О ВОЗМОЖНОСТИ ФИТОМОНИТОРИНГА РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (90Sr) НА СТАДИИ ПРЕДПРОЕКТНОЙ ПОДГОТОВКИ СТРОИТЕЛЬСТВА Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 504.064 DOI: 10.24411/1816-1863-2018-14046

т

I-

О ВОЗМОЖНОСТИ А. Н. Городничая, ст. преподаватель

п ФИТОМОНИТОВИНГА Кубанского государственного

и ■ ^т^пп ■ Vгпп1 м аграрного университета (КубГАУ)

о РАДИОАКТИВНЫХ им. И. Т. Трубилина, alena_nic@list.ru,

^ ВЕЩЕСТВ И.ю.Глинянова, к. п. н, доцент

а _ Волгоградского государственного

^ НА СТАДИИ технического университет (ВолгГТУ),

2 ПРЕДПРОЕКТНОЙ ecoris@yandex.ru,

х ПАПГЛТЛВКМ В- Н. Азаров, д. т. н, профессор ВолгГТУ,

о ПОДГОТОВКИ kaf_bgdvt@mail.ru,

и СТРОИТЕЛЬСТВА А. И. Мельченко, д. б. н,

ш

IX

о

I-

и

доцент КубГАУ им. И. Т. Трубилина, alexkuban59@mail.ru

и

В полевых условиях на экспериментальной площадке было осуществлено искусственное загрязнение почвы 90SrCl2 на разную глубину (0 см, 50 см) и произведена посадка саженцев алычи О (Prunus cerasifera Ehrh). Целью данного исследования является мониторинг поступления радио-5 нуклида (90Sr) в листья алычи (Prunus cerasifera Ehrh) в течение 6 лет при поверхностном и глубинном расположении 90SrCl2 в почве. Данные результатов фитомониторинга показали наличие О радиоактивного загрязнения в листовых пластинках алычи (Prunus cerasifera Ehrh) в виде радио-$ нуклида — 90Sr независимо от глубины посадки растения. Результаты проведенных исследова-^ ний являются основанием для более глубокого изучения отклика растительного сообщества в от-q вет на загрязнение окружающей среды и продолжения исследований в области фитомониторин-га. Алыча (Prunus cerasifera Ehrh) — растение, которое широко встречается в дикой природе и в Ф южном федеральном округе может использоваться в качестве тест-объекта для фитомониторинга х радиоактивного загрязнения почв на стадии предпроектных работ (ОВОС, инженерно-экологи-О ческие изыскания и др.), способствовать сокращению числа отбора проб почвы-грунта при тра-О диционных методах исследования почв.

СП Under field conditions at the experimental site, artificial soil contamination

with 90SrCl2 at different

depths (0 cm, 50 cm) was carried out and cherry plum seedlings (Prunus cerasifera Ehrh) were planted. The purpose of this study is to monitor the radionuclide intake (90Sr) in cherry plum leaves (Prunus cerasifera Ehrh) for 6 years with a superficial and deep location of 90SrCl2 in the soil. The results of phy-tomonitoring showed the presence of radioactive contamination in the leaf plates of the cherry plum (Prunus cerasifera Ehrh) in the form of a radionuclide — 90Sr, regardless of the planting depth of the plant. The results of the conducted studies are the basis for a deeper study of the response of the plant community in response to environmental pollution and the continuation of research in the field of phy-tomonitoring. Cherry plum (Prunus cerasifera Ehrh) — a plant that is widely found in the wild and in the southern federal district can be used as a test object for phytonomonitoring of soil radioactive contamination at the pre-design stage (EIA, engineering and environmental research, etc.). soil-soil sampling numbers using traditional soil research methods.

Ключевые слова: фитомониторинг, радиоактивные вещества, стронций

90 (90Sr), радионуклид,

нуклид.

Key words: phytomanagement, radioactive substances, strontium 90 (90Sr), radionuclide, nuclide.

Актуальным вопросом на стадии пред-проектной подготовки строительства промышленных и гражданских объектов является мониторинг радиационного загрязнения территории. Источником радиоактивных веществ в окружающей среде могут быть аварии на АЭС, захоронение радиоактивных отходов промышленных предприятий, природное залегание урановых месторождений и др. В результате этого может появиться дополнительный

источник негативного влияния на окружающую среду и здоровье человека [1—5].

В ряде случаев наиболее оптимальной и экономически целесообразной экспресс-диагностикой в данной ситуации может послужить фитомониторинг. Понятие фитомониторинг, с нашей точки зрения, это «комплексная диагностика состояния растений, произрастающих на определенной территории, контроль их роста и развития».

На сегодняшний день существует много исследований, посвященных тематике фитомониторинга радиоактивных веществ в растениях. Например, Su Yi, Sridhar B. B., Maruthi, Han F. X. и др. [6] оценивали способность индийской горчицы (Brassica juncea) для поглощения и накопления природных изотопов Cs и Sr. Chen M., Tang Y. L., Ao J. [7] осуществляли мониторинг влияния 90Sr на фотосинтетические характеристики сеянцев масличных рап-сов. Kubota T., Shibahara Yu., Fukutani S. [8] исследовали радиоактивность 90Sr и 137Cs в коре и листьях деревьев, собранных вокруг АЭС Фукусима-Дайити. Так, Qi L.,

Qin X. L., Li F. M., Siddique K. H. M.,

26

Brandl H. [9] изучали поглощение Sr сортами трех видов растений с позиции фито-ремедиации и очистки загрязненных территорий. Zheng, Guiling; Pemberton, Robert, Li, Peng [10] исследовали возможности испанского мха (Tillandsia usneoides) как потенциального растения-биоиндикатора для мониторинга стронция в растениях на загрязненных территориях.

В Краснодарском крае для фитомо-ниторинга радиоактивных веществ, например, 90Sr на территории, отводимой под предполагаемое строительство промышленных или гражданских объектов, целесообразно использовать, например, алычу. Данный вид растения в большом количестве произрастает в Краснодарском крае, в том числе является дикорастущим. Он характеризуется высокорослостью (до 15 м) с хорошо развитой, мощной корневой системы.

В рамках постановки полевого эксперимента была использована алыча (род слива — Prunus, вид — алыча Prunus cera-sifera Ehrh., сорт — «Кубанская комета»). Объектом исследования послужил листовой аппарат алычи (Prunus cerasifera Ehrh., сорт — «Кубанская комета»), предметом исследования: накопление в листовом аппарате алычи, сорт «Кубанская комета» 90Sr при его поверхностном расположении в почве.

Целью эксперимента является мониторинг 90Sr в листовом аппарате алычи (Prunus cerasifera Ehrh., сорт «Кубанская комета») в течение 6 лет при поверхностном и глубинном расположении радионуклида в почве.

Методика исследования. Опыты проводились на черноземе выщелоченном ма-логумусном, сверхмощном. Все работы по подготовке участка проводились очень тщательно с соблюдением однородности условий. Для постановки опытов использовались делянки с 6 растениями [11], на концах рядов располагались защитные растения — по 2 растения; с учетом сказанного, полевые опыты ставились стандартным методом размещения вариантов.

В 2008 г. в полевых условиях был заложен экспериментальный участок. Опыты располагались по следующей схеме: 1 вариант — в почву, поверхностно загрязненную 90SrCl2, проведена посадка саженцев алычи (Prunus cerasifera Ehrh.). Площадь питания саженцев 6 s 4 м. Уровень загрязнения опытного участка составил 500 МБк/м2. Повторность опыта 6-кратная. После отбора проб листья алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) высушивали при температуре 105 °С, взвешивали и измельчали на мельницах МРП-1 или ЭМ-ЗА.

Испытания продукции по признаку радиоактивного загрязнения выполнялись на приборе УСК «Гамма Плюс» по методике измерения активности бета-излуча-ющих радионуклидов в счетных образцах с применением программного обеспечения «Прогресс». Методика разработана ГП ВНИИФТРИ и утверждена Госстандартом России 05.05.1996 г. Настоящая методика является основной в определении значений активности бета-излучаю-щих радионуклидов в счетном образце и позволяет выполнить расчет погрешности каждого измерения. Для регистрации ß-излучения от счетного образца используется ß-спектрометрический тракт со сцинтилляционным блоком детектирования (СБД). Для экспонирования счетных образцов применяются специальные алюминиевые кюветы (Комплекс универсальный спектрометрический «Гамма Плюс», 1995).

При контроле содержания 90Sr в почвах и листьях растений применяли методические указания (Методические указания по определению содержания строн-ция-90 и цезия-137 в почвах и растениях, ЦИНАО, 1985), ГОСТ Р 50801—95, а также ОСТ Р 10070—95 Почвы. Методика определения стронция-90 в почвах сельхозугодий (ОСТ Р 10070—95). Получен-

о>

О

О -1

5 х

CD Г) TS Q

6

CD ы

О ^

0 Г)

1

о

Г)

Г) -I

тз о s

-I

CD

О-

Г> -I 03

О

О ТЗ О m

г>

О

X

о

ы ш

Г) -I

оз О

0 см

'50 см

О m

I-

U

со О X

О ^

и а О СР

О

о

са

U

Ш

IX

О СР

I-

и

и о

X

и о

с

о

со Ф

vo

О ^

U

ш

т

о (Г)

1

т 2 0,8

* 0,6

J2 0,4

« 0,2

0

llll

2010

2014 2015 Годы исследований

2016

Рис. 1. Содержание 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) при расположении

90

- 0,4^/ ti

> 0,2 ^ w ОД-

о,гу 0,6 <у

2010

2014 2015 2016 Годы исследований

SrCl2 на поверхности почвы

ные результаты обрабатывали методами математической статистики по Б. А. До-спехову [11].

Результаты и обсуждение. Результаты исследований по определению содержания 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) при расположении радионуклида 90SrCl2 на поверхности почвы (0 см) приведены на рисунке 1.

В первые годы нахождения саженцев на делянках происходило большое накопление нуклида 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) — (0,64 s 103 Бк/кг). В дальнейшем интенсивность увеличения содержания нуклида 90Sr в листовом аппарате заметно снижалась, а с 2015 г. вообще не увеличивалась (рис. 1). Причин такого накопления 90Sr несколько: постепенно радионуклид переходил в менее д о-ступную для растения форму, с увеличением биомассы шло разбавление его содержания в листве, но главное — расположение радионуклида на поверхности почвы. Если в начальный период роста и развития алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) контакт корневой системы (больше ее массы) тесный с нуклидом, то в дальнейшем он уменьшался. В процессе исследований было обнаружено, что различие в 1,5 раза в накоплении нуклида между 2010 и 2014 гг., тогда, как между 2014 и 2016 гг. его вообще не было обнаружено (рис. 1).

Расположение радионуклида в почве на глубине 50 см оказало влияние на накопление его в листовом аппарате алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) (рис. 2).

При расположении 90SrCl2 в почве на глубине 50 см в начальный период развития саженцев алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) накопление в их листве 90Sr небольшое. Корневая система еще находилась на

Рис. 2. Содержание 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) при расположении

90

SrCl2 в почве на глубине 50 см

малой глубине и контакт ее с нуклидом был очень ограничен. За несколько лет исследований корни алычи (Prunus cerasi-fera Ehrh.) глубже проникали в почву, что приводило к более тесному контакту с радионуклидом 90Sr. Содержание 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) во втором варианте опыта постепенно увеличивалось. Так, если различие между 2014 и 2010 гг. составляло в 2,3 раза, то различие между 2010 и 2016 гг. составляло уже в 3,1 раза.

Таким образом, приведенные выше данные эксперимента свидетельствуют о том, что вариант расположения 90SrCl2 в почве оказал значительное влияние на накопление 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.). Влияние вариантов расположения изучаемого радионуклида в почве указывает на различие его накопления в листовых пластинках алычи (Prunus cera-sifera Ehrh.) и д емонстрируется в таблице 1.

В листовых пластинках алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) 90Sr накопилось в первом варианте (глубина расположения опыта больше, чем во втором) (табл. 1). Различие между вариантами опыта по годам исследований 2010, 2014, 2015 и 2016 гг. соответственно в 2,9; 2,0; 1,6 и 1,4 раза. За период наблюдений с 2010—2016 гг. различие между вариантами опыта в накоплении нуклида в л истве исследуемого растения уменьшалось. То есть вариант размещения 90SrCl2 в почве оказал влияние на его накопление в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.). При расположении нуклида 90SrCl2 в почве на глубине 50 см происходило постепенное увеличение содержания 90Sr в листовом аппарате; корневая система с течением времени увеличивала свой доступ к радионуклиду, рас-

Таблица 1

Результаты исследования содержания 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh)

О»

TS

О

О -1

5 х

CD Г) TS

Q ^

6

CD ы

О ^

0 Г)

1

о

Г)

Г) -I

тз о s

-I

CD

О-

Г> -I 03

О

О ТЗ О m

г>

О

X

о

ы ш

Г) -I

оз О

Год исследования Содержание 90Sr в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh), (Бк/кг) на глубине расположения 90Sr в почве

0 см 50 см

2010 2014 2015 2016 0,64-103 ± 0,20-102 0,99-103 ± 0,40-102 0,97-103 ± 0,40-102 0,97-103 ± 0,40-102 0,22-103 ± 0,07-102 0,50-103 ± 0,20-102 0,61-103 ± 0,26-102 0,69-103 ± 0,29-102

положенному в почве на глубине 50 см, что вело к накоплению его в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) (табл. 1).

Влияние глубины (Х, см) расположения 90SrCl2 в почве на его накопление (Y) в листьях алычи (Prunus cerasifera Ehrh), может быть описано уравнением экспоненциальной регрессии (1)

Y = 3,25 s e(2'98 Х10-2 Х *}. (1)

Адекватность математической модели оценивалось критерием Фишера (F = 60,5) и коэффициентом корреляции (r = 0,98).

Данные результатов фитомониторинга устойчиво показали наличие радиоактивного загрязнения в листовых пластинках алычи (Prunus cerasifera Ehrh.) в виде ра-

дионуклида 90Sr. Это является основанием для более глубокого изучения отклика растительного сообщества в ответ на загрязнение окружающей среды и продолжения исследований в области фитомони-торинга.

Алыча (Prunus cerasifera Ehrh.) — растение, которое широко встречается в дикой природе и в южном федеральном округе может использоваться в качестве тест-объекта для фитомониторинга радиоактивного загрязнения почв на стадии предпроектных работ (ОВОС, инженерно-экологические изыскания и др.), способствовать сокращению числа отбора проб почвы-грунта при традиционном методе исследования загрязнения почв.

Библиографический список

1. Алексахин Р. М. Радиоэкологические проблемы ядерной энергетики // Атомная энергия. — 1990. — Т. 68. — Вып. 5. — С. 320—328.

2. Булатов В. И. Россия: экология и армия. Геоэкологические проблемы ВПК и военно-оборонной деятельности. Новосибирск: ЦЭРИС, 1999. — 168 с.

3. Гиляров М. С., Алексахин Р. М. Действие ионизирующей радиации на биогеоценоз. М.: Наука, 1988. — С. 13.

4. Марей А. Н., Бархударов Р. М., Книжников В. А. Глобальные выпадения продуктов ядерных взрывов как фактор облучения человека. М.: Атомиздат, 1980. — 188 с.

5. Kourtidis K. etc. Radon and radioactivity at a town overlying Uranium ores in northern Greece // Journal of Environmental Radioactivity. — 2015. — Т. 150. — С. 220—227.

6. Sridhar Su. Yi., Maruthi B. B., Han F. X. Effect of bioaccumulation of Cs and Sr natural isotopes on foliar structure and plant spectral reflectance of indian mustard (Brassica juncea) // Water air and Soil Pollution. — 2007. — V. 180. — Issue 1—4. — P. 65—74.

7. Chen M., Tang Y. L., Ao J. Effects of strontium on photosynthetic characteristics of oilseed rape seedlings // Russian Journal of Plant Physiology. — 2012. — V. 59. — Issue 6. — P. 772—780.

8. Kubota Takumi, Shibahara Yuji, Fukutani Satoshi. Cherenkov counting of Sr-90 and Y-90 in bark and leaf samples collected around Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. — 2015. — V. 303. — Issue 1. — P. 39—46.

9. Qi Lin, Qin Xiaoliang, Li Feng-Min. Uptake and Distribution of Stable Strontium in 26 Cultivars of Three Crop Species: Oats, Wheat, and Barley for Their Potential Use in Phytoremediation // International Journal of Phytoremediation. — 2015. — V. 17. — Issue 3. — P. 264—271.

10. Guiling Zheng, Robert Pemberton, Peng Li. Bioindicating potential of strontium contamination with Spanish moss Tillandsia usneoides // Journal of Environmental Radioactivity. — 2016. — V. 152. — P. 23—27.

11. Доспехов Б. А. Техника полевого эксперимента. М.: «Колос», 1968. 336 с.

49

ON THE POSSIBILITY OF PHYTOMONITORING OF RADIOACTIVE ELEMENTS (90SR) 2 AT THE STAGE OF PRE-PROJECT PREPARATION OF CONSTRUCTION

u

m A. N. Gorodnichaya, Senior Lecturer at the Kuban State Agrarian University X named after I. T. Trubilin (KubSAU), alena_nic@list.ru,

o I. Yu. Glinyanova, Ph. D. (Pedag. Sc.), Associate Professor at the Volgograd State Technical University (VolgGTU), ecoris@yandex.ru,

o

¡^ V. N. Azarov, Dr. of Sc. (Techn.), Professor at the Volgograd State Technical University

(VolgGTU), kaf_bgdvt@mail.ru, ¡2 A. I. Mel'chenko, Dr. of Sc.(Biolog.), Associate Professor at the DKuban State Agrarian x University named after IT Trubilin (KubSAU), alexkuban59@mail.ru

a

ca

U

CD i-

References

1. Aleksakhin R. M., etc. Radioekologicheskie problem yadernoi energetiki [Radioecological problems of O nuclear energy] // Atomnaya ehnergiya, — 1990. — V. 68. — Issue 5. — P. 320—328. [in Russian]

k 2. Bulatov V. I. Rossiya: ekologiya i armiya. Geoekologicheskie problem VPK i voenno-oboronnoi deyat-

el'nosti [Russia: Environment and Army. Geoecological problems of the military-industrial complex and u military defense activities]. Novosibirsk: TSEHRIS, 1999. — 168 p. [in Russian]

^ 3. Gilyarov M., Aleksakhin R. M. Deistvie ioniziruyutshei radiatsii na biogeotshenoz [Effect of ionizing ra-

diation on biogeocenosis. M.: Nauka], 1988. — P. 13. [in Russian] c 4. Marej A. N., Barkhudarov R. M., Knizhnikov V. A. Global'nie vipadeniya produktov raspada yadernikh

co vzhrivov, kak factor oblucheniya cheloveka [Global fallout products of nuclear explosions, as a factor in

vo human exposure]. M.: Atomizdat, 1980. — 188 p. [in Russian]

o? 5. Kourtidis K. etc. Radon and radioactivity at a town overlying Uranium ores in northern Greece // Journal

2 of Environmental Radioactivity. — 2015. — P. 150. — P. 220—227.

6. Sridhar Su. Yi., Maruthi B. B., Han F. X. Effect of bioaccumulation of cs and sr natural isotopes on foliar structure and plant spectral reflectance of indian mustard (Brassica juncea) // Water Air and Soil Pollution. — 2007. — Vol. 180, — No. 1—4. — P. 65—74.

7. Chen M., Tang Y. L., Ao J. Effects of strontium on photosynthetic characteristics of oilseed rape seedlings // Russian Journal of Plant Physiology. — 2012. — Vol. 59. — No. 6. — P. 772—780.

8. Kubota Takumi, Shibahara Yuji, Fukutani Satoshi. Cherenkov counting of Sr-90 and Y-90 in bark and leaf samples collected around Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. — 2015. — P. 303. — Vol. 1. — P. 39—46.

9. Qi Lin, Qin Xiaoliang, Li Feng-Min. Uptake and Distribution of Stable Strontium in 26 Cultivars of the Three Crop Species: Oats, Wheat, and Barley for Their Potential Use in Phytoremediation // International Journal of Phytoremediation. — 2015. — Vol. 17. — No. 3. — P. 264—271.

10. Guiling Zheng, Robert Pemberton, Peng Li. Tillandsia usneoides // Journal of Environmental Radioactivity. — 2016. — P. 152. — P. 23—27.

11. Dospekhov B. A. Tekhnika polevogo eksperimenta [Field experience]. M.: Kolos. — 1968. — 336 p. [in Russian]

u CD

T

O

(D

50