CC BY
204
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
13
УДК 638.17:574.41
ПРОДУКТЫ ПЧЕЛОВОДСТВА КАК ИНДИКАТОРЫ КАЧЕСТВА ЭКОСИСТЕМЫ
Е. А. Клементьева
ГНУ «Институт радиобиологии НАН Беларуси», научный сотрудник
А. Н. Никитин
кандидат сельскохозяйственных наук,
ГНУ «Институт радиобиологии НАН Беларуси», заведующий лабораторией радиоэкологии
На территории со значительным уровнем загрязнения радионуклидами исследован переход радионуклидов Cs, Sr, Pu, ' Pu, Am в продукцию пчеловодства. Плотность
поверхностного загрязнения участка составила: по 137Cs - 275 кБк/м2, 90Sr - 40 кБк/м2, 238Pu -0,25 кБк/м2, 239240Pu - 0,12 кБк/м2, 241Am - 0,60 кБк/м2. Показано, что в этих условиях содержание 137Cs в мёде достигает 11,6-15,0 Бк/кг, 90Sr - 15,4-17,1 Бк/кг, 238Pu - 56-59 мБк/кг, 239,240Pu - 55-56мБк/кг, а 241Am - 34-37мБк/кг. В таких апипродуктах, как воск, перга и прополис, 137Cs и 90Sr накапливаются в значительно более высоких концентрациях, по сравнению с мёдом; уровни накопления в них трансурановых элементов сопоставимы с мёдом.
Введение
Пчеловодство - древнейшее занятие славянских народов. Оно обеспечивало их мёдом, единственной сладостью, и воском, который широко применялся в домашнем обиходе. Эти продукты также входили в состав многих лекарственных смесей народных целителей. Кроме мёда и воска, к ценным апипродуктам относятся обножка (перга), прополис, пчелиный яд, маточное молочко. Они находят применение в медицине и ряде отраслей народного хозяйства. Накопленный человечеством клинический материал, подкрепленный научными экспериментами, позволяет эффективно использовать их для лечения болезней всех систем организма [1].
Ухудшение экологической ситуации на европейском континенте и других частях мира не может не отразиться на состоянии биосферы. В последние годы стали появляться сообщения о возможности использования в качестве одного из методов биоиндикации состояния экосистем пчёл и производимых ими продуктов.
Белорусское Полесье традиционно отличается хорошо развитой отраслью пчеловодства. Однако сильный удар по ней нанесла катастрофа на Чернобыльской АЭС. В то же время, как показывает предварительный анализ накопленных данных, возможна заготовка экологически чистого мёда, воска, прополиса и других продуктов даже в условиях сильного радиоактивного загрязнения территории - в Полесском государственном радиационно-экологическом заповеднике.
Поэтому пчеловодство могло бы стать одним из перспективных направлений в стратегии устойчивого социально-экономического развития «чернобыльских» регионов. Экологически чистая продукция пчеловодства пользуется постоянным спросом на внутреннем и международном рынках, что дает основание для наращивания объемов ее производства.
Важнейшая экологическая роль пчёл состоит в том, что они выступают опылителями дикорастущих и сельскохозяйственных растений. В структуре наземных экосистем пчела находится в центре сложного узла биологических отношений. А сфера ее жизнедеятельности не только совпадает, но и обусловливает существование многих видов растений и животных, так как эти растения являются первичным звеном многих цепей питания. Опыляя энтоморфные растения при добывании корма, пчёлы являются постоянным элементом биоценоза и находятся под действием самых разных факторов среды: газового состава атмосферы, влажности, температуры, солнечной радиации, ветра, источников нектара и пыльцы (рисунок).
14
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Рисунок - Схема распределения радионуклидов в окружающей среде. Серая область показывает экологический сектор медоносных пчёл [2]
С другой стороны, пчёлы, собирая пыльцу и нектар со значительной площади, создают усредненный по уровням загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами продукт. Контроль за содержанием поллютантов в продукции пчеловодства предоставляет исследователю уникальный инструмент для мониторинга за содержанием биологически доступных форм загрязняющих веществ в экосистемах.
Атмосферный перенос радионуклидов после Чернобыльской катастрофы привел к тому, что довольно существенные активности 137Cs (до 650 Бк/кг) были обнаружены в телах пчёл в Германии [3]. Анализ, проведенный в Шотландии [4], также позволил установить довольно высокие уровни накопления радиоактивных изотопов цезия в пчелином мёде (43-680 Бк/кг). Авторы указывают, что соотношение между изотопами цезия соответствовало таковому для чернобыльских выпадений, а уровень загрязнения продукции пчеловодства имел сильную корреляцию с плотностью загрязнения сопряженной территории.
Сразу после аварии на Чернобыльской АЭС 134Cs появился в продуктах пчеловодства даже на противоположной стороне земного шара - в некоторых регионах США [5]. Спустя почти три десятилетия после катастрофы, сохраняется незначительный (в среднем 4,3 Бк/кг) уровень загрязнения мёда, собираемого на севере Италии [6]. Отмечается, что наиболее высокий уровень загрязнения наблюдается у мёда, полученного с многолетних древесных растений.
K. Bunzl и W. Kracke [7] отмечают, что после чернобыльской катастрофы удельная активность радиоизотопов цезия в пыльце была заметно выше, чем в мёде. Они отмечают, что аналогичная закономерность обнаружена и для калия, а поведение ионов калия и цезия во многом сходно. Согласно гипотезе данных авторов, атмосферные выпадения цезия перехватывались листьями, а затем поступали в генеративные органы растений и пыльцу, где накапливались в довольно заметных количествах.
Знание закономерностей перехода радионуклидов в продукцию пчеловодства позволяет оценить степень радиационной опасности проживания и ведения хозяйственной деятельности на основании анализа продуктов пчеловодства.
Целью работы является выявление закономерностей перехода техногенных радионуклидов (137Cs, 90Sr, 241Am, изотопов Pu) по цепи почва - растение - продукты пчеловодства.
Объекты и методы исследования
Исследования проводились на территории Полесского государственного радиационноэкологического заповедника, на пасеке н. п. Бабчин, используемой с целью заготовки мёда.
В ходе опытов были отобраны образцы почвы, растения специально культивируемого медоносного растения Фацелия (Phacelia tanacetifolia Benth.) и дикорастущего Робиния ложноакация (Robinia pseudoacacia L.), апипродуктов (воск, перга, прополис) и мёд.
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
15
На пасеке были определены радиологические показатели: плотность потока альфа- и бета-частиц, мощность дозы у-излучения на почве и на высоте 1 м от поверхности почвы при помощи дозиметра-радиометра МКС АТ1125А. Длительность каждого измерения определялась, исходя из условия получения значения относительной погрешности результата измерения, равного 10%. Измерения в каждой точке выполнялись трижды, полученные значения дозы усреднялись для определения конечного результата. Радиологическая характеристика площадки представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Радиологическая характеристика участка н. п. Бабчин
Показатель На высоте 1 м На поверхности почвы
Плотность потока альфа-частиц, частица/схсм2 53,6 84,8
Плотность потока бета-частиц, частица/схсм2 14,4 17,4
Мощность дозы у-излучения, мкЗв/час 30,0 84,8
Содержание цезия-137 в высушенных, но не озоленных, образцах определялось на гаммаспектрометрическом комплексе фирмы «Canberra» (США) с использованием коаксиального германиевого детектора GX 2018 с расширенным энергетическим диапазоном с погрешностью не более 20% в соответствии с методиками [8], [9].
Сущность методики определения удельной активности стронция-90 в исследуемых образцах заключалась в переводе в раствор радионуклидов стронция-90 и трансурановых элементов после вскрытия обожженных образцов кипячением со смесью концентрированных кислот (HF + HNO3). Затем исследуемые радионуклиды выделялись в виде оксалатов кальция и стронция из вскрытых проб, оксалаты переводились в окислы, и происходило отделение плутония и америция соосаждением с гидроокисью железа. Стронций-90 определялся по дочернему изотопу - иттрию-90 после его выделения, накопления, очистки и высаждения в виде оксалата иттрия. Измерения бета-активности иттрия-90 проводились на а-, Р-радиометре LB-770PC.
Сущность методики определения трансурановых элементов в исследуемых образцах заключалась в предварительном концентрировании и выделении их в виде оксалатов кальция и стронция, последующем переводе оксалатов в окислы, отделения плутония и америция соосаждением с гидроокисью железа, выделением плутония и америция ионообменным методом на счетные мишени. Измерения активностей америция-241 и изотопов плутония (238, 239, 240) в исследуемых образцах после радиохимического анализа проводили на альфа-спектрометре Alpha Analyst фирмы «Canberra» с полупроводниковым типом детектора и МДА по Pu-238, 239, Am-241, U-238 = 10-3 Бк/пробу и основной относительной погрешностью измерения при Р = 0,95 не более 30%. В качестве трассера использовались Pu и Cf [10], [11].
Результаты исследований
Растения являются начальным звеном большинства пищевых цепей. Поэтому оценка содержания в них радионуклидов является весьма актуальной. Подземные и надземные органы растений накапливают неодинаковое количество радионуклидов, это различие зависит от степени загрязнения. При максимальной антропогенной нагрузке они концентрируются в стеблях и побегах, а при сниженной концентрации - в корнях. Такие различия в аккумуляции радионуклидов можно объяснить биологическими особенностями растений, с которых пчёлы берут нектар и пыльцу. Наибольшей способностью накапливать радионуклиды обладают травянистые формы растений естественных биоценозов [12]. Морфофизиологические особенности растений естественных угодий создают более благоприятные условия для корневого поступления поллютантов в них по сравнению с агроценозами. На обрабатываемых пахотных угодьях радионуклиды равномерно распределяются по пахотному горизонту, что приводит к снижению их поступления в сельскохозяйственную продукцию растениеводства. Также снижает переход цезия
16
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
из почвы в растения внесение калийных удобрений. В естественных биоценозах содержание радиоактивных веществ выше, чем в кормовых растениях на пашне.
Средняя удельная активность радионуклидов в образцах почвы, отобранных в местах произрастания экспериментальных растений на опытной пасеке, составила по: 137Cs - 1640 Бк/кг, 90Sr - 240 Бк/кг, 238Pu - 1,50 Бк/кг, 239240Pu - 0,74 Бк/кг, а 241 Am - 3,53 Бк/кг.
Нами проведено исследование накопления радионуклидов в медах, полученных с многолетних и однолетних растений. На территории опытной пасеки основными медоносными растениями являлись специально культивируемая фацелия (Phacelia tanacetifolia Benth.) и дикорастущая робиния ложноакация (Robinia pseudoacacia L.). Это и обусловило выбор видов мёда, включенных в исследования. Уровни накопления радиоактивных изотопов цезия, стронция, плутония и америция в медоносных растениях и соответствующих видах мёда приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Содержание радионуклидов в различных органах растений и медах, собранных с них, Бк/кг
Вид растительности | Часть растения | УА, Бк/кг | Кн | УА мёда, Бк/кг
137Cs
Робиния ложноакация побеги соцветия 354 ± 53,1 171 ± 23,9 0,216 0,104 11,58 ± 0,77
Фацелия побеги соцветия 122 ± 8,8 75 ± 4,7 0,075 0,046 15,00 ± 1,03
90 Sr
Робиния ложноакация побеги соцветия 3 259 ± 814,7 2 662 ± 665,4 13,81 11,28 15,40 ± 3,85
Фацелия побеги соцветия 2 258 ± 564,5 1 689 ± 378,3 9,57 7,16 17,06 ± 4,61
239, 240pu
Робиния ложноакация побеги соцветия 0,048 ± 0,012 0,025 ± 0,005 0,06 0,03 0,055 ± 0,013
Фацелия побеги соцветия 0,028 ± 0,006 0,022 ± 0,005 0,04 0,03 0,056 ± 0,012
238Pu
Робиния ложноакация побеги соцветия 0,017 ± 0,004 -* 0,004 0,056 ± 0,013
Фацелия побеги соцветия 0,006 ± 0,001 -* 0,004 0,059 ± 0,014
241Am
Робиния ложноакация побеги соцветия 0,051 ± 0,011 0,022 ± 0,005 0,01 0,006 0,034 ± 0,008
Фацелия побеги соцветия 0,039 ± 0,008 0,019 ± 0,005 0,01 0,005 0,037 ± 0,009
Примечание - * - значение ниже МДА
Как видно из данных таблицы 2, меда, собранные с многолетнего растения робиния ложноакация, содержат радионуклидов меньше, чем меда с однолетнего культивируемого растения фацелия. Это свидетельствует о том, что уровни загрязнения продукции пчеловодства зависят не только от плотности загрязнения территории, но и от вида растения, преимущественно используемого пчёлами для сбора мёда.
Molzahn D. и Assmann-Werthmuller U. [13] исследовали переход радиоактивных изотопов цезия в мёд в Германии в первые годы после катастрофы на ЧАЭС и также пришли к выводу, что коэффициенты перехода для мёда, собранного с однолетнего растения (рапс), выше, чем с многолетнего (вереск обыкновенный).
Результаты исследований указывают на то, что максимальное количество радионуклидов накапливается в стеблях и листьях многолетних растений, а генеративные органы (соцветия) накапливают намного меньше радионуклидов.
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
17
Основным радиоэкологическим параметром, имеющим практическое значение, является коэффициент перехода радионуклидов в медоносные растения и апипродукты. Он позволяет быстро определить наиболее вероятные уровни накопления радиоактивных изотопов в продуктах пчеловодства на территориях с различной плотностью радиоактивного загрязнения (таблица 3). Для многих медоносных растений этот показатель уже известен, но до настоящего времени практически отсутствуют данные, позволяющие дать прогноз загрязнения апипродуктов радионуклидами в зависимости от уровня загрязнения ими территории.
Таблица 3 - Коэффициенты перехода радионуклидов в соцветия медоносов и мёд (Бк/кг)/(кБк/м2)
Радионуклид Робиния ложноакация Robinia pseudoacacia L Фацелия Phacelia tanacetifolia Benth.
в соцветия в мёд в соцветия в мёд
"T17Cs 0,63 0,04 0,27 0,05
90 Sr 67,7 0,39 43,0 0,43
239, 240pu 0,20 0,45 0,18 0,46
238Pu - 0,22 - 0,23
^Am 0,04 0,06 0,03 0,06
В целом, для коэффициентов перехода радионуклидов в соцветия и меда, собранные с многолетних и однолетних растений, можно составить следующие ряды в порядке возрастания: для соцветий: 241Am ^ 238,239, 240Pu ^ 137Cs, ^ 90 Sr; для медов: 137Cs ^ 241Am ^ 238,239, 240Pu, 90 Sr.
Установлено, что как соцветия разных видов медоносных растений, так и мёд, собранный с них, имеют разную способность накапливать радионуклиды. Рассчитанные значения коэффициентов перехода радионуклидов в продукцию пчеловодства предлагается использовать при подборе пасек на территориях, загрязненных радионуклидами.
Мёд является хотя и основным, но не единственным продуктом пчеловодства. Анализ результатов исследований (таблица 4) свидетельствует, что по содержанию радионуклидов в апипродуктах можно составить следующий ряд в порядке увеличения уровня загрязнения: прополис ^ перга ^ воск.
Таблица 4 - Содержание радионуклидов в апипродуктах (Бк/кг)
Радионуклид Апипродукт
Воск Перга Прополис
137Cs 1142 ± 68,7 998 ± 60,1 158,4 ± 9,8
90 Sr 46,5 ± 11,6 31,7 ± 7,9 27,3 ± 6,8
239, 240pu 0,074 ± 0,019 0,068 ± 0,017 0,063 ± 0,015
238Pu 0,068 ± 0,017 0,065 ± 0,016 0,060 ± 0,015
241Am 0,042 ± 0,011 0,034 ± 0,080 0,030 ± 0,006
Однако, если для радионуклидов 137Cs и 90Sr различия в ряду статистически достоверны, то для трансурановых элементов (изотопы плутония и 241Am) эти различия недостоверны.
Выводы
Результаты исследований свидетельствуют, что максимальное количество радионуклидов накапливается в стеблях и листьях многолетних растений, а генеративные органы (соцветия) накапливают меньше радионуклидов.
Установлено, что на территории с относительно высоким уровнем загрязнения радионуклидами их содержание в медах, собранных с многолетнего растения робиния ложноакация (Robinia pseudoacaciaL.) меньше, чем в медах, собранных с однолетнего растения фацелия (Phacelia tanacetifolia Benth.).
18
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Рассчитанные коэффициенты перехода радионуклидов из почвы в пчелиный мёд и обножку (пергу) зависят от медоноса и позволяют дать прогноз содержания радионуклидов в мёде и апипродуктах при организации производства на территориях, загрязненных радионуклидами.
Показано, что коэффициенты перехода радионуклидов в соцветия и меда, собранные с многолетних и однолетних растений, можно расположить в следующих возрастающих рядах:
Для соцветий: 241Am ^ 238,239, 240Pu ^ 137Cs ^ 90 Sr;
Для медов: 137Cs ^ 241Am ^ 238,239, 240Pu ^90 Sr.
Апипродукты по уровню загрязнения радионуклидами можно расположить в следующий возрастающий ряд: прополис ^ перга ^ воск.
Перечень сокращений и обозначений
АЭС - атомная электростанция;
МДА - минимально детектируемая активность;
ЧАЭС - Чернобыльская атомная электростанция.
Литература
1. Младенов, С. Вопросы медотерапии [Текст] / С. Младенов // Продукты пчеловодства - пища, здоровье, красота. - Бухарест : Апимондия, 1988. - С. 133-135.
2. Use of honey bees as bioindicators of environmental pollution in Italy [Text] / C. Porrini [at al.] // Honey bees: The Environmental Impact of Chemicals (Devillers J. and Pham-Delegue M. H. Eds) Taylor & Francis. -London, 2002. - P. 186-247.
3. Cesium contamination of heather honey [Text] / U. Assmann-Werthmuller [at al.] // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 1991. - Volume 149, Issue 1. - P. 123-129.
4. Fisk, S. Chernobyl-derived radiocesium in heather honey and its dependence on deposition patterns [Text] / S. Fisk, D. C. Sanderson // Health Phys. - 1999. - Oct. ; 77(4):431. - P. 5.
5. Cesium-134 and cesium-137 in honey bees and cheese samples collected in the U.S. after TUE Chernobyl accident [Text] / B. C. Ford [at al.]. - 1988. - Chemosphere, 17(9). - Р. 1153-1157.
6. Long-term decline of 137Cs concentration in honey in the second decade after the Chernobyl accident [Text] / D. Panatto [at al.] // Sci Total Environ. - 2007. - Aug. 15 ; 382(1):147-52 ; Epub 2007 ; May 21.
7. Bunzl, K. Transfer of Chernobyl-derived 134Cs, 137Cs, 13II and 103Ru from flowers to honey and pollen [Text] / K. Bunzl, W. Kracke // Journal of Environmental Radioactivity. - Volume 6, Issue 3. - 1988. - P. 261-269.
8. Активность радионуклидов в объемных образцах. Методика измерений на гамма-спектрометре: МИ 2143-91. - М. : ВНИИФТРИ, 1991. - 10 с.
9. Методические указания по определению содержания стронция-90 и цезия-137 в почвах и растениях. - М. : ЦИНАО, 1985. - 64 с.
10. Методика определения активности стронция-90 и трансурановых элементов в биологических объектах: МВИ. МН. 1892-2003. - Введ. 2003-04-30. - Минск : ИРБ НАН Б, 2003. - 17 с.
11. Методика определения америция-241 в объектах окружающей среды: МВИ. МН. 1071-99. -Введ. 1999-08-21. - Минск : ИРБ НАН Б, 1999. - 13 с.
12. Фирсакова, С. К. Поступление стронция-90 и цезия-137 в растительность лугов из дернины [Текст] / С. К. Фирсакова, Н. В. Гребенщикова // Доклады ВАСХНИЛ. - 1980. - № 9. - С. 19-22.
13. Molzahn, D. Caesium radioactivity in several selected species of honey / D. Molzahn, U. Assmann-Werthmuller // Sci Total Environ. - 1993. - Vol. 130-131. - Р. 95-108.
Summary
On the territory with a significant level of contamination the transition of some nuclides in bee products is investigated. In such bee products as wax, pollen and propolis 137Cs and 90Sr accumulate in much higher concentrations compared with honey; accumulation levels of transuranic elements in them can be comparable with honey.
Поступила в редакцию 20.03.13.
