Радиационный мониторинг наземных частей земляники в условиях Кольского Севера Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 543.53.(470.21):550.4:634.75+57.045

РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ НАЗЕМНЫХ ЧАСТЕЙ ЗЕМЛЯНИКИ В УСЛОВИЯХ КОЛЬСКОГО СЕВЕРА

© 2010 А. А. Мартынова1, Н.А. Мельник2

1 Отдел «Медико-биологических проблем адаптации человека в Арктике»

Кольского НЦ РАН, г. Апатиты

2 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья

им. И.В. Тананаева Кольского НЦ РАН, г. Апатиты

Поступила в редакцию 30.09.2010

Определены основные пути поступления радионуклидов в наземные части земляники садовой. Изучена аккумуляция природных и техногенных радионуклидов в различных ее частях. Установлено, что содержание радионуклидов в исследуемых объектах отвечает санитарно-гигиеническим требованиям.

Ключевые слова: радиационный мониторинг, аккумуляция радионуклидов, земляника садовая, вегетативные части

Необходимость проведения радиационного мониторинга сельскохозяйственной продукции, прежде всего, связана с тем, что большая роль в формировании суммарной дозовой нагрузки на население от естественного радиационного фона принадлежит облучению, обусловленному отложением в организме человека инкорпорированных радионуклидов, поступающих с продуктами питания [1]. Особенно это актуально в условиях Кольского Севера, насыщенного потенциальными источниками радиоактивных загрязнений и отсутствием данных по миграции и накоплению радионуклидов в продуктах питания. К тому же именно здесь поведение радионуклидов имеет свои особенности, связанные с экстремальными экологическими условиями, включая «пыльные бури» от хвостохранилищ действующих горнопромышленных предприятий (хвосты которых содержат естественные радионуклиды на уровне 0,001-0,01 мас.% ) [2-4]. При неблагоприятных условиях атмосферные осадки и аэрозоли также становятся причиной распространения в природной среде естественных и техногенных радионуклидов, в том числе кос-могенного радионуклида Ве7 [3].

Методика исследований. Исследования проводили на площадке Полярной опытной станции Всероссийского института растениеводства (ПОСВИР, ныне - ФГНУ ГНЦ РФ ВИР им. Н.И. Вавилова РАСХН «Полярная опытная

Мартынова Алла Александровна, младший научный сотрудник. E-mail: [email protected] Мельник Наталия Александровна, кандидат технических наук, доцент, руководитель региональной лаборатории радиационного контроля. E-mail: mel-nik@chemy. kolasc.net. ru

станция») и дачных участках в окрестностях г. Апатиты, урбанизированного и густонаселенного района Мурманской области. Надземные части (вегетирующие побеги с розетками, цветоносы, листья с черешками) и ягоды земляники отбирали на участках открытого грунта. Отбор проб осуществлялся в вегетационные периоды 2006-2009 гг. Одновременно проводили наблюдение за содержанием радионуклидов в атмосферных аэрозолях и осадках, снежном покрове, почве, грунтовых водах и вносимых удобрениях. Установлено, что эти объекты являются основными источниками поступления радионуклидов и причиной их миграции в растения [4, 5].

Для анализа использовали сырую массу отобранных проб различных надземных частей земляники (особенно в тех случаях, когда они употребляются только в этом виде - ягоды), а также пробы, высушенные на воздухе (воздушно-сухие). Радиоаналитические исследования проводили в аккредитованной лаборатории радиационного контроля на сертифицированной гамма-спектрометрической аппаратуре «Прогресс-АБРГ» по аттестованным методикам [6, 7]. Радиационный мониторинг включал оценку содержания радиотоксичных естественных и техногенных радионуклидов. Для доверительной вероятности 0,95 (Р) погрешность определения 7Ве, 40К, 226Яа, 232ТИ, 1з7С8 в воздушно-сухих пробах составляла 11-60% при экспозиции (Т), равной 1800-5400 с. Измерения проводились в геометрии Маринелли.

Результаты исследований. В предварительных исследованиях было установлено, что грунт открытого опытного участка ягодных

1940

культур, на которых выращивается земляника, содержит кларковые количества природных

ЛЛО ЛЛЛ АГ\

радионуклидов рядов и, ТЪ и К. Содержание 40К в грунте до внесения удобрений составляло 390-450 Бк/кг, что свидетельствует о низком плодородии почвы и необходимости внесения значительных количеств калийных удобрений. Техногенные радионуклиды, кроме 137С8, отсутствуют. Удельная радиоактивность 137С8 в грунте равна 5,8±1,5 Бк/кг. Эффективная удельная активность грунта (Аэфф) находится в пределах 70±8 Бк/кг. Основной вклад в Аэфф вносит 40К (до 57%). Из этих данных следует, что грунт содержит только естественные радионуклиды, характерные для данного геологического образования. Суммарная удельная

альфа- и бета-активность грунтовых вод на опытном участке находилась в пределах 0,05 Бк/л и 0,96 Бк/л соответственно. С учетом неопределенности измерений эти значения близки к нормируемым (0,2 и 1,0 Бк/л соответственно виду излучения [8]).

Исследования показали, что за счёт естественного извлечения радионуклидов из почвы и подземных вод все анализируемые надземные части земляники также содержат природ-

238 232

ные радионуклиды рядов И и Тп, в количествах, близких к кларковым (2-19)-10-4 мас.%) и 40К. В таблицах приведены средние значения результатов многолетних наблюдений.

Таблица 1. Распределение радионуклидов в надземных частях земляники садовой (воздушно-сухая масса)

Объект 13^ 21^ь 22^ 232та

листья 3,3 22,3 4,2 6,3 141,5 426,5

усы 7,2 77,1 111,3 60,5 24,4 593,0

чашелистики 33,0 89,6 21,4 27,0 110,5 424,5

розетки 2., 3,5 97,3 15,0 12,0 177,0

Содержание техногенного радионуклида 137С8 в расчете на сырую массу растений менее 10 Бк/кг, что соответствует содержанию его в грунте и свидетельствует о значительной миграции в растения в возрастающей последовательности: розетки < лист < усы < чашелистик. Максимальные концентрации его обнаружены в чашелистиках, причем в пробах

позднего осеннего сбора содержание 137С8 снижается за счет вымывания (табл. 2), хотя удельная радиоактивность других исследуемых радионуклидов повышается. В целом, концентрации 137С8 значительно ниже нормативных значений для лекарственных и пищевых продуктов.

Таблица 2. Временное распределение радионуклидов в чашелистиках земляники садовой (воздушно-сухая масса)

Дата отбора проб 13^ 21^Ь 22<Ш 232та

июль 2006 г. 47,8 48,9 12,3 26,6 35 374

август 2006 г. 18,3 128,3 30,5 27,4 186 475

Увеличение концентрации 40К в растениях связаны, в первую очередь, с применением калийного удобрения. Так содержание 40К в ягодах земляники, собранных на участках с использованием калийных удобрений, больше в 3,5 раза, чем в ягодах, собранных на участках без удобрений (табл. 3). Исследования показали, что при внесении подкормки из калийных

удобрений содержание 40К в листьях земляники увеличивается до 500 Бк/кг (табл. 2). Вторым фактором, влияющим на аккумуляцию 40К в наземной части земляники, является наиболее благоприятные для развития растений природно-климатические условия, которые были зарегистрированы в 2007 г. (табл. 4).

Таблица 3. Влияние удобрений на содержание радионуклидов в ягодах земляники садовой (сырая масса)

Условия выращивания 13^ 21^ь 22^ 232та

с внесением удобрения 1,2 6,1 10,5 2 5 43,2

без внесения 0,9 7,1 11,4 4,2 3,5 13,5

1941

Таблица 4. Временное распределение радионуклидов в листьях земляники садовой (воздушно-сухая масса)

Дата отбора проб 21^Ь 22<Ш 232та

10.10.2006 3,3 22,3 4,2 6,3 141,5 426

10.10.2007 3,8 72,0 5,5 3,7 29,3 595

Накопление 40К отличается от поведения 137С8 тем, что он в наибольшей степени аккумулируется в листьях (максимальное значение - 595 Бк/кг), а 137С8 - в чашелистиках. Наземные части земляники по возрастающей последовательности содержания 40К располагаются в ряд: розетки < чашелистик < лист < усы.

226 23 8

Накопление Яа и и в листьях земляники связано с биологическими особенностями растения и различной подвижностью нуклидов, как в растениях, так и в почве. Максимальные накопления 226Яа обнаружены в розетках и усах (до 110 Бк/кг), аккумуляция увеличивается в последовательности: лист < чашелистик < розетки < усы. Удельная радиоактивность 23 ТИ

226 238

значительно меньше Яа и И во всех частях растений за счет малой подвижности его в почве. Максимальное значение его обнаружено в усах (60 Бк/кг), аккумуляция увеличивается в последовательности: лист < розетки < чашелистик < усы. Возможно, за счет воздействия ионизирующего излучения этих радионуклидов на основной ассимиляционный аппарат земляники, к которому относятся усы и розетки, они так интенсивно разрастаются и размножаются.

В чашелистиках обнаружены довольно высокие концентрации (110-150 Бк/кг) 214РЬ, дочернего продукта распада радия-226. Повышенные содержания естественных радионуклидов, по-видимому, связаны с содержанием 214РЬ в атмосферных аэрозолях и осадках, «пыльными бурями» в летний период, характерных для исследуемого района. Распределение 214РЬ в надземных частях земляники совпадает с поведением 137С8, накопление увеличивается в ряду: розетки <лист < усы < чашелистик.

Все анализируемые пробы содержали природный радионуклид космического происхождения 7Ве за счет попадания его в почву из атмосферы и поглощения листьями. Концентрация его последовательно увеличивалась в ряду: розетки < усы < чашелистик < лист. Установлено, что содержание 7Ве в листьях в 5,8 раз превышает содержание его в усах. Максимальные значения удельной радиоактивности 7Ве обнаружены в развитой листовой структуре позднего, осеннего сбора. Содержание 7Ве в листве колебалось от 35 до 186 Бк/кг и зависело от содержания его в атмосферных аэрозолях и

осадках, которое спорадически изменялось под влиянием природно-климатических факторов [3]. Такое распределение радионуклида свидетельствует о преимущественном поступлении его из атмосферы в вегетативный период и адсорбции за счет более развитой поверхности листьев растений и ворсистой поверхности чашелистиков. В ягодах разной крупности также содержатся все исследуемые радионуклиды, но количество их близко к фоновым значениям. Настораживает повышение содержания 214РЬ в них (рис. 1), но, поскольку он не нормируется по радиоактивности, необходим контроль за содержанием стабильного изотопа свинца.

Рис. 1. Распределение радионуклидов в ягодах земляники садовой (сухая масса)

Выводы: на территории исследуемого района имеются предпосылки для накопления радионуклидов в почве и миграции их в растения. Использование удобрений с повышенным содержанием природных радионуклидов со временем может привести к накоплению их в почве и растениях. Исследования показали, что листовая часть растений в большей степени накапливает такие радионуклиды как 7Ве и 40К. 226Яа и 232ТИ преимущественно накапливаются в усах; в чашелистиках аккумулируются 137С8 и 14РЬ. Качество ягод земляники удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям. Полученные данные не превышают нормированных значений для лекарственных растений и пищевых продуктов, но могут влиять на биологические и физиологические свойства земляники садовой, адаптацию ее в северных условиях [9] и снижать качество земляники садовой как источника витаминов и продукта питания населения.

1942

Полученные результаты могут быть использо- 5. ваны для экологического и радиационного мониторинга сельскохозяйственной продукции, как в условиях Кольского Севера, так и в других областях России.

Работа выполнена при финансовой поддержке 6 гранта «Ведущие научные школы» по заявке 2006-РИ-112.0/001/268 и регионального Центра коллективного пользования (ЦКПИХТРЭМС КНЦРАН).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

7

1. Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения. СП 2.6.1.1292-03., М.: Минздрав России, 2003. 16 с.

2. Мельник, Н.А. Радиогеоэкологические аспекты ^ безопасности использования горнопромышленных отходов Кольского региона в производстве строительных материалов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2003. 114 с. 9

3. Мельник, Н.А. Радиационный мониторинг естественных радионуклидов в северных широтах // Се-вер-2003: Проблемы и решения. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2004. С. 77-89.

4. Мельник, Н.А. Радиационный мониторинг древостоя центрального района Кольского полуострова // Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН. - Апатиты, 2006. 48 с.

Мельник, Н.А. Радиационный мониторинг снежного покрова как индикатора распространения загрязнений // Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им И.В. Та-нанаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, 2007. 53 с.

Мельник, Н.А. Методика определения радиацион-но-гигиенических характеристик растительных объектов (М ЛРК ИХ 2.6.1.-09-2007), утв. 12.06.2007 г. Свидетельство №40090.8а094-4 об аттестации МВИ // г. Апатиты: ИХТРЭМС КНЦ РАН, 2008. 19 с.

Методика измерения активности радионуклидов в счётных образцах на сцинтилляционном гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения «ПРОГРЕСС». М.: ФГУП «ВНИИФТРИ», 1996. 41 с.

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Санитарные правила и нормативы. - 2-е изд. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 100 с. Мельник, Н.А. Влияние радиационных показателей на биохимические свойства земляники садовой и адаптацию ее в северных условиях / Н.А. Мельник, А.А. Мартынова // Физико-химические механизмы адаптации растений к антропогенному загрязнению в условиях Крайнего Севера: Материалы межд. научн. конф., Апатиты, 10-12 июня 2009 г. - Апатиты: Изд-во ООО К&М, 2009. ч. 1. С. 80-81.

RADIATING MONITORING OF LAND PARTS OF WILD STRAWBERRY IN THE CONDITIONS OF KOLA NORTH

© 2010 A.A. Martynova1, N.A. Melnik2

1 Department of Medical and Biological Problems of Human Adaptation in the Arctic,

Kola Science Centre RAS, Apatity

2 Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Raw Mineral Materials

named after I.V. Tananaev Kola SC RAS

The basic ways of radio nuclides reception in land parts of the wild strawberry garden are defined. Accumulation of natural and technogenic radionuclides in its different parts is studied. It is established that the maintenance of radionuclides in investigated objects respond sanitary-and-hygienic requirements.

Key words: radiating monitoring, accumulation of radionuclides, wild strawberry garden, vegetative parts

Alla Martynova, Minor Research Fellow. E-mail: [email protected] Nataliya Melnik, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Chief of the Regional Laboratory of Radiation Control. E-mail: [email protected]. net.ru

1943