CC BY
58
УДК 502: 631.453(470.61)
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВ В РАЙОНЕ ВОЛГОДОНСКОЙ АЭС МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ
© 2010 г. Е.Н. Бакаева , Г.Г. Черникова , Н.А. Игнатова
'Южный отдел Института водных проблем РАН 'Southern department of Institute of water problems
(ЮО ИВП РАН) of the Russian Academy of Sciences
"Гидрохимический институт (ГХИ) **Hydrochemical Institute
Приведены результаты оценки токсичности почв в районе Волгодонской АЭС. Пробы почв отобраны в ходе комплексных исследований. Анализ токсичности проводили методом биотестирования. Обсуждаются методические вопросы использования биотестирования для получения интегральной оценки токсичности исследуемых сред. Наиболее токсичное действие оказывали пробы почв у мусоросжигательного завода.
Ключевые слова: комплексный экологический контроль; оценка токсичности почв; метод биотестирования; интегральная оценка токсичности; фитотоксичность; тест-объект; степень токсичности; коэффициент прироста микроводорослей; оценка токсичности почв; результаты биотестирования.
In work results of an estimation of toxicity of soils around the Volgodonsk atomic power station are resulted. Tests of soils are selected during complex researches. The toxicity analysis spent a bioassay method. Methodical questions of use of bioassay for reception of an integrated estimation of toxicity of investigated environments are discussed. The most toxic action was rendered by tests of soils at incinerate factory.
Keywords: the complex ecological control; rating of toxicity of soils; method of biotesting; integral criterion of toxicity; phytotoxicity; test - plant; degree of toxicity; factor of an incremental value of microseaweed; rating of toxicity of soils; effects of biotesting.
Комплексный экологический контроль в процессе эксплуатации АЭС включает наблюдения по ряду процессов, параметрам и объектам окружающей среды. В ходе мониторинга наземных экосистем Волгодонской АЭС проводятся долговременные наблюдения за экологическим состоянием почв на 8 критических биогеоценозах [1]. Почвы занимают особое место в экологических системах и выполняют огромное количество функций. Важнейшая из них - экологическая, обеспечивающая жизненное пространство для человека и живых организмов.
Среди экологических аспектов работы АЭС особое место занимает оценка токсичности почв. Токсическая нагрузка представляет одинаково серьезную опасность для всех природных сред - атмосферы, гидросферы и педосферы (почвы), поскольку в условиях антропогенного воздействия в них попадают сотни тысяч индивидуальных загрязняющих веществ различной токсичности и устойчивости. Однако полный химический анализ всех сред по такому количеству отдельных соединений осуществить практически нереально. Кроме того, невозможно выявить весь комплекс и природных веществ, и ксенобиотиков, а главное, - продуктов их взаимодействия, которые подчас бываю более токсичны и опасны для биоты. В связи с чем возникает необходимость холистического подхода, обеспечивающего интегральную оценку токсичности сред. Поскольку токсичность является характеристикой биологической, то для ее выявления необходимо использовать представителей биоты.
Оценить воздействие всего комплекса загрязняющих веществ на представителей биоты (тест-объекты) позволяет метод биотестирования. Метод биотестирования основан на использовании представительных тест-объектов различных систематических групп и трофических уровней живых организмов.
Характеристика метода биотестирования
Прием биотестирования первоначально использовали в качестве основного методологического подхода при разработке регламентов на химические вещества (ПДК). Однако методики оценки природных сред, в частности, почв и вод имеют ряд особенностей.
Для анализа пробы воды или почвы на токсичность обязательным является использование набора методик (не менее трех) биотестирования с различными тест-объектами. Биологический анализ проводят на неизмененных почвах и на их водных вытяжках. Метод биотестирования почв, вод, донных отложений нельзя отнести к количественным. Оценка токсичности проб по данным биотестирования является экспертной. Итоговую оценку дают по тест-объекту и тест-показателю, проявившему наиболее высокую чувствительность к воздействию исследуемой пробы. Результат выражается словесно: «оказывает / не оказывает» проба токсическое действие. Можно выделить уровень токсичности, который выражается также словесно: «острое», «подострое», «хроническое» токсическое действие.
Важно то, что биотестирование позволяет получать интегральную оценку токсичности, вызываемую суммарным действием всего комплекса загрязняющих веществ, содержащихся в исследуемой среде, с учетом их синергетического и антагонистического взаимодействия.
Для оценки токсичности неизмененных почв применяется биотест на фитотоксичность (фитотест), в котором в качестве тест-объектов используют семена различных растений. Получаемые проростки способны адекватно реагировать на экзогенное химическое воздействие, что проявляется в морфологических и физиологических изменениях при росте и развитии растений. Фитотест информативен, высоко чувствителен, характеризуется стабильностью получаемых результатов.
Токсичность водных вытяжек почв проводят с использованием тест-объектов, принадлежащих к другим систематическим группам. Общепринятым тест-объектом служат представители зеленых микроводорослей, в частности, Scenedesmus obliquus.
Преимущества метода биотестирования: временной показатель (определение токсичности возможно за 2 - 24 часа в зависимости от используемого тест-показателя); охватывают все основные компоненты водной экосистемы, поскольку основаны на использовании набора методик (не менее трех). Применение набора тест-объектов обусловлено спецификой жизнедеятельности живых организмов, проявляющих различную чувствительность к одному и тому же виду загрязнения. Некоторые преимущества метода биотестирования:
- менее материалоемок, в сравнении с химическими;
- менее затратен (менее дорогостоящий), в сравнении с химическими;
- возможно проведение исследований в полевых условиях.
С учетом всех особенностей метод биотестирования способен осуществлять скрининг проб почвы, воды и донных отложений водного объекта. Особенно эффективно его использование в случае чрезвычайных ситуаций (ЧС), поскольку позволяет оперативно выявить токсичные участки. В последнем случае можно выбрать пробы для дальнейшего дорогостоящего химического анализа.
Цель работы заключалась в оценке токсичности проб почвы в районе Волгодонской АЭС методом биотестирования.
Материал и методы
Пробы почв отобраны в ходе комплексных исследований по изучению экологического состояния окружающей природной среды в районе Волгодонской АЭС совместно с лабораторией ядерной физики при ЮФУ. Отбор проб проведен в апреле 2008 г. на 5 участках: т.1 - контрольный участок 201, т. 2 - мусоросжигательный завод (дорога в 2 км), т.3 - 3 км от ст. Подгоринская, т.4 - 30 км зона ст. Жуковская (рядом с заправкой), т.5 - контроль (садовая земля). Исследовали верхний слой (0-5 см) почвы, который представлял собой однородные мелкодисперсные частицы. Проводили биотестирование водного экстракта и неизмененной почвы. Водные вытяжки получали по общепринятой методике. Навески почвы в соотношении 1:10 с профильтрованной водой экстрагировали на встряхивателе в течение 1 часа. Полученный водный экстракт отстаивали в течение 1 суток. После чего медленно, не взмучивая осадок, его пропускали сифоном через газ № 76-78. Все эксперименты проводили в трех повторностях.
В качестве тест-объектов для водной вытяжки использовали культуру зеленых микроводорослей Scene-desmus obliquus, для неизмененной почвы -хирономид Chironomus р1ито&ш' и семена редиса [2, 3]. Тест-показателями служили коэффициент прироста микроводорослей, гибель олигохет, процент выклева семян редиса. Степень токсичности оценивали по отклонению тест-показателей в опытных сериях от контрольных.
Результаты и обсуждение исследований
Результаты представлены в табл. 1-3.
В течение первых двух суток коэффициент прироста микроводорослей в опытных и контрольных вариантах были на одном уровне. На четвертые сутки в опытных вариантах (т.1, 2, 3) процент отклонения от контроля составил от 40 до 50 %, что позволило оценить водные вытяжки этих участков как оказывающие острое токсическое действие.
№ Коэффициент прироста численности Scenedesmus obliquus Отклонение от контроля на 4 сутки,% Токсическое действие
1 сут 2 сут 3 сут 4 сут
1 1,02 1,20 1,30 1,45 40 ОТД
2 1,03 1,08 1,10 1,30 47 ОТД
3 1,03 1,04 1,08 1,20 51 ОТД
4 1,02 1,20 1,40 2,20 10 Нет ОТД
5 1,04 1,30 1,50 2,45 Контроль
Примечание. ОТД - острое токсическое действие
Таблица 1
Результаты оценки токсичности водных вытяжек почв в районе Волгодонской АЭС с использованием тест-объекта Scenedesmus оЬЩиш
Таблица 2
Результаты оценки токсичности водных вытяжек почв в районе Волгодонской АЭС с использованием тест-объекта Scenedesmus obliquus
№ Гибель, % от исходной численности Отклонение от контроля на 6 сутки,% Токсическое действие
3 сут 4 сут 6 сут
1 30 30 70 40 ОТД
2 50 60 100 70 ОТД
3 40 50 80 50 ОТД
4 10 30 40 10 Нет ОТД
5 10 30 30 Контроль
Таблица 3
Результаты биотестирования проб почв в районе Волгодонской АЭС по трем показателям биотеста с семенами редиса
Семена редиса
№ Выклев, % Отклонение длины ростков от К, % Отклонение. длины корней от К, % Токсическое действие
1 70 93,8 34,8 ОТД
2 35 -71,3 21,1 ОТД
3 45 78,6 60,2 ОТД
4 70 24,2 -6,5 Нет ОТД
5 75 Контроль
Водные вытяжки участка т.4 (ст. Жуковская) не оказывали токсического действия, поскольку процент отклонения от контроля коэффициента прироста микроводорослей составил в этой пробе не более 10 %.
Эксперименты с тест-объектом Chironomus plumo-sus показали аналогичный результат. В первый момент после помещения олигохет на почву, смоченную фильтрованной водой, они зарылись в почву. В течение двух суток изменений в поведении олигохет не отмечено. На третьи сутки начался отход хирономид (табл. 2). Гибель животных составила от 20 до 40 %. На четвертые сутки гибель животных продолжилась. На шестые сутки гибель животных возросла и составила от 40 до 70 % (табл. 2). Таким образом, только одна проба (т.4) у ст. Жуковская не оказывала токсического действия.
Результаты биоанализа почв по фитотоксичности показали наличие острого токсического действия во всех пробах, кроме т.4 у ст. Жуковская (табл. 3). Чувствительность проявили всех из трех используемых тест-показателей (выклев семян, отклонение длины проростков и корней).
Таким образом, анализ результатов оценки токсичности почв по трем биотестам показал наличие ост-
Поступила в редакцию 18 февраля 2010 г.
Бакаева Елена Николаевна - д-р биолог. наук, ведущий научный сотрудник, Южный отдел Института водных проблем РАН, Гидрохимический институт. Тел. 8-918-5748435, 2-92-13-31. E-mail: [email protected]
рого токсического действия в трех первых исследованных участках: т.1 - контрольный участок 201, т. 2 -мусоросжигательный завод (дорога в 2 км), т.3 - 3 км от ст. Подгоринская. Следует отметить, что среди этих токсичных проб наиболее негативные значения показателей всех тест-объектов отмечены на участке у мусоросжигательного завода и ст. Подгоринской.
Результаты биотестирования, показывающие оценку интегрального токсического действия всей совокупности загрязняющих веществ, не выявили токсического действия только одной пробы - в районе ст. Жуковской.
Литература
1. Боровик А.С., Малышевский В.С., Янчевский С.Н. Знакомьтесь: Атомная станция. Ростов-на-Дону: ООО «Ростиздат», 2008. 110 с
2. Р 56.24.566-94 Методы токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем. М.: ФСР Госком-гидромета, 1994. 130 с.
3. 52.24.635 -2002 Методические указания. Проведение наблюдений за токсическим загрязнением донных отложений в пресноводных экосистемах на основе биотестирования. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. 32 с.
Черникова Галина Геннадьевна - ведущий инженер сотрудник, Южный отдел Института водных проблем РАН.
Игнатова Надежда Анатольевна - мл. науч. сотрудник. Гидрохимический институт. Тел. 2-97-03-88. E-mail: [email protected]
Bakayeva Elena Nikolaevna - Doctor of Biology Sciences, scientific employer, Southern department of Institute of Water Problems of the Russian Academy of Science, Hydrochemical institute. Ph. 8-918-5748435, 2-92-13-31. E-mail: [email protected]
Tchernikova Galina Genadievna - management engineer the employee. Southern department of Institute of Water problems of the Russian Academy of Science.
Ignatova Nadezhda Anatoljevna - the junior scientific employee, Hydrochemical institute. Ph. 2-97-03-88. E-mail: [email protected]
УДК 621.039
РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЗОНЫ НАБЛЮДЕНИЯ
ВОЛГОДОНСКОЙ АЭС
© 2010 г. Е.А. Бураева, М.Г. Давыдов , Л.В. Зорина, М.А. Кобцева, В.В. Стасов
Южный федеральный университет Southern Federal University
Одним из основных вопросов, возникающих при эксплуатации любой АЭС, является вопрос возможности оценки влияния радионуклидов, присутствующих в ее выбросах, на население и объекты окружающей природной среды в районе размещения. В работе подробно описана программа радиоэкологического мониторинга наземных и водных 30 км зоны наблюдения. Изложены методы отбора проб почв и донных отложений, приведены характеристики пунктов отбора проб, основы гамма-спектрометрического метода радионуклидного анализа природных объектов. Приведены результаты физико-химических и радиоэкологических исследований данной территории.
Ключевые слова: радиоэкология; радионуклид; гамма-спектрометрия; гамма-излучение; естественный радионуклид; искусственный радионуклид; донные отложения; гумус; атомная электростанция; зона наблюдения; нулевой фон; наземные экосистемы; водные экосистемы; программа радиационного мониторинга; цезий.
One of the basic questions arising at operation by any atomic power station, the question ofpossibility of an estimation of influence radionuclides, on the population and objects of environment around placing is. In work the program of radio ecological monitoring land and water 30km observation zones is in detail described. Methods of sampling of soils and bottom sediment are stated, characteristics of points of sampling, a basis of a gamma spectrometer method of radionuclides analysis of natural objects are resulted. Results of physical and chemical and radioecological researches of the given territory are resulted.
Keywords: radioecology; radionuclide; gamma-spectrometry; gamma-ray; natural radionuclide; induced radionuclide; bottom sediment (sea-floor sediment); humus; atomic power station; observation zone; zero background; land ecosystem; water ecosystem; the program of radiating monitoring; cesium.
Введение нагрузок с регламентируемыми, в соответствии со
Одним из основных вопросов, возникающих при СПАС-88/93, так и путам сравнетия радиацтонн^
эксплуатации любой АЭС, Волгодонской АЭС в част- °бстан°вки в рай°не размещения АЭС при ее жсплуа-
ности, является вопрос возможности оценки влияния таЦии с радиационной обстановкой, наблюдавши
радионуклидов, присутствующих в газоаэрозольных до пуска АЭС.
выбросах и жидких сбросах, на население и объекты Для полной характеристики радиационной об-
окружающей природной среды в районе ее размеще- становки Волгодонской АЭС необходимы достаточ-
ния. но детальные данные о содержании естественных
Оценка допустимости радиационного воздействия (ЕРН) и искусственных (ИРН) радионуклидов в на-
АЭС на население и объекты окружающей природной земных и водных экосистемах, в приземном слое
среды проводится как путем анализа фактических воздуха и о динамике их изменения во времени. Ис-
величин выбросов и, обусловленных ими, дозовых ходные данные такого рода получены в 1999 и 2000
годах в соответствии с программой предпускового мониторинга [1].
Поведение радионуклидов в системе «почва-раствор», их полнота поглощения и прочность закрепления зависят как от химических свойств самих радионуклидов, так и от физико-химических особенностей среды, к которым относятся рН и температура раствора, присутствие в нем различных катионов и комплексообразующих веществ, химический состав почвы, режим её увлажнения и другие факторы [2]. Исходя из этого, можно сказать, что, зная определенные, основополагающие почвенные показатели, можно судить об уровне загрязнения и прогнозировать поведение радионуклидов.
Начиная с 2001 г. сотрудниками физического, биолого-почвенного, геолого-географического факультетов и НИИ Физики Южного федерального университета (бывший Ростовский государственный университет) ведется непрерывный мониторинг 30 км зоны наблюдения ВоАЭС. В программу мониторинга входят отбор проб почвы, растительности, донных отложений, воды, водорослей и др. [3 - 5].
Отбор проб объектов окружающей среды
В зоне наблюдения ВоАЭС заложены 7 контрольных участков (КУ) на целинных и залежных землях. Характеристики КУ приведены ниже:
КУ 3 расположен к югу от ст. Жуковская, на повороте на с. Жуковскую по дороге в сторону ВоАЭС 250 м, к северу от дороги 150 м и 200 м западнее АЗС. Равнина с уклоном в сторону залива ст. Жуковская 1-5°. Целина, выгон, типчаково-полынная степь. Почва темно-каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках.
КУ 12 расположен в 100 м севернее с. Подгорен-ская и в 25 м западнее дороги на г. Волгодонск. Общий наклон к б. Цимлянский Лог 1-3° на северо-восток. Целина, полынно-типчаковая степь с мятликом. Выгон слабо сбитый. Почва луговато-каштановая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках.
КУ 75 расположен от перекрестка на ст. Красноярскую под Волгодонском на юг по шоссе 7,5 км до поворота на юго-запад, от поворота дороги на запад 100 м и севернее дороги 50 м, западнее по дороге -мусороперерабатывающий завод. Склон южной экспозиции, южнее дороги балка, западнее участка -лощина, к северу - лесополоса и колония грачей. Целина, разнотравно-полынно-типчаковая степь, куртины ковыля, экспарцет, тысячелистник, чабрец. Почва каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках. Возможно проявление дефляции.
КУ118 расположен к северу от ст. Подгоренская в 2 км, от поворота дороги Жуковская-Волгодонск и ВоАЭС 500 м по Аз 175°, 50 м восточнее балки. Целина, выгон, полынно-типчаковая степь с мятликом. Почва темно-каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на лессовидных тяжелых суглинках, красно-бурых и желто-бурых глинах.
КУ133 расположен западнее х. Харсеев вдоль побережья 30 м, устье балки, 250 м южнее побережья. Лес тополево-ивовый с редкой порослью тростника, на поверхности листовой опад. Почва аллювиально-луговая супесчаная.
КУ 201 расположен в пойме р.Дон у санатория «Жемчужина Дона» в 4,5 км на юго-восток от Волгодонска. Почва аллювиально-луговая легкосуглинистая на аллювиальных погребенных отложениях.
КУ 208 расположен южнее х. Минаева 2,5 км. По проселочной дороге на ОТФ к востоку от грейдера 650 м и к северу от лесополосы 130 м. Целина, выгон на склоне северо-восточной экспозиции. Западнее -лощина, открывающаяся в балку. Растительность полынно-мятликово-типчаковая с примесью молочая и татарника. Почва каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на желто-бурых глинах.
Отбор почвенных проб производится 1 раз в год по отдельным слоям (0-1, 1-3, 3-5, 5-10 см ...) до глубины значимого проникновения радионуклидов и совмещается со временем проведения почвенно-геоботанических исследований. Одним из обязательных требований к закладке контрольных участков являлось длительность их сохранности с расчетом на 30 и более лет.
В рамках мониторинга наблюдаются следующие параметры:
- содержание радионуклидов в почвенно-растительном покрове;
- физические свойства почвенного покрова;
- химические свойства почвенного покрова;
- ферментативные свойства почвенного покрова;
- морфолого-генетические показатели почв 30 км зоны;
- состояние почвенного покрова.
Рис. 1. Ландшафтно-природное районирование 30 км зоны
Волгодонской АЭС:--границы районов;------границы
подрайонов-участков; о75 - место и номер пробы; ▲ - полигон мониторинга
Для оценки радиационной обстановки, кроме определения содержания радионуклидов, в почвах была проведена гамма-съемка местности, то есть измерение мощности экспозиционной дозы внешнего гамма-излучения (МЭД) на открытой местности. Для гамма-съемки на открытой местности использовались радиометры-дозиметры типа СРП-88Н и СРП-68-01.
Программа мониторинга также предполагает исследование радиоактивности донных отложений Цимлянского водохранилища, поскольку значительную часть 30-ти км зоны ВоАЭС занимает Приплотинный участок (ППУ) Цимлянского водохранилища. После аварии Чернобыльской АЭС (1986 г.) в донных отложениях Цимлянского водохранилища происходило накопление искусственных радионуклидов, таких как 91^г и 137Cs. Эти накопления происходили (и происходят в настоящее время) за счет выноса твердых стоков русловым течением верхнего Дона с водозаборов из районов со значительной степенью загрязнения земной поверхности чернобыльскими осадками (Воронежская, Липецкая области).
Для определения динамики изменений загрязнения донных отложений и влияния абразии берегов на скорость осадконакопления ППУ Цимлянского водохранилища, начиная с 1999 года, было отобрано более 40 кернов донных отложений. Высота кернов составляет 25 - 55 см. Вся территория ППУ была разделена на зоны [5,6]:
Зона I. Входной гидроствор (5=176 км2).
Зона II. Центральная (цезиевое пятно). (5=416км2).
Зона III. Прибрежная южная (5=159 км2).
Зона IV. Прибрежная северная (5 = 300 км2).
Зона V. Выходной гидроствор (5 = 80 км2).
Точки выбирались таким образом, чтобы равномерно и наиболее полно охватить всю акваторию ППУ. Особое внимание уделялось глубоководной части, наиболее загрязненной 137Cs, входному и выходному гидростворам, а также прибрежной зоне, расположенной в непосредственной близости от ВоАЭС [5, 6].
Отбор проб донных отложений производят различными способами, в зависимости от поставленной задачи:
- отбор поверхностного слоя донных отложений производят в случае нарушенной структуры грунта (в результате анализа можно судить лишь об общей загрязненности дна радиоизотопами);
- выемка колонки (керна) грунта - в случае ненарушенной ее структуры (для изучения послойного распределения активности).
Отбор проб отложений производят в местах их вероятного накопления: застойные прибрежные зоны, охвостья островов и т. д.
Аппаратура и методы исследования
Для оценки пределов вариации содержаний основных радионуклидов в различных объектах экосферы использовалась радиометрическая низкофоновая
установка РЭУС-П-15 (рабочий эталон II разряда) на основе GeHP - детектора фирмы Canberra.
В пробах определялись ЕРН: 238U, 234Th, 226Ra,
210Pb, 232Th, 224Ra, 40K и ИРН - 137Cs, 241Am.
Для спектрометра регламентированы следующие условия:
- энергетический диапазон 0,013 - 1,5 МэВ;
- приведенная эффективность 25,1%;
- разрешение для пика 122 кэВ - 0,937 кэВ, для пика 1332 кэВ - 1,94 кэВ;
- обработка ППП по методике, реализованной программой Гамма;
-отношение пик-комптон 51,7:1.
Энергетическая зависимость эффективности регистрации фотонного излучения (отсчет/фотон) для различных геометрий измерения задана аналитически в виде:
fE)=C exp[C2ln(E)+C3ln(E)ln(E)+C4exp{-CE}],
где Е - энергия в МэВ.
Определение радионуклидов ряда 238U.
226Ra определяется по продуктам распада 222Rn: 214Pb (по фотопикам 295,2кэВ (18,9%) и 352,6кэВ (36,3%)) и 214Bi (по фотопику 609,3кэВ (45,5%)) в условиях их радиоактивного равновесия с 222Rn; для определения 226Ra результаты по трем фотопикам усредняются.
238U определяется следующим образом. По удельной активности 226Ra вычисляется его вклад в площадь фотопика 186,0кэВ (3,25 %), из полной площади фотопика 186кэВ вычитается вклад 226Ra и определяется часть площади фотопика 186кэВ, соответствую-
235 235
щая U. Затем определяется активность U с учетом известного изотопного состава природного урана.
210Pb определяется по фотопику 46,5кэВ (4,05 %).
235U при значительном содержании урана в образцах можно определить по его фотопикам 143,8кэВ (10,9 %) и 163,4кэВ (5,0 %); результаты по двум фотопикам усредняются.
Определение радионуклидов ряда 232Th.
232Th обычно в природных объектах находится в радиоактивном равновесии с радионуклидами его семейства 228Ac, 212Pb и 208Tl.
228Ac определяется по трем его фотопикам 338,3кэВ (12,4 %), 911,2кэВ (27,7 %) и 969,6кэВ (17,3 %).
212Pb определяется по фотопику 238,6кэВ (44,6 %).
208Tl определяется по фотопику 583,2кэВ (84,6 %).
40К определяется по фотопику 1460,8кэВ (10,4 %).
Искусственные радионуклиды - это продукты деления тяжелых ядер (ПД) и продукты активации (ПА). Они образуются, в основном, при испытаниях ядерного оружия (1945 - 80 гг.) (глобальные ИРН) и при работе предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ), в том числе при эксплуатации и, особенно, при авариях АЭС (например, при аварии ЧАЭС 1986 г.).
Среди ИРН, поступающих в окружающую среду, при работе предприятий ЯТЦ наибольшее значение,
кроме указанных выше, имеют 134Cs; долгоживущие глобальные 85Кг и 12^, а также трансурановые элементы 238-240Ри, 241Ат.
определяется по пику 661,7кэВ (85,2 %).
134 Cs определяется по пику 795,84кэВ (85,4 %).
241Ат определяется по пику 59,537кэВ (35,9 %).
Результаты
Почва является наиболее емким и самым инерционным звеном в цепочках переноса радионуклидов в биологические объекты. Поэтому проблеме радионуклидов в почве уделяется особое внимание в радиоэкологии.
В процессе почвообразования ЕРН поступают от материнских (подстилающих) пород в виде дисперсного материала, накапливаются в тонких фракциях почвы в результате захвата (сорбции) их глинистым и коллоидным веществом. Поэтому содержание ЕРН в почвах определяется их содержанием в материнских породах, процессами выщелачивания их из этих пород подземными водами и другими процессами. ЕРН в процессе почвообразования и позднее участвуют в общем круговороте - часть их с газами через почву эманирует в атмосферу, часть концентрируется в наземных растениях, часть с грунтовыми водами и осадками выносятся в гидросферу.
Радиоактивность почв обусловлена рядом факторов:
1. Типом подстилающих материнских пород и характеристиками их выветривания. Наивысшая радиоактивность почв имеет место для подстилающих пород изверженного типа (граниты, гнейсы и др.).
2. Условиями осаждения и адсорбции ЕРН, влияющими на ионы радиоактивных элементов и их комплексы с различными анионами (для урана - с анионами VO4, Р04, AsO4, С03), почвенными коллоидами, гидроокислами (для урана - с гидроокислами Si, А1, Fe, Мп).
3. рН почвенного раствора.
4. Сорбционными свойствами гумусовых соединений, микробиологической иммобилизацией радиоизотопов, в результате образования комплексных соединений органических веществ почвы с радиоизотопами, обладающих повышенной мобильностью при миграции.
5. Действием микроорганизмов.
6. Действием климатических условий. Уран в общем значительно более подвижен в почвах регионов с полуаридным и аридным климатом, чем в почвах, насыщенных влагой, в тропических районах. Это является результатом низкого содержания органического материала в почвах аридных регионов.
Одним из наиболее существенных факторов является влияние подземных вод, в том числе из глубоко-лежащих водоносных горизонтов высокоминерализи-рованных пластовых вод. Для содержания некоторых радионуклидов (22<^а, 222Яп и его ДПР) в почвах ино-
гда существенное значение имеет не только влияние подземных вод, но и подземных газов.
Именно этими факторами определяется сильная вариация содержания ЕРН и различия содержаний ЕРН в почвенных горизонтах. Вариация содержания U для нормальных почв ограничивается пределами <12^100 Бк/кг, а для почв урановых аномалий 600^12500 Бк/кг.
Во многих нормальных почвах горизонт А обогащен ураном из-за гумусных материалов (комплексов гумуса с глиной, силикатами, железом).
На некоторых ураноносных площадях может быть сильно обогащен ураном горизонт В (по сравнению с горизонтом А) из-за адсорбции и(или) конфискации (поглощения) его гидроокислами железа, алюминия марганца и др.
Содержание 222Яп в почвенном воздухе варьирует в пределах от 0,37 до 740 кБк/м3 и зависит от радиоактивности и степени выветривания подстилающих материнских пород, структуры, текстуры и состояния почв. С содержанием 222Яп в почвах естественно связаны и содержания его ДПР (210РЬ, 210К и 210Ро), которые накапливаются в почве в результате распада 222Яп и в результате процессов осаждения. Данные о содержаниях некоторых ЕРН в почвах сведены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание ЕРН в различных типах почв
Объект А, Бк/кг
238U 232Th 40К
земная кора 33 39 656
сероземы 31 48 670
серо-коричневые 28 41 700
каштановые 27 37 550
черноземы 22 36 410
серые лесные 18 27 370
дерново-подзол. 15 22 300
подзолистые 9 12 150
торфянистые 6 6 90
диапазон 6^50 7^53 100V700
ср. мировые 26 26 370
Общей особенностью пространственного распределения ЕРН в почвах является увеличение их содержания к югу, что связано с ландшафтным и геологическим строением земной коры. Главными факторами, определяющими содержание ЕРН в почве, являются радиогеохимические особенности подстилаю-
щих пород. Другим фактором является ландшафт и интенсивность потока солнечной радиации на земную поверхность. Почвы севера со слабоминерализованным кислым и гидрокарбонатно-кальциевыми ин-фильтрационными водами обеднены ЕРН. Почвы Юга семиаридной и аридной зон (лесостепная, степная, полупустынная) с сульфатно-карбонатными и хлорид-ными водами с высокой минерализацией обогащены ЕРН.
Исследуемая территория относится к зоне с повышенным содержанием ЕРН. В табл. 2 сведены данные о радионуклидном составе 30 км зоны наблюдения ВоАЭС.
Накопление радионуклидов в донных отложениях водоемов происходит в основном в результате следующих процессов:
- реакций гидролиза, обмена и других между соединениями, содержащими радионуклиды, с образованием малорастворимых соединений, осаждающихся в конечном итоге на дно водоема;
- сорбции на взведенных в воде частицах с последующим осаждением на дно водоема;
- сорбции непосредственно на материале донных отложений (особо важный механизм для мелководных водоемов);
- поглощение, переработка и перенос на дно с гидробионтами (особо важный механизм для пресноводных мелководных водоемов);
- вынос из рек с обломочным материалом с последующим осаждением на дно или в растворимой форме с последующим действием вышеперечисленных процессов.
Таблица 2
Удельная активность почв 30 км зоны ВоАЭС
Радио -нуклид Пределы вариаций, Бк/кг Среднее значение, Бк/кг Погрешность, %
238U 1,0-243,9 77,6 2 - 21
234Th 22,4-534,1 164,8 1 - 13
226Ra 2,3 - 92,0 36,4 5 - 25
232Th 3,0 - 74,2 39,1 4 - 25
224Ra 10,9 - 72,2 41,03 7 - 32
40K 65,3 - 961,8 517,3 3 - 15
137Cs 0,6 - 108,5 20,1 10 - 36
При сбросе материалов, содержащих радионуклиды в гидрографическую сеть, радионуклиды переносятся речным потоком вниз по течению и распределяются между взвешенными в воде частицами и донными отложениями (между этими фазами происходит обмен радионуклидами), причем содержание ЕРН в донных отложениях пропорционально содержанию ЕРН во взвешенном состоянии. Распределение радионуклидов от места сброса ниже по течению зависит от скорости потока, его глубины, периода полураспада радионуклида и др.
Для большинства ЕРН донные отложения являются накопителем и играют определяющую роль в очищении водных систем от радионуклидов. Установлено избыточное, по сравнению с ожидаемым, в результате радиоактивного распада радионуклида-
предшественника содержание в донных отложениях: 234Th (по сравнению с 238U), 210Pb (по сравнению с 226Ra) 222Rn (по сравнению c 226Ra), 230Th (по сравнению c234U), 228Th (по сравнению c 234U) и 231Ро (по сравнению с 235U).
Установлено также накопление в донных отложе-
137 137
ниях Cs. В пресноводном водоеме активность Cs распределяется между его компонентами следующим образом: в биомассе (0,1 % (по массе)) - 4 %, в воде (85 % (по массе)) - 6 %, в грунте (14,9 % (по массе)) -90 % активности.
По программе мониторинга исследовался радио-нуклидный состав донных отложений Цимлянского водохранилища. Содержания ЕРН и ИРН приведены в табл. 3.
Таблица 3
Радионуклидный состав донных отложений ППУ
Радионуклид Удельная активность, Бк/кг Погрешность измерения, %
интервал среднее
238U 19,3-137,4 82,7 3,9
234Th 282,5-376,3 334,8 25,3
226Ra 49,2-60,9 55,5 0,3
210Pb 175,4-280,6 203,0 19,3
232Th 54,8-69,8 62,1 4,5
224Ra 58,8-77,4 65,5 2,0
Выводы
Результаты физико-химических анализов показывают, что почвы контрольных участков имеют слабощелочную реакцию, низкую гидролитическую кислотность, среднее содержание гумуса, высокую емкость катионного обмена, достаточно высокую обеспеченность элементами минерального питания. Поч-венно-поглощающий комплекс насыщен обменными катионами. Преобладающий гранулометрический состав зональных типов почв - тяжелосуглинистый, интразональные почвы характеризуются супесчаным и легкосуглинистым гранулометрическим составом по классификации Н.А. Качинского.
Установлено, что по степени обогащенности ферментами, почвы 30 км зоны Волгодонской АЭС по шкале Д.Г. Звягинцева в расчете на весовые единицы, относятся к классу богатых почв по каталазной актив-
ности, а по уреазной активности - к бедному и сред-необогащенному классам. Только аллювиально-луговая почва обладает пониженной степенью обеспеченности исследуемыми ферментами, что обусловлено более низким содержанием гумуса и более легким гранулометрическим составом.
Радионуклидный состав наземных и водных экосистем исследуемого региона относится к зоне с повышенным содержанием ЕРН и сопоставим с литературными данными по аналогичным типам почв и климатическим зонам.
Проведенные исследования показали, что в почвах 30 км зоны сохраняется среднее содержание гумуса, основных элементов питания, ферментативной активности, что может препятствовать продвижению радионуклидов по профилю и в растения, поэтому важнейшее значение приобретает реализация комплексной программы экологического мониторинга в районе размещения Волгодонской АЭС.
Сравнительная оценка результатов мониторинга показала, что радиоэкологическая ситуация территорий, прилегающих к ВдАЭС удовлетворительная и является типичной для данного региона.
Поступила в редакцию
Литература
1. Радиационная обстановка в окружающей среде региона Ростовской АЭС в предпусковой период: отчет. Ростов-на-Дону, 2000. 129 с.
2. Куликов Н.В., Молчанова И.В., Караваева Е.Н. Радиоэкология почвенно-растительного покрова. Свердловск, 1990. 170с.
3. Давыдов М.Г., Клименко Г.Г., Поваров В.П. Программа радиоэкологического мониторинга наземных экосистем района расположения Ро АЭС. // Проблемы развития атомной энергетики на Дону: сб. ст. Ростов-на-Дону, 2000, Т. 2. С. 181 - 190.
4. Радиоэкологический мониторинг наземных экосистем района расположения Волгодонской АЭС / Е.А. Бураева, М.Г. Давыдов, Л.В. Зорина, В.В. Стасов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2008. Специальный выпуск С. 148 - 153.
5. Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Зорина Л.В. Радиоэкологический мониторинг водных экосистем района Волгодонской АЭС. Изв. вузов //Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Приложение. № 16. С. 210 - 219.
6. Бураева Е.А. Радиоэкологический мониторинг экосистем, включающий определения радионуклидов с низкой энергией гамма излучения: дис. ... канд. хим. наук. Ростов-на-Дону, 2005. 149 с.
18 февраля 2010 г.
Бураева Елена Анатольевна - канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник, Отдельная лаборатория ядерной физики Научно-исследовательского института Физики Южного федерального университета. Тел. (863) 258-75-90.
Давыдов Михаил Гаврилович - д-р физ.-мат. наук, член корр. РИА, заведующий Отдельной лабораторией
ядерной физики Научно-исследовательского института Физики Южного федерального университета.
Зорина Людмила Валерьевна - науч. сотрудник, Отдельная лаборатория ядерной физики Научно-исследовательского института Физики Южного федерального университета. Тел. (863) 258-75-90.
Кобцева Мария Александровна - ст. лаборант, кафедра почвоведения и агрохимии, биолого-почвенный факультет, Южный федеральный университет. Тел. (863) 291-84-06.
Стасов Виталий Викторович - мл. науч. сотрудник, Отдельная лаборатория ядерной физики Научно-исследовательского института Физики Южного федерального университета. Тел. (863) 258-75-90.
Buraeva Elena Anatolevna - Candidate of Chem. Sciences, works as the senior scientific employee in Separate Laboratory of Nuclear Physics of Scientific Research Institute of Physics at Southern Federal University. Ph. (863 258-75-90.
Davidov Michael Gavrilovich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, a member of a correspondent of RIA,
works managing Separate Laboratory of Nuclear Physics of Scientific Research Institute of Physics at Southern Federal University.
Kobtseva Maria Aleksandrovna - senior laboratorian, department «Soil Science and Agrochemistry», Southern federal University. Ph. (863 218-40-52.
Stasov Vitaly Viktorovich - scientific employee in Separate Laboratory of Nuclear Physics of Scientific Research Institute of Physics at Southern Federal University. Ph. (863 258-75-90._
