием ядерного оружия и из других источников в воде, почве и атмосфере появилось дополнительное количество искусственных (техногенных) радиоизотопов. Искусственные радиоизотопы с почвой, растительностью, водой и воздухом поступают в организм животных в основном через пищеварительный тракт и дыхательные пути. С продуктами питания животного и растительного происхождения, а также с водой и воздухом радиоактивные изотопы попадают в организм человека. Разные изотопы обладают различной способностью всасываться, распределяться и накапливаться в различных органах и тканях организма. Некоторые радиоизотопы, содержащиеся в растениях и продуктах животноводства в небольших количествах, могут постепенно накапливаться, создавая в организме или в отдельных (критических) органах и тканях концентрации, превышающие допустимые нормы.
В соответствии с генезисом искусственных радионуклидов подразделяют на три группы. Первую группу образуют радиоактивные продукты ядерного деления, возникающие в результате деления атомов ядер 235U, 238U, 239Pu. Основными источниками поступления этих радионуклидов в биосферу являются испытание ядерного оружия, работы предприятий ЯТЦ и атомной промышленности (ядерно-энергетических установок, радиохимических заводов). Во вторую группу входят продукты наведенной активации, образующиеся в результате ядерных реакций элементарных частиц (в основном нейтронов) с ядрами атомов стабильных элементов, входивших в состав конструкционных материалов коммуникаций и теплоносителей ядерных реакторов, корпусов ядерных боеголовок и т.д. Третью группу искусственных радионуклидов представляют радиоактивные трансурановые элементы, возникающие в ядерно энергетических установках и при ядерных взрывах в результате последовательных ядерных реакций с ядрами атомов делящегося материала и последующего радиоактивного распада, образовавшихся сверхтяжелых ядер. Радионуклиды этой группы радиоизотопы Np, Pu, Am, Cm и тд. В основном альфа - активные и характеризуются очень высокой радиотоксичностью, с большим периодом полураспада, отсутствием стабильных изотопных аналогов в природе [33].
В 1945 году впервые были изготовлены и использованы в войне с Японией первые две атомные бомбы, полностью уничтожившие Хиросиму и Нагасаки. В последующие годы в мире наблюдалась гонка ядерных вооружений и интенсивные испытания атомного и водородного оружия.
На протяжение 1945-1980 годов в атмосфере было проведено в обшей сложности 423 ядерных испытаний, а суммарная мощность всех ядерных взрывов составила 217,2 мегатонн (мощность взрыва в одну мегатонну равноценна мощности взрыва одного миллиона тонн взрывчатого вещества тротила) [1].
В бывшем СССР испытания ядерного оружия проводили в Казахстане, в регионе Семипалатинска, на Устюрте, на Новой Земле. С 1954 по 1962 годы в районе Новой Земли было произведено 87 атмосферных и 3 подводных ядерных взрыва, среди них самые мощные в мировой практике взрывы в 58 и 30 мегатонн. В результате этих испытаний образовалось 15 мКи 137Сs и 10 мКи 90Sr. Основная часть этой радиоактивности была инжектирована в стратосферу и таким образом, стала «глобальным выпадением», часть же сформировала «локальные» и региональные выпадения в Арктике, в том числе на Кольском полуострове [28, 30].
При взрывах ядерных боеприпасов образуется огромное количество радиоактивных продуктов ядерного взрыва (ПЯВ). Считается, что при взрыве в одну мегатонну суммарная активность продуктов ядерного взрыва составляет 300000 МКи, что по Х- излучению соответствует примерно 300000 тонн Ra.
При наземных ядерных взрывах часть ПЯВ выпадает непосредственно вблизи места взрыва - это «локальные осадки». Часть ПЯВ попадает в тропосферу (нижний слой атмосферы 10-15 км), где они подхватываются дующими здесь ветрами и переносятся на большие расстояния от мест испытания. Находящиеся в тропосфере ПЯВ постепенно, на протяжении ближайшей 1-1,5 месяца, выпадают на поверхность земли, загрязняя ее радионуклидами.
При взрыве ядерных боеприпасов на большой высоте, а также при взрыве заряда большой мощности (более 1 мегатонны) большая часть ПЯВ инжектируется в стратосферу (слой атмосферы на расстоянии 10-50 км), откуда очень медленно, на протяжении многих месяцев и даже лет, переходят в тропосферу, а затем уже выпадают на поверхность земли. Это так называемые стратосферные осадки или «глобальные выпадения», которые загрязняют территорию земного шара повсеместно, не зависимо от места испытания ядерного оружия [1].
В смеси ПЯВ находятся и долгоживущие радионуклиды, среди которых особую опасность для здоровья людей представляют 137Сs, 90Sr.
Как было отмечено выше, среди искусственных, попадающих в окружающую среду в результате ядерных взрывов и радиационных аварий, наибольшую опасность для здоровья людей представляют радионуклиды 137Сs и 90Sr.
Цезий. Общепринято считать, 137Сs искусственным радионуклидом, в виду чрезвычайно низкой удельной активности в земной коре природного 137Сs - продукта спонтанного деления U239, который колеблется от 3,7 до 370 мкБк/кг. В состав продуктов деления входят два радиоизотопа 137Сs и 134Сs, относящиеся к числу биологически подвижных в сельскохозяйственных цепочках. Тi/2 137Сs равен 30,17 года, он является Р- и Х- излучатель с максимальной энергией р- излучения 1,76 Мэв, Х- излучения - 1,367 Мэв. При радиоактивном распаде с испусканием Х- излучения превращается в Ва137 короткоживущий (Т1/2=2.552 мин.) Х- излучатель с энергией 661.6 кэВ. [33]. Поэтому поступление в окружающую среду этого радионуклида связано с использованием атомной энергии. 137Сs относится к числу основных дозообразующих искусственных радионуклидов. Стронций. Природный стронций состоит из 4-х стабильных изотопов с массовыми числами 84, 86, 87, и 88. Содержание стабильного стронция в земной коре составляет 3,410"2 %. В число продуктов деления входят два радиоизотопа, стронция 90Sr, относящиеся к числу самых биологически подвижных (Тi/2=28,1 года, р- излучатель с максимальной энергией 0,544 Мэв), и 89Sr, более короткоживущий радионуклид (Тш =50,5 сутки, Р-излучатель с максимальной энергией 1,463 Мэв) [33].
Подготовка почвенных образцов для лабораторных исследований
Содержание 137Сs и 90Sr в пробах растительного и животного происхождения проводили на Т-, Р- спектрометрической установке со сцинтилляционным (Nal) блоком детектирования и низкофоновом Р-счетчике в свинцовой защите. Х- спектрометрию проб растительного и животного происхождения на содержание 137Сs проводили в нативе. Объем пробы брали по возможности таким, чтобы в измельченном состоянии он занимал 1 литр. Лишайники и другие растения высушивались при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. В пробах мяса, мышцы отделяли от костей, сухожилий и жира, а затем измельчали ножом. Кости тщательно отчищали от мышц, сухожилий, хрящей и костного мозга. Затем пробы измельчались ножом или топором (кости), взвешивались и помещались в сосуд Маринелли объемом 1 литр для Х- спектрометрии.
Подготовку растительных и животных проб к Р" спектрометрическому исследованию на 90Sr проводили в следующем порядке. Объем материала брали таким, чтобы после концентрирования он составил 4-15 г. Измельченный материал взвешивали (растения в воздушно-сухом состоянии, животные пробы в сыром виде). Пробы ягеля и других растений сжигали в металлическом баке с отверстиями в стенках для доступа воздуха и при закрытой крышке, во избежание воспламенения материала, т.к. при горении происходит потеря некоторых радионуклидов. Животные пробы помещали в сушильный шкаф и высушивали при температуре 100 С до постоянной массы, затем сжигали прокаливанием в сковородках на газовых горелках в вытяжном шкафу. При обугливании пробы периодически помешивались стеклянной палочкой. Сжигание заканчивали по прекращении вспучивания материала и отхождения дыма. Обугленные пробы переносили в фарфоровые чашки или тигли, которые предварительно прокаливали в муфельной печи при температуре 900-1000 С до постоянной массы и взвешивали. Озоление остатков проб проводили в муфельных печах при температуре не более 400 -450 С, пробы костей проводили при температуре 500 - 600 С, т.к. 90Sr более устойчив к температуре. Полученные зольные остатки взвешивали в эксикаторе, высчитывая из обшей массы тигля и золы массу тигля, определяли массу золы. Золу растирали до мелкого порошка пестиком в том же тигле, затем помещали золу на стандартные алюминиевые подложки для Р" спектрометрии, разравнивали и уплотняли с помощью специального приспособления. После этого пробы взвешивали с точность до 0,01 гр.
Результаты всех трех взвешиваний запрашивается программой при обработке спектрограмм.
В практике приходится иметь дело со смесью радионуклидов, поэтому основной задачей является отделение их от мешающих нуклидов. Разработаны методы, позволяющие сконцентрировать и выделить изотопы урана в чистом виде (экстракция, соосаждение и ионнообменные методы) [17]. В настоящий момент для определения U, применяются радиохимический анализ и радиометрия [40], тепловая ионизационная масс-спектрометрия и наименее чувствительный спектрофотометрический метод. Однако наджные результаты, характеризующие содержание изотопов урана, могут быть получены только путм его радиохимического выделения с последующим альфа - спектрометрическим измерением [17, 76]. Электролитическое нанесение обеспечивает наиболее высокое качество счетных образцов, достаточную равномерность распределения радионуклидов и минимальную толщину активного слоя ( 50 мкг/см2). Полупроводниковая альфа – спектрометрия – метод исследования энергетических спектров альфа – частиц с помощью полупроводниковых детекторов. На первом этапе своего развития полупроводниковая альфа-спектрометрия использовалась главным образом в ядерной физике для изучения взаимодействия альфа – частиц с веществом и для изучения свойств вновь открываемых изотопов и элементов. В настоящее время развитие технологии полупроводников позволяет использовать методы полупроводниковой альфа – спектрометрии для задач радиационной экологии.
Пробеги альфа – частиц, таким образом, очень малы и составляют, например, для энергии 5 Мэв, около 100 мкм в кремнии и около четырех сантиметров в воздухе. Поэтому для альфа – спектрометрии очень важно, чтобы между источником и детектором альфа – частицы теряли бы как можно меньше энергии.
Чтобы добиться таких условий, детектор и источник помещают в вакуумную камеру, которую откачивают перед измерением до давления, при котором влиянием воздуха можно пренебречь. Обычно рабочие давления в зависимости от расстояния между источником и детектором находятся в диапазоне от 0,4 до 5 мм рт. ст. Полупроводниковый спектрометр состоит из детектора, зарядочувствительного предусилителя, усилителя-формирователя и аналого – цифрового преобразователя, обычно подключенного к ПК. Детектор помещен в вакуумную камеру, обычно там же имеется дистансерное устройство, которое позволяет менять расстояние между детектором и образцом. Сущность метода состоит в том, что атомные ядра изотопов урана при радиоактивном распаде испускают - частицы строго определенных энергий (в скобках указан выход - частиц указанных энергий, отн. ед.): 238U: 4.195 Мэв (0.77), 4.145 Мэв (0.23 ); 234U: 4.768 Мэв (0.73), 4.718 Мэв (0.27).
Горизонтальная миграция цезия-137 и стронция-90 в почвенно растительном покрове
В зоне южной тайги в песчаной почве эпигейные лишайники накапливают радионуклид 137Сs в два раза больше (Cladina rangiferina 132,3 Бк/кг) по сравнению с эпигейными лишайниками произрастающих на глинистых почвах того же региона (Cladina rangiferina – 63 Бк/кг), Это связано с тем, что при вертикальной миграции 137Сs по цепочке почва – лишайник, глинистая почва блокирует поступление 137Сs в лишайники, благодаря своей кристаллической решетки. Что касается по накоплению 90Sr эпигейными лишайниками, то он распределяется равномерно на всех типах почв данного региона. В зонах северной тайги и тундры, накопление 137Сs эпигейными лишайниками (Cetraria cucullata – 103 Бк/кг) схоже с накоплением 137Сs эпигейными лишайниками произрастающих на песчаной почве южно – таежного региона. Аналогичную картину можно наблюдать по 90Sr. Соотношение 137Сs и 90Sr эпигейными лишайниками во всех регионах примерно одинаково. Для одного вида от 2,6 до 4,6 для другой 1,7 до 4,3.
Растительное сообщество Почва Вид лишайника КН 137Cs КН 90Sr Сосняк лишайниковый Мерзлотная песчаная Cladina rangiferina Cladina stellaris 1,82,59 0,3 0,5 Листвяг бруснично-голубичномоховый Мерзлотная глинистая Cladina rangiferina Cladina stellaris 0,49 0,6 0,10,25 Листвяг бруснично-лишайниковый с ерником и кедровым стлаником Мерзлотнаясеверотаежнаятипичная(тиксотропная) Cetraria cucullata Cladina rangiferina 1,44 1,23 0,45 0,67 Кустарничковая тундра Подбуртундровыймерзлотный Cetraria cucullata Cladina rangiferina 1,4 1,12 0,35 0,58 Бк/кг, растения - КН = Бк/кг, почвы Одним из важнейших показателей перехода радионуклида из почвы в эпигейные лишайники является коэффициент накопления. Это величина указывающая какой процент радионуклидов накопился в лишайниках из почвы. Из таблицы 12 видно, что наименьший процент накопления радионуклида 137Сs эпигейными лишайниками наблюдается в глинистых почвах в зонах южной тайги. В других регионах процент накопления радионуклида 137Сs примерно в 2,5 раза больше по сравнению с мерзлотно – глинистыми почвами территории южной тайги, что связано особенностью строение кристаллической решетки по отношению к песчаником, что касается 90Sr, то во всех регионах варьируется от 0,1 до 0,5
Во всех песчаных пробах лишайников взятых из разных точек склона наблюдается следующая картина: накопления радионуклида 137Сs и 90Sr эпигейными лишайниками меняется в зависимости от ландшафта данного участка отбора проб. Минималная концентрация по радионуклидам 90Sr и 137Сs во всех пробах эпигейных лишайников наблюдается в пробах взятых с вершины увала. (Cladina rangiferina – 20,3 Бк/кг), Максимальная концентрация наблюдается в пробах взятых с подножие увала, что свидетельствует о горизонтальной миграции данных радионуклидов по поверхности почв данного региона. (Cetraria livigata 94,92 Бк/кг).
В отличие от лишайников произрастающих в других регионах накопления радионуклида 137Сs в которых уменьшается с верхнего слоя к основанию, радионуклид 137Сs накопление в верхнем слое и у основания. Вертикальное распределения радионуклида 90Sr во всех видах исследуемых эпифитных лишайниках идет одинаково, за исключением вида Cladina stellaris произрастающего в Олкминском улусе. Максимальная концентрация радионуклида 90Sr наблюдается в верхушке и основания. Такая особенность вертикального распределения радионуклидов 90Sr и 137Сs в эпигейных лишайниках региона южной тайги может свидетельствовать о добычи полезных ископаемых в Олкминском улусе. В результате чего радионуклиды 90Sr и 137Сs попадают из недр земли. В других исследуемых регионах наблюдается следы техногенного выпадения.
Высокая концентрация радионуклида 137Сs в пробах из исследуемых регионах имеется в плодовом теле шляпочных грибов (81,5 – 115 Бк/кг). Удельная активность 137Сs в них близка к значению удельной активности 137Сs в эпигейных лишайниках этих регионов. Наименьшая концентрация 137Сs наблюдается в пробах разнотравье (2,5 Бк/кг), что свидетельствует о минимальном проценте перехода (0,01%) в зеленую массу разнотравья в летний период. Значения удельная активности 90Sr в грибах из южной тайги в 5,5 раз ниже по сравнению значения удельная активности 90Sr в грибах северной тайги и тундры, что свидетельствует о небольшом следе техногенного выпадения 90Sr в данных регионах. Содержание 90Sr из всех пробах исследуемых регионов в пробах напочвенной растительной массы одинаково. 3.11. Прогнозирование дозовой нагрузки на организм оленей, обитающих на территории республики Саха (Якутии)
При исследовании трех пород оленя по климатическим поясам тундры, северный сибири, южно – сибирского региона, были исследованы органы на наличие 90Sr и 137Сs и произведен расчт дозовой нагрузки, учтена сезонность, возрастная группа и кормовая база.
Радиоэкологическая обстановка на территории Кобяйского улуса республики Саха (Якутия)
Исследования содержания радионуклидов в разных видах эпигейных лишайников, произрастающих в одних растительных сообществах, показало, что для лишайников характерны существенные межвидовые различия в накоплении 90Sr и 137Сs. Лишайники разных видов, произрастающие в одинаковых условиях, различались по содержанию 137Сs до 1,5 раз и 90Sr в среднем на 1,7 раз. Причиной различий могут являться видовые особенности минерального питания лишайников. Это подтверждается данными литературы, по которым лишайники разных видов существенно различаются между собой содержанием протеина, жира, углеводов, золы, макро- и микроэлементов, в частности стабильного Са и К [26; 55].
Проведенными исследованиями также установлено, что лишайники одного вида, произрастающие на разных типах почв, различались по содержанию 137Сs до 2,5 раз и 90Sr до 2,1 раз. По нашему мнению причин здесь может быть две: неодинаковое радиоактивное загрязнением почвенно-растительного покрова; различия связанные со свойствами почв.
При рассмотрении первого фактора, как показано выше, загрязнение почвенно-растительного покрова обследованных участков носит относительно равномерный характер, поэтому роль этого фактора в данном случае не может являться преобладающей. Для рассмотрения второго фактора, который базируется на определяющей роли почвы, при поступлении радионуклидов в лишайники, был проведен расчет коэффициентов накопления (КН) 90Sr и 137Сs лишайниками из почвы.
Как показали расчеты КН, лишайники одного вида, произрастающие на разных почвах, существенно различались между собой по КН. Это указывает на то, что накопление 90Sr и 137Сs лишайниками напрямую зависит от почвы, на которой они произрастают. Механизм поступления радионуклидов в лишайники из почвы еще недостаточно изучен. Логично предположить, что в лишайники могут попадать только водорастворимые формы радионуклидов, т.к. лишайники не имеют корней, а располагаются на поверхности почвы. Поступлению почвенной влаги с растворенными в ней радионуклидами способствует то, что лишайники обладают огромной влагоемкостью, причем мертвая часть подециев, которая соприкасается с почвой, служит проводящим звеном, т.к. ее влагоемкость меньше, чем верхняя - живая часть [37]. Таким образом, из этого следует, что лишайники, как «губка», способны впитывать в себя почвенную влагу, а вместе с ней и растворенные в ней радионуклиды, которые избирательно могут вовлекаться в обменные процессы растения. Из этого можно сделать вывод, что содержание радионуклидов в лишайниках напрямую зависит от количества водорастворимых форм этих нуклидов в почве.
Исследование физико – химических форм радионуклидов в почвах из-под лишайников и сравнение их с КН, дало нам основание полагать, что величина КН 90Sr и 137Сs зависит от содержания в почве водорастворимых фракций этих нуклидов. Действительно, наибольшее значение КН 137Cs было характерно для лишайников, произрастающих на песчаной почве в сосновом лесу, где содержание радиоцезия в водной вытяжке было наибольшим, а наименьшее для лишайников тех же видов, произрастающих на глинистой почве, где основная часть 137Сs находилась в необменной форме. По КН 90Sr лишайниками с этих почв разница была менее выражена, в то же время, содержание 90Sr в водной вытяжке двух рассматриваемых почв существенно не различалась. Наибольший КН 90Sr был присущ лишайникам с северотаежной щебнистой и тундрового подбура, где наблюдался наибольший % перехода 90Sr в водную вытяжку. Проведенный расчет коэффициента корреляции (r) между содержанием 90Sr и 137Сs в водной вытяжке почв и КН 90Sr и 137Сs лишайники из почвы показал, что прямая связь между этими значениями весьма значительная и положительная (Сs137 r = +1; 90Sr r = +0,6).
Конечно, может существовать множество других почвенных факторов, влияющих на поступление радионуклидов в лишайники, таких, как рН, гумус, количество обменного Са и К и др., а также природно-климатические условия и время года. Влияние перечисленных факторов на накопление радионуклидов лишайниками остается пока еще недостаточно изученным и требует дальнейшего рассмотрения.
На накопление радионуклидов эпигейными лишайниками, как показано в главе 3.3, может оказывать рельеф местности, на котором они произрастают. Так, исследования лишайников на сопряженном по стоку участке ландшафта, показали, что содержание радионуклидов в лишайниках возрастало в следующем порядке: вершина склон подножие. Эта информация важна в плане прогноза поступления радионуклидов в организм северного оленя, так как известно, что в зимне-весенний период олени поедают лишайники в наиболее свободных от снега местах, которыми являются вершины и склоны увалов (холмов, гор), что, безусловно, влияет на содержание радионуклидов в их организме. Также, эту информацию необходимо учитывать при отборе проб лишайников.
Как показали исследования по вертикальному распределению 90Sr и 137Сs по высоте эпигейных лишайников (гл.3.8.), 137Сs преимущественно накапливается в верхней трети талломов, а 90Sr довольно равномерно распределен по высоте лишайников. Столь разный характер вертикального распределения 90Sr и 137Сs в лишайниках может говорить о разных миграционных способностях нуклидов, в этом звене экологической цепочки. Исследования по распределению 90Sr и 137Сs по высоте лишайников проводимые в 70-х годах, также регистрировали «верхушечный эффект» характерный для 137Cs [57; 74; 112; 118]. Во время проведения этих исследований наблюдалось преимущественно аэральное загрязнение растений, поэтому, логично полагать, что неравномерность распределения 137Cs по высоте лишайников связана с его меньшей миграционной способностью по сравнению со 90Sr, который более мобилен в ландшафтах. Однако, в данное время, когда искусственные радионуклиды поступают в лишайники преимущественно из почвы, как показали наши исследования, «верхушечный эффект» сохранился. Это наталкивает нас на мысль, что «верхушечный эффект» носит постоянный характер и обусловлен биологическими особенностями лишайников. Эти исследования проводились в зоне влияния аварии ЧАЭС, где наблюдался аэральный путь загрязнения почвенно – растительного покрова. Это может подтвердить то, что наибольшее влияние на распределение радионуклидов в растениях оказывают их биологические особенности.
Характер неравномерного распределения радионуклидов в лишайниках непосредственным образом может влиять на поступление радионуклидов в организм северных оленей, так как известно, что олени при благоприятных условиях выпаса стравливают только верхнюю часть лишайников, в которой содержится наибольшее количество 137Сs.