Глава 2

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Открытая гидросеть в районе наших исследований, проведенных в связи с изучением последствий взрыва атомной бомбы во время военных учений 1954 г. на Тоцком полигоне, в основном относится к бассейну р.Самары. В зоне Тоцкого радиоактивного следа нами проведено изучение содержания радионуклидов 90Sr, 137Cs и 3H в воде, донных отложениях и водных растениях прудов и рек.

Содержание радионуклидов в воде рек и прудов. Содержание в воде 90Sr в районах населенных пунктов, принятых в качестве контрольных (д. Нижнекристалка, д. Дмитриевка и с. Павлово-Антоновка), находятся в пределах 10.10-3-29.10-3 Бк/л (табл.8). Следует отметить, что близкие концентрации радионуклида (34.10-3- 44.10-3 Бк/л) обнаружены в воде соответственно Рефтинского водохранилища и в верховьях Белоярского водохранилища в Свердловской области (Чеботина и др., 1992). Эти водоемы находятся вне влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа. Концентрация 90Sr в пробах воды, отобранных в других пунктах Оренбургской области, близка к контролю. Исключение составляют пробы воды, взятые вблизи д. Султакай из правого притока р. Ток и д. Рождественки из р. Неть, в которых содержание 90Sr превышает среднюю концентрацию радионуклида в контрольных пунктах (18.10-3 Бк/л) в 2,5 и 4,4 раза соответственно. Из таблицы 8 видно, что концентрация 137Cs в воде обследованных рек и прудов Оренбургской области ниже, чем концентрация 90Sr. При этом оказалось, что содержание 137Cs в воде ряда пунктов ниже предела измерения. Концентрация данного радионуклида в воде рек этого региона либо равна таковой в контроле (7,8.10-3 Бк/л), либо в 1,6-2,5 раза меньше. При этом в контрольном пункте концентрация 137Cs ниже, чем в воде указанных ранее водоемов Свердловской области и колеблется от 11.10-3 до 42.10-3 Бк/л (Чеботина и др., 1992). Таким образом, исследования, проведенные нами в 1994 г. показывают, что содержание 90Sr и 137Cs в воде обследованного участка бассейна р. Самары на несколько порядков величин ниже предельно-допустимого уровня для питьевой воды, определяемого по этим радионуклидам нормами радиационной безопасности - 1480 и 555 Бк/л (4,0х10-10 и 1,5х10-8 Ки/л) (НРБ-96).

Таблица 8 . Содержание 90Sr и 137Сs в воде рек и прудов ТРАС ( 1.10-3 Бк/л).

Место отбора проб

90Sr

137Cs

д. Маховка, пруд

18

НПИ

д. Пронькино, пруд

21

8,0 ± 1,4

д. Кинзелька, водохранилище

21

НПИ

д. Грачевка, спущенный пруд

23

4,8 ± 0,6

д. Кирсановка, р. Сорочка

31

8,5 ± 4,0

д. Султакай, правый приток р. Ток

45

3,1 ± 1,0

д. Рождественка, р. Неть

80

6,2

Контрольные пункты:

Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары

29

НПИ

д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток

10

НПИ

д. Дмитриевка, верховье р. Ток

15

7,8 ± 0,4

Примечание: НПИ - ниже предела измерений.

 

Таблица 9. Содержание трития в воде рек и прудов на территории ТРАС

Место отбора проб

Бк/л

Пункты на территории ТРАС:

д. Маховка, пруд

0,90 ± 0,02

д. Пронькино, пруд

2,15 ± 0,05

д. Кинзелька, водохранилище

4,81 ± 0,14

с. Тоцкое, р. Самара

5,18 ± 0,16

д. Грачевка, спущенный пруд

4,02 ± 0,09

д. Кирсановка, р. Сорочка

2,63 ± 0,05

д. Султакай, правый приток р. Ток

2,85 ± 0,07

д. Рождественка, р. Неть

0,41 ± 0,01

Контрольные пункты:

с. Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары

2,15 ± 0,05

д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток

0,30 ± 0,03

д. Дмитриевка, верховье р. Ток

6,30 ± 0,14

Концентрация трития в воде исследованных рек и прудов Оренбургской области находится в пределах 0,30-6,30 Бк/л (табл. 9), что ниже чувствительности метода его измерения и, следовательно, не позволяет оценить различия в содержании этого радионуклида. Но полученные концентрации трития значительно ниже допустимых санитарными нормами уровней содержания его в питьевой воде (НРБ-96), поэтому по данному показателю вода этих рек и прудов может использоваться в хозяйственных целях.

Содержание 90Sr и 137Cs в донных отложениях рек и прудов. В таблице10 представлены данные о вертикальном распределении 90Sr в донных отложениях рек и прудов обследованного района ТРАС и контрольных пунктов. Приведенные в таблице концентрации представляют собой средние для водоема.

Таблица 10. Вертикальное распределение 90Sr в донных отложениях рек и прудов (Бк/кг воздушно-сухой массы)

Место отбора проб

Глубина слоя, см

0-10

10-20

20-30

30-40

Пункты на территории ТРАС:

д. Маховка, пруд,

10,0

6,0

4,0

18,0

д. Пронькино, пруд

12,4 ± 0,7

37,6 ± 1,8

25,4 ± 8,3

27,3 ± 1,3

д. Грачевка, спущенный пруд

3,1 ± 5,7

15,3

-

-

д. Султакай, правый приток р. Ток

13,3 ± 6,7

6,1

7,0 ± 1,8

15,0

д.Рождественка, р. Неть

22,8 ± 11,2

20,9 ± 12,7

28,8 ± 17,3

-

Контрольные пункты:

д. Нижнекристалка, правый

приток р. Ток

16,4

18,0

18,4

-

д. Дмитриевка, верховье р. Ток

15,3 ± 6,2

-

-

-

Представленные в таблице 10 данные показывают, что в донных отложениях пруда у д. Маховки, подвергшейся сильному воздействию атомного взрыва, содержание 90Sr находится в пределах от 4,0 до 18,0 Бк/кг воздушно-сухой массы, причем наибольшая концентрация радионуклида обнаружена в грунтах на глубине 30-40 см. В среднем более высокие концентрации радионуклида оказались в донных отложениях пруда у д. Пронькино, расположенной в 4 км к северу от д. Маховки. В пунктах, более удаленных от места взрыва атомной бомбы, концентрация 90Sr в донных отложениях была сходной с таковой в первых двух прудах, а также в контрольных водоемах. Концентрация радионуклида в грунтах обследованных рек и прудов Оренбургской области близка к наблюдаемым концентрациям его в некоторых водоемах Свердловской области, подвергшихся воздействию лишь глобальных радиоактивных выпадений (Чеботина и др., 1992).

Таблица 11. Вертикальное распределение 137Cs в донных отложениях рек и прудов (Бк/кг воздушно-сухой массы)

Место отбора проб

Глубина слоя, см

0-10

10-20

20-30

30-40

Пункты на территории ТРАС:

д. Маховка, пруд

8,2 ± 3,0

14,5± 0,8

3,7 ± 0,8

5,2 ± 0,5

д. Пронькино, пруд

8,9 ± 1,6

9,9 ± 2,9

5,0 ± 0,8

6,5 ± 1,1

д. Кинзелька, водохранилище

18,9± 1,2

9,1 ± 1,2

-

-

д. Грачевка, спущенный пруд

7, 7 ± 1,5

5,4 ± 0,3

-

-

д. Кирсановка, р. Сорочка

7,2 ± 1,3

6,4 ± 3,9

10,2 ± 3,6

9,6 ± 3,4

д. Султакай, правый приток

р. Ток

5,3 ± 1,2

5,3 ± 3,5

10,7 ± 5,2

6,0 ± 0,8

д. Рождественка, р. Неть

8,9 ± 3,0

12,6 ± 2,7

17,2 ± 2,2

15,7± 3,4

Контрольный пункт:

с. Павлово-Антоновка, левый

приток р. Самары

7,3 ± 2,5

7,0 ± 1,8

7,8 ± 0,6

7,2 ± 4,4

Из таблицы 11 видно, что в прудах возле д. Маховки и д. Пронькино, расположенных вблизи места взрыва атомной бомбы, концентрация 137Cs в слое грунта 0-40 см находится в пределах 3,7-14,5 Бк/кг воздушно-сухой массы и отсутствуют закономерные существенные ее изменения с глубиной. Содержание этого радионуклида в донных отложениях в водоемах других пунктов практически такое же, что в указанных выше двух прудах и в контольном пункте. Следует отметить и довольно равномерное вертикальное распределение 137Cs по толще донных отложений. В целом концентрации данного радионуклида в грунтах неколько ниже, чем найденные в грунтах контрольного водоема на Среднем Урале (Чеботина и др., 1992). Очевидно, что на уровни содержания и характер вертикального распределения 90Sr и 137Cs в донных отложениях обследованных рек Оренбургской области оказало влияние перемещение илов и песка по руслам вниз по течению во время многоводных весенних паводков. Поэтому уровни радиоактивного загрязнения донных отложений не имеют тесной корреляции по этому показателю с сопряженными прибрежными участками водосбора (см. Главу 1).

Содержание 90Sr и 137Cs в водных растениях. В таблицах 12 и 13 представлены данные о накоплении 90Sr и 137Cs водными растениями. Из таблиц видно, что только в трех пунктах из девяти пробы водных растений были представлены одним и тем же видом - рдестом гребенчатым и в двух - рогозом.

Таблица 12. Содержание 90Sr и 137Cs в водных растения рек и прудов (Бк/кг воздушно-сухой массы)

Место отбора проб

Вид растения

Бк/кг воздушно-сухой массы

90Sr

137Cs

Пункты на территории ТРАС:

д. Маховка, пруд

Рогоз

18,3 ± 7,6

1,2 ± 0,1

Рдест гребенчатый

30,6 ± 6,6

8,9 ± 0,5

д. Пронькино, пруд

Рдест гребенчатый

34,5 ± 9,8

4,9 ± 0,9

д. Кинзелька, водохранилище

Рдест гребенчатый

21,3 ± 4,5

2,2 ± 0,8

д. Грачевка, спущенный пруд

Лютик

25,5 ± 16,0

3,2 ± 0,5

Поверхностно-плавающие растения

24,3 ± 4,5

6,4 ± 1,4

д.Кирсановка, р. Сорочка

Рогоз

17,5 ± 2,9

3,4 ± 0,6

д. Рождественка, р. Неть

Ряска

22,3 ± 1,8

7,1 ± 1,8

Контрольные пункты:

с. Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары

Кладофора

65,5 ± 25,4

43,4± 0,8

д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток

Кубышка

7,4 ± 2,0

2,8 ± 1,1

 

Таблица 13. Коэффициенты накопления 90Sr и 137Cs водными растениями рек и прудов

Место отбора проб

Вид растения

90Sr

137Cs

Пункты на территории ТРАС:

д. Маховка, пруд

Рогоз

1020

-

Рдест гребенчатый

1700

-

д. Пронькино, пруд

Рдест гребенчатый

165

610

д. Кинзелька, водохранилище

Рдест гребенчатый

1015

-

д. Грачевка, спущенный пруд

Лютик

1110

670

Поверхностно-плавающие растения

1110

1330

д. Кирсановка, р. Сорочка

Рогоз

1400

440

д. Рождественка, р. Неть

Ряска

280

1145

Контрольные пункты:

с. Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары

Кладофора

22260

-

д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток

Кубышка

740

-

По содержанию 90Sr растения этих видов из разных водоемов практически не различались. Наименьшая концентрация радионуклида (7,4 Бк/кг воздушно-сухой массы) оказалась у кубышки из контрольного пункта в верховьях р. Ток, а наибольшая (65,5 Бк/кг) - у кладофоры из другого контрольного пункта - из притока р. Самары около с. Павлово-Антоновка, что определяется в основном разной накопительной способностью этих видов водных растений по отношению к данному радионуклиду (Куликов, Чеботина, 1988). Концентрация 137Cs в растениях из разных пунктов близка, за исключением проб кладофоры, что связано с ее высокой способностью концентрировать и этот радионуклид. Это свойство кладофоры показано и для водоемов других регионов (Куликов, Чеботина, 1988; Чеботина и др., 1992). Высокие коэффициенты накопления 90Sr и 137Cs кладофорой свидетельствуют о возможности использовать ее в качестве индикатора на загрязнение воды рек и других водоемов обоими радионуклидами.

В заключение следует отметить, что радиоэкологическое изучение водных экосистем Оренбургской области в 1994 г. носило рекогносцировочный характер. В результате этих исследований впервые дана оценка радиоэкологического состояния важных природных объектов, получены реперные данные. Анализ результатов не выявил четкого градиента изменения содержания 90Sr и 137Сs в основных компонентах водных экосистем на обследованной территории. Из-за отсутствия радиоэкологической характеристики Оренбургской области к началу исследований и их малой продолжительности выбор объектов изучения проводился только к северо-востоку от места взрыва атомной бомбы по направлению господствующих ветров. Вследствие этого в программу изучения вошли почти исключительно реки и пруды бассейна рек Самара-Волга, поэтому в дальнейшем целесообразно расширить район исследований, включив в него, в частности, и территорию бассейна р. Урал.

Химическое загрязнение водных экосистем. Известно, что сильное отрицательное воздействие на здоровье человека оказывает загрязнение окружающей среды, и, в частности, водных экосистем, химическими неорганическими и органическими веществами. Переход этих веществ из основных компонентов водных экосистем к человеку осуществляется несколькими путями ( например, через питьевую воду и пищу). Биологическое действие этих веществ на человека находится в определенной зависимости от концентрации веществ-токсикантов в определенных компонентах водных экосистем. Содержание химических веществ - токсикантов в воде и рыбе регламентируется санитарными нормами. Определение загрязнения водных экосистем определенными индивидуальными химическими соединениями важно также и в связи с возможными синергическими эффектами сочетанного действия на биологические объекты химических агентов и ионизирующей радиации. Последнее может оказаться актуальным для районов Оренбургской области, подвергшихся радиационному воздействию в результате взрыва атомной бомбы над Тоцким полигоном.

Анализ показал, что в ряде мест отбора проб содержание в воде некоторых микроэлементов превышает ПДК (Никитин и др., 1990 г). Так, во всех местах отбора проб (кроме д. Нижнекристалки и с. Павлово-Антоновки) содержание Mn в воде в 5-10 раз превышает ПДК по этому элементу. В водных пробах, отобранных вблизи д. Дмитриевки, Рождественки и Султакая содержание Ni и Zn составляет 0.67- 1.43 мг/л, что выше ПДК. В воде из пруда около д. Пронькино найдено значительное превышение ПДК по Zn (больше 4 мг/л). В 6-7 раз выше ПДК оказалась концентрация Mg в воде всех обследованных рек и прудов. Концентрация в воде Pb, Cо, V, Mb, Cu, Sb, Ba и Аs во всех пунктах отбора проб не превышает ПДК.

Хорошими концентраторами химических элементов являются водные растения : рогоз, рдест гребенчатый, лютик, кладофора, ряска, кубышка и др. Установлено, что содержание в растениях практически всех включенных в анализ химических элементов на несколько порядков величин в выше, чем в воде. Это свидетельствует о высокой потенциальной возможности растений в процессах очищения воды от химических загрязнителей. Разумеется, что при отмирании водных растений вместе с биомассой часть химических веществ переходит в конечном счете в донные отложения. Однако в результате разложения растительных остатков часть химических соединений вновь переходит в водную среду. Некоторые из видов водных растений могут рассматриваться как потенциальные растения - индикаторы химического загрязнения водоемов (например, ряска, кладофора).

Так как санитарные нормы на содержание химических элементов в донных отложениях отсутствуют, то для его оценки использованы ПДК для почв. ПДК в почвах имеются для Mn, Pb, Ni, V, Cu, Zn и составляют соответственно: 3.0, 20.0, 4.0, 1500, 1000, 23.0 мг/кг. Пробы грунта для изучения послойного распределения химических элементов брали вблизи береговой линии.

Распределение химических элементов по профилю донных отложений в обследованных участках открытой гидросети позволило установить, что из 7 химических элементов, содержание которых определяли в грунтах послойно, концентрации 5 химических элементов (Mn, Ni, V, Cu, Zn) превышают ПДК для почв. При этом содержание Ni во всех слоях всех мест отбора проб на два порядка, а содержание Cu на порядок величин и более выше ПДК для почв. Превышение ПДК для почв в 1,5-2 раза отмечено по концентрации V в грунтах большинства обследованных пунктов. В 2-4 раза содержание Zn в донных отложениях во всех местах отбора проб, кроме д.Кирсановки и Дмитриевки выше ПДК. Следует отметить, что в большинстве мест отбора проб распределение химических элементов по глубине является равномерным.

Исследования показали, что растения содержат Mn и V столько же, что и донные отложения, а Co, Ni, Cu - значительно меньше. Следовательно, водные растения произрастающие в обследованных реках и прудах Оренбургской области, представляют собой такой же важный природный фактор самоочищения данных водоемов от избытка марганца и ванадия, что и грунты, но они менее эффективны по сравнению с последними в отношении кобальта, никеля и меди.

В итоге исследования можно заключить, что в воде верховий р. Ток и в некоторых ее притоках содержание Mn в 6-7 раз превышает ПДК. Установлено также, что в верховьях р. Ток и ее притоке (д.Султакай), а также в р.Неть (близ д. Рождественки) содержание Cr, Ni и Zn выше ПДК. В донных отложениях всех обследованных рек и прудов Оренбургской области на территории ТРАС концентрация Ni, V, Cu превышает ПДК по этим элементам для почв (ПДК химических элементов для донных отложений отсутствуют).