CC BY
38
УДК 631.95:539.16 (571.51) А.С. Федотова
ТЕХНОГЕННОЕ РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АГРОЭКОСИСТЕМ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ
КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
В статье приведены результаты радиоэкологического исследования лесостепной зоны Красноярского края. Установлено, что в 30 километровой зоне наблюдения Горно-химического комбината почва пастбищных и сенокосных угодий, а также грубые корма, заготавливаемые на этой территории, имеют дополнительное техногенное загрязнение 137Cs и 90Sr по сравнению с агроэкосистемами, находящимися вне зоны влияния Горно-химического комбината.
Ключевые слова: почва, грубые корма, техногенный 90Sr, техногенный 137Cs.
A.S. Fedotova TECHNOGENEOUS RADIOACTIVE POLLUTION OF AGRO-ECOSYSTEMS OF THE FOREST-STEPPE ZONE IN KRASNOYARSK REGION
The results of the radioecological research of the forest-steppe zone of Krasnoyarsk region are given in the article.
It is determined that the soil of the grazing lands and haylands, and also roughage gathered on the area located in 30 kilometers zone of the Mining-Chemical plant have more technogeneous137Cs and90Sr pollution in comparison with the agro-ecosystems located beyond the Mining-Chemical plant influence zone.
Key words: soil, roughage, technogeneous90Sr, technogeneous137Cs.
Радиационное излучение является одним из факторов, которые негативно воздействуют на биологические объекты. Поэтому проблема изучения, миграции радионуклидов и контроля радиоактивного загрязнения биосферы привлекает внимание не только радиоэкологов, но и органов государственной власти и широких кругов населения. Особую актуальность проблемы радиоэкологии приобрели после аварии на Чернобыльской АЭС, в результате которой обширные площади на территории России, Белоруссии, Украины, стран Европы оказались загрязненными техногенными радионуклидами. Специалисты сельского хозяйства, работающие на этой территории, столкнулись с проблемой получения радиационно безопасной продукции растениеводства и животноводства. Территории, где произошли крупные аварии на предприятиях ядерно-промышленного комплекса или были проведены испытания ядерного оружия, детально изучены специалистами различных отраслей наук.
На данный момент особый интерес представляют ситуации рассмотрения миграции радионуклидов в «горячих» радиоэкологических районах или в агроэкосистемах, находящихся в непосредственной близости к площадкам АЭС, и других предприятий ядерно-топливного цикла.
На территории Российской Федерации есть ряд регионов с радиационной обстановкой, вызывающей беспокойство у населения и лиц, принимающих решения. Причиной этого является многолетняя деятельность предприятий военно-промышленного комплекса. С учетом этого, на территории субъектов РФ осуществляются планомерные исследования радиационной обстановки.
На территории Красноярского края на протяжении последнего десятилетия углубленно изучается радиационная обстановка, прежде всего, в городах и сельских населенных пунктах. Годовые индивидуальные дозы облучения жителей края за период с 1998 по 2002 год оцениваются в 3,82...4,34 мЗв/г и в среднем равны 4 мЗв/год [1]. По этому показателю радиационную обстановку в крае можно было бы оценить как благополучную. Однако из-за повышенной концентрации урана и тория в недрах края Всероссийский геологический институт «ВСЕГЕИ» относит Красноярский край к категории территорий с условно напряженной радиационной обстановкой [2].
Кроме того, радиационная обстановка в крае отягощена наличием антропогенных радиационных аномалий, являющихся следствием работы на его территории трех предприятий бывшего Минатома России и наличием девяти участков подземных ядерных взрывов.
Лесостепная зона Красноярского края характеризуются большой концентрацией населения и наличием обширных площадей сельскохозяйственных угодий, на которых активно развиваются все направления животноводства и растениеводства. Лесостепная зона края также отягощена как природными радиоактивными аномалиями, так и техногенным загрязнением.
Среди предприятий Минатома существенное влияние на радиационную обстановку в крае оказывает только ФГУП «Горно-химический комбинат» (ГХК), расположенный на правом берегу р. Енисей, вблизи
г. Красноярска, в закрытом административном территориальном образовании с центром в г. Железногорске. Для него условно установлена зона наблюдения (ЗН), включающая ближнюю 30-км зону, и зону, ограниченную поймой р. Енисей на протяжении 1500 км вниз по течению реки от г. Железногорска.
Систематическое изучение и независимый контроль радиационной обстановки в зоне наблюдения ГХК начались с конца 80-х годов. К середине 90-х годов в пойме Енисея в пределах ЗН было выявлено более 150 участков с аномально высоким уровнем радиоактивного загрязнения. Основными нуклидами, определяющими радиационную опасность почвогрунтов, являются кобальт-60, стронций-90, цезий-137, европий-152 и 154 и плутоний-239, 240 [3].
Однако целенаправленное изучение влияния радиоактивных выбросов и сбросов ГХК на загрязнение компонентов агроэкосистем ранее не производилось.
Целью настоящей работы является изучение техногенной радиоактивной загрязненности почвы сенокосных угодий и грубых кормов, заготавливаемых в агроэкосистемах лесостепной зоны края. Эти агроэкосистемы, несмотря на свою территориальную близость, имеют потенциально разный радиоэкологический статус.
На территории ЗН гХк для исследований было выбрано две агроэкосистемы - это агроэкосистемы, распространяющиеся в пределах с. Атаманово и с. Большой Балчуг.
Наиболее значимым объектом исследования является Балчугская агроэкосистема, которая располагается в лесостепной зоне края и административно относится к Сухобузимскому району. Балчугская агроэкосистема расположена в ЗН ГХК, по-существу, в «подбрюшье» этого предприятия. В ее сторону ориентировано основное, северо-восточное, направление ветров, переносящих газо-аэрозольные выбросы ГХК, а сбросы ГХК в воду р. Енисей здесь впервые омывают берег населенного пункта.
В качестве дополнительного источника информации о загрязнении агроэкосистем в пределах зоны влияния ГХК принята Атамановская агроэкосистема, где располагается одно из отделений ОАО «Племзавод Таежный». Агроэкосистема территориально принадлежит к Сухобузимскому району, располагается на левом берегу реки Енисей в непосредственной близости к Горно-химическому комбинату. Это крупный населенный пункт, имеющий большие пахотные угодья, по загрязнению которых можно судить о значимости газоаэрозольных выбросов ГХК.
В качестве контрольной, экологически чистой агроэкосистемы, была выбрана Сушиновская агроэкосистема, которая находится в лесостепной зоне края и административно принадлежит Уярскому району. Сушиновская агроэкосистема находится в юго-восточном направлении относительно ГХК. По данным ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Красноярском крае», почвы, корма и продукция животноводства загрязнены здесь преимущественно техногенными радионуклидами глобальных выпадений.
Исследования проводились в 2003-2007 годах. В Сушиновской и Балчугской агроэкосистемах работа проводилась в условиях частных подворий, в Атамановской агроэкосистеме - в условиях организованного сельскохозяйственного производства. В качестве объектов исследований были выбраны почвы сенокосных, пастбищных угодий и сено разнотравное, заготавливаемое с этих сенокосных угодий. Отбор всех проб проводился согласно требованиям нормативно-методических документов, действующих в службе Роспотребнадзора Российской Федерации и ветеринарной радиологической службе.
Аналитические исследования почв и сена были выполнены в аккредитованном испытательном лабораторном центре ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Красноярском крае» при непосредственном участии автора.
В результате исследования почв в тестируемых агроэкосистемах лесостепной зоны Красноярского края получены следующие данные. Почвы тестируемых агроэкосистем относятся к одному типу и обладают близкими характеристиками по содержанию гумуса, азота и кислотности [4, 5]. Все исследуемые почвы отличаются слабокислой реакцией, соответственно следует ожидать одинакового накопление техногенного 90Эг и 137Св в верхнем 20-см слое почвы.
Установлено что, удельная активность 137Св в целинных почвах на угодьях Балчугской агроэкосистемы в четыре-шесть раз (Р<0,001) превышает аналогичный показатель для почв других агроэкосистем (табл. 1).
Таблица 1
Загрязнение 13^ целинных почв агроэкосистем
Аграрный ландшафт Количество проб Удельная активность 137Св, Бк/кг
диапазон изменчивости среднее значение
с. Балчугская 33 10,1...350* 59,88 ± 4,8*
с. Атаманово 25 0, ,3 3, 7,83 ± 0,4
с. Сушиновка 49 3,3.40,0 14,27 ± 1,2
*Р<0,001.
* Значение 350 Бк/кг в расчеты не включалось по причине единичного.
Удельная активность 13^ в почвах Атамановской агроэкосистемы, расположенной в ЗН ГХК, но в стороне от преобладающего направления ветров, в семь-восемь раз меньше, чем в Балчугской агроэкосистеме. Оценка радиоэкологической обстановки в агроэкосистемах проводилась на основе расчета плотности загрязнения почвы техногенными нуклидами или площадной активности. Данный параметр рассчитывался с использованием средних значений удельной активности 13^ в почвах в тестируемых агроэкосистемах. Для расчета использовалась формула
77 = 2,7x10 4 х IX 1х I, (1)
где а - удельная активность пробы, Бк/кг;
d - вес пробы;
h - высота слоя отбора пробы.
В результате проведенных расчетов можно четко выделить Балчугскую агроэкосистему, где плотность загрязнения составила 0,39 К^км2, или 14,43 кБк/м2. В Атамановской агроэкосистемах площадная активность - 0,05 Шкм2, или 1,85 кБк/м2, полученные значения принадлежат к диапазону данных, характеризующих техногенное загрязнение почв всего Красноярского края (среднее фоновое значение 0,08 К^км2)*. Су-шиновская агроэкосистема имеет плотность техногенного загрязнения почв 0,09 К^км2, или 3,33 кБк/м2.
Соответственно можно заключить, что приоритетное направление движения воздушных масс, отягощенных техногенными радионуклидам из газо-аэрозольных выбросов ГХК, является решающим фактором в техногенном загрязнении агроэкосистем.
Частотные распределения значений удельной активности 13^ в почвах Атамановской и Сушиновской агроэкосистем ограничены интервалом до 40 Бк/кг с максимумом около 10.15 Бк/кг, что характерно для глобального загрязнения 13^ почв края (рис. 1, 2).
40 35 30 5? 25 £ 20 Ч 15 10 5 0
Рис. 1. Частотное распределение результатов техногенного загрязнения 13^ чернозема оподзоленного
тяжело-суглинистого (Сушиновская агроэкосистема)
90 80 70 8« 60 § 50 £ 40 30 20 10 0
Рис. 2. Частотное распределение результатов техногенного загрязнения13^ чернозема обыкновенного тяжело-суглинистого (Атамановская агроэкосистема)
Рисунки 1, 2 идентичны и располагаются в одном интервале гистограммы принадлежат логарифмически нормальному типу распределения с модой, принадлежащей диапазону совокупности от 10 до 15 Бк/кг.
* Данные ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Красноярском крае».
76
с=/
✓
20
✓
4 <=71
1 V . . Ґ
5 10 15 20 25 30 35 40 <40
Удельная активность, Бк/кг
32 30
/ с-
/
/
/ 9 9
/ 5 5 5 5
□ □ □ □ ,
5 10 15 20 25 30 35 40 <40
Удельная активность, Бк/кг
В отличие от гистограмм, отраженных на рисунках 1,2, распределение значений удельной активности 137С в почвах Балчугской агроэкосистемы сочетает результаты, относящиеся как к глобальному загрязнению (до 40 Бк/кг), так и к дополнительному загрязнению, связанному с выпадением 137С из газоаэрозольных выбросов ГХК (60 Бк/кг и более) (рис. 3).
35- 30
30 /
25 / 22 20
20 /
15' /
10' / 8 6 6 4 4
5' 0' ✓ 0 □ о.
20 40 60 80 100 120 140 <140
Удельная активность, Бк/кг
Рис. 3. Частотное распределение результатов техногенного загрязнения 13^ чернозема
обыкновенного
Гистограмма, отражающая распределение результатов определения удельной активности 13^ в почвах аграрного ландшафта сенокосные биогеоценозы с. Б. Балчуг, также относится к логарифмически нормальному распределению, но в нем можно выделить две моды, первая принадлежит диапазону совокупности 40 Бк/кг и отражает глобальное загрязнение и вторая мода, принадлежащая диапазону совокупности 80 Бк/кг, отражает дополнительное техногенное загрязнение. Эта гистограмма наглядно подтверждает предположение о наличии дополнительного техногенного загрязнения почв в агроэкосистеме, располагающейся в северо-восточном направлении по отношению к точке газо-аэрозольных выбросов ГХК. Однако уровень техногенного загрязнения почв аграрного ландшафта с. Б. Балчуг много меньше предельно допустимого значения, установленного равным 37 кБк/м2 для территорий с удовлетворительной радиационной обстановкой.
Таким образом, по уровню загрязнения 137С почвы пастбищных угодий тестируемых агроэкосистем можно выделить аграрный ландшафт с. Б. Балчуга. Почвы аграрного ландшафта с. Атамановка, несмотря на свою территориальную принадлежность к ЗН ГХК, по уровню загрязнения 137С не выделяются на фоне глобального техногенного загрязнения территории Красноярского края.
Для более представительной и наглядной оценки техногенного загрязнения сена разнотравного аграрного ландшафта с. Б. Балчуга в ходе анализа полученных результатов более «чистые» аграрные ландшафты с. Сушиновка и Атаманово были объединены в группу «Другие». Полученные результаты представлены в таблице 2. Из таблицы следует, что удельная активность 9^г в кормах, производимых на сенокосных биогеоценозов аграрного ландшафта с. Б. Балчуг, в 1,5 раза (Р<0,05) превышает аналогичный показатель для «Других» аграрных ландшафтов лесостепной зоны края. Для 13^ превышение составляет 2,4 раза (Р<0,001).
Таблица 2
Удельная активность сена разнотравного
Сенокосный биогеоценоз Количество проб Диапазон изменчивости, Бк/кг Среднее значение, Бк/кг
137^
с. Б. Балчуг 12 0,6.37,55 * * * ,0 СО +1 3 ,5 5,
Другие 19 ,2 7, ,5 0, 2,4 ± 0,5
^г
с. Б. Балчуг 12 0, ,7 4, * ,5 0, +1 ,4 7,
Другие 19 ,7 7, 7 ,5 0, 4,8 ± 1,2
Примечание *Р<0,05, **Р<0,001.
* Значение 37,5 Бк/кг в расчеты не включалось по причине единичного.
Более высокие значения радиоактивного техногенного загрязнения сена разнотравного, заготавливаемого в условиях аграрного ландшафта с. Б. Балчуг, объясняются дополнительным загрязнением почв, связанным, по-видимому, с газо-аэрозольными выбросами ГХК.
Удельная активность 90Эг и 137Св сена разнотравного аграрного ландшафта с. Атамоново принадлежит диапазону данных, полученных для аграрного ландшафта с. Сушинова, что подтверждает доминирующее влияние направления ветров в распространение газо-аэрозольных выбросов ГХК.
Используя полученные данные, отражающие содержание 90Эг и 137Св в сене разнотравном, было построено частотное распределение результатов, отражающих удельную активность 90Эг (рис. 4 и 5), и 137Св (рис. 6 и 7) в тестируемых аграрных ландшафтах.
45 40 ^ 35 V 30 Д 25 20 15 10 5 0
36
27 27
10
1
=Д ,
2 4 6 8 10
Удельная активность, Бк/кг
<10
Рис. 4. Частотное распределение результатов техногенного загрязнения 9^г сена разнотравного
с сенокосных биогеоценозов с. Б. Балчуг
Удельная активность проб сена разнотравного аграрного ландшафта с. Б. Балчуг находится в интервале от 4 до 10 Бк/кг (рис. 4). Распределение результатов определения удельной активности 90Эг в сене разнотравном Балчугской агроэкосистемы принадлежит нормальному закону распределения с модой, находящейся в диапазоне совокупности 6 Бк/кг.
Высокая средняя удельная активность 90Эг в сене разнотравном аграрного ландшафта с. Б. Балчуг обусловлена наличием стабильно большого количества результатов с высокими показателями, которые принадлежат диапазону совокупности от 4 до 8 Бк/кг.
Удельная активность 90Эг в пробах сена разнотравного по группе «Другие» имеет вид гамма-распределения (рис. 5): 42% результатов принадлежит пределу до 2 Бк/кг, хотя имеется 16% проб с удельной активностью, превышающей 10 Бк/кг, что значительно увеличивает удельную активность сена разнотравного по 90Эг по данной группе.
50
V? О4 45 -
,я л о 40 -35 -30 -
25 -
20 -
15 -
10 -
5 -
0 -
42
16 16 16
і (
ю ю
1
2 4 6 8 10 <10
Удельная активность, Бк/кг
Рис. 5. Частотное распределение результатов техногенного загрязнения сена разнотравного
с сенокосных биогеоценозов, аграрных ландшафтов по группе «Другие»
Распределение результатов определения 137Св в сене разнотравном аграрного ландшафта с. Б. Балчуг (рис. 6) и в группе аграрных ландшафтах «Другие» (рис. 7) имеет вид гамма-распределения, типичного для многих природных объектов.
Удельная активность, Бк/кг
Рис. 6. Частотное распределение результатов техногенного загрязнения 13^ сена разнотравного с сенокосных биогеоценозов с. Б. Балчуг
Результаты, полученные для аграрных ландшафтов, входящих в группу «Другие», в подавляющем большинстве случаев (85%) располагаются в интервале до 4 Бк/кг, что соответствует уровню глобального техногенного загрязнения. Однако для распределения результатов аграрного ландшафта с. Б. Балчуг характерно наличие длинного «хвоста», представленного пробами с удельной активностью 137Св, составляющей 10 Бк/кг и больше. Причиной этого являются локальные газо-аэрозольные выпадения ГХК. Таким образом, анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что аграрного ландшафта с. Б. Балчуг, расположенный в ЗН ГХК, подвержена дополнительному техногенному радиоактивному загрязнению.
80 74
70
60
* 50
,я о 40 —
Ч
30
20
10
0
11
10
□ в ■
2 4 6 8 10 <10
Удельная активность, Бк/кг
Рис. 7. Частотное распределение результатов техногенного загрязнения 137Cs сена разнотравного с сенокосных биогеоценозов, аграрных ландшафтов по группе «Другие»
На основании анализа полученных данных можно сделать вывод, что в аграрном ландшафте с. Б.Балчуг, расположенной в 20-км зоне ГХК, присутствует дополнительное техногенное загрязнение сена разнотравного. В аграрном ландшафте с. Атаманово, который также принадлежит к ЗН, сено разнотравное не несет дополнительной техногенной нагрузки, связанной с деятельность ГХК, что подтверждает доминирующее влияние направления ветров на распространение газо-аэрозольных выбросов ГХК.
Выводы
1. Целинные почвы аграрного ландшафта с Б. Балчуг, расположенного в зоне наблюдения Горнохимического комбината, дополнительно загрязнены 137Св, содержащегося в газо-аэрозольных выбросах ГХК.
2. Грубые корма и продукция животноводства, производимые в аграрном ландшафте с Б. Балчуг, имеют повышенную по сравнению с другими агроэкосистемами лесостепной зоны края удельную активность 90Эг и 137Св вследствие дополнительного техногенного радиоактивного загрязнения почв данной агроэкосистемы.
Практические рекомендации
1. Учитывая потенциальную возможность дополнительного радиационного техногенного загрязнения, необходимо в аграрных ландшафтах, принадлежащих зоне влияния ГХК, осуществлять мониторинговые исследования определения удельной активности 90Sr и 137Cs в продукции животноводства.
2. Включить аграрный ландшафт с. Б. Балчуг как контрольную точку в мониторинговые исследования КГУ «Краевая ветеринарная ветлаборатория» Красноярского края.
3. В ландшафте с Б. Балчуг заложить тестовый участок для мониторинговых определений удельной активности техногенных радионуклидов в почве ФГУ ГЦАс «Красноярский».
4. При выборе новых сенокосно-биогеоценозов в условиях ландшафта с. Б. Балчуг необходим предварительный контроль уровня загрязнения почв 137Cs.
Литература
1. Коваленко, В.В. Источники ионизирующего излучения и дозы облучения населения Красноярского края / В.В. Коваленко // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: мат-лы 2-й Междунар. конф. - Томск: Тандем-Арт, 2004. - 261с.
2. Геологический атлас России масштаба 1: 10 000 000. Раздел 4. Экологическое состояние геологической среды // отв. ред. А.А. Смыслов. - М.; СПб., 1996.
3. Закономерности распределения и миграции радионуклидов в долине реки Енисей / Ф.В. Сухорукое [и др.]. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, фил. «Гео», 2004. - 286с.
4. Бугаков, П.С. Агрономическая характеристика почв земледельческой зоны Красноярского края / П.С. Бугаков, В.В. Чупрова. - Красноярск, 1995. - 176с.
5. Крупкин, П.И. Черноземы Красноярского края / П.И. Крупкин. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2002. - 332с.
УДК 62.09.33; 62.13.99 О.С. Федорова, Т.В. Рязанова, И.А. Кириенко, А.И. Машанов
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕСТРУКЦИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИММОБИЛИЗОВАННОЙ МИКРОФЛОРОЙ ПРИ
РАЗНЫХ УРОВНЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ
Проведены лабораторные эксперименты в течение 6 недель, чтобы испытать биопрепараты для очистки нефтезагрязненной почвы. По результатам испытаний установлены микробные препараты, которые способны полностью разрушать нефть в почве, как со средним, так и высоким уровнем загрязнения. Отдать должное следует препаратам «Унисорб-био», которые понижают концентрацию нефти в образцах почвы более чем на 50% в течение двух недель.
Ключевые слова: иммобилизация, биодеструкция, биоремедиация, биопрепараты, полимерный сорбент.
O.S. Fedorova, T.V. Ryazanova, I.A. Kirienko, A.I. Mashanov
EFFECTIVENESS OF OIL PRODUCTS DESTRUCTION IMMOBILIZED BY THE MICROFLORA WITH DIFFERENT DEGREES OF POLLUTION
The results of 6-week laboratory experiments to test biopreparations for oil contaminated soil purifying are given in the article. In the course of experiments the microbic preparations which are capable to destroy fully oil in the soil both with medium and high degree of pollution are defined. Special attention must be given to “Unisorb-bio” preparations which decrease oil concentration in the soil samples by more than 50% within two weeks.
Key words: immobilization, biodestruction, bioremediation, biopreparations, polymeric sorbent.
Применяемые способы ликвидации нефтезагрязнений в основном относятся к механическим и физико-химическим, которые затратны и не позволяют восстановить биоценоз без нарушения естественных ландшафтов и дополнительного вреда экосистемам. Поэтому актуальна задача по разработке методов биологического окисления углеводородородов нефти, которые максимально приближены к естественным процессам и являются наиболее перспективными. Микробиологический метод рекультивации, основанный на применении высокоэффективных штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов, выделенных из загрязненных природных объектов, широко применяется в практике рекультивационных мероприятий [I]. Эффективная
