CC BY
21
УДК 504.054 Доц. Н.Г. Мiронова, канд. техн. наук -
Хмельницький нацюнальний ушверситет
ОЦ1НЮВАННЯ РАД1АЦ1ЙНОГО ФОНУ ТА Ф1ТОТОКСИЧНОСТ1 ЕКОТОПУ ТЕХНОГЕННИХ ОЗЕР МАЛОГО ПОЛ1ССЯ
Наведено результати визначення потужност еквшалентщ! дози фотонного юшзуючо-го випромшювання та вмiсту стронщю-90 i цезш-137 в екотопi та рослинних угрупованнях техногенных озер Малого Полюся, утворених пiд час видобування теку земснарядами, а та-кож визначено фiтотоксичнiсть води та пщаних субстратв зони лiторалi техногенних озер методом бютестування. Радiацiйний фон екотопу перебувае у межах норми, фгготоксич-шсть за значенням загального индексу токсичност належить до V класу (норма).
Ключовi слова: радiацiйний фон, радюнуклщи, фiтотоксичнiсть, техногеннi озера, Мале Полюся.
Вступ. Антропогенна даяльнкть призводить до змши структуры та якк-ного складу компонентов навколишнього середовища що безумовно впливае на життед1яльнкть оргашзм1в, яю населяють конкретш екотопи. Найглибш1 змши виникають тд час видобування корисних копалин, особливо вдаритим способом, оскшьки вони пов'язаш 1з змшою лгтогенно1 основи, рельефу, пдрогеолопч-них та грунтових умов тощо. Також шд час видобувно! д1яльност1 тдлягають знищенню природш бюценози, вщновлення яких шсля експлуатацл родовищ проходитиме вже у нових екототчних умовах, причому щ нов1 умови, зазвичай, е в1дмшними 1 потенщйно токсичними вщносно бюти, що може пригшчувати або унеможливлювати процеси вщновлення рослинносп природним або штуч-ним шляхом.
В умовах девастованих територш ощнка радаацшного фону та ступеня токсичносп техногенно перетворених екототв е найважлившою умовою у прог-нозуванш !х придатносп для вщновлення бюценоз1в шл час рекультивацц або природнього самозаростання. Таю дослщження е актуальними для ощнювання пдро- та едафотопу техногенних водойм, що утворились на мкцях обводнених кар'ер1в з видобування шску на територц Малого Полкся.
Особливост! геолопчно! будови Малого Полкся сприяли формуванню широко! сировинно! бази для розвитку видобувно! галуз! Сьогодш тут видобува-ють кам'яне вуплля, торф, пкок, глину [1]. Видобування будавельних матер1ал1в здшснюеться переважно вщкритим способом, а у мкцях близького залягання Грунтових вод до поверхш пкок видобувають 1з обводнених кар'ер1в, як1 шсля припинення експлуатацц родовища залишаються у вигляд1 техногенних озер 1з специф1чними характеристиками улоговини та берегово! лши.
Порушення лгтогенно1 основи ландшафту та оголення субстрату, який може мктити радюактивш та токсичш сполуки, обумовлюе необхвднкть комплексного вивчення утвореного пдро- та едафотопу для розроблення фгтомелюратив-них заходв та напрямюв подальшого використання техногенних озер.
Постановка завдання. Провести визначення потужносп еквшалентно!' дози фотонного юшзуючого випромшювання (ПЕД), щшьносп потоку Р-части-нок та вмкту стронцда-90 1 цезда-137 в екотош техногенних озер Малого Полкся, а також дослщити стушнь фгтотоксичносп води та пщаних субстратов л1то-рально! зони.
2. Екологiя довкiлля
145
Методи дослщження. Для вирiшення поставлених завдання використо-вували методи: аналiтичнi, iнструментальнi, описов^ статистичнi, бiотестування. Потужнiсть еквiвалентноí дози та щщьшсть потоку р-частинок визначали радь ометром-дозиметром гама-бета-випромiнювань РКС-01 "Стора", питому актив-нiсть цез1ю та стронщю - на гама-бета спектрометрi СЕ-ГБ-01"АКП"63(Г)-150(Б). Оцiнювання токсичностi водного середовища, субстрату берегово'' зони техногенних озер проводили з використанням методу бютестування. Значна час-тина методик з бютестування грунлв базуеться на визначенш токсичностi водно'' витяжки з грунту. Але низка параметрiв, наприклад, таких як вплив нерозчинних у водi забруднювачiв, гранулометричний склад, не можуть бути адекватно оцше-m за результатами елюатного бiотестування. Тому набувають поширення контак-тнi методи бютестування, що передбачають безпосереднiй вплив об'екта тесту-вання на тест-оргашзм, для цього, згiдно з л^ературними даними, застосовують вищi рослини, хробаки тощо [2]. У зв'язку з цим, ми як тест-культуру застосува-ли насiння редису (Raphanus sativus L. var. radícula Pers), яке характеризуется високим рiвнем чутливостi i його часто використовують у бютестуванш [3, 4].
Визначення фiтотоксичностi донних вiдкладiв та грунту проводили про-рощуванням насiння редису кiлькiстю 100 шт. на субстратах протягом 7 дiб за температури 22-23 °С. Для цього проби пгщаних субстрапв помiщали у чашки Петрi, зволожували вiдстояною водопровiдною водою до сметаноподiбного стану та висiвали наання редису. Контролем слугував стерильний тсок. У процесi пророщування субстрати зволожували однаковою кiлькiстю выстояно'' водопро-вщно' води температурою 20 °С. За результатами дослщження визначали схо-жють, морфометричнi параметри проросткiв та ''х масу. Оцiнювання токсичностi води проводили аналопчно до умов попереднього дослщу висiванням насiння редису кiлькiстю 100 шт. Зволожування зразкiв проводили водою з озер, контроль поливали вщстояною водопровщною водою.
Результати дослщження. Пiд час видобування корисних копалин вщкри-тим способом можливе техногенне п1двищення радiацiйного фону внаслiдок змь ни розпод1лу природних джерел радюнуклщв, зумовлено'' винесенням на повер-хню глибинних порiд, якщо вони мають бiльшi концентрацп радiонуклiдiв, нiж поверхневi шари.
щшьн1сть потоку р-частинок потужшсть експозиц1ино'1 дози
Рис. 1. Середм значення ПЕД та щiльностi потоку в-частинок на поверхм водного плеса техногенних озер Малого Пол^ся
Визначення потужносп екв1валентно'1 дози та щшьносп потоку р-части-нок проводили над площею водного плеса техногенних озер на вщсташ вщ по-верхш 0,1 м та 1,0 м. Отримат результати (рис. 1) свщчать про вiдсутнiсть пере-вищення середньоглобального значення ПЕД та фонових значень (для цiei тери-
тори вони становлять 8-14 мкЗ/год.) над поверхнею водного дзеркала водойм. Щшьшсть потоку р-частинок на рiзних вщстанях вiд поверхнi водного плеса та-кож характеризуеться низькими значеннями. Водночас, на бшьшш вiдстанi (1,0 м) фксуються меншi значення як ПЕД, так i щiльностi потоку р-частинок. У прибережнш зонi вимiрювання здшснювали в iнтервалах 0 м, 10 м, 20 м, 30 м, 40 м та 50 м вщ урiзу води на висот 0,1 м та 1,0 м вщ поверхш (рис. 2).
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40
Вщстань вщ ур1зу води, м Вщстань вщ ур1зу води, м
Рис. 2. Середш значення ПЕД та щтьност1 потоку р-частинок у береговш зош
техногенних озер
Прибережний екотоп техногенних озер мае допустит значення ПЕД та щшьност потоку р-частинок, оскшьки дiапазони змши цих параметрiв знахо-дяться у межах вщповщно 6-13 мк3/год. та 0,4-1,7 част./(см2-хв). Оскiльки iз зменшенням висоти значення цих параметрiв так само збшьшуються, як i над поверхнею водного плеса, то такий розподш можна вважати характерним загалом для екотопу техногенних озер Малого Полюся.
Основними дозоутворювальними радiонуклiдами техногенного похо-дження на сьогоднi е стронцш-90 та цезiй-137. Визначений вмют у водi техногенних озер Малого Полюся не перевищуе вщповдао для стронцiю - 1,80 Бк/кг, цезш - 1,85 Бк/кг. Враховуючи те, що норма для питно'1 води становить 2 Бк/кг, вода техногенних озер е безпечною i придатна для рекреацшного використання. Оскшьки вважають, що зовшшне опромiнення вщ поверхнi води стае небезпеч-ним для органiзму людини лише у разi концентрацп цезiю-137 вище вщ 4,6 •Ю-7 Ки/дм3 [5], у визначенш кiлькостi цей радiонуклiд не може створювати небезпеч-ного радiацiйного навантаження в екотопi дослiджуваних озер. Вмют цезiю-137 та стронцш-90 у донних вiдкладах зони лiторалi, на якш формуються фiтоценози вищо'' водно'' рослинносп, не перевищуе вiдповiдно 2,92 та 9,11 Бк/кг.
Як вщомо, мiж хiмiчним складом рослин та елементним складом середо-вища iснуе тюний зв'язок. У випадку вищих водних рослин основна маса хiмiч-них елементiв надходить iз донних вiдкладiв та водного середовища. Значна емнють поглинання радiонуклiдiв рослинами та включення 1х у бiологiчний кру-гооб^ е потужним бiогеохiмiчним бар'ером на шляху м^ацп радiонуклiдiв. Ра-дюнуктди з великим перiодом напiврозпаду, зокрема цезш-137 та стронцiй-90, будучи хiмiчними аналогами калш та кальцш вщповдао, вiдрiзняються висо-кою бiологiчною актившстю та рухомiстю. У зв'язку з цим, було проведено виз-начення 1х питомо'1 активностi у рослинах-ценозоутворювачах, що домшують за бiомасою та чисельшстю (табл. 1) у фгтоценозах озер i належать до рiзних еколо-
2. Еколог1я довкiлля
147
гiчних груп - повiтряно-водноi' (очерет звичайний, осока гостра), занурено' (ку-шир занурений), iз плавучим листям (рдест плаваючий).
Табл. 1. Середня питома активтсть стронщю та цезгю у рослинах техногенных озер Малого Полкся, Бк/кг
Вид Радюнуклщ
цезiй стронцш
Очерет звичайний 2,96 9,81
Осока гостра 3,23 9,85
Кушир занурений 3,98 10,6
Рдест плаваючий 3,88 10,5
Найменшi концентрацп радюнуклвдв зафiксованi у представниюв повгг-ряно-водно' екологiчноi' групи, бiльшi - у занурених рослинах, що може обумов-люватись фiзiологiчними особливостями рослин рiзних екологiчних груп, оскшь-ки представники повiтряно-водноi' еколопчно' групи поглинають радiонуклiди, здебшьшого, кореневою системою, на вщмшу вiд занурених рослин, у яких контакт з пдротопом вiдбуваeться по всш довжинi рослини. Для визначення загаль-ного ступеня придатностi неоекотопу для вщновлення та розвитку рослинного покриву проводили визначення фiтотоксичностi складових середовища, ят шд-далися змiнам i з якими контактують рослини, - води та тщаного субстрату тех-ногенних озер.
Як вщомо, токсичнiсть належить до бюлопчних характеристик i комплексно може визначатись тшьки з використанням живих органiзмiв, оскшьки кон-центраци окремих забруднювальних речовин (наприклад, важких метал1в, радь онуклiдiв тощо), ят визначають аналiтичними методами, не дають можливостi оцiнити комплексний екологiчний вплив рiзних полютанпв на живi оргашзми та придатнiсть середовища для вщновлення бiоценозу на девастованих дшянках. Крш того, базуючись на ефективност! гомеостатичних механiзмiв живих оргашз-м1в, метод дае змогу виявити присутнiсть стресового впливу ранiше, нiж це мож-на зробити з використанням аналггичних метод1в визначенням концентраций ш-див!дуальних токсиканпв. Бiоiндикатори дають точну штегральну картину щодо комплексного впливу складових середовища кнування живих органiзмiв в еко-системi у показниках, ят мають бiологiчний сенс [6]. Методи бютестування все частiше використовують для визначення токсичност! повiтря, води, грунпв [711], оскшьки зазначеш об'екти, зазвичай, мктять велику кшьккть iнгредieнтiв, токсиколопчш властивостi яких не завжди характеризуются простою сумою властивостей кожного з них, крш того складовi екотопу часто забрудненi нес-тшкими продуктами, визначати як! аналггичними методами вчасно не завжди вдаеться. З огляду на це, у свгговш практищ методу бютестування все бшьше выводиться роль скриншгу забруднень [12].
Результати визначення проростання та морфометричних показниюв па-ростюв наведено в табл. 2.
Загалом розб!жнкть у схожосп м!ж контролем ! дослщними зразками не перевищуе 15 %. Для анал!зу показниюв росту проростюв 'х корен! та пагони за параметром довжини розподляли за групами: 1 - низький р1вень росту (довжина 0,1 см - 4,0 см); 2 - середнш р1вень росту (довжина 4,1 см - 7,0 см); 3 - високий
рiвень росту (довжина 7,1 см - 12,0 см); 4 - дуже високий рiвень росту (довжина бшьше шж 12 см). Аналiз отриманих даних (рисунки 3-4) свщчить про те, що у пагонах довжина змiнювалась у межах чотирьох груп, а у коренях не було зраз-кiв iз довжиною бiльше шж 7 см, тому остання група (дуже високий рiвень росту) у коренях на дiаграмi вщсутня. У дослiдних зразках вiдсоток пагонш першо! групи (низького рiвня росту) був на 1-9 % бшьший, шж у зразках контролю, а вщсоток пагонiв четверто! групи на 5-20 % менший, нiж у дослщних зразках.
Табл. 2. Проростання настня та морфометричш показники паростк'ш
Параметри Субстрат лiторалi озер Вода озер
контроль зразок контроль зразок
пагш | коршь пагш коршь пагш | коршь пагш коршь
Схожють насiння, % 73 71 68 58
% iнгiбiрування 2,7 14,7
Сума довжин, см 606,0 219,3 516,0 204,8 503,5 230,9 406,6 194,8
Середня довжина, см 8,3 3,0 7,3 2,9 7,4 3,4 7,0 3,3
Загальна маса, г 5,553 2,044 4,193 1,834 3,954 1,841 3,036 1,428
Середня маса, г 0,076 0,028 0,059 0,026 0,058 0,027 0,052 0,025
Розподш довжин коренiв за групами у контрольному зразку та пщаному субстратi аналогiчний, оскшьки в контролi зразкiв, що належать до груп се-реднього та високого рiвня росту вiдповiдно на 6 та 7 % бшьше, нiж у зразках т-щаного субстрату. Шд час бiотестування води озер виявлено, що розподш за довжиною корешв за групами у контрольному i дослiдному зразку майже однако-вий. Загальний iндекс токсичностi (1ФТ) складових екотопу техногенних озер Малого Полюся визначали за методикою [13] як середне арифметичне значень тест-функцш, якi розраховували за формулою:
1Т = (1ТдослДТконтр), (1)
де: 1Тдосл., 1Тконтр. - значення тест-вiдгуку вiдповiдно у дослiдi та контроле Результати розрахунку наведено в табл. 3.
Згiдно зi шкалою Кабiрова [13], розрахованi загальнi iндекси токсичност належать до V класу - норма (1ТФ = 0,91 - 1,1), тому екотоп техногенних озер Малого Полкся можна вважати нетоксичним, оскшьки його складовi, що шдля-гали змiнам, фiтотоксичним ефектом не володтоть.
Табл. 3. 1ндекси токсичностг тщаного субстрату та води техногенних озер Малого Полкся
Назва тест-функцп 1ндекс токсичноси тщаного субстрату лiторалi озер 1ндекс токсич-носп води озер
Схожють насшня 0,97 0,85
Довжина пагона 0,88 0,95
Маса пагона 0,78 0,90
Довжина кореня 0,97 0,97
Маса кореня 0,93 0,93
Загальний ¡ндекс токсичносп (1ФТ) 0,91 0,92
Висновок. Визначення рад!ацшного фону та вмкту основних дозоутво-рювальних радюнуклвдв у складових екотопу техногенних озер показали, що ПЕД на р!зних вщстанях вщ поверхн водного плеса та на длянках прибережно' зони озер змшюеться в межах ввд 0,06 до 0,14 мк3/год., що не перевищуе се-редньоглобальне та фонове значення для ще' територц. Щшьнкть потоку бета-частинок е низькою ! становить 0,4-1,7 част./(см2^хв). Визначено, що !з збшьшен-ням висоти як над поверхнею водного плеса, так ! над поверхнею прибережного субстрату, значення цих параметр!в зменшуються, що дае змогу вважати такий розподш характерним для екотопу техногенних озер Малого Полкся.
Питома активнкть найбшьш поширених техногенних радюактивних еле-менпв стронщю-90 та цезда-137 у вод!, субстрат! лггорал! та основних ценозоут-ворювальних видах рослин знаходиться на низькому ршш.
Визначеш загальш шдекси токсичносп складових екотопу належать до V класу - норма (1ТФ = 0,91 - 1,1) ! для субстрату лггорал! та води озер мають значення вщповщно 0,91 та 0,92. З огляду на це, екотоп техногенних озер Малого Полкся е нетоксичним, оскшьки п його складов!, що тдлягали змшам внаслвдок видобувно' д!яльност!, фгготоксичним ефектом не володдать.
Лiтература
1. Маринич О. М. Фiзична географiя Украхни : шдручник / О.М. Маринич, П.Т. Шищенко. - К. : Вид-во "Знання", 2005. - 511 с.
2. Галицкая П.Ю. Контактный метод биотестирования для оценки качества почв / П.Ю. Га-лицкая, С.Ю. Селивановская, Б. Х. Шафигуллин // Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям. - М. : Изд-во "МАКС Пресс", 2008. -С. 177-180.
3. Лисовицкая О.В. Фитотестирование: основные подходы, проблемы лабораторного метода и современные решения / О.В. Лисовицкая, В.А. Терехова // Доклады по экологическому почвоведению. - 2010. - № 1. - С. 1-18. [Электронный ресурс]. - Доступный с http://istina.msu.ru/me-dia/publications/articles/d75/5bf/1053060/Lisovitskaya_Terekhova_.pdf.
4. Багдасарян А.С. Биотестирование почв техногенных зон городских территорий с использованием растительных организмов : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. биол. наук : спец. 03.00.16 - "Экология" / А.С. Багдасарян. - Ставрополь, 2005. - 20 с.
5. Марей А.Н. Санитарная охрана водоемов от загрязнения радиоактивными веществами / А.Н. Марей. - М. : Атомиздат, 1975. - 224 с.
6. Вайнерт Э. Биоиндикация загрязнений наземных екосистем / Э. Вайнерт, Р. Вальтер, Т. Ветцель] / под ред. Р. Шуберта : пер. с нем. Г.И. Лойдиной, В. А. Турчаниновой. - М. : Изд-во "Мир", 1988. - 350 с.
7. Киреева Н.А. Комплексное биотестирование для оценки загрязнения почв нефтью / Н.А. Киреева, М.Д. Бакаева, Е.М. Тарасенко // Экология и промышленность России. - 2004. - № 2. -С. 26 - 29.
8. Губачов О. I. Особливост використання рослин для бiотестування Грунтв з метою виз-начення р1вня еколопчно! безпеки промислових територш / O.I. Губачов // технологи: ш-формацшш технологГ! та системи, обчислювальна техника, автоматизацк : наук. вiсник КУЕГГУ. - 2010. - № 3 (29). - С. 164 - 171.
9. Архипчук В.В. Применение комплексного подхода в биотестировании природных вод /
B.В. Архипчук, М.В. Малиновская // Х!мш i технологи води : наук. журнал. - 2000. - № 4 (22). -
C. 428-443.
10. Франчук Г.М. Мониторинг стану атмосферного шгатря зони аеропорту на тдсташ результатов дослiджень атмосферних опадiв / Г.М. Франчук, А.М. Антонов, С.М. Маджд, Н.В. Ра-хiмбердiна // Вюник Нацюнального ашацшного ушверситету : наук. журнал. - 2005. - № 3. - С. 164 - 167.
11. Бешлей С.В. Оцнка токсичност субстратпв вiдвалiв вугшьних шахт методом бютесту-вання / С.В. Бешлей, В.Г. Баранов, С.П. Ващук // Науковий вгсник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2011. - Вип. 21.12. - С. 98-102.
12. Dyatlov S. Comparison of Ukrainian standard methods and new microbiotests for water toxicity assessment // New microbiotesrts for routine toxicity screening and Biomonitoring; еdited by Guido Persoone, Colin Janssen and Wim De Coen. - Amsterdam : Kluwer Academic Publishers, 2000. - Pp. 229-232.
13. Кабиров Р.Р. Альтестирование и альгоиндикация (методические аспекты, практическое использование) / Р.Р. Кабиров. - Уфа : Изд-во Башк. пед. ун-та, 1995. - 125 с.
Миронова Н.Г. Оценка радиационного фона и фитотоксичности эко-топа техногенных озер Малого Полесья
Приведены результаты определения мощности эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучения и содержания стронция-90 и цезия-137 в экотопе и растительных сообществах техногенных озер Малого Полесья, образовавшихся при добыче песка земснарядами, а также определена фитотоксичность воды и песчаных субстратов зоны литорали техногенных озер методом биотестирования. Радиационный фон экотопа находится в пределах нормы, фитотоксичность по значению общего индекса токсичности относится к V классу (норма).
Ключевые слова: радиационный фон, радионуклиды, фитотоксичность, техногенные озера, Малое Полесье.
Mironova N.G. Estimation of radiation background and phytotoxicity of ecotope of technogenic lakes of Small Polesye
In the article results of determination of power of equivalent dose of photonic ionizing radiation and contents of strontium-90 and caesium-137 in an ecotope and vegetable associations of technogenic lakes of Small Polesye, appearing at the booty of sand hydraulic dredgers, are represented. Also identified phytotoxicity of water and sand substrates littoral zone of technoge-nic lakes by bioassay method. A radiation background of ecotope is within normal limits, phytotoxicity by value general toxicity index refers to the V class (norm).
Keywords: radiation background, radionuclides, phytotoxicity, technogenic lakes, Small Polesye.
УДК 628.4:544.4 Проф. Л.1. Челядин, д-р техн. наук -
1вано-Франшвсьшй НТУ нафти i газу
ЗАБРУДНЕННЯ ДОВК1ЛЛЯ ТА IX ЗМЕНШЕННЯ МЕТОДОМ ОЧИЩЕННЯ КОМУНАЛЬНИХ СТ1ЧНИХ ВОД
Наведено юльюсть спчних вод та методи очищення забруднених комунальних стоив. Дослщжено зменшення забруднювальних компоненпв методом вщстоювання, елек-трокоагуляцп 1 сорбци на вуглецевомшеральних матер1алах. Показано, що завдяки запро-понованш технологи очищення, у спчних водах зменшуеться кшьюсть забруднень, ос-кшьки зменшуеться показник ХСК на 200-300 одиниць.
Ключовi слова: довкiлля, адсорбцш, очищення, стчна вода, технолог!!.
